6個克氏原螯蝦群體形態學分析

徐 濱，李 忠，魏開金，馬寶珊，朱祥云，徐 進

(中國水產科學研究院長江水產研究所，農業農村部淡水生物多樣性保護重點實驗室 武漢 430223)

克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)，屬于甲殼綱(Crustacea)十足目(Decapoda)鰲蝦科(Cabaridae)[1],原產于墨西哥北部和美國南部，后擴散至夏威夷、日本、歐洲和尼羅河流域[2]。1918年移植到日本，20世紀30年代末由日本引入我國南京地區。由于其適應性廣、生命力和繁殖能力強，對水質要求不高，現已遍布于我國中東部地區十余省市，在有些地方已成為一些湖泊和溝渠的優勢種群,也是我國一種重要的水產養殖對象[3]。

國內外學者已經開展了克氏原螯蝦的多種生物學方面研究[4-7]；Barki等[8]用Von Beralanffy 生長方程描述了克氏原螯蝦的生長情況；李浪平等[9]和唐建清等[10]對其形態參數及生長模型等進行了研究；Barbaresi等[11-12]、Yue等[13]、劉煒[14]及Wang等[15]利用微衛星標記對克氏原螯蝦的遺傳多樣性進行了研究。多元統計分析可以對形態特征的多個參數進行綜合分析，在魚類物種鑒定、種群變異及性別差異等方面大量應用[16-17]。本研究應用聚類分析、判別分析和主成分分析方法對長江中下游地區6個克氏原螯蝦群體的遺傳差異進行了探討，以期為克氏原螯蝦地理群體的形態差異、種質資源挖掘與遺傳育種提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料

6個克氏原螯蝦野生群體分別采自于長江中下游的湖北、江蘇、安徽、湖南4個省，均采自天然湖泊或河流。每組群體樣本數量均為30個。盱眙群體(x)采自江蘇省淮安市盱眙縣洪澤湖；合肥群體(h)采自安徽省合肥市蜀山湖；沅江群體(y)采自湖南省沅江市洞庭湖；武漢群體(w)采自湖北省武漢市梁子湖；潛江群體(q)采自湖北省潛江市；沙市群體(yw)采自湖北省荊州市。所有活體樣品都保鮮運至長江水產研究所實驗室直接測量。

1.2 形態參數測量

用游標卡尺測量每尾蝦的全長、體長、頭胸甲長、頭胸甲寬、腹長、腹寬、尾扇長，精確到0.001 cm；用天平稱體質量和精確到0.01 g，方法參照文獻[18]，測量圖見圖1，樣本信息見表1。

圖1 克氏原螯蝦各形態測量指標Fig.1 The morphological measurement indexes of P.clarkii 1:全長；2：體長；3：頭胸甲長；4：腹長； 5：尾扇長；6：頭胸甲寬；7：腹寬

1.3 數據統計

實驗數據用SPSS 22.0軟件包處理：F檢驗法；聚類分析、主成分分析和判別分析3種多元分析方法，對所得數據進行分析。

1.3.1 聚類分析

為了科學合理地進行試驗數據的整理與分析，消除蝦體規格對參數值的影響，多元分析中采用除以體長校正或取2個形態參數比值。本研究選用10項形態特征比例參數，各參數代號見表2。

表1 6個克氏原螯蝦群體的樣本信息Tab.1 Samples information of P.clarkii

表2 形態比例參數與代碼Tab.2 Morphological parameters and codes

1.3.2 主成分分析

在主成分分析前，利用SPSS 16.0軟件對6個群體的形態參數進行正態分布檢驗，同時為了消除不同規格個體對參數值的分析造成一定影響，將各形態參數值分別除以對應的體長作為度量值予以校正處理。采用SPSS軟件對10個群體的形態學特征數據進行主成分分析，得到各主成分的特征值、主成分貢獻率、累計貢獻率等。

1.3.3 判別分析

在已知測量值的參數比例中判斷各群體性質，建立判別函數，用程序分析判別出各群體的類別。判別準確率的計算參照李思發等[16]的方法：

判別準確率=某克氏原螯蝦群體判別正確的尾數/該群體實際尾數×100%，

式中：Ai為第i個群體中判別正確的尾數，Bi為第i個群體中的實際尾數，k為群體數。

2 結果

2.1 性狀參數

正態檢驗表明克氏原螯蝦各群體形態數據均符合正態分布。各性狀參數見表3，從性狀參數看，6個群體的克氏原螯蝦均表現出頭胸甲長/體長(A3)、頭胸甲寬/體長(A6)雄性大于雌性，腹部長/體長(A4)雌性大于雄性，在體型特征上存在差異。

