雜交黃顙魚體色分化群體形態(tài)差異分析

周華興，段國(guó)慶，胡玉婷，汪 煥，江 河，凌 俊，潘庭雙，陳小雷

( 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 水產(chǎn)研究所，水產(chǎn)增養(yǎng)殖安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，安徽 合肥 230031 )

我國(guó)黃顙魚規(guī)?；B(yǎng)殖始于20世紀(jì)90年代，近30年來(lái)，黃顙魚養(yǎng)殖品種經(jīng)歷由普通黃顙魚到全雄黃顙魚[1]再到現(xiàn)有主養(yǎng)的雜交黃顙魚的更迭。雜交黃顙魚是以黃顙魚(Pelteobagrusfulvidraco)為母本、瓦氏黃顙魚(P.vachellii)為父本的雜交種。因遺傳了親本的優(yōu)勢(shì)性狀，雜交黃顙魚比普通黃顙魚具有生長(zhǎng)快、抗病力強(qiáng)、耐運(yùn)輸、肉質(zhì)鮮美等優(yōu)勢(shì)[2]，深受養(yǎng)殖戶和消費(fèi)者的歡迎。

雜交是常見(jiàn)的育種手段，能夠整合雙親的優(yōu)點(diǎn)，使后代在外型、生長(zhǎng)速度、存活率及抗病力等方面表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì)。由于魚類特殊的受精生物學(xué)機(jī)制，其染色體組具有較強(qiáng)的可塑性，親緣關(guān)系相對(duì)較遠(yuǎn)的親本，也能夠形成雜交子代，如奧利亞羅非魚(Oreochromisaureus，♀) ×鱖魚(Sinipercachuatsi，♂)[3]、云紋石斑魚(Epinehelusmoara，♀)×鞍帶石斑魚(E.lanceolatus，♂)[4]、草魚(Ctenopharyngodonidella，♀)×赤眼鱒(Squaliobarbuscurriculus，♂)[5]等。

由于不同種、屬間的物種親緣關(guān)系遠(yuǎn)，遺傳背景差異大，雜交子代易產(chǎn)生性狀分化[6]。黃顙魚、瓦氏黃顙魚屬同屬不同種，雜交育種過(guò)程中，子代產(chǎn)生了體色分化的現(xiàn)象，即大部分子代體色偏黃色，小部分子代體色偏黑色。雜交子代性狀分化是制約育種產(chǎn)業(yè)發(fā)展的瓶頸。性狀分化會(huì)導(dǎo)致黑色雜交子代無(wú)法作為商品魚上市，大大增加了養(yǎng)殖成本。然而，風(fēng)險(xiǎn)與機(jī)遇并存，雜交產(chǎn)生的新性狀可能具有更高的選育價(jià)值，創(chuàng)制更為優(yōu)質(zhì)的育種材料。

為評(píng)估雜交黃顙魚體色分化群體的形態(tài)差異，筆者分別對(duì)117尾黃色樣本和82尾黑色樣本的26個(gè)可量性狀進(jìn)行測(cè)量，通過(guò)判別分析、主成分分析和聚類分析3種方法，對(duì)體色分化群體的形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行分析，篩選鑒別力高的形態(tài)學(xué)特征，為雜交黃顙魚性狀分化群體的鑒定及良種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)動(dòng)物

試驗(yàn)所用雜交黃顙魚樣本采集自安徽省六安市華潤(rùn)科技養(yǎng)殖有限公司，199尾雜交黃顙魚樣本中包含117尾黃色樣本和82尾黑色樣本(圖1)。所有樣本均來(lái)自同批次的雜交黃顙魚受精卵。經(jīng)相同條件培育，生長(zhǎng)至平均體長(zhǎng)為6 cm時(shí)進(jìn)行采集，以排除不同親本、不同養(yǎng)殖條件的干擾。

圖1 雜交黃顙魚體色分化Fig.1 The differentiation of body colors of hybrid yellow catfish P. fulvidraco♀×P. vachellii♂

