雅魯藏布江異齒裂腹魚不同群體的形態差異

魏源博，張桂蓉，李雷，馬波，馬徐發，魏開建

1.華中農業大學水產學院/水產養殖國家級實驗教學示范中心/農業農村部淡水生物繁育重點實驗室，武漢430070； 2. 中國水產科學研究院黑龍江水產研究所，哈爾濱 150070

異齒裂腹魚(Schizothoraxo’connori)隸屬鯉形目(Cypriniformes)、鯉科(Cyprinidae)、裂腹魚亞科(Schizothoracinae)、裂腹魚屬(Schizothorax)，是我國西藏特有的高原冷水性魚類，分布于雅魯藏布江中上游干支流及其附屬水體中[1]。異齒裂腹魚是隨著青藏高原的急劇隆升而特化的裂腹魚類群之一[2]，是雅魯藏布江的主要優勢魚類和珍稀物種，具有重要經濟和生態價值，在魚類進化和動物地理學等研究中具有重要科學價值。近年來，由于過度捕撈、外來物種入侵、涉水工程建設等人類活動的影響，其自然種群數量急劇下降，個體小型化明顯[3-4]，急需加強其現有種群資源保護的研究。

目前，國內學者對異齒裂腹魚生物學特征[5-6]、資源狀況[3]等作了研究，并開展了種群資源評估[7]、增殖放流試驗與幼魚標記方法[8-9]等研究，以保護其種群資源。探明珍稀魚類不同群體的潛在遺傳結構、遺傳分化、形態差異等種質特征，是科學開展親本遺傳管理、人工繁育、增殖放流等種質資源養護的重要前提之一。武云飛等[1]首次報道了雅魯藏布大峽谷(后文簡稱大峽谷)上游流域和下游支流中異齒裂腹魚在須長、下咽骨形態等少量形態特征上存在明顯差異。隨后國內學者基于單個mtDNA序列[10]或將mtDNA序列與微衛星標記相結合[11-12]，對雅魯藏布江異齒裂腹魚的親緣地理學和群體遺傳學進行了研究，揭示異齒裂腹魚群體存在顯著遺傳結構，大峽谷上游流域和下游支流等群體間存在明顯遺傳分化。而關于異齒裂腹魚不同地理群體的形態差異還未見研究報道。為此，筆者通過測量魚體常規和框架形態性狀，運用主成分分析、聚類分析、判別分析等方法比較了雅魯藏布江異齒裂腹魚10個群體的形態差異，建立了不同群體的形態判別函數，旨在為雅魯藏布江異齒裂腹魚群體識別、種質資源保護和管理提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 材 料

異齒裂腹魚10個群體樣本于2018年4-6月采自雅魯藏布江流域拉孜縣、日喀則市、桑日縣、加查縣、朗縣、米林縣及派鎮的干流江段，中游支流拉薩河的墨竹工卡縣江段，以及大峽谷下游支流帕隆藏布江的通麥鎮、卡達橋江段，樣本量和魚體規格等見表1。

表1 異齒裂腹魚10個群體的樣本量、體長、體質量和采樣地點Table 1 Sample size,body length,body weight and sampling locations of ten populations of S. o’connori

1.2 形態性狀測量

對魚體的兩類形態性狀進行測量。一類是常規形態性狀[13-14]，先用數顯游標卡尺(精確度0.01 mm)測量魚體的眼徑(ED)、眼間距(ID)、口裂寬(MB)、體寬(BW)、胸鰭起點間距(DOP)、腹鰭起點間距(DOV)，然后以直尺為參照拍攝魚體左側數碼照片，采用Photoshop軟件度量工具測量魚體的全長(TL)、體長(BL)、頭長(HL)、吻長(SL)、體高(BD)、尾柄長(CPL)、尾柄高(CPD)等13個常規形態性狀。另一類是框架形態性狀[13,15-16]，采用11個解剖學坐標點進行框架測量(圖1)，坐標點之間的直線距離用D1-2、D1-3、…、D8-10等表示，采用Photoshop軟件共測量了20個框架形態性狀(精確度0.1 mm)。

11個解剖學坐標位點 Eleven anatomical landmark points. 1. 胸鰭起點 Origin of pectoral fin; 2. 吻端 Tip of snout; 3.腹鰭起點 Origin of ventral fin; 4. 額部有鱗部最前端 Most anterior end of scales on skull; 5. 臀鰭起點 Origin of anal fin; 6. 背鰭起點 Origin of dorsal fin; 7. 臀鰭基部末端 Terminus of anal fin base; 8.背鰭基部末端 Terminus of dorsal fin base; 9. 尾鰭腹部起點 Ventral origin of caudal fin; 10.尾鰭背部起點 Dorsal origin of caudal fin; 11. 鰓蓋基部 Operculum base.

