鄱陽(yáng)湖流域蒙古鲌群體形態(tài)差異研究

張化浩，謝楨楨，胡良雄，張小谷

(九江學(xué)院藥學(xué)與生命科學(xué)學(xué)院，江西九江332000)

鄱陽(yáng)湖位于長(zhǎng)江中下游南岸，東經(jīng)115°49′ ～116°46′，北緯28°24′～29°46′，是我國(guó)第一大淡水湖，淡水生物群落復(fù)雜，魚(yú)類(lèi)資源豐富。通常將鄱陽(yáng)湖魚(yú)類(lèi)分為湖泊定居性、江湖洄游性、過(guò)河口洄游性、溪流性等4種生態(tài)類(lèi)型，其中定居性魚(yú)類(lèi)是鄱陽(yáng)湖漁業(yè)的重要基礎(chǔ)[1]。湖泊定居性魚(yú)類(lèi)因棲息地較為固定，群體間交流較少，致使不同地理群體間容易產(chǎn)生形態(tài)特征和遺傳結(jié)構(gòu)差異，是研究魚(yú)類(lèi)群體分化的好材料。肖慧[2]對(duì)鄱陽(yáng)湖流域黃顙魚(yú)(Pelteobagrusfulvidraco)傳統(tǒng)形態(tài)和框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量分析表明9個(gè)群體在形態(tài)上已產(chǎn)生一定程度的分化，主要表現(xiàn)在頭部和尾部縱向長(zhǎng)度指標(biāo)上。李芝琴等[3]對(duì)鄱陽(yáng)湖5種不同體色的黃鱔(Monopterusalbus)調(diào)查分析，黃鱔種內(nèi)變異性的表型特征主要反映在體色和花紋。曾柳根等[4]對(duì)鄱陽(yáng)湖泥鰍(Misgurnusanguillicaudatus)調(diào)查發(fā)現(xiàn)不僅在表型和體色上存在一定的差異性，進(jìn)行同工酶、基因組DNA水平及線粒體DNA水平分析顯示大花斑、小花斑、無(wú)花斑等3種斑紋泥鰍有很高的遺傳多樣性，出現(xiàn)了一定距離的遺傳分化。

蒙古鲌(CultermongolicusBasilewsky)，隸屬鯉科(Cyprinidae)鲌亞科(Cultrinae)鲌屬(Culter)。蒙古鲌?jiān)谯蛾?yáng)湖屬湖泊定居型魚(yú)類(lèi)，其流域各主要江、河、湖水體均有分布，且肉質(zhì)鮮美，屬肉食性魚(yú)類(lèi)，主要以小型魚(yú)蝦為食，在水生態(tài)系統(tǒng)中處頂級(jí)消費(fèi)者地位，通過(guò)營(yíng)養(yǎng)串聯(lián)效應(yīng)有改善水質(zhì)的作用，具有較大的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和生態(tài)學(xué)意義。近年來(lái)，對(duì)翹嘴鲌(C.alburnus)、紅鰭原鲌(Cultrichthyserythropterus)等鲌類(lèi)群體分化研究均有報(bào)道。王偉等[5]對(duì)我國(guó)興凱湖、太湖等7個(gè)翹嘴鲌群體進(jìn)行形態(tài)度量分析顯示，浮橋河水庫(kù)群體與其他長(zhǎng)江流域群體差異較大，主要集中表現(xiàn)在頭、尾部的長(zhǎng)度方面，水體長(zhǎng)期相對(duì)封閉等因素可能是導(dǎo)致該群體形態(tài)變異的原因。楊子拓等[6]對(duì)珠江水系翹嘴鲌的11個(gè)地理群體線粒體D-loop基因序列分析顯示，種群具有較高的遺傳多樣性，珠江流域翹嘴鲌作為一個(gè)大種群已產(chǎn)生了中度分化。胡玉婷等[7]對(duì)鄱陽(yáng)湖及洞庭湖紅鰭原鲌群體結(jié)合形態(tài)度量和線粒體Cyt b序列分析顯示各地理群體間形態(tài)差異較小，但遺傳差異明顯，其原因是定居型生活習(xí)性導(dǎo)致不同地理群體間長(zhǎng)期的群體隔離、缺乏基因交流。Wang等[8]運(yùn)用微衛(wèi)星標(biāo)記分析7個(gè)長(zhǎng)江中下游散布的湖泊(包括鄱陽(yáng)湖)的紅鰭原鲌群體遺傳結(jié)構(gòu)分析顯示不同群體間有顯著的遺傳差異，它們間的遺傳差異與在長(zhǎng)江中部水體破碎化后這些湖泊與長(zhǎng)江的聯(lián)通狀況有關(guān)聯(lián)。研究表明，翹嘴鲌、紅鰭原鲌等鲌類(lèi)不同地理群體已形成一定的遺傳及形態(tài)學(xué)差異，為鄱陽(yáng)湖流域定居型蒙古鲌群體差異研究提供了參考。