1.2 形態(tài)測(cè)量

使用游標(biāo)卡尺對(duì)199個(gè)雜交黃顙魚樣本的26個(gè)可量性狀[7]進(jìn)行測(cè)量(圖2)。

圖2 測(cè)量的雜交黃顙魚形態(tài)特征Fig.2 The measurement of morphological characters in hybrid yellow catfish P. fulvidraco♀×P. vachellii♂1.體長(zhǎng)； 2.背鰭前長(zhǎng)； 3.胸鰭前長(zhǎng)； 4.腹鰭前長(zhǎng)； 5.臀鰭前長(zhǎng)； 6.背鰭末端到脂鰭基的距離； 7.脂鰭末端到尾鰭基的距離； 8.尾柄長(zhǎng)； 9.最大體高； 10.肛門處體高； 11.尾柄高； 12.頭長(zhǎng)； 13.頭寬； 14.頭高； 15.口寬； 16.吻長(zhǎng)； 17.眼徑； 18.眼間距； 19.背刺； 20.背鰭長(zhǎng)； 21.背鰭基長(zhǎng)； 22.胸刺長(zhǎng)； 23.胸鰭長(zhǎng)； 24.腹鰭長(zhǎng)； 25.臀鰭基長(zhǎng)； 26.脂鰭基長(zhǎng)；下同.1.body length; 2.predorsal length; 3.prepectoral length; 4.prepelvic length; 5.preanal length; 6.dorsal end-adipose fin base distance; 7.adipose end-caudal fin base distance; 8.caudal peduncle length; 9.maximal body depth; 10.body depth at anus; 11.caudal peduncle depth; 12.head length; 13.head width; 14.head depth; 15.mouth width; 16.snout length; 17.eye diameter; 18.interorbital width; 19.dorsal-fin spine length; 20.dorsal-fin length; 21.dorsal-fin base length; 22.pectoral-fin spine length; 23.pectoral-fin length; 24.pelvic fin length; 25.anal-fin base length; 26.adipose-fin base length; et sequentia.

1.3 數(shù)據(jù)分析

為排除不同大小的樣本對(duì)測(cè)量性狀的影響，所有的性狀數(shù)據(jù)均通過(guò)體長(zhǎng)和頭長(zhǎng)校正數(shù)據(jù)，具體如下，背鰭前長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C2)、胸鰭前長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C3)、腹鰭前長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C4)、臀鰭前長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C5)、背鰭末端到脂鰭基的距離/體長(zhǎng)(C6)、脂鰭末端到尾鰭基的距離/體長(zhǎng)(C7)、尾柄長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C8)、最大體高/體長(zhǎng)(C9)、肛門處體高/體長(zhǎng)(C10)、尾柄高/體長(zhǎng)(C11)、頭寬/頭長(zhǎng)(C13)、頭高/頭長(zhǎng)(C14)、口寬/頭長(zhǎng)(C15)、吻長(zhǎng)/頭長(zhǎng)(C16)、眼徑/頭長(zhǎng)(C17)、眼間距/頭長(zhǎng)(C18)、背刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C19)、背鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C20)、背鰭基長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C21)、胸刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C22)、胸鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C23)、腹鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C24)、臀鰭基長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C25)、脂鰭基長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C26)。

采用SPSS 22軟件[8]，基于Duncan檢驗(yàn)[9]，對(duì)雜交黃顙魚不同體色群體測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行單因素方差分析?；谧兞肯嚓P(guān)性分析，比較顯著差異性狀間的關(guān)聯(lián)性?；赪ilks′ lambda法[10]，對(duì)雜交黃顙魚26個(gè)形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行逐步判別分析，篩選鑒別力最高的性狀特征，形成兩個(gè)群體的判別方程，計(jì)算判別準(zhǔn)確率。判別準(zhǔn)確率(R，%)計(jì)算方法為：

R=(n1/n)×100%

式中，n1為判別正確的尾數(shù)，n為該群體總尾數(shù)。

通過(guò)降維處理，對(duì)所有性狀特征進(jìn)行主成分分析?；诜羌訖?quán)組平均法[11]，通過(guò)26個(gè)形態(tài)學(xué)特征聚類分析，比較兩個(gè)群體的親疏關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 性狀差異顯著性及差異性狀相關(guān)性分析

雜交黃顙魚黃色群體平均體長(zhǎng)為(6.36±1.69) cm，黑色群體平均體長(zhǎng)為(6.47±1.43) cm，兩群體間體長(zhǎng)特征無(wú)顯著差異(P=0.62)，說(shuō)明后續(xù)測(cè)量數(shù)據(jù)具有可比性(表1)。

表1 體色分化群體形態(tài)特征均值和差異顯著性Tab.1 Mean values and significant differences of morphologicalcharacteristics between groups