1.3 數據分析

為了消除魚體大小差異對形態性狀觀測值的影響，將每一個體的形態測量數據與其體長(BL)的比值作為形態度量分析的性狀[14-17]，共有32個比例性狀(體長除外)用于分析。采用Statistica 7.0軟件對32個比例性狀數據進行主成分分析、聚類分析和判別分析，其中聚類方法為歐氏距離的最短距離法，判別分析采用逐步判別法[18]。采用單因素方差分析和Newman-Keuls檢驗比較不同群體之間形態比例性狀的差異。

2 結果與分析

2.1 主成分分析

主成分分析提取了6個主成分(PC1～PC6)，其方差累積貢獻率為74.23%(表2)。從32個比例性狀對6個主成分的負荷值可以看出，PC1貢獻率最高(28.22%)，主要與全長、吻長、眼徑、D1-2、D1-3、D1-6、D2-11、D3-5、D4-5、D4-6、D7-9、D7-10、D8-9、D8-10對體長(BL)的14個比例性狀有關，主要反映吻端至尾柄端魚體水平軸向的形態變化；PC2貢獻率次之(19.09%)，主要與體高、尾柄高、體寬、胸鰭起點間距、腹鰭起點間距、D3-6、D5-6、D5-8、D6-7、D7-8對BL的10個比例性狀有關，主要反映魚體垂直軸向軀干部高度、寬度以及尾柄高度的形態變化；PC3和PC4的貢獻率分別為9.02%和8.59%，各比例性狀的負荷值均小于0.600；PC5(貢獻率5.25%)主要與D6-8/BL有關，主要反映背鰭基部長度的變化；PC6(貢獻率4.06%)主要與ID/BL有關，主要反映頭部眼間距的變化。

表2 異齒裂腹魚10個群體32個比例性狀對6個主成分的負荷值及主成分的貢獻率Table 2 Loading of six principal components for thirty-two characters of ten S. o’connori populations and their contribution rate

以貢獻率最高的PC1和PC2構建因子得分散布圖(圖2)。通麥(TM)和卡達橋(KDQ)2個群體彼此重疊，其散布區位于PC1軸上因子得分>0.75、PC2軸上因子得分<0.25的區域，并與大峽谷上游8個群體幾乎完全分開，存在明顯差異。在大峽谷上游8個群體中，日喀則(SG)與米林(ML)、墨竹工卡(MG)群體的散布區相鄰且有較多重疊。拉孜(LTS)、桑日(SR)、加查(GC)、朗縣(NAN)4個群體之間彼此重疊，它們與SG群體散布區相鄰但重疊很少。MG、ML和派鎮(PZ)3個群體的散布區較分散。

圖2 異齒裂腹魚10個群體的第一、第二主成分散布圖Fig.2 Scatter diagram for the first principalcomponent (PC1) and the second principalcomponents (PC2) of ten S. o’connori populations