本研究以鄱陽(yáng)湖蒙古鲌不同地理群體為對(duì)象，運(yùn)用魚(yú)類(lèi)傳統(tǒng)形態(tài)度量、框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量和幾何形態(tài)學(xué)方法分析群體體形變異情況，以期為鄱陽(yáng)湖流域蒙古鲌良種選育和種質(zhì)資源管理提供基礎(chǔ)資料。

1 材料與方法

1.1 材料

研究對(duì)象為2012年10月—2016年12月采集于長(zhǎng)江中游鄱陽(yáng)湖流域(南北港、新妙湖、廬山西海、青嵐湖、章江)5個(gè)蒙古鲌野生群體和1個(gè)養(yǎng)殖群體(南昌市農(nóng)業(yè)科學(xué)院養(yǎng)殖池塘)，同時(shí)采集長(zhǎng)江中游漢江(丹江口水庫(kù))野生群體作對(duì)照，共檢測(cè)499尾。采集新鮮標(biāo)本用碎冰保存運(yùn)至實(shí)驗(yàn)室，用清水將魚(yú)體洗凈稍干后，用電子天平稱重，精確到0.1 g。將魚(yú)體平放在解剖盤(pán)，左側(cè)向上，用Canon 6D攝影拍照，以Motic Images Advanced 3.2軟件測(cè)量體長(zhǎng)，精確到0.01 mm。研究標(biāo)本數(shù)量及體質(zhì)量與體長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)見(jiàn)表1。

1.2 形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)獲取方法

1.2.1 傳統(tǒng)形態(tài)(TM)特征值度量

傳統(tǒng)形態(tài)(TM)測(cè)量特征值包括：體高(BD)、體厚(BT)、頭長(zhǎng)(HL)、眼后緣頭高(HD1)、頭背部后緣頭高(HD2)、鰓蓋骨后緣頭高(HD3)、吻長(zhǎng)(SnL)、眼徑(OD)、眼間距(IoD)、尾柄長(zhǎng)(CaL)、尾柄高(CaD)、背鰭長(zhǎng)(DL)、胸鰭長(zhǎng)(PtL)、腹鰭長(zhǎng)(PvL)等14個(gè)數(shù)值。

1.2.2 框架結(jié)構(gòu)形態(tài)(TBM)特征值度量

框架結(jié)構(gòu)形態(tài)(TBM)測(cè)量基于11個(gè)解剖學(xué)特征點(diǎn)(landmark)：上頜吻前緣(A)、頭背部后緣(B)、背鰭起點(diǎn)(C)、背鰭后緣插入點(diǎn)(D)、尾鰭背側(cè)基點(diǎn)(E)、尾鰭腹側(cè)基點(diǎn)(F)、臀鰭后緣插入點(diǎn)(G)、臀鰭起點(diǎn)(H)、腹鰭起點(diǎn)(I)、胸鰭起點(diǎn)(J)、鰓蓋膜后緣腹面中央點(diǎn)(K)。測(cè)量特征值包括AB、BC、CD、DE、EF、FG、GH、HI、IJ、JK、KA、AJ、BK、BJ、BI、BH、CI、CH、CG、DH、DG、DF、EG等23個(gè)數(shù)值，見(jiàn)圖1。