單因素方差分析結(jié)果表明，兩個(gè)群體間性狀特征中有6個(gè)性狀具有極顯著差異(P<0.01)，即脂鰭末端到尾鰭基的距離、尾柄長(zhǎng)、眼徑、眼間距、背刺長(zhǎng)、胸刺長(zhǎng)，而這些特征分別與魚類的游泳能力、食物識(shí)別能力、防御能力相關(guān)[12-13]。

差異性狀相關(guān)性分析結(jié)果表明，通過(guò)體長(zhǎng)性狀校正后，兩個(gè)群體間尾柄長(zhǎng)與刺長(zhǎng)性狀表現(xiàn)出顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.28，P<0.01)(圖3a)，其中尾柄長(zhǎng)性狀為脂鰭末端到尾鰭基的距離/體長(zhǎng)(C7)、尾柄長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C8)的平均數(shù)，刺長(zhǎng)性狀為背刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C19)和胸刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C22)的平均數(shù)；通過(guò)頭長(zhǎng)性狀校正后，眼徑和眼間距間表現(xiàn)出顯著正相關(guān)(r=0.60，P<0.01)(圖3b)。

圖3 差異性狀相關(guān)性分析Fig.3 The correction analyses between significant difference charactersa.尾柄長(zhǎng)與刺長(zhǎng)的相關(guān)性; b.眼間距與眼徑的相關(guān)性.a.correlation between caudal peduncle length and spine length; b.correlation between eye diameter and interorbital width.

2.2 判別分析

對(duì)24個(gè)校正后的性狀進(jìn)行逐步判別分析，結(jié)果顯示，尾柄長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C8)和眼徑/頭長(zhǎng)(C17)兩個(gè)性狀判別力最高，且處于極顯著水平(P<0.01)。根據(jù)兩個(gè)性狀的分類函數(shù)系數(shù)，得到兩群體的判別公式分別為：

黃色群體=0.933C8+65.755C17-14.754

黑色群體=7.744C8+33.086C17-10.416

將所有性狀數(shù)據(jù)帶入判別公式，黃色群體正確判定的尾數(shù)為108尾，判別準(zhǔn)確率為92.3%，黑色群體正確判定的尾數(shù)為66尾，判別準(zhǔn)確率為80.5%。

2.3 主成分分析

對(duì)24個(gè)校正性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析，保留特征值大于1的主成分，共獲得7個(gè)主成分。由因子碎石圖，從第3個(gè)主成分之后，特征值變化曲線趨于平緩(圖4)。因此，選擇前3個(gè)主成分用于分析。

圖4 主成分因子特征值Fig.4 The elgenvalue of PCA factors

由主成分負(fù)荷值的大小可得，主成分1的貢獻(xiàn)率為24.84%，主成分2的貢獻(xiàn)率為11.59%，主成分3的貢獻(xiàn)率為7.41%(表2)。對(duì)主成分1影響最大的6個(gè)性狀分別為：背刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C19)、背鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C20)、胸刺長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C22)、胸鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C23)、眼間距/頭長(zhǎng)(C18)、眼徑/頭長(zhǎng)(C17)，6個(gè)性狀反映了黃顙魚的防御和食物識(shí)別能力；對(duì)主成分2影響最大的6個(gè)性狀分別為：肛門處體高/體長(zhǎng)(C10)、最大體高/體長(zhǎng)(C9)、背鰭前長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C2)、尾柄高/體長(zhǎng)(C11)、頭寬/頭長(zhǎng)(C13)、吻長(zhǎng)/頭長(zhǎng)(C16)，反映了黃顙魚的體型特征；對(duì)主成分3影響最大的6個(gè)性狀分別為：脂鰭基長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C26)、臀鰭基長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C25)、口寬/頭長(zhǎng)(C15)、最大體高/體長(zhǎng)(C9)、腹鰭長(zhǎng)/體長(zhǎng)(C24)、肛門處體高/體長(zhǎng)(C10)，反映了黃顙魚的體型和鰭條特征。

表2 前3個(gè)主成分因子負(fù)荷值、貢獻(xiàn)率Tab.2 The loading values and contribution rates of thetop three principal components

以主成分1、2、3為坐標(biāo)軸，繪制主成分三維散點(diǎn)圖(圖5)。主成分1軸上兩群體具有較大分化；主成分2、3的坐標(biāo)軸上，兩個(gè)群體出現(xiàn)了較大的重疊。

圖5 主成分1、2、3的三維散點(diǎn)圖Fig.5 The 3D scattered plot of the top three principal components藍(lán)色表示黑色個(gè)體，紅色表示黃色個(gè)體；下同.The black individuals are expressed in blue color; the yellow individuals are denoted in red color; et sequentia.