2.2 群體間形態差異的方差分析

單因素方差分析表明，10個群體之間32個比例性狀均存在顯著性差異(P<0.05)，群體之間各比例性狀平均數的多重比較結果見表3。

從表3可見，在12個常規形態性狀中，TM群體TL/BL和ED/BL均值最大，KDQ群體次之，這2個群體的TL/BL和ED/BL都顯著大于大峽谷上游8個群體(P<0.05)。同時，TM群體的HL/BL、SL/BL、CPD/BL均值也最大，顯著大于其余9個群體(P<0.05)；KDQ群體ID/BL均值最小，顯著小于其余9個群體(P<0.05)。TM和KDQ 2個群體的其他6個常規性狀與大峽谷上游一部分群體間無顯著差異。在大峽谷上游8個群體中，LTS群體有4個性狀(TL/BL、HL/BL、SL/BL、CPD/BL)均值最?。籗G群體有2個性狀(ID/BL、CPL/BL)均值最大，5個性狀(MB/BL、BD/BL、BW/BL、DOP/BL、DOV/BL)均值最??；MG和SR群體分別在CPL/BL、ED/BL性狀的均值最小；SR和GC群體分別在BW/BL、MB/BL性狀的均值最大；NAN群體在3個性狀(BD/BL、DOP/BL、DOV/BL)的均值最大。在大峽谷上游8個群體之間，12個常規形態性狀分別呈現不同程度的差異(表3)。

在20個框架形態性狀中，TM與KDG 2個群體之間僅有3個性狀(D1-2/BL、D2-11/BL和D3-6/BL)存在顯著性差異(P<0.05)。TM群體3個性狀(D1-2/BL、D1-4/BL、D2-11/BL)均值最大，都顯著大于大峽谷上游8個群體(P<0.05)。TM(或KDG)群體5個性狀(D1-6/BL、D2-6/BL、D3-5/BL、D4-5/BL、D4-6/BL)均值最小，2個群體的5個性狀都顯著小于大峽谷上游8個群體(P<0.05)。TM(或KDG)群體6個性狀(D5-6/BL、D5-8/BL、D6-7/BL、D7-8/BL、D8-9/BL、D8-10/BL)均值最大，2個群體的6個性狀都顯著大于大峽谷上游8個群體(P<0.05)。在大峽谷上游8個群體中，LTS群體有4個性狀(D1-6/BL、D2-6/BL、D4-5/BL、D4-6/BL)均值最大，D2-11/BL均值最??；SG群體有7個性狀(D1-3/BL、D3-6/BL、D5-6/BL、D5-8/BL、D6-7/BL、D6-8/BL、D7-8/BL)均值最??；MG群體的D6-8/BL均值最大，2個性狀(D8-9/BL、D8-10/BL)均值最小；SR群體有2個性狀(D1-4/BL、D7-10/BL)均值最??；GC群體有2個性狀(D3-5/BL、D5-7/BL)均值最大，D7-9/BL均值最??；NAN群體的D1-2/BL均值最小，在2個性狀(D1-3/BL、D3-6/BL)均值最大。大峽谷上游8個群體之間20個框架形態性狀表現出不同程度的差異(表3)。

表3 異齒裂腹魚10個群體間32個比例性狀平均數的多重比較Table 3 Multiple comparison for averages of thirty-two proportional characters among ten populations of S. o’connori

續表3 ContinuedTable 3

總體上，在32個比例性狀中，TM和KDQ 2個群體與大峽谷上游8個群體之間的顯著差異性狀數(ND)分別為25～30和22～25(TM、KDQ群體與ML之間的ND=19)(P<0.05)。在大峽谷上游8個群體中，SR與GC之間的ND最少(4)；LTS群體與ML之間的ND最多(22)，與SG、MG之間的ND次之(17)，與其余4個群體之間的ND相對較少；SG群體與ML、MG之間的ND較少(13～15)，與其余5個群體之間的ND較多(17～21)。

2.3 聚類分析

基于32個比例性狀對10個群體進行聚類分析，獲得群體之間的平均歐氏距離范圍為0.087(TM/KDQ)～0.172(TM/LTS)。其中，TM和KDQ 2個群體與大峽谷上游8個群體之間的歐氏距離較大(0.126～0.172)；NAN群體與SG和MG之間的距離(0.133和0.132)、GC與SG群體之間的距離(0.128)也較大，其余群體之間的距離較小(0.102～0.124)?；跉W氏距離構建了10個群體的聚類圖(圖3)，大峽谷下游支流TM和KDQ 2個群體形態相近而聚為一支，而大峽谷上游8個群體聚為另一支。在大峽谷上游8個群體這一分支中，SR與GC群體形態相似、先聚在一起，再依次與LTS、PZ、NAN群體聚為一個組群；而SG、ML、MG 3個群體聚為另一個組群。

圖3 異齒裂腹魚10個群體的最短距離聚類圖Fig.3 Single-linkage clustering dendrogram for ten populations of S. o’connori

