魁蚶4個(gè)群體形態(tài)差異比較分析

劉 童，鄒 琰，王英俊，吳瑩瑩，麻丹萍，宋愛環(huán)，劉洪軍

( 山東省海洋生物研究院，青島市海洋生物種質(zhì)資源挖掘與利用工程實(shí)驗(yàn)室，山東省海水健康養(yǎng)殖工程技術(shù)研究中心，山東 青島 266104 )

魁蚶(Scapharcabroughtonii)，俗稱血貝、赤貝、大毛蛤，是重要的大型冷水性海洋經(jīng)濟(jì)貝類，營埋棲生活，主要分布于中國、朝鮮、韓國、日本和俄羅斯，在我國以山東和遼寧的資源量最為豐富[1]。魁蚶肉質(zhì)肥美，具有良好的市場前景和開發(fā)利用價(jià)值[1]。由于產(chǎn)品深受國內(nèi)外市場歡迎，致使捕撈強(qiáng)度增加，導(dǎo)致魁蚶的自然資源量急劇下降，我國原有的魁蚶種質(zhì)資源已遭受嚴(yán)重破壞[2]。因此，進(jìn)行魁蚶種質(zhì)資源保護(hù)評價(jià)，開展魁蚶遺傳輔助育種研究已顯得十分必要。

形態(tài)性狀是水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)動(dòng)物種質(zhì)遺傳信息的綜合外在體現(xiàn)，是評估水產(chǎn)動(dòng)物生長性能和生產(chǎn)性能的重要依據(jù)[3-8]。多元統(tǒng)計(jì)分析方法是多種水產(chǎn)動(dòng)物形態(tài)性狀研究中的常見方法，主要包括相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析和判別分析等，在貝類中已廣泛應(yīng)用，如鈍綴錦蛤(Tapesdorsatus)[4]、菲律賓蛤仔(Ruditapesphilippinarum)[9]、合浦珠母貝(Pinctadamartensii)[10]、翡翠貽貝(Pernaviridis)[11]、彩虹明櫻蛤(Moerellairidescens)[12]、文蛤(Meretrixmeretrix)[13]、泥蚶(Tegillarcagranosa)[14]等。

在魁蚶養(yǎng)殖生產(chǎn)實(shí)踐中，發(fā)現(xiàn)中韓兩國魁蚶在外部形態(tài)、生長速度、成活率等方面存在差異，韓國魁蚶在生長速度、成活率等方面有一定的優(yōu)勢[15]。為深入了解魁蚶中國群體與韓國群體遺傳背景的差異，筆者以3個(gè)中國群體和1個(gè)韓國群體為研究對象，通過多元統(tǒng)計(jì)分析方法分析4個(gè)地理種群的形態(tài)差異，為魁蚶種質(zhì)資源的合理開發(fā)和保護(hù)及種質(zhì)創(chuàng)制利用提供科學(xué)參考。

1 材料與方法

1.1 材料

分別在中國長島、榮成、即墨和韓國釜山海區(qū)采捕野生魁蚶群體，每個(gè)群體隨機(jī)選取30枚進(jìn)行形態(tài)性狀和活體質(zhì)量指標(biāo)測定。

1.2 形態(tài)指標(biāo)測定

用游標(biāo)卡尺(精確到0.01 mm)常規(guī)測量魁蚶殼長(x1)、殼高(x2)、殼寬(x3)、楯面長(x4)、楯面寬(x5)、前端到腹緣距離(x6)、后端到腹緣距離(x7)、小月面長(x8)、韌帶長(x9)和放射肋寬(x10)共10個(gè)表型參數(shù)，吸干貝殼表面水分在陰暗環(huán)境下放置約30 min，用電子天平(精確到0.01 g)稱量體質(zhì)量(x11)。

1.3 分析方法

采用SPSS 24.0和Excel軟件對各項(xiàng)表型參數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)分析，為消除魁蚶規(guī)格不同對形態(tài)指標(biāo)的影響，以各性狀指標(biāo)的比值作為魁蚶形態(tài)的分析指標(biāo)，分別為殼寬/殼長、殼高/殼長、楯面長/殼長、楯面寬/殼長、前端到腹緣/殼長、后端到腹緣/殼長、小月面長/殼長、韌帶長/殼長、放射肋寬/殼長和體質(zhì)量/殼長等10個(gè)比例性狀。