表3 不同群體克氏原螯蝦的性狀參數Tab.3 Appearance parameters of different populations of P.clarkii

2.2 克氏原螯蝦6個群體的聚類分析

6個群體雌、雄體群體歐式距離平方見表4。對其進行聚類分析，結果表明(見圖2)，無論是雄蝦還是雌蝦，6個群體可分為三個主要分支。第一分支為潛江、沅江和武漢三個群體，其中潛江和沅江群體遺傳距離最短，表明它們之間的親緣關系最近。沙市群體和合肥群體構成第二分支，兩群體間的遺傳距相對較短，親緣關系較近。第一和第二分支先聚類，然后才與第三分支盱眙群體聚類，說明盱眙群體與其他群體的遺傳距離最遠。

2.3 主成分分析

對6個不同群體的克氏原螯蝦的性狀參數進行主成分分析，共獲得4 個主成分，10個性狀參數入選主成分的特征向量、性狀特征值和累計貢獻率見表4。其中雌蝦的4個主成分的累計貢獻率為84.80%，雄蝦的4個主成分的累計貢獻率為86.29%，利用這些進行主成分分析能基本上反映所隱含的信息。

雌蝦的第一主成分特征值為4.14，方差貢獻率為41.38%，其主要作用的是腹部寬/體長(A7)和腹部寬/腹部長(A10)，反映了克氏原螯蝦的腹部特征；第二主成分的特征值為1.95，方差貢獻率為19.54%，其主要作用的是腹部寬/頭胸甲寬(A8)，反映了克氏原螯蝦的寬度特征；第三主成分主要作用的是頭胸甲長/體長(A3)和腹部長/體長(A4)，反映的是長度的特征；第四主成分主要反映的是腹部長/體長(A4)。雄蝦的第一主成分特征值為3.81，方差貢獻率為38.06%，其主要作用的是頭胸甲寬/體長(A6)、體質量/體長(A1)和頭胸甲寬/頭胸甲長(A9)，反映了克氏原螯蝦的頭胸甲特征；第二主成分的特征值為2.13，方差貢獻率為21.31%，其主要作用的是腹部寬/頭胸甲寬(A8)和腹部寬/腹部長(A10)，反映了克氏原螯蝦的寬度特征；第三主成分主要作用的是腹部長/體長(A4)反映的是長度的特征；第四主成分主要反映的是頭胸甲長/體長(A3)。從上述產生影響的變量中可以看出，腹部寬、腹部長、頭胸甲寬和體長是決定雌雄克氏原螯蝦6個群體形態分類的主要依據。此外，對雌蝦形態差異影響較大的還有全長和尾扇長2個性狀，雄蝦的體質量也對其形態有一定的影響力。

圖2 克氏原螯蝦雌、雄群體6群體聚類分析圖Fig.2 Clustering analysis on six different populations of P.clarkii

表4 克氏原螯蝦特征值及累計貢獻率Tab.4 Principal eigen and cumulative contribution rate of P.clarkii

在6個雌蝦群體中(表5)，第一主成分貢獻率最高的是合肥群體(38.66%)，最低為武漢群體(29.31%)；4個主成分累積貢獻率最高的是潛江群體(85.91%)，最低為沅江群體(81.56%)。雄蝦群體中，第一主成分貢獻率最高的為沅江群體(36.83%)，最低為潛江群體(27.82%)；4個主成分累積貢獻率最高的是沅江群體(89.74 %)，最低為武漢群體(81.42%)。

表5 6個克氏原螯蝦群體累計貢獻率Tab.5 Cumulative contribution rate six population of P.clarkia %

