河川沙塘鱧的形態(tài)指標體系及雌雄差異分析

張宏葉， 陳樹橋， 王　濤， 周國勤， 尹紹武

(1.南京師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/江蘇省生物多樣性與生物技術(shù)重點實驗室，江蘇南京210023；2.南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所，江蘇南京210036)

河川沙塘鱧(Odontobutispotamophila)屬鱸形目(Perciformes)沙塘鱧科(Odontobutidae)沙塘鱧屬(Odontobutis)，俗稱虎頭鯊、土布魚、虎頭呆子等。河川沙塘鱧是個體較小的一種淡水底棲型魚類，為中國特有，廣泛分布于長江中下游、錢塘江、閩江等水系。近年來，由于自然水域污染加劇，河川沙塘鱧的生存環(huán)境不斷惡化，產(chǎn)卵環(huán)境遭到破壞，其野生資源急劇衰退，部分地區(qū)已難覓蹤跡。目前，該魚主要靠捕撈供應(yīng)市場，但遠不能滿足市場需求，價格不斷攀升。因此，河川沙塘鱧已發(fā)展成為一個非常具有潛力的水產(chǎn)養(yǎng)殖新品種[1-3]。

目前，我國研究學(xué)者對河川沙塘鱧進行了大量的研究，取得了一系列成果，如通過苗種培育選育出了建德×當涂(正反交)最佳雜交組合，具有生長快、產(chǎn)量高、抗逆性強的優(yōu)良性狀[4-5]。種群結(jié)構(gòu)與遺傳多樣性研究顯示，河川沙塘鱧具有高的單倍型多樣性、低的核苷酸多樣性和低的遺傳多樣性，這將為河川沙塘鱧的遺傳多樣性監(jiān)測、物種保護及其人工繁殖等工作提供科學(xué)依據(jù)[6]。河川沙塘鱧高密度遺傳連鎖圖譜顯示，總共6 311標記作圖在包含SLAF標記物理位置的22個連鎖群，并檢測出共9 468 SNP位點，這張高密度遺傳連鎖圖譜可為將來獲得該魚生長QTL相關(guān)SNP標記和分子標記輔助選擇提供有用的平臺[7]。運用微衛(wèi)星分子標記技術(shù)對河川沙塘鱧家系的遺傳多樣性研究表明，9個微衛(wèi)星位點在5個家系(F1、F16、F29、F35和F36)中總共檢測到128個等位基因，且各家系間存在一定的遺傳分化，這為河川沙塘鱧家系選育提供相關(guān)數(shù)據(jù)，為下一步良種選育奠定基礎(chǔ)[8]。然而到目前為止，關(guān)于河川沙塘鱧形態(tài)特征的研究報道較少[9]，對應(yīng)到河川沙塘鱧雌雄形態(tài)差異的研究尚未見報道。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

試驗用魚分2批，均為池塘養(yǎng)殖魚類。分別于2015年9月和2016年12月，取自江蘇南京市水產(chǎn)科學(xué)研究所周崗基地。第1批計115尾，體長為3.17～7.11 cm，體質(zhì)量為0.78～9.89 g；第2批計220尾，體長為7.90～13.20 cm，體質(zhì)量為13.20～59.60 g。

1.2　數(shù)據(jù)測量

采用游標卡尺(573-642，昆山銘尚精密機電有限公司)測量全長(overall length)、體長(body length)、體高(body height)、體厚(body thickness)、尾柄長(caudal peduncle length)、尾柄高(caudal peduncle height)、頭長(head length)等形態(tài)性狀指標，精確至0.01 cm；使用電子天平(JSC-T29-6，惠而邦電子衡器有限公司)稱量體質(zhì)量，精確至0.01 g。豐滿度(fatness)通過公式：體質(zhì)量/體長3×100%計算得到，測定形態(tài)指標性狀指標后，再逐一解剖觀察其性腺特征判斷性別。

