中華鱉5個不同群體的形態(tài)差異分析

劉陽，趙建，朱新平，史燕，洪孝友

(1.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院珠江水產(chǎn)研究所農(nóng)業(yè)部熱帶亞熱帶水產(chǎn)種質(zhì)資源利用與養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣東廣州510380;2.上海海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，上海201306)

中華鱉Trionyx sinensis隸屬于爬行綱Repitlia、龜鱉目 Tesmdinata、鱉科 Trionychidae、鱉屬 Trionyx，俗稱團(tuán)魚、甲魚、王八、腳魚、水魚等。國內(nèi)除西藏、青海和新疆外，其他地區(qū)均有分布，以長江流域和華南地區(qū)為多見［1］;國外主要分布于朝鮮、日本和越南［2］。中華鱉雖然沒有明顯的亞種分化，但存在著很多地理群體，如長江流域的洞庭群體，黃河流域的黃河群體，珠江流域的廣西黃沙群體等。由于近年來中華鱉養(yǎng)殖業(yè)迅猛發(fā)展，中華鱉引種頻繁，導(dǎo)致種群混雜，其種質(zhì)多樣性逐漸被人為磨滅。外部形態(tài)是種質(zhì)資源鑒定最簡單直觀的重要方法之一［3］。

多元統(tǒng)計分析是從經(jīng)典統(tǒng)計學(xué)中發(fā)展起來的一個分支，是一種綜合分析方法，它能夠在多個對象和多個指標(biāo)互相關(guān)聯(lián)的情況下分析它們的統(tǒng)計規(guī)律。其中聚類分析是把沒有分類信息的資料按相似程度歸類;而判別分析是從已知的分類情況中總結(jié)規(guī)律;主成分分析的目的是濃縮數(shù)據(jù)，使數(shù)據(jù)化簡，從而簡化問題或發(fā)現(xiàn)事物的內(nèi)在聯(lián)系［4］。形態(tài)性狀的多元分析被廣泛應(yīng)用于魚類物種確認(rèn)［3，5］、種群變異［6－7］、性別差異［8］等研究方面。在龜鱉動物中，有關(guān)此方面的報道還不多［9］，僅見李思發(fā)等［10］對華東地區(qū)中華鱉地方群體的形態(tài)差異進(jìn)行了初步研究;朱新平等［11］對黃喉擬水龜?shù)纳L及形態(tài)差異進(jìn)行了分析。本研究中，作者利用多元分析方法對中華鱉5個不同地理群體的形態(tài)差異進(jìn)行了分析研究，旨在為中華鱉種質(zhì)資源的保護(hù)和種質(zhì)改良提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

中華鱉洞庭 (DT)、黃河 (HH)、綠卡 (LK)和日本 (RB)種群樣本由廣東綠卡實(shí)業(yè)有限公司(國家級中華鱉良種場)提供，其中洞庭鱉和黃河鱉分別取自長江水系的常德漢壽省級龜鱉良種場和黃河水系的省級中華鱉良種場，已根據(jù)良種選育路線分別選育至第5代和第3代;日本鱉取自杭州市龜鱉類國家級良種場 (1997年從日本福崗引進(jìn)原種)，在綠卡公司進(jìn)行保種;綠卡鱉是洞庭鱉和黃河鱉的雜交鱉，已選育3代。黃沙 (HS)種群由廣西桂平金田鎮(zhèn)黃沙鱉養(yǎng)殖協(xié)會提供。樣本具體信息見表1。

表1 中華鱉5個不同群體樣本的信息Tab.1 Sampes of Chinese soft shell turtle

1.2 方法

本研究中對中華鱉5個不同群體的16項(xiàng)形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測量，包括體質(zhì)量、背甲長、背甲寬、體高、后側(cè)裙邊寬、吻長、吻突長、吻突寬、眼間距、腹甲長、腹甲寬、前肢長、后肢長、尾長、頭寬、頭長［10］。長度測量采用游標(biāo)卡尺 (精確度為0.1 mm)，體質(zhì)量測量采用電子天平 (精確度為0.001 kg)，測量方法參考中華鱉國家標(biāo)準(zhǔn) (GB 21044－2007)［12］。