2.4 判別分析

以32個比例性狀為變量進行逐步判別分析，除了D1-2/BL(X13)、D4-5/BL(X21)、D5-8/BL(X25)、D6-8/BL(X27)和D7-8/BL(X28)5個變量外，其余27個變量進入判別函數模型，建立了10個群體的判別函數。

(1)拉孜群體。YLTS=3002.369X1+732.151X2+7047.822X3-1949.241X4+3499.036X5-1870.299X6+1387.652X7+3625.944X8-1624.360X9+519.739X10+1932.954X11-2105.085X12+3239.348X14+1171.691X15+1008.424X16+5411.707X17-470.030X18+4523.303X19-2775.975X20+196.919X22-58.460X23+2062.115X24+5514.266X26+2302.522X29+1531.528X30+196.629X31+1225.034X32-6598.516

(2)日喀則群體。YSG=2989.667X1+643.754X2+7358.882X3-1281.108X4+3923.461X5-2011.638X6+1339.438X7+3676.911X8-1287.225X9+353.823X10+1765.852X11-2049.128X12+3264.665X14+1072.897X15+1097.811X16+5399.343X17-490.341X18+4487.499X19-2869.418X20+165.807X22-34.800X23+2162.706X24+5529.401X26+2158.717X29+1647.495X30+179.736X31+1286.859X32-6626.670

(3)墨竹工卡群體。YMG=2981.756X1+792.050X2+6915.334X3-1976.734X4+3340.831X5-1910.287X6+1294.349X7+3583.220X8-1158.271X9+370.989X10+1834.297X11-2092.989X12+3343.405X14+1029.428X15+1105.368X16+5394.602X17-184.436X18+4484.203X19-2884.122X20+70.116X22+23.154X23+2178.918X24+5563.006X26+2219.596X29+1569.653X30+199.959X31+1190.729X32-6577.920

(4)桑日群體。YSR=3001.853X1+784.068X2+7229.501X3-2290.213X4+3268.801X5-1629.678X6+1347.496X7+3624.255X8-1330.922X9+544.721X10+1767.158X11-2208.857X12+3308.798X14+826.075X15+1026.208X16+5494.513X17-280.854X18+4507.298X19-2772.519X20+106.457X22+24.307X23+1992.492X24+5627.834X26+2280.207X29+1470.125X30+190.271X31+1243.161X32-6669.560

(5)加查群體。YGC=3022.222X1+772.190X2+7129.981X3-2019.010X4+2989.977X5-1315.493X6+1345.486X7+3636.092X8-1465.768X9+428.654X10+1819.289X11-2133.470X12+3307.839X14+1042.368X15+1055.139X16+5415.418X17-470.365X18+4443.698X19-2724.452X20+112.696X22+8.163X23+2123.102X24+5611.999X26+2084.288X29+1581.902X30+215.544X31+1244.319X32-6644.989

(6)朗縣群體。YNAN=3055.395X1+744.379X2+6909.057X3-1883.445X4+2991.248X5-1359.882X6+1385.155X7+3642.168X8-1330.583X9+344.176X10+1834.385X11-2174.764X12+3330.055X14+1178.572X15+1180.788X16+5285.327X17-358.094X18+4410.660X19-2697.382X20+89.154X22+12.095X23+2115.027X24+5553.574X26+2127.554X29+1564.525X30+233.389X31+1254.994X32-6667.308

(7)米林群體。YML=2983.518X1+714.391X2+7038.261X3-1516.378X4+2970.776X5-1432.526X6+1307.074X7+3626.569X8-1201.976X9+461.619X10+1711.132X11-2068.102X12+3319.962X14+1143.675X15+1150.670X16+5372.931X17-277.712X18+4479.056X19-2810.657X20+127.260X22+47.399X23+2094.169X24+5551.864X26+2252.351X29+1576.706X30+256.352X31+1245.163X32-6668.613

(8)派鎮群體。YPZ=3038.265X1+744.877X2+6924.664X3-2012.521X4+3040.877X5-1684.007X6+1406.175X7+3725.842X8-1335.267X9+412.869X10+1811.571X11-2032.629X12+3327.985X14+1074.745X15+1078.089X16+5400.738X17-326.087X18+4480.470X19-2787.921X20+113.527X22-81.855X23+1913.674X24+5625.300X26+2125.409X29+1566.582X30+238.636X31+1189.939X32-6648.842