表1 研究標(biāo)本數(shù)量及體質(zhì)量與體長(zhǎng)統(tǒng)計(jì)Tab.1 Number，body mass and body length of specimens

以Motic Images Advanced 3.2度量傳統(tǒng)形態(tài)特征值和框架結(jié)構(gòu)形態(tài)特征值，精確到0.01 mm，其中眼間距和體厚使用數(shù)碼游標(biāo)卡尺測(cè)量，精確到0.01 mm。為消除異速生長(zhǎng)及體型差異對(duì)傳統(tǒng)形態(tài)度量特征值和框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量特征值的影響，采用比率轉(zhuǎn)換方法[9]進(jìn)行校正，即：Ladj=L/SL。然后，再檢測(cè)轉(zhuǎn)換后數(shù)據(jù)變量與體長(zhǎng)的回歸關(guān)系顯著性。

1.2.3 幾何形態(tài)(GM)分析

幾何形態(tài)(GM)基于17個(gè)解剖學(xué)特征點(diǎn)，除框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量運(yùn)用的11個(gè)解剖學(xué)特征點(diǎn)外，還包括過(guò)眼中央垂線與頭背部交叉點(diǎn)、鰓蓋骨后緣垂線與體背部交叉點(diǎn)、鰓蓋骨后緣垂線與體腹部交叉點(diǎn)、體前端點(diǎn)、眼中央點(diǎn)、鰓蓋骨后緣點(diǎn)等6個(gè)特征點(diǎn)，見(jiàn)圖1。

圖1 顯示框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量和幾何形態(tài)特征點(diǎn)蒙古鲌輪廓圖Fig.1 Outline drawing of C.mongolicus showing the anatomical landmarks and truss-based characteristicsA-K：框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量特征點(diǎn)；1-17：幾何形態(tài)分析特征點(diǎn)

幾何形態(tài)分析運(yùn)用Tps系列軟件進(jìn)行[10]。首先運(yùn)用TpsUtil建立幾何形態(tài)分析文件、TpsDig標(biāo)記文件中每個(gè)標(biāo)本的特征點(diǎn)、TpsSmall檢測(cè)特征點(diǎn)標(biāo)記的正確性，然后運(yùn)用TpsRelw評(píng)估文件中所有標(biāo)本的每個(gè)特征點(diǎn)平均坐標(biāo)，獲得各個(gè)標(biāo)本特征點(diǎn)對(duì)平均坐標(biāo)的變化形態(tài)，保存生成的相關(guān)數(shù)據(jù)矩陣，并檢測(cè)數(shù)據(jù)文件各變量與體長(zhǎng)的回歸關(guān)系顯著性。

1.3 統(tǒng)計(jì)方法

運(yùn)用STATISTICA軟件對(duì)TM、TBM、GM等相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行多變量判別函數(shù)分析，計(jì)算各地理群體及總的判別準(zhǔn)確率，將各樣本個(gè)體典型得分作散點(diǎn)圖分析，并根據(jù)各群體組平均判別得分進(jìn)行鄰接法聚類(lèi)分析，作不同群體聚類(lèi)圖。TM、TBM根據(jù)判別分析選擇貢獻(xiàn)大的性狀建立判別函數(shù)式，GM分析進(jìn)一步以TpsSplin軟件作不同群體體形差異的變形網(wǎng)格幾何圖。

