不同產(chǎn)地中華絨螯蟹背殼形態(tài)學(xué)研究

石祚鋒，陳玉峰，顧賽麒,3*

（1.浙江工業(yè)大學(xué) 食品科學(xué)與工程學(xué)院，浙江杭州 310032；2.寧波今日食品有限公司，浙江寧波 315502；3.上海海洋大學(xué) 食品學(xué)院，上海 201306）

中華絨螯蟹在我國(guó)分布廣泛，按其生長(zhǎng)水系不同可分為遼河、黃河、長(zhǎng)江、甌江、珠江等地方種群[1-2]，中華絨螯蟹由于在不同水系生長(zhǎng)，長(zhǎng)期的進(jìn)化導(dǎo)致其在形態(tài)特征上出現(xiàn)了不同程度的差異。在眾多水系中，長(zhǎng)江水系的中華絨螯蟹被認(rèn)為是較為優(yōu)質(zhì)的大閘蟹種質(zhì)資源[3]。但近年來，多種原因?qū)е麻L(zhǎng)江水系的大閘蟹種質(zhì)開始發(fā)生混雜，主要體現(xiàn)在頭胸甲、額齒和側(cè)齒形態(tài)以及步足特征等方面。陽澄湖、松江、崇明3 地所產(chǎn)的大閘蟹均屬于長(zhǎng)江水系種群，它們外部形態(tài)可能有一定的差異，但此差異沒有不同水系間中華絨螯蟹的差異顯著。據(jù)報(bào)道，陽澄湖大閘蟹背殼兩側(cè)各長(zhǎng)有4 個(gè)較長(zhǎng)的、向上彎翹的尖角，中央有一個(gè)較深的“牛蹄印”[4]，可能是其較為典型的形態(tài)學(xué)特征。但同屬長(zhǎng)江水系不同產(chǎn)地的中華絨螯蟹在形態(tài)學(xué)上是否存在差異，國(guó)內(nèi)尚無學(xué)者對(duì)此問題進(jìn)行研究。

本研究對(duì)同屬長(zhǎng)江水系的不同產(chǎn)地、不同等級(jí)、不同性別大閘蟹背殼的15 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)展開測(cè)定，并進(jìn)行主成分分析，根據(jù)大閘蟹形態(tài)學(xué)參數(shù)的主成分綜合得分來評(píng)價(jià)其形態(tài)學(xué)特性，并獲得不同產(chǎn)地、性別、等級(jí)蟹樣間的差異性。以期為長(zhǎng)江水系不同地區(qū)大閘蟹的形態(tài)學(xué)甄別和定級(jí)提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料與設(shè)備

陽澄湖大閘蟹（120 只）：蘇州市明澄蟹業(yè)公司，其中雄蟹60 只，200 g（陽-♂-特級(jí)）、150 g（陽-♂-1 級(jí)）以及125 g（陽-♂-2 級(jí)）各20 只；雌蟹60 只，150 g（ 陽-♀- 特 級(jí)）、125 g（ 陽-♀-1 級(jí)）以 及100 g（陽-♀-2 級(jí)）各20 只。松江大閘蟹（120 只）：上海魚躍水產(chǎn)合作社，采樣規(guī)模與陽澄湖蟹完全一致，雄性規(guī)格命名為松-♂-特級(jí)、松-♂-1 級(jí)和松-♂-2 級(jí)；雌 性 命 名 為 松-♀- 特 級(jí)、松-♀-1級(jí)和松-♀-2 級(jí)。崇明大閘蟹（80 只）：上海寶島蟹業(yè)有限公司，其中雄蟹40 只（1 和2 級(jí)分別20 只，分別命名為崇-♂-1 級(jí)和崇-♂-2 級(jí)），雌蟹40 只（1級(jí)和2 級(jí)分別20 只，分別命名為崇-♀-1 級(jí)和崇-♀-2級(jí)）。崇明大閘蟹有“小而鮮”的特點(diǎn)，未有特級(jí)品種，因此只對(duì)崇明大閘蟹采集1 級(jí)和2 級(jí)蟹樣。

Mitutoyo 游標(biāo)卡尺：530 型，泰西（北京）精密技術(shù)有限公司。

1.2 大閘蟹樣品前處理

將捆扎好的3 個(gè)產(chǎn)地的特級(jí)、1 級(jí)和2 級(jí)的大閘蟹使用流動(dòng)水沖洗表面雜質(zhì)和泥沙后擦拭干凈，依次蒸制30 min 冷卻至室溫。打開頭胸甲，將背殼清理干凈立即用游標(biāo)卡尺測(cè)量各形態(tài)學(xué)參數(shù)。