(9)通麥群體。YTM=3029.269X1+715.645X2+7055.980X3-1198.808X4+2647.934X5-1651.777X6+1217.272X7+3567.004X8-652.596X9+149.849X10+1743.001X11-1903.262X12+3426.079X14+1244.540X15+1154.638X16+5273.629X17-69.383X18+4268.999X19-2703.402X20+68.565X22+240.262X23+2064.480X24+5520.375X26+2051.476X29+1514.430X30+368.857X31+1378.797X32-6745.938

(10)卡達橋群體。YKDQ=3042.155X1+671.836X2+7001.299X3-1236.848X4+2458.777X5-1575.414X6+1287.672X7+3585.757X8-1013.749X9+216.647X10+1754.327X11-1837.031X12+3352.578X14+1182.510X15+1129.104X16+5222.019X17-168.748X18+4209.209X19-2638.592X20+91.632X22+180.261X23+2036.048X24+5541.165X26+2000.552X29+1494.862X30+358.715X31+1373.484X32-6634.083

將每個個體的比例性狀數據代入上述公式進行判別分析，群體的判別準確率為53.33%～100.00%，總的判別準確率為88.60%。其中SG群體的判別準確率為100.00%，LTS、MG和TM群體的判別準確率大于95.00%。10個群體的預測分類及判別準確率詳情見表4。

表4 判別函數對異齒裂腹魚10個群體的預測分類及準確率Table 4 Predicted classifications of discriminant functions and their percentages of accuracy for ten populations of S. o’connori

3 討 論

群體分化是進化生物學的重要研究內容，而形態發生是物種水平上魚類群體鑒定的重要標準[19]。魚類形態特征受到遺傳因子和環境因素的影響，群體間的形態差異是生物多樣性的外在表現[17,20-21]。魚類形態的多元統計分析信息更加豐富、有效，是對傳統形態分類研究的補充和完善[22]，因此，形態度量學在水產動物的物種識別[13,18,22]、魚類群體形態分化及生物多樣性保護研究[14-17,20-21]等方面得到了廣泛應用。本研究基于32個常規和框架形態性狀，采用主成分分析、聚類分析、判別分析和單因素方差分析等方法對雅魯藏布江異齒裂腹魚10個群體的形態差異進行了比較分析。

主成分分析可將多個相互關聯的指標轉換為新的、個數較少、相互獨立的綜合指標，以反映群體間的主要形態差異[14-15,18]。本研究的主成分分析提取了6個主成分，其方差累積貢獻率74.23%，未達到累積貢獻率≥85%的要求，說明難以用幾個相互獨立的主成分來全面地概括異齒裂腹魚不同群體間的形態差異[14-15,22]。PC1主要與全長/體長、吻長/體長、眼徑/體長、D1-2/體長、D1-3/體長等14個比例性狀有關，主要反映吻端至尾柄端魚體水平軸向的差異；PC2主要與體高/體長、尾柄高/體長、體寬/體長、胸鰭起點間距/體長、腹鰭起點間距/體長等10個比例性狀有關，主要反映魚體垂直軸向軀干部高度、寬度以及尾柄高度的差異。PC1與PC2的散布圖顯示，大峽谷下游支流通麥(TM)和卡達橋(KDQ)2個群體差異很小，它們與大峽谷上游8個群體形態分化明顯，且在PC1軸上差異更大。拉孜(LTS)、桑日(SR)、加查(GC)、朗縣(NAN)4個群體間形態差異較小，它們與日喀則(SG)群體差異較大。方差分析表明，在32個比例性狀中，TM和KDQ與大峽谷上游8個群體之間有顯著差異的性狀數相對較多；在大峽谷上游8個群體中，SG群體與ML、MG之間的顯著差異性狀數較少，與其余5個群體間的顯著差異性狀數較多，而SR、GC、NAN、LTS群體之間顯著差異性狀數較少。方差分析顯示的群體間形態差異與主成分分析結果基本一致。此外，與大峽谷上游8個群體相比，TM和KDQ 2個群體的全長、眼徑、背鰭基部-臀鰭基部之間的斜向高度較大、尾柄部較長，而軀干部較短(P<0.05)；同時，TM群體的頭長和吻長較長、眼間距較小、尾柄較高(P<0.05)。因此，頭部、軀干部和尾柄部的部分性狀是區分TM、KDQ 2個群體與大峽谷上游8個群體的關鍵因素，這與其他魚類群體間或近緣種間在頭部、尾部或軀干部一些性狀上存在差異的研究相似[13,16,22]。