1.3　數(shù)據(jù)處理

2　結(jié)果

2.1　河川沙塘鱧雌雄形態(tài)性狀分析

由表1可知，河川沙塘鱧雌雄各計量性狀均值及其差異系數(shù)。雌雄魚計量性狀變異最大的均為體質(zhì)量，變異系數(shù)分別為0.67和0.57。從7項計量性狀來看，在個體間大小差異方面，雄魚個體間產(chǎn)生的變異較雌魚大，雌魚相對均勻。

為了分析雌雄間形態(tài)特征的差異，將雌雄計量性狀的均值差值和總體均值作比以進行標準化(MD/Mean)，可得出在所有計量性狀中雌雄魚的體質(zhì)量差異最大，其均值差/均值達到0.47，其次是尾柄高和體高的差異，該值分別為0.33和0.29，全長和體長的均值差/均值相對較低，均為0.22。

表1　河川沙塘鱧雌雄計量性狀比較

2.2　河川沙塘鱧主成分分析

為簡化河川沙塘鱧外形特征，明確河川沙塘鱧的形態(tài)指標體系，對14項性狀進行主成分分析，篩選出前4個主成分貢獻率，以及各指標在這4個主成分上的負荷量，它們的累積貢獻率達到86.46%，4個主成分及其包含的性狀和負荷量見表2。其中，主成分Ⅰ貢獻率達到58.26%，負荷量較大的主要是全長、體長、體質(zhì)量、體高、尾柄高、體厚、頭長、尾柄長、體長/體高、體長/體厚10項性狀，反映了河川沙塘鱧的整體框架輪廓指標；主成分Ⅱ貢獻率為10.91%，包括肥滿度、體高、體高/體厚3項性狀，反映了河川沙塘鱧體型肥瘦程度的指標；主成分Ⅲ貢獻率為9.65%，包括體長/尾柄長、尾柄長/尾柄高2項性狀，反映了河川沙塘鱧軀干及尾部指標；主成分Ⅳ貢獻率為7.82%，包括頭長、體長/頭長2項性狀，反映了河川沙塘鱧頭部特征。

根據(jù)主成分分析的得分，分別對主成分Ⅰ與主成分Ⅱ及主成分Ⅰ與主成分Ⅲ之間的雌雄個體繪制散布圖，見圖1、圖2。圖1中雌雄個體分布在主成分Ⅰ、Ⅱ軸上均表現(xiàn)出明顯的分離態(tài)勢，通過得分可知差異主要由體厚造成。圖2中雌雄個體在主成分Ⅰ、Ⅲ軸上均表現(xiàn)稍有分離態(tài)勢，而在主成分Ⅰ上更明顯，比較各個性狀的得分，可知其差異主要由體厚、尾柄長和尾柄高導(dǎo)致，散布圖顯示雌雄個體可能在體厚和尾部形態(tài)上稍有差異。

2.3　河川沙塘鱧相對性狀的R-聚類分析

由圖3可知，對335尾河川沙塘鱧的7項標準化形態(tài)性狀進行R-聚類分析的結(jié)果。此標準化后的相對性狀可分為兩大類。第Ⅰ類為體長/頭長、體長/尾柄長、尾柄長/尾柄高，為體形的特征參數(shù)；第Ⅱ類為體高/體厚、體長/體厚、體長/體高及肥滿度，主要反映魚體豐滿度。

表2　4個主成分貢獻率及各指標負荷量

R-聚類劃分的第Ⅰ類標準化性狀與主成分分析所得的第Ⅲ、Ⅳ主成分的組分相對應(yīng)，均反映河川沙塘鱧頭部及尾部指標； 第Ⅱ類標準化性狀也可與主成分分析所得的第Ⅱ組組分相對應(yīng)，反映了河川沙塘鱧體型肥瘦程度的指標。兩者所得的結(jié)果大體一致。

2.4　河川沙塘鱧雌雄判別分析

用SPSS 19.0軟件對所收集的335尾河川沙塘鱧個體的體長、體質(zhì)量連同7項標準化性狀(表2)進行逐步判別分析，根據(jù)各變量對模型的貢獻大小，逐步剔除不相關(guān)變量，最終篩選出4個變量，即體長(X1)、體質(zhì)量(X2)、體長/體厚(X3)、體長/頭長(X4)(變量的單位均為%)。這幾個指標反映了雌雄個體在頭部形態(tài)(X4)、身體形態(tài)(X1、X2、X3)方面的差異。所建立的判別模型方程為