1.3 形態(tài)學(xué)參數(shù)測(cè)量

采用游標(biāo)卡尺測(cè)量中華絨螯蟹背殼的15 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)[5]：內(nèi)額齒間距（AA'）、外額齒間距（BB'）、眼底間距（CC'）、第一前側(cè)齒間距（DD'）、第二前側(cè)齒間距（EE'）、第三前側(cè)齒間距（FF'）、第四前側(cè)齒間距（GG'）、體寬角間距（HH'）、側(cè)后緣界角間距（II'）、第二前側(cè)齒至側(cè)后緣界角間距（EI）、第三前側(cè)齒至側(cè)后緣界角間距（FI）、第四前側(cè)齒至側(cè)后緣界角間距（GI）、體寬角至側(cè)后緣界角間距（HI）、中央缺刻至頸溝中點(diǎn)間距（PK）、中央缺刻至后緣中點(diǎn)間距（PJ），詳見圖1。

圖1 中華絨螯蟹背殼形態(tài)學(xué)參數(shù)

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析采用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA），PCA 分 析 由AlphaSoft V12.0 和Matlab 6.5 軟件完成，PCA 分析步驟如下[6]。①為抵消不同變量間的差異，通過Z-Score 標(biāo)準(zhǔn)化方法，將大閘蟹形態(tài)矩陣Xm×n標(biāo)準(zhǔn)化（m代表蟹樣數(shù)，n代表傳感器數(shù)），計(jì)算中心標(biāo)準(zhǔn)化矩陣，并計(jì)算的 協(xié) 方 差 矩 陣Yn×n。②由 特 征 方 程(λi-Yn×n)×U=0，求 出Yn×n的 各特征向 量Ui和 特征根λi。③主成 分表達(dá)式：PCi=Ui×X（i*i=1,2,…,n），各主成分貢獻(xiàn)率，前k個(gè)主成分PC1,…,PC（kk＜n）的累計(jì)貢獻(xiàn)率。④取k值，累計(jì)主成分貢獻(xiàn)率超過90%，研究主成分PC1,…,PCk，故可將n維原始數(shù)據(jù)降為k維。此外，不同組別的顯著性（不同字母代表顯著性差異，P＜0.05）采用Origin 2021 軟件分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同產(chǎn)地、等級(jí)、性別中華絨螯蟹背殼形態(tài)學(xué)差異分析

由表1 可知，從產(chǎn)地因素上看，陽澄湖和崇明所 產(chǎn) 的 大 閘 蟹 在BB'、EE'、FF'、GG'、HH'、II'、EI、FI、HI 和PJ 這10 個(gè)參數(shù)上均有顯著性差異：陽澄湖蟹顯著大于崇明蟹；除II'外，松江蟹的上述9 項(xiàng)參數(shù)均介于陽澄湖蟹和崇明蟹之間，且與兩者無顯著性差異。其他5 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)（AA'、CC'、DD'、GI 和PK），3 個(gè)產(chǎn)地蟹樣均無顯著性差異。從等級(jí)因素上看，除AA'、CC'、GI 和PK 外（4 種等級(jí)蟹樣均無顯著性差異），特級(jí)和2 級(jí)的大閘蟹在其余各形態(tài)學(xué)指標(biāo)上均有顯著性差異：特級(jí)蟹顯著大于2 級(jí)蟹，1 級(jí)蟹介于特級(jí)蟹和2 級(jí)蟹之間，且與兩者無顯著性差異（DD'與FI除外）。從性別因素上看，對(duì)雌蟹和雄蟹而言，除了AA'，其他14 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)均有顯著性差異：II'為雌蟹顯著大于雄蟹，其他形態(tài)學(xué)參數(shù)均為雄蟹顯著大于雌蟹。