2 結(jié)果

傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)度量TM、框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量TBM和幾何形態(tài)分析GM等三種形態(tài)多變量判別函數(shù)分析，總體判別正確率分別達(dá)到85.17%、90.78%、93.99%，見(jiàn)表2。TM分析章江ZJ群體和南北港NBG群體判別正確率較低，僅為64.71%和69.23%，TBM分析章江ZJ群體正確率也較低，為70.59%，而GM分析各群體判別正確率都較高，僅廬山西海XH群體和青嵐湖QLH群體在90%以下，為88.89%、89.47%。運(yùn)用三種形態(tài)學(xué)方法分析，多變量判別函數(shù)分析的典型相關(guān)系數(shù)R分別為0.925 8、0.933 2、0.942 3，P值均小于0.000 1，前4個(gè)判別函數(shù)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別達(dá)95.83%、97.33%、93.09%。通過(guò)TM數(shù)據(jù)分析，對(duì)第一判別函數(shù)根值影響較大的變量是眼后緣頭高HD1，對(duì)第二判別函數(shù)根值影響較大的是眼間距IoD、體厚BT等變量。通過(guò)TBM分析，對(duì)第一判別函數(shù)根值影響較大的變量是AJ、CD、CH等，對(duì)第二判別函數(shù)根值影響較大的變量分別是DH、DF、FG、AJ、CH、EF等。選擇HD1、IoD、BT、AJ、CD、CH、DH、DF、FG、EF等10個(gè)特征變量作判別函數(shù)式如下：

南北港：

Y1=3979.66HD1+1634.17IoD+2443.64BT+2022.72AJ+1990.07CD-83.13CH+693.49DH+1753.82DF+32.68FG+1081.98EF-1239.61

新妙湖：

Y2=3917.31HD1+1485.75IoD+2563.57BT+2198.44AJ+1898.33CD-31.84CH+531.69DH+1762.63DF+104.96FG+979.82EF-1238.77

青嵐湖：

Y3=3796.37HD1+1554.11IoD+2188.81BT+2094.91AJ+1993.12CD-61.27CH+580.18DH+1769.75DF+59.05FG+1240.63EF-1216.71

廬山西海：

Y4=3767.17HD1+1734.82IoD+2167.13BT+1955.90AJ+2090.75CD-48.08CH+480.04DH+1850.34DF+55.28FG+1110.55EF-1209.19

章江：

Y5=3951.33HD1+1763.84IoD+2295.94BT+2189.80AJ+1923.41CD-40.73CH+670.77DH+1714.45DF+89.94FG+1016.14EF-1263.18

丹江口水庫(kù)：

Y6=3558.39HD1+1490.53IoD+2137.59BT+1777.21AJ+2236.49CD-127.79CH+829.60DH+1806.25DF+19.07FG+1006.79EF-1161.84

南昌養(yǎng)殖：

Y7=4404.69HD1+1851.72IoD+2043.18BT+2018.82AJ+2041.04CD-55.05CH+1036.65DH+1670.35DF+171.67FG+625.24EF-1315.02

通過(guò)GM數(shù)據(jù)分析典型性根1對(duì)根2所作的散點(diǎn)圖見(jiàn)圖2，對(duì)各組群根值平均得分進(jìn)行聚類(lèi)分析，得到反映組群間相互關(guān)系的聚類(lèi)圖見(jiàn)圖3。圖3表明研究的蒙古鲌7個(gè)群體樣本中，南昌養(yǎng)殖群體YZ相對(duì)獨(dú)立，其次為丹江口水庫(kù)群體DJK，而鄱陽(yáng)湖流域野生群體PYH明顯聚類(lèi)在一起。鄱陽(yáng)湖流域5個(gè)野生群體中，章江ZJ群體和青嵐湖QLH群體聚類(lèi)在一起，再依次聚類(lèi)南北港NBG群體、新妙湖XMH群體和廬山西海XH群體。