1.3 數(shù)據(jù)處理

為消除個體大小差異對各項(xiàng)參數(shù)的影響，故將各項(xiàng)參數(shù)轉(zhuǎn)化為性狀比例參數(shù)進(jìn)行矯正，除體質(zhì)量以外的15項(xiàng)數(shù)據(jù)均以背甲長為基數(shù)，得到14項(xiàng)比例參數(shù)，取自然對數(shù)后，用SPSS 17.0進(jìn)行聚類分析、主成分分析和判別分析。

1.3.1 聚類分析 聚類的數(shù)據(jù)要先算出各個群體數(shù)據(jù)處理后的平均值，然后使用SPSS 17.0中的Analyze—C1assify—Hierarchical—Cluster對 5 個群體進(jìn)行聚類分析。

1.3.2 主成分分析 使用SPSS 17.0軟件對中華鱉5個群體的形態(tài)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到各主成分特征值和貢獻(xiàn)率，根據(jù)各個主成分的得分繪制主成分的散布圖。

1.3.3 判別分析 使用SPSS 17.0中的Analyze—Classify—Discriminant Analysis進(jìn)行判別分析，得到貝葉斯判別方程和判別準(zhǔn)確率。

2 結(jié)果

2.1 聚類分析

根據(jù)中華鱉樣本的形態(tài)數(shù)據(jù)分析，洞庭、黃河、綠卡、黃沙和日本5個群體的形態(tài)比例參數(shù)聚類圖見圖1。從圖1可見:5個不同群體分為兩支，綠卡與其母本洞庭群體先聚合，然后再與其父本黃河群體聚為1支;而黃沙和日本群體聚為另外1支。從圖中的距離可以看出，洞庭、黃河、綠卡群體的距離比較近，而黃沙和日本群體的距離相對比較遠(yuǎn)。

圖1 中華鱉5個不同群體的形態(tài)聚類圖Fig.1 Morphological cluster plot of five populations of soft shell turtle

2.2 主成分分析

對中華鱉5個不同群體的形態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，共獲得2個主成分，KMO(Kaiser－Meyer－Olkin)值為0.915，非常適合于進(jìn)行主成分分析［10］。主成分綜合指標(biāo)分析結(jié)果見表2。2個主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為51.93%和11.02%，對變異的累積貢獻(xiàn)率達(dá)62.95%。第1主成分抽提各項(xiàng)數(shù)據(jù)比較充分，能反映中華鱉整個形態(tài)的變化，第2主成分在體高/背甲長、后側(cè)裙邊寬/背甲長和尾長/背甲長上載荷值比較大，主要反映了中華鱉的背部隆起、裙邊寬和尾部的形態(tài)變化。

運(yùn)用2個主成分制作簡單散點(diǎn)圖，如圖2所示。從圖2可見:洞庭、黃河和綠卡群體重疊在一起，而黃沙和日本群體重疊在一起，明顯被分為兩個部分;每個群體的個體都明顯有兩個聚集區(qū)域，但兩個區(qū)域都存在雌雄個體。

2.3 判別分析

從判別分析中得到了貢獻(xiàn)最大的9個參數(shù):腹甲長/背甲長、腹甲寬/背甲長、后側(cè)裙邊寬/背甲長、吻長/背甲長、吻突長/背甲長、眼間距/背甲長、前肢長/背甲長、后肢長/背甲長和頭寬/背甲長，分別記為C1～C9。當(dāng)判斷某個個體的中華鱉屬于哪個種群時，將所測數(shù)據(jù)校正后代入方程，計算結(jié)果最大的即為所屬。構(gòu)建的貝葉斯判別方程如下:

表2 中華鱉5個不同群體的主成分載荷矩陣以及主成分對總變異的貢獻(xiàn)率Tab.2 Components matrix and contribution of principal components to total variance for five populations of soft shell turtle

洞庭鱉

黃河鱉

圖2 中華鱉5個不同群體主成分分析二維散點(diǎn)圖Fig.2 Two dimension scatter diagram of principle component analysis for five populations of soft shell turtle