2.4 聚類分析

基于形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)，采用非加權(quán)組平均法構(gòu)建聚類樹(shù)(圖6)，樹(shù)形拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)可見(jiàn)，199尾個(gè)體通過(guò)形態(tài)學(xué)特征分為黃色和黑色群體兩個(gè)支系。支系內(nèi)，僅有少量個(gè)體混雜，表明黃色和黑色雜交黃顙魚在形態(tài)性狀上，有共性的差異。

圖6 兩個(gè)性狀分化群體的聚類分析Fig.6 The cluster analysis of two differentiation populations

3 討 論

3.1 雜交黃顙魚形態(tài)特征差異分析

生物多元統(tǒng)計(jì)分析在形態(tài)差異分析研究中有著極其廣泛的應(yīng)用[4,14]，其整合了聚類分析、主成分分析、判別分析等方法，對(duì)復(fù)雜的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行降維處理，研究多個(gè)因素之間的規(guī)律。

對(duì)雜交黃顙魚體色分化群體形態(tài)特征的多元分析結(jié)果表明，雜交黃顙魚除了體色上的分化，在多個(gè)形態(tài)學(xué)特征上也有明顯的差異。聚類分析中，199尾個(gè)體分別形成了黑色群體支系和黃色群體支系，表明兩個(gè)體色分化群體間出現(xiàn)了形態(tài)特征的差異。單因素方差分析中，脂鰭末端到尾鰭基的距離、尾柄長(zhǎng)、眼徑、眼間距、背刺長(zhǎng)、胸刺長(zhǎng)6個(gè)性狀出現(xiàn)了顯著差異。主成分分析中，背刺長(zhǎng)、背鰭長(zhǎng)、胸刺長(zhǎng)、胸鰭長(zhǎng)、眼間距、眼徑等6對(duì)性狀的負(fù)荷值最高。通常認(rèn)為所提取主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率大于80%

時(shí)，可比較全面地描述群體之間的差異[15]。然而，本研究中3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率較低，這種現(xiàn)象在其他魚類物種中也有報(bào)道[16-17]，其原因可能是黃顙魚和瓦氏黃顙魚分布區(qū)域重疊，生境和習(xí)性相似，使得這兩種魚的雜交子代在形態(tài)特征上出現(xiàn)趨同進(jìn)化。多種分析結(jié)果表明，兩個(gè)體色分化群體形態(tài)差異主要表現(xiàn)在游泳能力、食物識(shí)別能力和防御能力關(guān)聯(lián)性狀上。

3.2 雜交黃顙魚形態(tài)特征關(guān)聯(lián)性分析

在自然界的選擇過(guò)程中，生物體往往能夠以最小的進(jìn)化代價(jià)去適應(yīng)選擇，從而實(shí)現(xiàn)自身的生存和繁衍[18]。不同物種間的協(xié)同是實(shí)現(xiàn)這一進(jìn)化模式最常見(jiàn)的手段[19]，如傳粉昆蟲與植物[20]、蚜蟲與螞蟻[21]等。而在生物體個(gè)體內(nèi)也存在這種協(xié)同進(jìn)化，如鳥類的骨骼和翅膀[22]。

本試驗(yàn)中，刺長(zhǎng)和尾柄性狀呈顯著負(fù)相關(guān)；眼徑和眼間距性狀呈現(xiàn)顯著正相關(guān)。這種性狀間的協(xié)同關(guān)系對(duì)于魚類而言具有重要的適應(yīng)性意義。刺長(zhǎng)性狀反映了黃顙魚防御捕食的能力，尾柄性狀反映了黃顙魚游泳的能力。兩者之間的協(xié)同性表明其適應(yīng)性進(jìn)化策略：或進(jìn)化出較長(zhǎng)的胸刺、背刺以抵御天敵的捕食；或進(jìn)化出長(zhǎng)而有力的尾柄，通過(guò)快速游動(dòng)躲避捕食。眼徑和眼間距的協(xié)同關(guān)系，可能與其親本捕食對(duì)象差異相關(guān)。

此外，刺長(zhǎng)性狀是影響雜交黃顙魚養(yǎng)殖的重要性狀。養(yǎng)殖過(guò)程中，黃顙魚胸背刺過(guò)長(zhǎng)會(huì)影響?zhàn)B殖密度和運(yùn)輸成活率；選育胸、背刺短的品種，可提高黃顙魚養(yǎng)殖密度和運(yùn)輸成活率。因此，試驗(yàn)的雜交黃顙魚黑色群體在胸、背刺性狀上，具有較高的選育價(jià)值。