運(yùn)用GM分析不同群體體形差異，相對(duì)鄱陽(yáng)湖流域野生群體PYH的丹江口水庫(kù)野生群體DJK和南昌養(yǎng)殖群體YZ的變形網(wǎng)格圖見(jiàn)圖4a，相對(duì)青嵐湖群體QLH的其它4個(gè)鄱陽(yáng)湖流域野生群體的變形網(wǎng)格圖見(jiàn)圖4b。結(jié)果表明，相對(duì)鄱陽(yáng)湖流域野生群體PYH：丹江口水庫(kù)野生群體DJK體背部上突，頭部背腹軸和前后軸明顯較短；南昌市養(yǎng)殖群體YZ體背部背鰭下部短，頭頦部區(qū)域較小。在鄱陽(yáng)湖流域野生群體中，相對(duì)青嵐湖群體QLH：章江群體ZJ體腹部下突，頭部頰部前后軸較短；南北港群體NBG頭部眼前上方近鼻部區(qū)域背腹軸較短；新妙湖群體XMH頭頰部區(qū)域背腹軸和前后軸較長(zhǎng)，頰部后腹區(qū)域背腹軸和前后軸較短；廬山西海群體XH體腹部下突，背部背鰭下部區(qū)域較長(zhǎng)，頭頰部區(qū)域背腹軸和前后軸較長(zhǎng)，頰部后腹近喉部區(qū)域前后軸較短。

表2 判別函數(shù)典型性分析判別正確率Tab.2 Percent correct classification of DFA canonical analysis %

3 討論

自Rohlf[11]于1986提出幾何形態(tài)學(xué)方法后，已越來(lái)越多地運(yùn)用于魚(yú)類(lèi)生物學(xué)研究[12]。相對(duì)而言，傳統(tǒng)的魚(yú)類(lèi)外形測(cè)量主要集中在魚(yú)體縱軸及頭部形態(tài)，在反映魚(yú)體結(jié)構(gòu)上具有一定的局限性。雖然框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量學(xué)能從多維空間去度量魚(yú)體外部形態(tài)(包括縱向、橫向和斜向的測(cè)量距離)，較精確地反映魚(yú)體形態(tài)差異[13]。但相關(guān)研究表明,如鲌屬(Culter)、黑腹無(wú)鰾鮋(Helicolenusdactylopterus)、裸頰鯛屬(Lethrinus)、瓦氏角燈魚(yú)(Ceratoscopeluswarmingii)群體[14-17]，幾何形態(tài)學(xué)分析在種間或種內(nèi)形態(tài)區(qū)分上比形態(tài)度量分析效果更好。本研究運(yùn)用三種形態(tài)學(xué)方法獲取的形態(tài)數(shù)據(jù)分別進(jìn)行多變量判別函數(shù)分析，結(jié)果表明，幾何形態(tài)學(xué)方法判別正確率最高，達(dá)到93.99%，典型相關(guān)系數(shù)也最大，傳統(tǒng)形態(tài)度量和框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量方法判別正確率分別為85.17%和90.78%。形態(tài)度量對(duì)判別分析影響較大的10個(gè)變量主要反映魚(yú)體頭部、厚度、軀體中后部區(qū)域，與幾何形態(tài)分析反映的群體差異部位較為相近，但沒(méi)有幾何形態(tài)變形網(wǎng)格圖直觀和詳細(xì)。因此，幾何形態(tài)學(xué)方法是當(dāng)前進(jìn)行魚(yú)類(lèi)體側(cè)形態(tài)分析較好的方法。

長(zhǎng)期的地理隔離以及環(huán)境條件的不同，使同一個(gè)物種的不同地理群體間逐漸產(chǎn)生形態(tài)或者分子遺傳的變異[18]。本研究運(yùn)用傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)度量、框架結(jié)構(gòu)形態(tài)度量、幾何形態(tài)特征點(diǎn)分析等三種形態(tài)學(xué)方法對(duì)鄱陽(yáng)湖流域蒙古鲌群體(湖口縣南北港群體、都昌縣新妙湖群體、進(jìn)賢縣青嵐湖群體、修河武寧縣廬山西海群體、贛州章江群體)、長(zhǎng)江流域丹江口水庫(kù)群體等6個(gè)野生群體和南昌市人工繁育養(yǎng)殖群體1個(gè)養(yǎng)殖群體進(jìn)行分析，多變量判別函數(shù)分析的典型相關(guān)系數(shù)R較高，均大于0.92，P均小于0.000 1，表明群體形態(tài)差異顯著。胡玉婷等[19]采用形態(tài)度量學(xué)和多變量分析的方法對(duì)鄱陽(yáng)湖(湖口縣、星子縣、都昌縣、鄱陽(yáng)縣、余干縣瑞洪鎮(zhèn))、贛江(峽江縣)及洞庭湖(岳陽(yáng)市、沅江市)分布的銀鲴(Xenocyprisargentea)群體研究表明，各地理種群在形態(tài)上已產(chǎn)生一定的差異，本研究與此結(jié)論相近。而胡玉婷等[7]對(duì)鄱陽(yáng)湖及洞庭湖紅鰭原鲌線粒體Cytb分析顯示，群體間存在較大遺傳差異，已產(chǎn)生顯著遺傳分化，但形態(tài)性狀差異分析認(rèn)為，各地理群體間形態(tài)差異較小，不存在明顯的群體分化。

