三種環(huán)棱螺形態(tài)學(xué)比較研究

但小琴，程 果，文衍紅，羅福廣，黃 杰，王衛(wèi)民

(1.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院動(dòng)物遺傳育種與繁殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 武漢，430070； 2.廣西壯族自治區(qū)柳州市漁業(yè)技術(shù)推廣站，廣西柳州，545006)

環(huán)棱螺 (Bellamya)，隸屬于軟體動(dòng)物門(Mollusca)腹足綱(Gastropoda)前鰓亞綱(Prosobranchia)田螺科(Viviparidae)。其分布廣范[1]、資源豐富、營養(yǎng)全面[2]、味道鮮美，越來越受到人們的關(guān)注[3-4]，并成為了我國一些地方特色美食(如柳州螺螄粉)的主要食材[5]。由于環(huán)棱螺屬種類較多，種間形態(tài)差異較小，僅僅通過簡單的螺層數(shù)量、殼口形狀、螺殼顏色、厴部形態(tài)等特征很難將其區(qū)分，造成目前養(yǎng)殖的環(huán)棱螺種類混雜，不利于生產(chǎn)管理和經(jīng)濟(jì)效益的提高，因此對環(huán)棱螺屬的主要種類進(jìn)行更準(zhǔn)確的形態(tài)特征研究迫在眉睫。

環(huán)棱螺物種區(qū)分主要有以下幾種方法：第一種是對物種形態(tài)學(xué)指標(biāo)進(jìn)行比較(也叫形態(tài)比較研究)，如可量指標(biāo)(體高、體寬、螺旋部高、螺旋部寬、體螺層高等)和非可量指標(biāo)[6](殼面凹凸、殼頂堅(jiān)鈍、螺體體型、螺棱分布、齒舌形態(tài)[7]等)；第二種是采用非形態(tài)學(xué)指標(biāo)對物種進(jìn)行鑒別，如染色體核型[8-9]、酯酶同工酶[10]、足肌蛋白質(zhì)[11]、DNA分子標(biāo)記[12-15]等。雖然非形態(tài)學(xué)指標(biāo)能夠更準(zhǔn)確的鑒別物種，但存在鑒別方法較復(fù)雜、試驗(yàn)成本較昂貴、獲取結(jié)果較緩慢、傷害試驗(yàn)對象等問題。但形態(tài)比較研究方法簡單快捷，而且對鑒別對象幾乎沒有傷害，因此物種鑒別中常用形態(tài)比較研究方法。形態(tài)比較研究方法主要包括傳統(tǒng)形態(tài)度量法、框架形態(tài)度量法[16]和幾何形態(tài)測量法[17]。在螺類中，傳統(tǒng)形態(tài)度量法主要是通過傳統(tǒng)的可數(shù)性狀和可量性狀來衡量螺類個(gè)體，但在衡量環(huán)棱螺的整體形態(tài)時(shí)存在片面性，因此傳統(tǒng)形態(tài)度量法在環(huán)棱螺上應(yīng)用較少。幾何形態(tài)測量法是從多維角度去比較物體間的形態(tài)結(jié)構(gòu)差異[17]，在環(huán)棱螺形態(tài)比較研究上沒有應(yīng)用基礎(chǔ)。框架形態(tài)度量法是從不同方向去度量物體外部形態(tài)，并結(jié)合聚類分析、主成分分析及判別分析等多元分析方法，可以精確反映物體間的形態(tài)特征差異，這一方法在環(huán)棱螺形態(tài)比較研究上有一定的應(yīng)用基礎(chǔ)[6]。

本研究綜合傳統(tǒng)形態(tài)度量法和框架形態(tài)度量法兩種研究方法，對我國南方自然水體中常見的梨形環(huán)棱螺(Bellamyapurificata)、銅銹環(huán)棱螺(B.aeruginosa)與角形環(huán)棱螺(B.angularia)三種環(huán)棱螺進(jìn)行形態(tài)比較，旨在運(yùn)用多變量形態(tài)度量法對三種環(huán)棱螺的形態(tài)差異進(jìn)行系統(tǒng)比較研究，以期積累環(huán)棱螺形態(tài)學(xué)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，并為環(huán)棱螺屬螺類的外部形態(tài)特征和種間差異研究提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