表1 不同產(chǎn)地、等級(jí)、性別中華絨螯蟹背殼形態(tài)學(xué)參數(shù)比較（單位：cm）

目前國(guó)內(nèi)已有一些學(xué)者對(duì)不同種群大閘蟹的形態(tài)特征進(jìn)行過研究，認(rèn)為它們?cè)陬^胸甲、額齒和側(cè)齒形態(tài)以及步足特征等方面存在一定的差異性。王武等[7]研究發(fā)現(xiàn)中國(guó)大陸不同地域的中華絨螯蟹在長(zhǎng)期進(jìn)化過程中，中華絨螯蟹對(duì)原產(chǎn)地環(huán)境的依賴性較強(qiáng)。何杰等[8]采用形態(tài)學(xué)測(cè)量的方法也證實(shí)，南北水系中華絨螯蟹存在明顯的地理隔離現(xiàn)象。但同屬長(zhǎng)江水系、來自不同產(chǎn)地的大閘蟹的形態(tài)學(xué)是否存在差別，國(guó)內(nèi)尚無研究者對(duì)此問題進(jìn)行研究。本研究對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后發(fā)現(xiàn)：同屬長(zhǎng)江水系的陽澄湖蟹和松江蟹在形態(tài)學(xué)上不存在顯著性差異，而崇明蟹因?yàn)樗幩w有一定的鹽度而造成個(gè)體偏小，與陽澄湖蟹相比形態(tài)上有一定差異性。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，同一水系的大閘蟹背殼形態(tài)特征均較為相似，存在的細(xì)微差異可能與其自身營(yíng)養(yǎng)狀況有關(guān)：營(yíng)養(yǎng)狀況越好，蟹樣背殼越飽滿，各項(xiàng)形態(tài)學(xué)參數(shù)數(shù)值越大。陽澄湖水草豐茂，水質(zhì)清澈、螺絲等活體餌料豐富，是河蟹理想的天然棲息地，因而陽澄湖大閘蟹的營(yíng)養(yǎng)狀況良好，各項(xiàng)形態(tài)學(xué)參數(shù)數(shù)值偏大。

2.2 背殼形態(tài)學(xué)變量的主成分分析

對(duì)中華絨螯蟹背殼各形態(tài)學(xué)變量進(jìn)行主成分分析，結(jié)果見表2 和表3。第一主成分的方差貢獻(xiàn)率占84.682 7%，主要反映除II'（X9）外的14 個(gè)變量的變異信息，并且第二主成分方差貢獻(xiàn)率占7.501 7%，故第一及第二主成分的方差貢獻(xiàn)率累計(jì)為92.184 4%，大于90%，并且信息遺失率＜10%。因此15 個(gè)形態(tài)學(xué)變量的差異信息在這2 個(gè)主成分均能有效體現(xiàn)。綜上，選用前2 個(gè)主成分作為本次研究的數(shù)據(jù)分析有效成分，可使大閘蟹背殼形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)從15 維降至2 維。此外，由表3 可知，第一主成分與所有形態(tài)學(xué)變量（X1~X15）的特征向量均為正值，呈現(xiàn)正相關(guān)；而第 二 主 成 分 與X4、X7、X8、X10、X11、X12、X13、X14和X15的特征向量均為負(fù)值，呈負(fù)相關(guān)性?；诖诉M(jìn)行主成分建立的形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)模型建立。

表2 主成分的特征根及方差貢獻(xiàn)率

表3 主成分的載荷矩陣及特征向量

2.3 基于主成分建立的形態(tài)學(xué)評(píng)價(jià)模型

由表2 的92.184 4%變異信息和表3 的特征向量，根據(jù)主成分計(jì)算公式：PCi=Ui×X*i（i=1,2,…,n），建立PC1、PC2兩個(gè)主成分的線形回歸方程為

式（1）和 式（2）中：X1,X2,…,X15對(duì) 應(yīng) 的 數(shù)據(jù)為15 個(gè)形態(tài)學(xué)變量經(jīng)Z-Score 標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

本研究通過大閘蟹背殼形態(tài)學(xué)的綜合評(píng)價(jià)模型S=α1×PC1+α2×PC2來計(jì)算綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)的分值S（見表4）。由表4 可見，陽澄湖的特級(jí)雄蟹在第一主成分中得分最高，松江的特級(jí)雌蟹在第二主成分中得分最高。16 種蟹樣背殼形態(tài)學(xué)的主成分得分（S值）排 序 為 陽-♂- 特 級(jí)＞松-♂- 特 級(jí)＞陽-♂-1 級(jí)＞松-♂-1 級(jí)＞崇-♂-1 級(jí)＞松-♂-2 級(jí)＞陽-♂-2級(jí)＞陽-♀- 特 級(jí)＞松-♀- 特 級(jí)＞崇-♂-2 級(jí)＞陽-♀-1 級(jí)＞松-♀-1 級(jí)＞陽-♀-2 級(jí)＞崇-♀-1級(jí)＞松-♀-2 級(jí)＞崇-♀-2 級(jí)；若保持產(chǎn)地和性別條件一致，則特級(jí)＞1 級(jí)＞2 極；若保持產(chǎn)地和等級(jí)條件一致，則雄蟹＞雌蟹。