雌：F1=6.543X1-0.546X2+20.634X3+40.504X4-153.512；

雄：F2=6.053X1-0.388X2+21.296X3+39.396X4-134.657。

判別函數(shù)的顯著性檢驗顯示，P<0.01，表明判別函數(shù)達到極顯著水平。計算出雌雄個體的判別分數(shù)值，分別得到雌雄個體的頻布圖。由圖4、圖5可見，該模型可以用于區(qū)分河川沙塘鱧的性別。

利用所建立的判別方程，對所建立方程的335尾個體進行性別回判。將每尾個體的4個特征參數(shù)值代入方程，分別計算F1和F2。如F1>F2，則為雌性，反之為雄性。經(jīng)過驗證，雌性判別準確率為74.80%，雄性判別準確率為68.90%，綜合判別率為71.00%(表3)。

表3　河川沙塘鱧雌雄判別結(jié)果

對篩選出的用于建立判別函數(shù)的4個性狀進行t檢驗，結(jié)果顯示體長、體質(zhì)量和體長/體厚的差異極顯著(P<0.01)；體長/頭長的差異顯著(P<0.05)。以上數(shù)據(jù)表明，雄性個體的體型相對于雌性較寬較豐滿，軀干和頭較長(表4)。

表4　河川沙塘鱧性狀的t檢驗及雌雄形態(tài)差異

3　討論

形態(tài)學(xué)研究是河川沙塘鱧養(yǎng)殖及育種研究的重要內(nèi)容，也是開展性別差異分析，進行河川沙塘鱧性別鑒定和控制的基礎(chǔ)[16]。近年來，許多學(xué)者將主成分分析、R-聚類分析和判別分析等多元分析的方法應(yīng)用于水產(chǎn)動物雌雄個體形態(tài)差異的分析上。丁文超等采用聚類分析、主成分分析和判別分析的方法對大黃魚(Larimichthyscrocea)4個家系(反交家系、岱衢洋家系、官井洋家系和正交家系)的形態(tài)差異進行了分析，結(jié)果表明岱衢洋家系、官井洋家系和正交家系之間形態(tài)差異較小，而它們同反交家系差異顯著[17]。郭弘藝等對153尾銀色鰻(Anguillajaponica)的形態(tài)指標進行主成分分析，標準化比例性狀進行R-聚類分析，并建立了雌雄個體的判別模型，結(jié)果表明長江口銀色鰻的雌性個體比雄性更為豐滿，體型較高但眼較小[18]。吳波等對178尾金錢魚(Scatophagusargus)形態(tài)性狀進行主成分分析和R-聚類分析，建立了金錢魚雌雄判別方程，結(jié)果表明雌性個體相比于雄性具有體形較高、頭較大且吻較長的特征[19]。岳亮等采用主成分分析、逐步判別分析和t檢驗的方法對紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)雌雄個體的形態(tài)差異進行了分析研究，結(jié)果表明紅鰭東方鲀雄性與雌性相比，體型較寬，體周長較長[20]。安麗等采用主成分分析、R-聚類分析和判別分析對67尾翹嘴紅鲌(Eryghroculterilishaeformis)主要形態(tài)指標和雌雄個體的形態(tài)差異進行了分析研究，結(jié)果表明雌性相較于雄性體型較寬、較豐滿，但尾柄較矮[21]。但到目前為止，通過主成分分析、聚類分析和判別分析的方法對河川沙塘鱧雌雄個體間的差異及其主要形態(tài)指標卻未見報道。因此，為明確河川沙塘鱧的主要形態(tài)指標體系，找出雌雄個體形態(tài)上存在的差異，本研究對335尾河川沙塘鱧的14項性狀(7項計量性狀及7項標準化性狀)進行了主成分分析、R-聚類分析和判別分析。