用SPSS 24.0軟件對上述比例性狀進(jìn)行主成分分析、聚類分析和判別分析[16]。主成分分析運(yùn)用Analyze→Dimension Reduction→Factor Analysis方法對魁蚶4個(gè)群體的形態(tài)特征數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，得到各主成分的特征值和貢獻(xiàn)率；聚類分析采用歐氏距離的最短距離法對各群體10個(gè)比例性狀的平均值進(jìn)行系統(tǒng)聚類，繪出反映形態(tài)相似性的樹形圖；判別分析采用逐步判別法進(jìn)行，選擇對4個(gè)群體形態(tài)差異貢獻(xiàn)較大的參數(shù)建立4個(gè)群體的判別函數(shù)。

2 結(jié) 果

2.1 表型參數(shù)統(tǒng)計(jì)量

4個(gè)群體魁蚶形態(tài)性狀存在一定差異，其中榮成群體的殼寬/殼長最小(0.643)，說明其殼型隆起程度最低，而長島群體的殼寬/殼長最大(0.668)，說明其殼型隆起程度最高；從殼高/殼長可以看出，榮成群體(0.799)與其他3個(gè)群體相比殼型較圓；體質(zhì)量/殼長的比較結(jié)果表明，釜山群體(0.711)個(gè)體體質(zhì)量最小，長島群體(1.411)最大，幾乎是釜山群體的2倍(表1)。

表1 4個(gè)地理群體魁蚶主要形態(tài)指標(biāo)的統(tǒng)計(jì)值(n=30)

2.2 各性狀間的相關(guān)系數(shù)

不同魁蚶群體各性狀之間相關(guān)系數(shù)變化存在差異，其中3個(gè)中國群體除小月面長外，其他性狀間的表型相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平；而韓國釜山群體各性狀之間相關(guān)系數(shù)變化較大，有些性狀之間未達(dá)到顯著相關(guān)水平，其中體質(zhì)量與殼長、體質(zhì)量與殼高極顯著相關(guān)，體質(zhì)量與韌帶長顯著相關(guān)(表2)。

表2 各測量性狀之間的相關(guān)關(guān)系

續(xù)表2

群體性狀體質(zhì)量殼長殼高殼寬楯面長楯面寬小月面長韌帶長放射肋寬榮成體質(zhì)量10.974**0.981**0.956**0.935**0.922**0.6450.972**0.828**殼長10.917**0.911**0.928**0.951**0.5980.947**0.776**殼高110.941**0.962**0.702*0.909**0.608殼寬10.915**0.979**0.6570.971**0.798**楯面長10.949**0.714*0.980**0.704*楯面寬10.884**0.975**0.760**小月面長10.907**0.667韌帶長10.825**放射肋寬1長島體質(zhì)量10.910**0.941**0.887**0.964**0.964**0.2840.864**0.763*殼長10.905**0.931**0.940**0.972**0.3360.941**0.697*殼高10.961**0.917**0.965**0.5080.929**0.815**殼寬10.928**0.957**0.4450.908**0.706*楯面長10.903**0.5390.755*0.665楯面寬10.5120.743*0.569小月面長10.806**0.575韌帶長10.834**放射肋寬1釜山體質(zhì)量10.858**0.781**0.6510.4360.6160.2790.745*0.617殼長10.737*0.702*0.4770.5250.4410.864**0.769**殼高10.753*0.5210.3380.5630.2410.208殼寬10.5860.3970.4970.747*0.799**楯面長10.4380.6070.4170.556楯面寬10.5280.5710.517小月面長10.3290.430韌帶長10.775**放射肋寬1

2.3 主成分分析

分別對4個(gè)魁蚶群體所有樣本的9個(gè)比例性狀進(jìn)行主成分分析，各獲得前3個(gè)主成分第1主成分、第2主成分和第3主成分，第1主成分貢獻(xiàn)率為27.989%，第2主成分貢獻(xiàn)率為20.742%，第3主成分貢獻(xiàn)率為13.612%，累積貢獻(xiàn)率為62.342%。3個(gè)主成分可解釋不同群體之間的形態(tài)差異的62.343%，在第1主成分中，后端到前緣的影響最大，其貢獻(xiàn)率為79.6%；第2主成分中殼高和殼寬影響最大，其貢獻(xiàn)率分別為78.4%和75.3%。