2.4 雌蝦6個群體的判別函數

對6個群體雌蝦的10個比例參數進行逐步判別，F檢驗結果表明，判別效果都比較好，雌體的a1、a7、a8、a9和a10性狀差異不顯著，雄體的a1-4、a7、和a10性狀差異不顯著。武漢、沅江、潛江、盱眙、沙市和合肥雌蝦群體的判別準確率P1分別是69.23%、88.24%、81.25%、86.67%、78.95%和100%，判別準確率P2分別是64.29%、83.33%、72.22%、100%、88.24%和100%。武漢、沅江、潛江、盱眙、沙市和合肥雄蝦群體的判別準確率P1分別是100%、84.62%、78.57%、93.75%、100%和94.74%，判別準確率P2分別是85%、91.67%、84.62%、93.75%、100%和100%(見表6)。F檢驗結果表明，雌、雄蝦群體判別公式是可靠的。

表6 6群體克氏原螯蝦的判別方程及判別結果Tab.6 Discriminant equation and discrimination results of six population of P.clarkia

3 討論

多元分析方法已逐漸滲透到育種和進化方面的研究，并在不同的生物類群的應用中獲得較好的效果，國內不少學者利用該方法對魚類、蝦蟹類和貝類等進行過分析[16-17,19-22]，研究結果也顯示這三種分析方法通過不同的角度進行分析，雖然所獲得的結果具有一定的相似性，但彼此不能代替。

本研究顯示6個群體的克氏原螯蝦在形態上已經產生了一定程度的變異，可以從形態上很好地區分盱眙群體、合肥群體和沙市群體。沅江與潛江兩個群體之間的差異性最小，兩者與武漢群體集為一支，表明3個群體親緣關系比較近。沙市和合肥兩個群體之間差異性較大，兩群之間的親緣關系很近。盱眙群體與其他群體之間的差異性很大，可以認為盱眙群體是另一群，區別于其他的5個群體，這表明長江中游地區的克氏原螯蝦群體與江蘇盱眙這一長江下游地區的群體親緣關系較遠。韓曉磊[23]和張龍等[24]對不同地區的克氏原螯蝦形態差異分析也表明江蘇群體與湖北群體形態差異較遠，符合地理距離遠近和群體親緣關系的一般規律，與本研究結果相一致。同時長江中游5個群體之間存在基因流，地理距離可能是導致不同地理群體出現基因流的主因，一般認為這是由于水體環境水溫、底質及水體餌料的豐富程度等的影響導致其形態、生理、生態甚至遺傳上出現差異。

主成份分析結果顯示腹部寬、腹部長、頭胸甲寬和體長4個性狀是決定這6個群體形態分類的主要依據，表明這4個性狀是所分析性狀中進化速度相對較快的性狀。該結果與郭慧等[25]研究的羅氏沼蝦、孫成波等[26]研究的凡納濱對蝦、韓曉磊等[23]及鄭友等[27]對克氏原螯蝦研究結果一致。張龍等[24]對長江流域10個不同水域克氏原螯蝦野生群體形態差異進行分析后認為，其主要集中在腹節因子上，但他沒有測量體長數據，以性狀參數除以全長校正，本研究是以性狀參數除以體長校正，同時將雌雄數據分別處理。其中雌蝦的主要決定性狀是腹部寬、腹部長和體長，雄蝦的主要決定性狀是頭胸甲寬、腹部寬和體長，這與6個群體的克氏原螯蝦在頭胸甲長/體長(A3)和頭胸甲寬/體長(A6)雄性大于雌性、腹部長/體長(A4)雌性大于雄性的結果相呼應。同時對克氏原螯蝦雌蝦形態差異影響較大的還有全長和尾扇長這2個性狀，雄蝦的體質量對其形態也有一定的影響。

判別分析是群體鑒定的常用方法，建立判別公式可以根據單因子F值的大小，找出對判別作用較大的參數[23,27]。本研究成功建立了6個群體的判別函數。其中雌體判別準確率為69.23% ～ 100%(P1)和64.29% ～100%(P2)，綜合判別準確率為83.52%；雄體為78.57%～100%(P1)和84.62%～100%(P2)，綜合判別準確率為92.23%，判別準確率較高，表明其能夠用于對這6個群體進行有效的判定。本研究綜合判別率和韓曉磊[23]、鄭友等[27]研究結果類似，但雌性綜合判別率略低，雄性綜合判別率略高，可能是由于選取的性狀為種間分類學形態指標，這些群體在形態上雖有差異，但沒有達到亞種水平，同時選取的群體位于不同區域的原因。