主成分分析結(jié)果顯示，共得到4個主成分，累計貢獻率為86.46%，這4個主成分分別代表河川沙塘鱧的整體框架結(jié)構(gòu)指標、肥瘦程度指標、軀干及尾部指標和頭部指標。通過對這些指標的測定和分析可以基本反映河川沙塘鱧的外形特征。聚類分析與主成分分析所得結(jié)果基本一致，聚類分析中的第Ⅰ、Ⅱ類標準化性狀分別與主成分分析所得的第Ⅲ、Ⅳ和Ⅱ類主成分的組分相對應(yīng)，反映河川沙塘鱧頭部、尾部及體型肥瘦程度的指標。表明河川沙塘鱧個體差異主要集中在頭部形態(tài)和魚體形態(tài)等方面。通過主成分分析的散布圖可知雌雄個體主要在主成分Ⅰ軸上表現(xiàn)出明顯的分離態(tài)勢，說明雌雄個體在主成分Ⅰ的指標有差異。根據(jù)得分情況可知，體厚對此分離的作用較大，分析其原因可能是在實際操作中對其測量時產(chǎn)生的誤差所導(dǎo)致，因此造成雌雄分析在體厚上有差異。

對河川沙塘鱧雌雄形態(tài)性狀的分析發(fā)現(xiàn)，雌雄魚計量性狀變異最大的均為體質(zhì)量，變異系數(shù)分別為0.67及0.57，雌雄間差異較大。從7項計量性狀來看，在個體間大小差異方面，雄魚個體間產(chǎn)生的變異較雌魚大，雄魚更為豐滿，體型為厚胖型，而雌魚體型為扁瘦型。此結(jié)果在下面的判別分析中也可以得到驗證。運用逐步判別分析的t-檢驗結(jié)果表明，河川沙塘鱧雌雄差異主要集中在體型肥瘦程度和頭部形態(tài)上，即雄性相較于雌性體型顯著較寬、較豐滿、頭較長，這與諶微等對大黃魚(Larimichthyscrocea)[22]、安麗等對翹嘴紅鲌(Eryghroculterilishaeformis)的研究結(jié)果[21]相似。同時，本研究建立了雌雄判別方程式，最終保留了體長、體質(zhì)量、體長/體厚和體長/頭長4個變量，綜合判別成功率達71.00%。郭弘藝等對長江口銀色鰻(Anguillajaponica)雌雄個體建立的判別方程分析顯示群體的識別正確率達88.50%[18]；吳波等對金錢魚(Scatophagusargus)雌雄個體建立的性別判別方程分析顯示，其綜合判別率為85.96%[19]；岳亮等對72尾雌、雄紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)的判別研究顯示，其準確率為81.90%[20]。與之相比，本研究結(jié)果相對處于較低水平，推測可能是由于試驗魚個體間差異較大造成的，雌雄體質(zhì)量變異系數(shù)分別達到0.76及0.57，個體間體質(zhì)量相差較大，使標準化很難進行，這樣不利于差異比較和雌雄判別。其次，試驗所選擇的性狀不夠全面也是可能原因之一，在進行判別分析時得到的標準化性狀有限，使建立的雌雄判別函數(shù)方程式有所差異，故對總體的判別準確率造成一定的影響。后續(xù)研究應(yīng)增加眼徑、吻長、眼間距等表型數(shù)據(jù)來進行相關(guān)的分析。

雖然判別分析和t-檢驗均不能有效地對河川沙塘鱧雌雄進行判別，這并不意味著多元分析的方法不適用于河川沙塘鱧雌雄判別，本研究由于受限于試驗個體間差異大、形態(tài)指標選取不完善，導(dǎo)致判別結(jié)果不理想。事實上，通過本研究已經(jīng)確定河川沙塘鱧雌雄形態(tài)存在明顯差異，多個性狀差異均達到極顯著水平，這也證明河川沙塘鱧雄魚生長明顯快于雌魚。但是要找出河川沙塘鱧雌雄生長出現(xiàn)差異的階段，并從外形上對雌雄魚進行準確判別，還需更加深入地研究。在以后的性別形態(tài)差異研究中，需充分考慮個體間差異大小、魚體規(guī)格以及形態(tài)指標選取完善與否等這些因素。

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