巖原鯉形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關性及通徑分析

曲煥韜，楊元金，魯雪報，劉 勇

( 中國長江三峽集團公司 中華鱘研究所，三峽工程魚類資源保護湖北省重點實驗室，湖北 宜昌 443100 )

巖原鯉(Procyprisrabaudi)屬鯉形目、鯉科、原鯉屬，俗稱巖鯉巴、巖鯉，其自然資源主要分布于長江中上游干、支流水系，尤其以嘉陵江和岷江盛產(chǎn)，是長江中上游重要的土著經(jīng)濟魚類和特有魚類[1-3]。近年來，由于過度捕撈、水域環(huán)境污染等因素影響，野生巖原鯉種群資源日益枯竭，現(xiàn)已被列入《中國瀕危動物紅皮書》，屬易危動物[4-5]。目前，巖原鯉的研究主要集中在生態(tài)習性[6]、繁殖生物學[7-8]、營養(yǎng)和消化生理[9-12]、遺傳多樣性[13-14]以及人工繁殖[15]等方面，而關于其種群選育方面的研究尚未見報道。隨著巖原鯉人工馴養(yǎng)、繁殖技術日漸成熟，繁育規(guī)模不斷擴大，通過對魚類養(yǎng)殖群體進行系統(tǒng)的良種選育，可以有效解決累代養(yǎng)殖后近親繁殖導致的種質(zhì)資源及生物學性狀退化問題，對市場化開發(fā)及遷地種群的保護具有極為重要的現(xiàn)實意義。

在選擇育種過程中，體質(zhì)量具有直觀性和可度量性，通常被作為最直接的目標性狀[16]。然而實際操作過程中，體質(zhì)量的測定容易受到各種因素(如體表殘留水分、腸道飼料殘留)的影響而導致一定偏差[17]，因此，利用通徑分析明確魚類形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響，并在此基礎上通過間接選擇形態(tài)性狀實現(xiàn)選擇育種，已成為一種更為便捷、可靠的技術手段。目前，通徑分析、多元回歸分析及決定系數(shù)分析已廣泛應用于水生經(jīng)濟動物選育相關的基礎研究[18-22]。筆者利用相關分析和通徑分析，對影響巖原鯉體質(zhì)量的主要形態(tài)性狀進行判別，分析量化各形態(tài)性狀的直接作用和間接作用，通過采用逐步回歸的方法，建立了巖原鯉幼魚形態(tài)性狀與體質(zhì)量間的最優(yōu)多元線性回歸方程，篩選出最優(yōu)擬合模型，為巖原鯉群體選育提供基礎數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗于2017年11月在金沙江溪洛渡向家壩水電站珍稀特有魚類增殖放流站開展，試驗魚為放流站自行繁育的6月齡巖原鯉幼魚，繁殖親本為2013—2014年引進巖原鯉的子一代，隨機選取165尾體質(zhì)量(7.53±1.88) g的巖原鯉幼魚作為試驗群體。

1.2 數(shù)據(jù)采集

試驗正式開始前停喂1 d，使用質(zhì)量濃度100 mg/L的間氨基苯甲酸乙酯甲磺酸鹽對試驗魚進行麻醉，分別測量試驗魚的體質(zhì)量(y)、全長(x1)、體長(x2)、軀干長(x3)、頭長(x4)、眼后頭長(x5)、吻長(x6)、眼徑(x7)、體高(x8)、體寬(x9)、尾柄長(x10)、尾柄高(x11)12項性狀指標。參照文獻[23]中淡水魚類形態(tài)特征測量標準進行各形態(tài)指標的測量。其中，形態(tài)學指標使用游標卡尺測量(精確至0.01 mm)，體質(zhì)量用電子天平稱量(精確至0.01 g)。

1.3 統(tǒng)計分析

運用Excel 2010和SPSS 13.0軟件進行試驗數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，各性狀測定結果經(jīng)初步統(tǒng)計整理，分別計算平均值、標準差和變異系數(shù)，獲得各性狀表型參數(shù)統(tǒng)計量。