運(yùn)用形態(tài)度量和幾何形態(tài)學(xué)方法研究魚(yú)類(lèi)群體形態(tài)學(xué)差異，分析種群表型可塑性與棲息環(huán)境條件相關(guān)性，已有較多的探討[20-23]。我國(guó)鲌亞科魚(yú)類(lèi)是由原始的雅羅魚(yú)亞科魚(yú)類(lèi)在東亞派生的一個(gè)類(lèi)群，主要生活于平原湖泊和較大的江河流水之中[24]。除此之外，蒙古鲌還分布于四川邛海湖的邛海亞種(C.mongolicusqionghaiensis)和云南程海湖的長(zhǎng)體亞種(C.mongolicuselongates)[25-26]，體形差異表現(xiàn)在鰓耙數(shù)、體高、眼徑、尾柄長(zhǎng)等，其中體長(zhǎng)比體高的倍數(shù)分別為：3.5～4.3、4.32～4.96、4.5～5.5。程海湖和邛海湖都屬于高原深水湖泊，可能有著使蒙古鲌充分特化并有效占領(lǐng)其生態(tài)位的適宜環(huán)境。本研究顯示，南昌市蒙古鲌養(yǎng)殖群體經(jīng)多年人工繁育，已與野生群體有較大差異，鄱陽(yáng)湖流域野生群體與丹江口水庫(kù)野生群體體側(cè)形態(tài)也有一定的差異，這些差異主要表現(xiàn)在體高和頭部區(qū)域。鄱陽(yáng)湖水體自三國(guó)時(shí)期至南北朝時(shí)期因地層斷陷由古彭蠡澤向南擴(kuò)張形成以來(lái)，幾度漲落，至清初達(dá)到鼎盛，其后，水面收縮變小，形成青嵐湖等水體。上世紀(jì)六七十年代，鄱陽(yáng)湖地區(qū)興修水庫(kù)大壩，形成了柘林湖水庫(kù)(今廬山西海)、南北港、新妙湖等水體與自然河湖隔離的局面。本研究表明，鄱陽(yáng)湖流域蒙古鲌各地理群體形態(tài)差異相對(duì)較小，主要表現(xiàn)在頭部、軀干部的背部和腹部區(qū)域，鄱陽(yáng)湖、與外湖隔離的內(nèi)湖、特別是匯入鄱陽(yáng)湖的贛江等大江河水域構(gòu)成多樣的環(huán)境，致使鄱陽(yáng)湖流域蒙古鲌各地理群體生活水體的小環(huán)境(如水體大小、水流速度、餌料魚(yú)大小、密度及泳動(dòng)速度等)差異較大，這可能是導(dǎo)致鄱陽(yáng)湖流域不同水體群體間產(chǎn)生形態(tài)差異的原因。

圖2 幾何形態(tài)分析典型性根1對(duì)根2、根1對(duì)根3散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter plots of canonical scores for the geometric morphometrics

圖3 根據(jù)歐式距離構(gòu)建的聚類(lèi)圖Fig.3 UPGMA dendrogram constructed from Euclidean distances

圖4 運(yùn)用薄板樣條法構(gòu)建的變形網(wǎng)格圖Fig.4 Deformation grids depicting shape differences using thin-plate splines