3.3 雜交黃顙魚親本遺傳力分析

形態(tài)特征分析是鑒別魚類親緣關(guān)系的有效途徑，其受到遺傳因子和環(huán)境因子的共同影響[23]。本試驗(yàn)中，分析樣本均來(lái)自同一生產(chǎn)批次，在相同的繁殖、孵化、培育條件下產(chǎn)生，且每批次中，均有小部分黑色個(gè)體出現(xiàn)。因此，雜交黃顙魚子代表型分化是由親本遺傳因素決定的，環(huán)境因子的影響相對(duì)較小。

王峰[24]對(duì)黃顙魚、瓦氏黃顙魚形態(tài)測(cè)量結(jié)果表明，與黃顙魚相比，瓦氏黃顙魚存在眼徑小、尾柄長(zhǎng)的性狀特征。這與本試驗(yàn)中，相對(duì)黃色雜交黃顙魚而言，黑色個(gè)體眼徑顯著偏小、尾柄偏長(zhǎng)的結(jié)果相符。張佳佳等[25]基于9對(duì)微衛(wèi)星標(biāo)記對(duì)雜交黃顙魚親本及其子代的遺傳距離進(jìn)行分析，結(jié)果表明，雜交黃顙魚與母本黃顙魚的遺傳距離較小，而與父本瓦氏黃顙魚的遺傳距離偏大，說(shuō)明雜交黃顙魚與母本黃顙魚的親緣關(guān)系更近，遺傳上更偏向母本。在絕大多數(shù)情況下，雜交母本對(duì)其后代的遺傳性狀影響大于其父本，子代表型性狀偏向母本。雜交黃顙魚子代大部分個(gè)體體色偏黃，遺傳性狀偏向母本黃顙魚，小部分個(gè)體體色偏黑，遺傳性狀偏向父本瓦氏黃顙魚，表現(xiàn)出雜交后的母本優(yōu)勢(shì)。

3.4 雜交黃顙魚體色分化群體的鑒定方法

體色是黃顙魚能否被市場(chǎng)認(rèn)可的重要特征之一。目前，消費(fèi)者普遍認(rèn)為黃顙魚的體色越黃，品質(zhì)越好，市場(chǎng)認(rèn)可度越高。養(yǎng)殖黃顙魚的飼料中常通過(guò)添加著色劑讓商品魚體表黃色加深[26]。因此，養(yǎng)殖中后期，難以通過(guò)體色分辨雜交黃顙魚的兩個(gè)分化群體。

本試驗(yàn)提供了一種鑒別雜交黃顙魚體色分化

群體的方法，通過(guò)大量形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)的比對(duì)分析，選擇了判別力最高的尾柄長(zhǎng)、眼徑兩個(gè)形態(tài)學(xué)特征進(jìn)行測(cè)量分析，即可鑒別雜交黃顙魚屬于黑色群體還是黃色群體，判別準(zhǔn)確率較高。這種通過(guò)簡(jiǎn)單的形態(tài)學(xué)測(cè)量即可分辨分化群體的方法，適用于生產(chǎn)一線，成本投入小，僅需游標(biāo)卡尺，測(cè)量簡(jiǎn)單迅速，不影響魚的成活。

4 結(jié) 論

瓦氏黃顙魚(♂)和黃顙魚(♀)的雜交子代中產(chǎn)生了體色分化的現(xiàn)象，大部分子代體色偏黃色，小部分子代體色偏黑色。對(duì)體色分化群體形態(tài)特征進(jìn)行多元分析，結(jié)果表明，雜交黃顙魚體色分化群體在刺長(zhǎng)、尾柄長(zhǎng)、眼徑等特征均有顯著差異。通過(guò)對(duì)尾柄長(zhǎng)、眼徑等兩個(gè)形態(tài)學(xué)特征的測(cè)量，可分辨兩個(gè)群體。刺長(zhǎng)和尾柄性狀、眼徑和眼間距性狀顯著相關(guān)，表現(xiàn)出一定的協(xié)同關(guān)系。此外，以黃顙魚為母本、瓦氏黃顙魚為父本產(chǎn)生的雜交子代，其主要形態(tài)特征更偏向母本黃顙魚。