參照文獻[24]的方法對各性狀表型數(shù)據(jù)進行Pearson相關分析和形態(tài)性狀指標對體質(zhì)量的通徑分析。根據(jù)通徑分析基本原理，將相關系數(shù)剖分為各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的直接作用(通徑系數(shù))和間接作用。依據(jù)相關分析和通徑系數(shù)計算決定系數(shù)，決定系數(shù)包括單個性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)和兩個性狀對體質(zhì)量的共同決定系數(shù)。

應用逐步回歸分析方法中的逐步引入—剔除法，剔除偏回歸系數(shù)不顯著的性狀指標，建立形態(tài)性狀估計體質(zhì)量的最優(yōu)多元回歸方程。相關計算方法參照文獻[25-26]，關于數(shù)據(jù)比較結果，當P<0.05時為差異顯著，當P<0.01時為差異極顯著。

2 結果與分析

2.1 巖原鯉各形態(tài)性狀表型參數(shù)的描述性分析

巖原鯉幼魚生長相關的性狀數(shù)據(jù)經(jīng)初步整理后的各表型統(tǒng)計量見表1，在本研究的各生長相關性狀中，體質(zhì)量變異系數(shù)最大，達24.97%。各形態(tài)性狀的變異系數(shù)基本接近，為7.07%～14.50%。進一步對測得的體質(zhì)量數(shù)據(jù)進行Shapiro-Wilk正態(tài)性檢驗，顯著性水平P=0.454>0.05,說明該系列數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布，可以進行多元回歸分析。

表1 表型性狀的描述性統(tǒng)計(n=165)

2.2 形態(tài)性狀間的相關性分析

對巖原鯉各性狀進行Pearson相關分析，獲得各性狀間的表型相關系數(shù)。各形態(tài)性狀與體質(zhì)量呈正相關，且均達到極顯著水平(P<0.01)，其中，全長與體質(zhì)量的相關系數(shù)最高(0.977)，眼后頭長與體質(zhì)量相關系數(shù)最低(0.571)(表2)。各形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關系數(shù)依次為：全長>體寬>軀干長>尾柄高>頭長>體長>尾柄長>體高>眼徑>吻長>眼后頭長。各形態(tài)性狀間的相關系數(shù)也均達到了極顯著水平(P<0.01)。

表2 表型性狀的相關系數(shù)

注：y為體質(zhì)量，x1為全長，x2為體長，x3為軀干長，x4為頭長，x5為眼后頭長，x6為吻長，x7為眼徑，x8為體高，x9為體寬，x10為尾柄長，x11為尾柄高.**表示相關性極顯著(P<0.01)，下同.

2.3 表型性狀對體質(zhì)量的通徑分析

在表型相關分析的基礎上，利用SPSS數(shù)據(jù)分析軟件計算得到巖原鯉各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的通徑系數(shù)。經(jīng)顯著性檢驗，全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學指標對體質(zhì)量的通徑系數(shù)達極顯著水平(P<0.01)，予以保留，其余通徑系數(shù)不顯著的性狀被剔除。根據(jù)相關系數(shù)的組成原理，將巖原鯉形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關系數(shù)剖分為各性狀的直接作用(通徑系數(shù))和各性狀通過其他性狀的間接作用兩部分。在保留的3項形態(tài)性狀中，全長對體質(zhì)量的直接作用(0.653)最大，間接作用(0.324)最小，且直接作用大于間接作用；而體寬和尾柄高2項形態(tài)指標的間接作用均顯著大于直接作用，兩者均是通過影響全長而間接作用于體質(zhì)量(表3)。綜上所述，可以判定巖原鯉各形態(tài)學指標中，全長為體質(zhì)量的主要影響因素。