2.4 聚類分析

4個(gè)魁蚶群體所有樣本的10個(gè)比例性狀參數(shù)的平均值聚類分析結(jié)果見圖1。結(jié)果表明，4個(gè)魁蚶群體聚為2支，其中榮成種群與即墨種群距離最短，形態(tài)最為接近，長島群體、即墨群體、榮成群體的趨異程度逐漸增加，而韓國釜山群體與前三者的趨異程度最大。

表3 不同魁蚶群體形態(tài)特征因子負(fù)荷矩陣及主成分貢獻(xiàn)率

圖1 4種魁蚶的聚類分析

2.5 判別分析

通過逐步判別分析，篩選出了9個(gè)比例性狀的特征值建立了4個(gè)魁蚶群體的判別函數(shù)，判別公式如下：

釜山=235.243x1+504.017x2+510.319x3+352.362x4-171.897x5+298.589x6+559.341x7+885.369x8+1604.906x9-914.094

長島=214.747x1+510.804x2+573.793x3-110.000x4-156.232x5+316.199x6+602.823x7+909.157x8-914.094x9-975.344

即墨=289.123x1+479.964x2+123.578x3+432.678x4-786.245x5+276.471x6+576.881x7+885.369x8+1309.445x9-897.246

榮成=253.747x1+578.234x2+567.903x3-117.543x4-243.562x5+782.246x6+562.783x7+108.465x8-1064.032x9- 934.122

對各個(gè)地區(qū)采集的樣本按判別函數(shù)進(jìn)行預(yù)測分類，判別結(jié)果表明，釜山、長島、即墨、榮成魁蚶判別分析正確率為90.0%、96.7%、86.9%和87.7%。

3 討 論

3.1 多元分析方法在貝類形態(tài)差異分析中的應(yīng)用

多元統(tǒng)計(jì)分析方法是統(tǒng)計(jì)學(xué)中常見的綜合分析方法，是研究多變量總體統(tǒng)計(jì)問題的理論和方法，包括相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析、判別分析等多種實(shí)用可行的方法[17-22]。目前，多元統(tǒng)計(jì)方法在貝類等水產(chǎn)動(dòng)物的分類及鑒定中已得到廣泛應(yīng)用，如牛泓博等[9]利用主成分分析、聚類分析等多元分析方法對遼寧沿海菲律賓蛤仔8個(gè)野生群體進(jìn)行形態(tài)學(xué)比較分析，發(fā)現(xiàn)旅順群體和錦州群體形態(tài)最為接近，而與黑石礁群體差異較大，營口群體的趨異程度最大，長興島群體、金州群體和海洋島群體的趨異程度居中。楊陽[23]對嵊泗養(yǎng)殖海域3種貽貝(Mytilus)貝體性狀的比較研究發(fā)現(xiàn)，“雜交貽貝”的外部形態(tài)特征介于紫貽貝(M.galloprovincialis)與厚殼貽貝(M.coruscus)之間，更似紫貽貝；采用逐步判別法，以Fisher分類函數(shù)方程組可清晰區(qū)分3種貽貝，綜合判別準(zhǔn)確率為96.4%。王慶恒等[11]運(yùn)用主成分分析、判別分析和聚類分析等多元統(tǒng)計(jì)分析方法，比較了廣西北海、廣東湛江和汕尾的3個(gè)翡翠貽貝野生種群的形態(tài)性狀差異，其中主成分分析累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.704%，3個(gè)種群判別函數(shù)綜合判別率為79.7%；聚類分析顯示，北海種群與汕尾種群形態(tài)較為接近，湛江種群趨異程度最大。對不同地理群體魁蚶的形態(tài)差異分析也取得了一定進(jìn)展，梁超等[24]運(yùn)用多變量形態(tài)度量學(xué)分析方法對韓國統(tǒng)營、山東黃島、山東蓬萊、江蘇前三島4個(gè)魁蚶種群間的形態(tài)變異進(jìn)行了研究，聚類分析結(jié)果表明，黃島和前三島兩個(gè)種群形態(tài)最為接近，蓬萊種群與其他3個(gè)種群距離最遠(yuǎn)；主成分分析構(gòu)建的3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率分別為33.366%、20.407%和15.422%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率為69.195%；建立了魁蚶4個(gè)種群的判別函數(shù)，其判別準(zhǔn)確率分別為韓國通營96.4%、山東蓬萊100%、山東黃島84.3%和江蘇前三島95.6%。利用多元分析方法可揭示不同群體貝類的形態(tài)差異，可為貝類地理群體識別、種質(zhì)資源保護(hù)與恢復(fù)提供重要依據(jù)。