實(shí)驗(yàn)銅銹環(huán)棱螺、梨形環(huán)棱螺、角形環(huán)棱螺于2019年4月采于湖北省鄂州市，每個(gè)物種取樣量在500個(gè)以上，且為性成熟形態(tài)穩(wěn)定的個(gè)體，暫養(yǎng)于華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)基地，隨機(jī)采取銅銹環(huán)棱螺、角形環(huán)棱螺、梨形環(huán)棱螺各50個(gè)，進(jìn)行傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)可量性狀數(shù)據(jù)測量和比例性狀測定。

1.2 形態(tài)學(xué)參數(shù)的測量

環(huán)棱螺螺體洗凈后，觀察體形、體色，用電子天平稱量質(zhì)量，用電子數(shù)顯游標(biāo)卡尺(精確度為0.01 cm)測量可量性狀(體高、體寬、螺旋部高、螺旋部寬、體螺層高、第一螺層高、第二螺層高、第二螺層寬、殼口高、殼口寬)，測量方法參照腹足類形態(tài)特征測量標(biāo)準(zhǔn)[1]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

基于10個(gè)形態(tài)學(xué)可量性狀(圖1)，將三種環(huán)棱螺的可量性狀進(jìn)一步交叉比值，得到28個(gè)比例性狀(體高/體寬、螺旋部高/螺旋部寬、第一螺層高/第一螺層寬、第二螺層高/第二螺層寬、殼口高/殼口寬、螺旋部高/體高、螺旋部高/體螺層高、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、第一螺層高/體螺層高、第一螺層高/第二螺層高、第一螺層高/殼口高、第二螺層高/體高、第二螺層高/螺旋部高、第二螺層高/體螺層高、第二螺層高/殼口高、殼口高/體高、殼口高/螺旋部高、殼口高/體螺層高、螺旋部寬/體寬、第一螺層寬/體寬、第一螺層寬/螺旋部寬、第一螺層寬/第二螺層寬、第一螺層寬/殼口寬、第二螺層寬/體寬、第二螺層寬/螺旋部寬、第二螺層寬/殼口寬、殼口寬/體寬、殼口寬/螺旋部寬)，實(shí)驗(yàn)比例性狀均用“平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤 (mean±SE)”表示。測量結(jié)果采用IBM SPSS Statistics 22進(jìn)行單因素方差分析(采用顯著水平為0.05檢驗(yàn))、聚類分析、主成分分析及判別分析。

圖1 環(huán)棱螺形態(tài)學(xué)可量性狀圖示Fig.1 Morphological measurable character of Bellamya were illustrated

2 結(jié)果與分析

2.1 三種環(huán)棱螺的單因素方差分析

三種環(huán)棱螺的可量性狀和可量性狀比例參數(shù)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)誤見表1。可量性狀中，第一螺層高、第一螺層寬、第二螺層寬等三個(gè)性狀在三種環(huán)棱螺中差異均顯著；比例性狀中，螺旋部高/螺旋部寬、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、殼口高/體高、殼口高/螺旋部高、螺旋部寬/體寬、第一螺層寬/第二螺層寬、第二螺層寬/螺旋部寬、殼口寬/螺旋部寬等10個(gè)性狀比例參數(shù)在三種環(huán)棱螺中差異均顯著。

表1 三種環(huán)棱螺可量性狀和比例性狀Tab.1 Measurable characters and proportional character of three kinds of Bellamya

注：同一行中標(biāo)有不同字母表示該指標(biāo)種間差異顯著 (P<0.05)，標(biāo)有相同字母表示種間差異不顯著 (P>0.05)。

2.2 三種環(huán)棱螺的聚類分析

對28個(gè)可量性狀比例參數(shù)的平均值進(jìn)行聚類分析(圖2)。聚類結(jié)果顯示，角形環(huán)棱螺與梨形環(huán)棱螺形態(tài)差異較小，與銅銹環(huán)棱螺形態(tài)差異較大。

圖2 三種環(huán)棱螺形態(tài)聚類樹形圖Fig.2 Cluster tree diagram of three species of Bellamya

