不同生長環境下花鰩骨的形態特征比較

雷寧 曾建剛 沈小明 葉金云 朱俊杰

摘要 運用3種多元統計分析方法對采自太湖、錢塘江桐廬段的野生花鰩骨以及由太湖野生群體經人工繁育3代的花鰩骨這三個群體的30個形態參數進行了比較。結果顯示，太湖群體和東林養殖群體的形態較為接近，而與桐廬群體的差異較大。利用主成分分析構建了3個主成分，其貢獻率分別為主成分1 55.08%、主成分2 14.01%、主成分3 6.87%，它們的累積貢獻率為75.97%。逐步判別選入3個貢獻率較大的性狀進行判別分析，通過建立的3個群體判別函數，其判別準確率P1為75%～100%，P2 為77%～100%，綜合判別率為86%，結果表明3個群體形態差異顯著（P<0.01）。該研究為花鰩骨不同群體的鑒別積累了基礎資料以及為花鰩骨的增殖放流、優良品種的培育和種質資源保護提供理論依據。

關鍵詞 花鰩骨;形態特征;聚類分析;主成分分析;判別分析

中圖分類號 Q954? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2021）04-0088-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2021.04.023

Comparison of Morphological Characteristics? of Hemibarbus maculates under Different Growth Environments

LEI Ning1，ZENG Jian-gang2，SHEN Xiao-ming3 et al （1.College of Life Sciences，Huzhou University，Huzhou，Zhejiang 313001;2.Bureau of Agriculture and Rural Affairs in Deqing County，Huzhou，Zhejiang 313100;3.Deqing Haoyuan Aquatic Seed Industry Co.，Ltd.，Huzhou，Zhejiang 313200）

Abstract Three multivariate analysis methods were used to compare 30 morphological characteristics parameters of? three populations of Hemibarbus maculatus，including? two wild populations collected from Taihu Lake and Qiantangjiang River（Tonglu section），Donglin breeding population after 3 generations of artificial breeding.The results showed that the morphological characteristics of Taihu population and Donglin breeding population were similar，which had greater difference with those of Tonglu population.Through principal component analysis，three principal components were established，their contribution rates were 55.08%，14.01%，6.87%，respectively，and the cumulative contribution rate was 75.97%.Three traits with higher contribution rate were selected for discriminant analysis by stepwise discrimination.The discrimination functions of the three populations were set up.The discrimination accuracy P1 was 75%-100%，P2 was 77%-100%，comprehensive discrimination rate was 86%.The stepwise discrimination analysis revealed that the morphological characteristics were significantly different among three populations（P<0.01）.This study accumulated basic data for the identification of different populations of H.maculatus，and provided theoretical basis for the proliferation and release of H.maculatus， the cultivation of godd breed and the protection? of germplasm resources.

Key words Hemibarbus maculates;Morphological characteristics;Cluster analysis;Principal component analysis;Discriminant analysis

基金項目 浙江省重大科技專項（2016C020055-3-3）;國家水產種質資源共享平臺項目（2018DKA30470）;浙江省重點研發科研項目（2019C02082）。

作者簡介 雷寧（1996—），女，廣西柳州人，碩士研究生，研究方向：水產種質資源。通信作者，副研究員，博士，碩士生導師，從事水產動物遺傳育種研究。

收稿日期 2020-07-02

花鰩骨（Hemibarbus maculates Bleeker） 隸屬鯉形目鯉科鰩骨亞科鰩骨屬，俗稱“季魚”“雞骨郎”“季郎魚”，通常分布于亞洲境內的中國、朝鮮和日本等淡水水域以及俄羅斯境內的部分黑龍江水系[1]，該魚肉鮮味美，頗受消費者的青睞，經濟價值較高。隨著人工繁殖和苗種培育技術的持續突破[2-3]，花鰩骨在江、浙、滬地區已成為優良的養殖品種。野生花鰩骨自然群體數量卻不斷削減，全因捕撈過度、水質污染及富營養化嚴重和競爭性魚類放流等生態因子變化的影響。為保護花鰩骨野生資源，浙江省自2015年以來連續4年在自然水域中增殖放流花鰩骨魚種，但放流的花鰩骨魚種多來自于人工繁育群體，其對自然花鰩骨群體是否會造成種質上的沖擊有待深入探索。

魚類形態特征是其內在遺傳特性的外在表現。從形態學和表型性狀上研究遺傳變異是經典遺傳學研究的主要內容，是資源鑒定、物種分類、生物起源和進化系統樹等研究的基礎[2]。生態環境適應性是指生物的基礎能力，生物一直處于不斷適應其生態環境的過程中，并演化產生不同的形態特征[4]。野生和養殖條件就是2種不同環境，這2種生態環境下花鰩骨的形態特征尚未見到相關報道。筆者對花鰩骨太湖野生群體、桐廬野生群體和東林養殖群體的形態參數進行了系統對比，將傳統形態度量學方法與統計學比較分析相結合，以期為花鰩骨不同群體的劃分、良種選育和種質資源保護提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 3個花鰩骨群體的樣本，分別于2019年11月采自浙江錢塘江流域桐廬段，于2018年11月采自浙江湖州太湖流域，于2018年11月采自浙江湖州東林某養殖基地。其中，人工養殖群體是由太湖野生群體經人工繁育3代的養殖群體。樣本采集情況見表1。