綠卡鱉

黃沙鱉

日本鱉

根據(jù)上面各個種群的判別公式，對試驗(yàn)各組中華鱉進(jìn)行判別，得到判別結(jié)果見表3。由普通判別部分可知，5個不同種群的判別準(zhǔn)確率為61.7%～89.5%，平均為73.8%，其中洞庭、黃河和綠卡群體的錯判比較高，黃沙和日本群體的錯判比較低。

3 討論

3.1 中華鱉5個不同群體的形態(tài)差異

本研究中對中華鱉5個群體的形態(tài)差異進(jìn)行了分析。從本研究的聚類分析結(jié)果可以看出，5個群體明顯分為兩支，其中洞庭、黃河群體與其雜交子一代綠卡群體距離很近，聚為1支;而黃沙和日本群體聚為另外1支。這與作者對這5個種群進(jìn)行微衛(wèi)星分析的結(jié)果 (另文發(fā)表)一致。

表3 對中華鱉5個不同群體的判別結(jié)果Tab.3 The discriminant analysis of five populations of soft shell turtle 尾

從判別分析可以看出，洞庭、黃河和綠卡3個群體之間的錯判率比較高，這從另一個側(cè)面反映了3個群體之間的差異比較小，距離比較近，說明綠卡作為雜交子一代與其父母本相似，其中與母本洞庭群體更接近。在5個群體中，黃沙群體的判別準(zhǔn)確率最高，說明其形態(tài)與其他群體存在相對大的差異。黃沙鱉成鱉體型圓且緊湊、裙邊寬厚，從貝葉斯判別公式中C1和C3的系數(shù)就可以反映出這些特點(diǎn)，因?yàn)檫@2個系數(shù)比其他群體的要大;從體色方面來看，黃沙鱉體色偏黃，背甲花紋明顯。主成分分析結(jié)果也顯示，洞庭、黃河和綠卡3個群體的差異較小，而黃沙和日本群體與它們的偏離較大;從圖2上面的散點(diǎn)疏密程度也可以看出，黃沙和日本群體之間的差異程度也大于洞庭、黃河和綠卡三者之間，從聚類分析圖上 (圖1)形態(tài)差異的距離長短以及判別分析的判別準(zhǔn)確率的大小也可以看出這一點(diǎn)。說明用這3種分析方法得出的結(jié)果基本一致。

此外，在主成分分析中，每個群體都有兩個聚集區(qū)域，但經(jīng)過對個體的性別進(jìn)行分析，這種差異并非由性別差異造成，其原因有待進(jìn)一步研究。

3.2 中華鱉的種質(zhì)資源與良種選育

通過分析形態(tài)差異來進(jìn)行生物種質(zhì)資源評估、保護(hù)以及品種改良的研究較多［13－20］。形態(tài)差異是物種生物多樣性最直觀的體現(xiàn)，本研究中，通過分析5個不同群體的形態(tài)差異來對中華鱉的種質(zhì)資源進(jìn)行評估，進(jìn)而提供保護(hù)依據(jù)。形態(tài)分析結(jié)果顯示，取自不同流域的中華鱉群體存在較大的形態(tài)差異，表明中華鱉的種質(zhì)資源還是比較豐富的。形態(tài)差異受遺傳和環(huán)境的影響，在環(huán)境條件一致的情況下，形態(tài)方面的差異是良種選育的重要指標(biāo)之一，如裙邊的寬厚度、前后肢的長短等都是要考慮的指標(biāo)。聚類分析、主成分分析、判別分析以及微衛(wèi)星分子標(biāo)記分析的結(jié)果顯示了中華鱉各個種群之間的形態(tài)差異及遺傳距離，這就更好地為從表型方面對中華鱉進(jìn)行良種選育提供了方向。主成分分析提供了形態(tài)指標(biāo)主成分貢獻(xiàn)的大小，從這些指標(biāo)可以考慮良種選育中的著重點(diǎn);判別分析提供了貝葉斯判別公式，從判別公式中變量C(C代表對判別有明顯影響的各個形態(tài)指標(biāo)與背甲長的比)的系數(shù)大小也可以選擇適合的選育方案。形態(tài)分析結(jié)合分子標(biāo)記分析，可以為良種選育提供一個很好的依據(jù)。

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