2.3 三種環(huán)棱螺的主成分分析

對三種環(huán)棱螺的28個(gè)可量性狀比例參數(shù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示前三個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率高達(dá)92.62%，即這三個(gè)主成分可以解釋群體間形態(tài)差異的92.62%。其中第一主成分的貢獻(xiàn)率為75.06%，其他兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率依次為9.37%、8.19%。第一主成分中，第一螺層高/第一螺層寬、第二螺層高/第二螺層寬、螺旋部高/體高、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、第一螺層高/體螺層高、第一螺層高/殼口高、第二螺層高/體高、第二螺層高/螺旋部高、第二螺層高/體螺層高、第二螺層高/殼口高、殼口高/體高、第一螺層寬/體寬、第一螺層寬/螺旋部寬、第一螺層寬/第二螺層寬、殼口寬/體寬、殼口寬/螺旋部寬、第一螺層高/殼口高等所占比重最大(負(fù)荷值>0.8)，這些性狀比例涉及所有可量性狀，第一主成分主要反映螺的整體輪廓。第二主成分主要是殼口高/螺旋部高，主要反映體高。第三主成分主要是第二螺層寬/體寬和第二螺層寬/螺旋部寬，主要反映體寬(表2)。根據(jù)第一主成分和第二主成分繪制散點(diǎn)圖(圖3)，可以看出在第一主成分上，梨形環(huán)棱螺有很好的區(qū)分度，說明梨形環(huán)棱螺在整體輪廓上與角形環(huán)棱螺和銅銹環(huán)棱螺有很大區(qū)別，角形環(huán)棱螺和銅銹環(huán)棱螺的整體輪廓較相似；在第二主成分上，三種環(huán)棱螺區(qū)分度較低，并且角形環(huán)棱螺和銅銹環(huán)棱螺體寬十分相近。

表2 三種環(huán)棱螺形態(tài)特征主成分的負(fù)荷值及貢獻(xiàn)率Tab.2 Contribution ratios and loading values of principal components on the characters of three kinds of Bellamya

圖3 三種環(huán)棱螺主成分圖Fig.3 Principal component diagram of three kinds of Bellamya

2.4 三種環(huán)棱螺的判別分析

對三種環(huán)棱螺的28項(xiàng)可量性狀比例參數(shù)進(jìn)行逐步判別分析，構(gòu)建了三種環(huán)棱螺的判別函數(shù)，結(jié)果如下：

角形：Y=-39 334.311+19 173.447體高/體寬+1 052.714螺旋部高/螺旋部寬-39 899.074第一螺層高/第一螺層寬+58 835.867體螺層高/體高-65 611.698第一螺層高/體高+126 852.307第一螺層高/體螺層高-4 617.724第一螺層高/第二螺層高+12 541.855第二螺層高/體高-47 668.564第二螺層高/體螺層高+6 651.882第一螺層寬/第二螺層寬-20 168.107第一螺層寬/殼口寬-79 449.625第二螺層寬/體寬+55 432.490第二螺層寬/殼口寬+38 418.506殼口寬/體寬。

梨形：Y=-36 555.401+16 310.075體高/體寬+1 738.554螺旋部高/螺旋部寬-40 075.793第一螺層高/第一螺層寬+56 568.666體螺層高/體高-52 094.274第一螺層高/體高+108 180.547第一螺層高/體螺層高-2 721.961第一螺層高/第二螺層高+6 071.569第二螺層高/體高-23 212.249第二螺層高/體螺層高+390.470第一螺層寬/第二螺層寬-9 448.668第一螺層寬/殼口寬-50 805.713第二螺層寬/體寬+29 196.613第二螺層寬/殼口寬+21 192.838殼口寬/體寬

銅銹：Y=-38 998.689+19 115.392體高/體寬+1 055.163螺旋部高/螺旋部寬-39 586.601第一螺層高/第一螺層寬+58 366.624體螺層高/體高-65261.856第一螺層高/體高+126 162.041第一螺層高/體螺層高-4 628.118第一螺層高/第二螺層高+12 576.046第二螺層高/體高-47 785.627第二螺層高/體螺層高+6 762.207第一螺層寬/第二螺層寬-20 299.228第一螺層寬/殼口寬-79 423.135第二螺層寬/體寬+55 604.988第二螺層寬/殼口寬+38 419.033殼口寬/體寬