表3 形態(tài)性狀對體質(zhì)量影響的通徑分析

2.4 形態(tài)性狀對體質(zhì)量的決定程度分析

根據(jù)巖原鯉單個性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)和復合性狀對體質(zhì)量的共同決定系數(shù)公式，計算單個性狀及復合性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)，結果見表4。表中對角線上的數(shù)據(jù)為每個形態(tài)性狀單獨對體質(zhì)量的決定系數(shù)，對角線右上方為兩兩性狀協(xié)同作用對體質(zhì)量的決定系數(shù)。單獨的決定系數(shù)和兩兩共同決定系數(shù)的總和等于總的決定系數(shù)。本研究中，巖原鯉各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的總決定系數(shù)為0.970。由此可見，本研究篩選的3個形態(tài)性狀是影響體質(zhì)量的主要性狀，其他形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響相對較小。在3個形態(tài)性狀中，全長對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，達0.426, 占總決定系數(shù)的43.9%；兩兩性狀對體質(zhì)量的決定程度中，全長和體寬對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，達0.245，占總決定系數(shù)的25.3%。

表4 形態(tài)性狀對體質(zhì)量的決定系數(shù)

2.5 逐步回歸分析及多元回歸方程的建立

運用逐步引入—剔除法對巖原鯉各生長相關性狀進行逐步多元回歸分析，對各形態(tài)性狀的偏回歸系數(shù)進行顯著性檢驗。剔除偏回歸系數(shù)不顯著的性狀，建立以體質(zhì)量為依變量，全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學指標為自變量的最優(yōu)多元回歸方程：y=-14.901+0.166x1+0.379x9+0.331x11(r2=0.973，y、x1、x9、x11分別為體質(zhì)量、全長、體寬、尾柄高)。該方程的擬合度較好(表5)，通過方差分析和各個偏回歸系數(shù)的顯著性檢驗可知，回歸關系達到極顯著水平(P<0.01)(表6)，全長、體寬和尾柄高對體質(zhì)量的偏回歸系數(shù)也均達到極顯著水平(P<0.01)(表7)。回歸預測表明，估計值和實際值差異不顯著(P>0.05)，該方程可用于指導巖原鯉選育實際生產(chǎn)。此外，經(jīng)共線性診斷，進入回歸方程的3個自變量的方差膨脹因子均小于10，說明上述自變量間存在共線性的可能性很小。

表5 形態(tài)性狀與體質(zhì)量的復相關分析

表6 多元回歸方程的方差分析

表7 偏回歸系數(shù)顯著性檢驗

3 討 論

3.1 不同分析方法的應用比較

質(zhì)量性狀是開展水生經(jīng)濟動物選育的重要性狀指標，通過利用相關分析、通徑分析以及回歸分析等方法可全面準確揭示不同形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響程度及作用方式，并進而確定影響質(zhì)量性狀的主要形態(tài)指標，能顯著提高選育準確性和操作效率[27-28]。因此，近年來這些研究方法被廣泛應用于多種水生動物選育相關的基礎研究。然而上述3種數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法在應用過程中仍存在一定差異和不同特點，其中，在相關分析方法中計算得到的相關系數(shù)既包含了自變量對依變量的直接作用，同時也包括了通過影響其他變量而產(chǎn)生的間接影響，因此，反映的是兩變量間的綜合關系。因其不能全面考察變量間的相互關系，所以分析結果帶有一定片面性；多元回歸分析在一定程度上能夠消除變量之間的混淆，但由于偏回歸系數(shù)帶有單位，使原因?qū)Y果的效應不能直接進行比較[29-30]。通徑分析則克服了相關分析和回歸分析的不足，將自變量和依變量的相關系數(shù)剖分為自變量對依變量的直接作用和間接作用，可準確判斷影響因變量的主要因素。在本研究中，相關分析結果表明，各形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關系數(shù)均達到了極顯著水平(P<0.01),但進一步通徑分析結果顯示，不同形態(tài)性狀對體質(zhì)量的直接影響存在顯著性差異，僅全長、體寬、尾柄高3項形態(tài)學指標對體質(zhì)量直接影響達到極顯著水平(P<0.01)，其他性狀對體質(zhì)量影響主要是通過間接作用實現(xiàn)的。在通徑分析的基礎上，應用多元回歸分析進一步探討了各形態(tài)性狀對體質(zhì)量的作用，其結果與通徑分析完全吻合，表明全長、體寬及尾柄高是影響體質(zhì)量的主要形態(tài)學指標。因此，在魚類選育過程中可通過綜合應用相關分析、通徑分析以及多元回歸分析對形態(tài)性狀和體質(zhì)量關系進行研究，以提高研究結果的可靠性和準確性。