3.2 4個(gè)魁蚶群體形態(tài)差異的比較分析

本研究發(fā)現(xiàn)，3個(gè)中國魁蚶群體除小月面外，其他性狀與體質(zhì)量的相關(guān)性均達(dá)到顯著或極顯著水平，而韓國釜山群體則只有殼長、殼高和韌帶長與體質(zhì)量呈顯著或極顯著相關(guān)，該結(jié)果與之前的研究結(jié)果類似[24-25]。推測其原因可能與魁蚶的生活習(xí)性和棲息環(huán)境的不同有關(guān)，魁蚶營埋棲性生活，遷移流動(dòng)性較小，其外部形態(tài)除受基因等遺傳因素影響外，也受其生活環(huán)境的溫度、鹽度、底質(zhì)等理化因素的影響。

主成分分析、聚類分析和判別分析的結(jié)果一致表明，榮成、即墨、長島魁蚶群體的形態(tài)變異差異較小，與釜山群體的形態(tài)變異差異較大。其中主成分分析中第3主成分中前段到腹緣距離影響最大，其貢獻(xiàn)率為61.1%，第1主成分上，釜山群體和榮成群體的差異較小，而在第2主成分上，兩者差異較大。由于對第2主成分影響較大的主要是殼高性狀，說明長島群體和即墨群體魁蚶在這一性狀上存在較明顯差異。在第1主成分上，長島群體和榮成群體沒有明顯分開，說明兩者在幾個(gè)性狀上差異較小，而在第2主成分上，釜山群體與長島群體明顯分開，說明二者在這一性狀上存在明顯差異，長島魁蚶群體的殼頂明顯前移。聚類分析結(jié)果表明，榮成群體與即墨群體魁蚶遺傳距離最近，即墨群體、長島群體、榮成群體的趨異程度逐漸增加，而釜山群體與三者的趨異程度最大。本研究結(jié)果與之前的研究結(jié)果存在一定差別，梁超等[24]的研究結(jié)果表明，蓬萊群體與韓國通營、黃島和前三島3個(gè)群體的距離最遠(yuǎn)，造成這種差別的原因可能為不同群體魁蚶的形態(tài)上的差異不僅僅與地理距離相關(guān)，還受其他多種因素的影響，如遺傳因素等[25]。

通過逐步判別分析，篩選出了9個(gè)性狀的特征值建立了4個(gè)魁蚶群體的判別函數(shù)，釜山、長島、即墨、榮成魁蚶群體判別分析正確率為90.0%、96.7%、86.9%和87.7%，這種差異的產(chǎn)生可能是由不同海區(qū)的生態(tài)環(huán)境存在著一定差異所致。山東和韓國雖然同屬溫帶水系，但是底質(zhì)方面，山東沙底質(zhì)較多，而韓國泥底質(zhì)較多，魁蚶的生長規(guī)律不僅與水溫有關(guān)，而且其生理形狀與底質(zhì)的理化性質(zhì)也具有相關(guān)性。筆者認(rèn)為導(dǎo)致魁蚶形態(tài)不同的原因也可能是對不同環(huán)境適應(yīng)的結(jié)果，環(huán)境中底質(zhì)是決定形態(tài)變異的主要因素之一，這種表型特征的地理變異也是長期演變的結(jié)果。

綜上，韓國魁蚶群體與中國魁蚶群體在外形上存在差異，遺傳距離明顯大于中國國內(nèi)群體，利用韓國群體與中國群體魁蚶進(jìn)行雜交可能產(chǎn)生較大的雜種優(yōu)勢。