通過逐個(gè)引入變量再檢驗(yàn)其判別能力，28個(gè)可量性狀比例參數(shù)經(jīng)過逐步剔除后，保留了14個(gè)判別能力顯著的指標(biāo)(F>3.84)，回代后的結(jié)果見表3。50只角形環(huán)棱螺，用判別函數(shù)回代分類，與實(shí)際相符的49只，錯(cuò)分為銅銹環(huán)棱螺1只，角形環(huán)棱螺的判別準(zhǔn)確率為98%；50只梨形環(huán)棱螺，用判別函數(shù)回代分類，與實(shí)際相符的50尾，沒有錯(cuò)分，梨形環(huán)棱螺的判別準(zhǔn)確率為100%；50只銅銹環(huán)棱螺，用判別函數(shù)回代分類，與實(shí)際相符的50尾，沒有錯(cuò)分，銅銹環(huán)棱螺的判別準(zhǔn)確率為100%。判別函數(shù)對這三種環(huán)棱螺的綜合判別率為99.3%。

表3 三種環(huán)棱螺逐步判別分析歸類結(jié)果Tab.3 Results of stepwise discriminant analysis and classification of three kinds of Bellamya

3 討論

聚類分析是依據(jù)個(gè)體或變量的數(shù)量關(guān)系來分類，客觀性較強(qiáng)，是一種常用的類別分析方法[6,18-19]，本研究聚類分析結(jié)果顯示：角形環(huán)棱螺與梨形環(huán)棱螺形態(tài)差異較小，與銅銹環(huán)棱螺形態(tài)差異較大，此結(jié)果與早期環(huán)棱螺的染色體核型研究結(jié)果一致[8]。判別分析是根據(jù)兩個(gè)及兩個(gè)以上已知類別的樣本進(jìn)行形態(tài)參數(shù)分析，確定一個(gè)或幾個(gè)判別指標(biāo)，然后形成物種特定的線性判別函數(shù)，可以客觀準(zhǔn)確地進(jìn)行物種鑒別。王旭等[20]采用8個(gè)可量性狀對3個(gè)單齒螺地理種群進(jìn)行形態(tài)判別，綜合判別準(zhǔn)確率74.31%；羅福廣等[21]采用7個(gè)可量性狀對中國沿海管角螺4個(gè)自然群體進(jìn)行形態(tài)判別分析，綜合判別準(zhǔn)確率87.3%；區(qū)小玲等[22]采用15個(gè)可量性狀對中國沿海8個(gè)管角螺地理群體建立形態(tài)判別函數(shù)，綜合判別準(zhǔn)確率為87.54%。本研究在腹足類形態(tài)研究的基礎(chǔ)上，增加可量性狀和比例性狀，采用逐步判別法從28個(gè)比例性狀中篩選出14個(gè)主要性狀，對三種環(huán)棱螺進(jìn)行判別分析，綜合判別率高達(dá)99.3%。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，在逐步判別的過程中， 可見體高/體寬、螺旋部高/螺旋部寬、第一螺層高/第一螺層寬這3個(gè)性狀在該判別函數(shù)中作用非常顯著，這與聚類分析結(jié)果一致。主成分分析結(jié)果顯示：前三個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率高達(dá)92.62%，這三個(gè)主成分依次反映軀體外部輪廓、體高和體寬，其中第一主成分貢獻(xiàn)率75.06%，說明軀體外部輪廓是三種環(huán)棱螺鑒別的主要依據(jù)，這與傳統(tǒng)形態(tài)辨別方法一致[1]，但傳統(tǒng)形態(tài)辨別參考的殼面凹凸、殼頂堅(jiān)鈍、螺體體型、螺棱分布等非可量性指標(biāo)的判斷標(biāo)準(zhǔn)比較模糊，沒法準(zhǔn)確比較物體間外部形態(tài)的細(xì)微差異，導(dǎo)致辨別準(zhǔn)確率較低。

綜上所述，三種分析結(jié)果從不同角度均說明角形環(huán)棱螺和梨形環(huán)棱螺外形比較相近，和銅銹環(huán)棱螺外部形態(tài)差異較大。這種外部形態(tài)差異雖然會(huì)受底質(zhì)、水溫、水流、鹽度、溫度、餌料、外殼的鈣化等非生物因素的影響[23]，但這種影響并不會(huì)完全消除個(gè)體差異，而且增加研究性狀參數(shù)可以顯著消除形態(tài)比較誤差，因此采用多種形態(tài)度量法并結(jié)合多元統(tǒng)計(jì)分析方法可以對這三種環(huán)棱螺進(jìn)行較為準(zhǔn)確的辨別。