3.2 影響巖原鯉體質(zhì)量主要形態(tài)性狀的確定

在表型相關分析的基礎上進行通徑分析和決定程度分析時，只有當各自變量對依變量的單獨決定系數(shù)和兩兩共同決定系數(shù)的總和或多元回歸模型中的決定系數(shù)≥0.85，才能表明影響依變量的主要自變量已經(jīng)納入研究范圍[31-32]。本研究中，進入回歸方程的3個形態(tài)性狀的總決定系數(shù)為0.970，>0.85，因此，可以判斷全長、體寬、尾柄長3項形態(tài)學指標是影響巖原鯉體質(zhì)量的主要因素。其中，全長對體質(zhì)量的決定系數(shù)最大，其他兩個性狀的間接作用明顯大于直接作用，兩者均通過全長間接對體質(zhì)量產(chǎn)生影響。因此，全長是影響巖原鯉幼魚體質(zhì)量最主要的形態(tài)性狀。然而不同魚類其體質(zhì)量的主要影響性狀仍存在一定差異，鄭昇陽[33]的研究表明，對黃姑魚(Nibeaalbiflora)體質(zhì)量影響最大的形態(tài)性狀為全長；黃建盛等[16]對不同月齡褐點石斑魚(Epinephelusfuscoguttatus)體質(zhì)量主要影響性狀進行了分析，結果顯示，3月齡、8月齡和13月齡時，全長對褐點石斑魚體質(zhì)量的直接作用最大。何小燕等[27]在分析大口黑鱸(Micropterussalmoides)形態(tài)性狀對體質(zhì)量的關系時發(fā)現(xiàn)，體寬、體長以及眼間距是影響體質(zhì)量的主要形態(tài)指標，且體寬的直接作用遠大于其他兩項指標；劉峰等[19]在研究小黃魚(Pseudosciaenapolyactis)體質(zhì)量的主要影響指標時發(fā)現(xiàn)，體長、軀干長、尾柄高及體高是體質(zhì)量的主要影響性狀；綜合對比分析發(fā)現(xiàn)，對體質(zhì)量產(chǎn)生影響的主要形態(tài)性狀的差異可能與不同魚類的生物學特性、生長環(huán)境以及生長發(fā)育階段等因素密切相關。此外，在本研究中，體寬也是影響體質(zhì)量的重要性狀，其作用僅次于全長。王新安等[29]研究發(fā)現(xiàn)，大菱鲆(Scophthalmusmaximus)幼魚全長較長和體厚較厚的個體具有較大的幾何空間，有利于脂肪、肝臟等營養(yǎng)物質(zhì)的積累貯存，本試驗的研究結果進一步驗證了該觀點。

3.3 多元分析對巖原鯉選育的指導意義

在分析明確各性狀間關系的基礎上，將形態(tài)性狀納入育種選擇指數(shù)，采用多性狀選擇指數(shù)法選育更易提高選育效率和準確率。本研究初步探討了巖原鯉幼魚體質(zhì)量和各形態(tài)指標間的關系，經(jīng)篩選確定全長、體寬及尾柄高為體質(zhì)量的主要影響性狀，在魚類選育過程中，應結合上述表型性狀進行間接選育，可有效避免單獨以體質(zhì)量為指標進行選擇而造成的系統(tǒng)性誤差[34-37]。此外，本研究還通過逐步回歸分析方法，建立了以體質(zhì)量為因變量，全長、體寬及尾柄高為自變量的最優(yōu)多元回歸方程，在實際生產(chǎn)中可通過該方程對巖原鯉幼魚體質(zhì)量進行預測，提高選育操作效率。隨著魚類的生長，形態(tài)性狀與體質(zhì)量的相關關系可能有所不同，這在其他魚類如黃姑魚和大黃魚(P.crocea)中有所體現(xiàn)[33,38-39]，本試驗僅針對6月齡巖原鯉幼魚形態(tài)性狀與體質(zhì)量的關系進行了研究，關于其不同生長階段二者的量化關系還有待進一步深入探討。