判別分析是常用的群體鑒定方法，通過建立判別函數能較準確地進行群體判別[14-15]。本研究中，基于27個比例性狀建立了10個群體的判別函數，總的判別準確率為88.60%，其中SG群體的判別準確率為100.00%，LTS、MG和TM群體的判別準確率高于95.00%，除PZ外，其余群體的判別準確率高于78.00%，判別效果較好。SR、GC、NAN、ML群體之間有少數個體相互判別錯誤，這說明地理相鄰群體間的形態差異較小，與主成分分析結果一致。而PZ群體判別準確率最低，可能是因為其樣本量較小、或與上游SR、NAN等群體存在一定的基因交流有關。

聚類分析可以根據樣本多個指標的原始數據信息量化樣本間的差異程度并進行初步歸類，以分析群體間的相似性[13-14]。聚類分析顯示，TM和KDQ 2個群體的歐氏距離最短而聚為一支，而大峽谷上游8個群體聚為另一支，2個分支間的歐氏距離較大。大峽谷上游8個群體又聚為SG/ML/MG和SR/GC/LTS/PZ/NAN 2個組群。聚類分析結果與主成分分析、方差分析的群體差異基本一致，認為大峽谷下游支流帕隆藏布江TM和KDQ 2個群體形態差異小而為一支，大峽谷上游8個群體為另一支，兩者存在明顯的形態分化；同時，大峽谷上游群體間也存在一定的形態差異。TM和KDQ 2個異齒裂腹魚群體與大峽谷上游8個群體在外部形態上的明顯分化，與武云飛等[1]報道的大峽谷上游和下游支流中異齒裂腹魚在須長、下咽骨形態等少量形態特征差異相互印證，也與He等[10]基于單個mtDNA序列以及Guo等[12]基于2個mtDNA序列與微衛星標記分析揭示的大峽谷上游和下游支流中異齒裂腹魚群體之間存在顯著遺傳分化的結果一致。大峽谷上游8個群體可劃分2個形態差異組群，這與微衛星標記分析顯示大峽谷上游異齒裂腹魚群體包含2個遺傳譜系相吻合[12]，但ML群體在形態聚類中位置與遺傳結構中的譜系不一致。因此，異齒裂腹魚不同群體間的外部形態分化與其在青藏高原隆升過程中因地理隔離等造成的遺傳分化有關[10,12]。此外，魚類外部形態除了受到遺傳因子的影響，也會受到棲息環境因素影響[13,16-17,20-21]。雅魯藏布江中游江段山高坡陡，有瀑布和跌水，水流較急；而大峽谷下游支流帕隆藏布江底多灘礁、亂石，水流甚急[1]，中游江段8個群體與大峽谷下游支流2個群體的異齒裂腹魚可能因為長期隔離并適應特定棲息環境而出現表型的差異[1,13]。例如，與大峽谷上游群體相比，大峽谷下游支流TM、KDQ群體的全長和尾柄部較長，TM群體頭長和吻長較長、尾柄較高，這些特征使其具有穩定、相對較強的游泳能力，這可能是對急流的適應[16,22]。這與婁晉銘等[23]對甘肅省境內的3種裂腹魚的研究中也得出了長期地理隔絕導致種群分化的結果是一致的。

本研究對雅魯藏布江異齒裂腹魚10個群體的外部形態差異進行了分析，探討了雅魯藏布大峽谷上游和下游支流不同群體之間的形態特征、分化、判別方法以及與地理分布的關系，可為雅魯藏布江異齒裂腹魚群體的劃分、鑒定、增殖放流、種質資源保護及其適應性進化研究提供重要的基礎數據。