表1 花鰩骨采集時間、地點與樣本數

Table 1 Sampling time，site and sample number of H.maculates

群體Population 采集地 Sampling site 采集時間Sampling time 樣本數 Sample number? 平均全長Average whole length∥cm

東林養殖群體Donglin breeding population（DL）湖州東林2018-111931.31±2.27

太湖野生群體Taihu wild population（TH）湖州太湖2018-111921.50±3.01

桐廬放流群體Tonglu released population（TL）桐廬富春江2019-111623.25±4.39

1.2 數據測量 共30項形態數據指標，含傳統可量性狀及框架參數。參照李思發[5] 進行框架測量坐標點的選擇，具體見圖1和表2。魚體外形的21個框架參數，以10個定位點之間的距離構建而成，例如D2-4 表示定位點2 與 4 之間的距離。

1.3 分析方法

1.3.1 數據預處理。

每個采集樣本，測量包括9個可量性狀與 21個框架參數在內的30個指標?？傆嫓y量54個樣本，共得到1 620個數據。將各形態參數值除以樣本體長值再進行校正，以消除花鰩骨樣本個體差異帶來的誤差或影響。校正后得到29項形態比例參數，使用SPSS 23.0統計軟件進行數據統計與分析[6]。

1.3.2 主成分分析。利用主成分分析考察各指標間的相互關系，利用正交變換降維將29項參數轉換為較少且互不相關的幾個綜合指標，使得后續研究更加簡便、直觀。

1.3.3 聚類分析。

用3個群體29項形態特征比例參數的平均值進行聚類分析。采用的聚類方法為歐式距離法。

1.3.4 判別分析及判別準確率的計算。采用SPSS 23.0統計軟件的逐步判別法開展判別分析，選取對群體形態差異貢獻較大的參數建立判別公式。判別準確率的計算公式如下：

判別準確率P1=判別正確的魚類樣本數/實際魚類樣本數（1）

P2=判別正確的魚類樣本數/ 判別魚類樣本數（2）

綜合判別率=ni=1Ai/ni=1Bi（3）

式中，實際魚類樣本數是指該魚類樣本的采樣數目，判別魚類樣本數是指被判為該群體的魚類樣本數;Ai 為第 i 個群體中判別正確的魚類樣本數，Bi為第 i 個群體的實際魚類樣本數，n 為魚類樣本群體數。

2 結果與分析

2.1 主成分分析 在主成分分析中，提取了方差貢獻率較大的3個主成分，它們的累積貢獻率為75.97%。這說明這3種主成分包含了其總變異的絕大部分，成功實現了數據降維目標，可利用這3個相互獨立的因子來分析不同種群間花

鰩骨的形態差異。這3個主成分的方差貢獻率分別為主成分1 55.088%、主成分2 14.01%、主成分3 6.87%。

對主成分分析求得的初始變量相關矩陣進行方差最大化正交旋轉，旋轉后的因子載荷矩陣見表3。由表3可知，對總方差貢獻率最大的主成分1主要取決于尾柄長/體長、D2-3/體長、D2-4/體長、D3-4/體長、D4-5/體長、 D5-6/體長、D7-8/體長、D8-10/體長、D9-10/體長這9個比例參數，反映了頭部及尾部等形態特征，由此可見花鰩骨 3個群體的個體在形態上的差異很大部分是由這9個形態差異引起的。

花鰩骨主成分2對主成分1繪圖，結果如圖2所示，主成分1、主成分2為相對值。從圖2可以看出，太湖野生群體和東林養殖群體重疊較多，難以完全區分開，表明二者差異較小，它們與桐廬放流群體差異較大。

2.2 系統聚類分析

采用系統聚類分析，東林、太湖、桐廬3個花鰩骨群體間的類平均距離見表4，聚類結果見圖3。聚類分析將源于同一水域環境（太湖）的太湖野生群體和人工養殖群體歸于一類，而將不同水域的桐廬群體歸于另一類。以上結果表明3個花鰩骨群體中，人工養殖群體和太湖野生群體較為相似，其分析結果與主成分分析相一致。

2.3 判別分析

采用SPSS 23.0統計軟件中的逐步判別法進行判別分析，對29項形態參數進行分析，判別準確率為95%。為提高公式的實用性和簡便性，從29項形態參數中選出對判別貢獻較大的12項參數，再進行判別，判別準確率P1為75%～100%，判別準確率P2為77%～100%，3個花鰩骨群體樣本的綜合判別率為86%（表5） 。