表4 主成分綜合得分表

如表5 所示，不同產(chǎn)地的平均主成分綜合得分（S值）可見：陽澄湖＞松江＞崇明。綜合考慮等級(jí)和性別，陽澄湖大閘蟹背殼的形態(tài)最好，松江大閘蟹次之，崇明大閘蟹最低。同理，從等級(jí)和性別角度，各自對(duì)大閘蟹背殼形態(tài)的s—值進(jìn)行比較后發(fā)現(xiàn)：特級(jí)＞1 級(jí)＞2 級(jí)，雄性＞雌性。此外，進(jìn)一步觀察表5 可知，性別因素對(duì)大閘蟹背殼形態(tài)的影響最為顯著（雌蟹和雄蟹的s—值差值最大）；等級(jí)因素有一定的影響；產(chǎn)地因素的影響力最弱。

表5 平均主成分綜合得分表

2.4 基于主成分分析確定特征形態(tài)學(xué)變量

由圖2 可見，雄性和雌性大閘蟹可依據(jù)其背殼形態(tài)的差異而分為兩類（分別用虛線圈出），兩者差異性主要體現(xiàn)在第一主成分軸上：雄蟹大多位于第一主成分軸的右側(cè)區(qū)域（PC1值為正），而雌蟹主要位于第一主成分軸的左側(cè)區(qū)域（PC1值為負(fù)）。對(duì)于某種性別的大閘蟹而言（以雄蟹為例），不同等級(jí)的蟹樣在形態(tài)上也存在一定的差異性：蟹樣等級(jí)越高，其PC1和PC2的值越大。由于PC1對(duì)樣品總體方差的貢獻(xiàn)率（84.68%）遠(yuǎn)大于PC2（7.50%），且不同蟹樣在PC1上的數(shù)值范圍跨度更大，因此可認(rèn)為第一主成分對(duì)蟹樣等級(jí)的差異貢獻(xiàn)顯著。從產(chǎn)地因素上看，陽澄湖、松江和崇明的大閘蟹在形態(tài)上雖有差異（PC1值依次遞減），但此差異相對(duì)性別及等級(jí)因素而言并不明顯。進(jìn)一步分析圖2 可知，BB'、DD'、EE'、FF'、GG'、HH'、CC'、EI、FI、HI、PK、PJ 在第一主成分上的載荷值較高，可認(rèn)為其是對(duì)大閘蟹性別、等級(jí)、產(chǎn)地區(qū)分貢獻(xiàn)度相對(duì)較大的特征性形態(tài)學(xué)變量[9]。

圖2 主成分載荷圖

3 結(jié)論

對(duì)同屬長(zhǎng)江水系的不同產(chǎn)地、不同性別、不同等級(jí)的中華絨螯蟹背殼的15 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)進(jìn)行了測(cè)量，并對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明，同屬長(zhǎng)江水系的3 個(gè)產(chǎn)地大閘蟹背殼形態(tài)特征均較為相似，存在的細(xì)微差異可能與其營(yíng)養(yǎng)狀況有關(guān)：陽澄湖水草豐茂、活體餌料豐富，因而陽澄湖大閘蟹營(yíng)養(yǎng)狀況較好，其各項(xiàng)形態(tài)學(xué)參數(shù)數(shù)值偏大。主成分分析結(jié)果表明：雄性和雌性大閘蟹可依據(jù)其背殼形態(tài)的差異而分為兩類，兩者差異性主要體現(xiàn)在第一主成分軸上。對(duì)于某種性別蟹樣而言，大閘蟹的等級(jí)越高，其第一和第二主成分的值越大。從產(chǎn)地角度分析，陽澄湖、松江和崇明的大閘蟹在形態(tài)上雖有差異（第一主成分值依次遞減），但此差異相對(duì)性別及等級(jí)因素而言并不明顯。從形態(tài)學(xué)參數(shù)角度分析，除II'、AA'和GI 外，剩余12 個(gè)形態(tài)學(xué)參數(shù)在第一主成分上的載荷值均極高，對(duì)大閘蟹性別、等級(jí)、產(chǎn)地的區(qū)分貢獻(xiàn)最為顯著。