利用挑選的 12個參數建立3個群體的判別公式：

Y1=1 630X1+1 436X2+1 197X3+255X4+37X5+1 741X6+324X7 +1 010X8-414X9+934X10-92X11-407X12-535

Y2=1 573X1+1 396X2+1 257X3+299X4+38X5+1 782X6+263X7 +1 020X8-391X9+989X10-87X11-421X12-539

Y3=1 160X1+2 283X2+1 183X3+375X4+34X5+2 078X6+259X7 +1 246X8-476X9+1 037X10-171X11-479X12-508

式中，X1、X2、 X3、 X4、 X5、 X6、 X7、X8、X9、X10、X11、X12分別為頭長/體長、眼徑/體長、尾柄長/體長、吻長/體長、尾柄高/體長、眼間距/體長、D5-8、D6-8、D1-2、D7-8、D3-6、D5-6。

根據所得的判別公式，可準確判別出未知來源花鰩骨樣本屬于哪個群體。判別方法如下：測量出未知來源的花鰩骨樣本的12個形態比例參數（頭長/體長、眼徑/體長、尾柄長/體長、吻長/體長、尾柄高/體長、眼間距/體長、D5-8、D6-8、D1-2、D7-8、D3-6、D5-6），將所測比例參數代入每個判別函數，則未知樣本屬于判別函數值大的群體。

3 討論

3.1 主成分分析、判別分析和聚類分析的應用

判別分析廣泛應用于各個領域，它是在分類已知的條件下尋找可以表征事物特點的判據，通過建立判別函數對事物進行分類。目前，逐步判別是判別分析中最常用的手段。

判別分析是魚類群體鑒定常用方法之一[7-8] ，也常用于鑒別不同水環境中河蟹[9-11]和羅非魚的不同品系[12-13] 。目前，判別分析在水產領域的應用已取得了一些成果，比如建立了不同水系河蟹的判別公式，利用判別函數區分不同水系的河蟹，對于避免河蟹種質混雜上有直接作用。

該研究采用可量性狀與框架數據相結合的方法，對花鰩骨的3個群體進行了判別分析。源于不同水域環境（太湖、桐廬）的群體判別準確率100%，判別效果顯著。這說明判別分析對于親緣關系很近的群體的鑒別是很有效的，而該研究所建立的判別公式可用于鑒別不同水域的花鰩骨群體，在花鰩骨種質資源保護上具有一定的借鑒意義。

該研究通過聚類分析、判別分析和主成分分析3種多元分析方法進行統計分析，分析結果均具有相似性。主成分分析是將多種指標歸納為少量具有代表性的因子來說明不同群體之間的差異大小，并根據不同種群的主成分值找出其各自差異較大的參數。該研究利用主成分分析得到的第一、二主成分繪制散點圖，直觀地分析了不同群體的區分程度，為后續數據分析提供了依據。聚類分析是參照遺傳距離的大小進行劃分，遺傳距離較小的2個品種歸為一類，遺傳距離較大的則分在不同的類。該研究的聚類分析的結果表明同一水域環境（太湖）的太湖野生群體和人工養殖群體歸于一類，而將不同水域的桐廬群體歸于另一類，是較為合理可信。這個分類結果也在判別分析中得到進一步的驗證，即源于不同水域環境（太湖、桐廬）的群體判別準確率達100%，判別效果顯著，而源于同一水域的太湖野生和東林人工養殖判別準確率分別為94.94%和100%，表明判別分析與聚類分析的趨同一致性。

3.2 ?野生與人工養殖的生存環境對花鰩骨形態特征的影響

有關野生與人工養殖的2種不同生存環境對魚類生長的影響的研究，以往主要集中在肌肉營養成分的差異分析，其結果表明不同的生存環境和餌料使得野生和養殖群體的肌肉成分和組成存在顯著差異[14-16]。

形態學的特征是受遺傳因子和環境因子的共同影響。該研究結果表明野生和養殖環境的差異對花鰩骨形態存在影響，二者形態差異主要取決于尾柄長/體長、D2-3/體長、D2-4/體長、D3-4/體長、D4-5/體長、D5-6/體長、D7-8/體長、D8-10/體長、D9-10/體長這9個比例參數。這可能是因為該研究中的人工養殖群體是由太湖野生群體經人工馴養而來，僅經過數代的繁育，生存環境的變化對該群體的影響時間較短，并未導致明顯的形態特征差異，所以源于同一水域環境（太湖）的太湖野生群體和人工養殖群體更為相似。

基因組遺傳多樣性分析結果表明不科學的人工繁育會降低繁育群體的遺傳多樣性水平[17-22]。源于太湖野生群體F2代以內的人工繁育苗種可用于太湖流域的花鰩骨增殖放流，但不建議用于錢塘江水系花鰩骨的增殖放流。

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