中華絨螯蟹幼蟹不同家系的形態(tài)判別分析

胡清彪，李曉東，周 波，孫 娜，劉 胥

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學院水產(chǎn)研究所，四川 成都 610000；2.盤錦光合蟹業(yè)有限公司，遼寧 盤錦 124200)

【研究意義】中華絨螯蟹肉質(zhì)鮮美，營養(yǎng)價值高，深受消費者喜愛，具有很高的經(jīng)濟價值。隨著人們生活水平的不斷提高，河蟹的消費量不斷增加，從而促進了養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展[1-2]，逐漸形成了規(guī)模化養(yǎng)殖。但大規(guī)模養(yǎng)殖過程中為了減少環(huán)境差異同時不占用過多的養(yǎng)殖水體，往往需要將不同的家系混養(yǎng)在一起，導致家系之間個體不易區(qū)分，對未來選育過程中選擇親本并防止近親交配造成了一定的困難。因此嘗試對不同家系幼蟹做行之有效的鑒別方法對中華絨螯蟹養(yǎng)殖業(yè)及種質(zhì)資源保護有重要作用。【前人研究進展】河蟹形態(tài)差異的研究主要集中于成蟹階段且主要在區(qū)分不同地理群體間的差異。徐興川[3-4]對長江蟹、甌江蟹與遼河蟹在外部形態(tài)、大小及體色等方面的差別進行了相應的研究；許家武等[5]對長江、遼河、甌江中華絨螯蟹種群的形態(tài)進行了比較與判別分析；李勇等[6]建立了遼河、長江及甌江三水系中華絨螯蟹幼蟹形態(tài)判別程序；盧義等[7]對長江、黃河、遼河水系中華絨螯蟹野生扣蟹的形態(tài)學進行了研究分析，并分別對雌雄扣蟹建立了判別方程。【本研究切入點】目前還未有人嘗試通過形態(tài)判別來進行區(qū)分中華絨螯蟹的不同家系。本研究以中華絨螯蟹新品種‘光合1號’后代扣蟹為研究對象，采用聚類分析和逐步判別分析試圖區(qū)分扣蟹不同家系。【擬解決的關(guān)鍵問題】對未來中華絨螯蟹的選育工作有一定的理論指導意義。

表1 不同家系幼蟹的采樣時間、樣本數(shù)及平均體重Table 1 Sampling time, sample size and average body weight of juvenile crab from different families

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本實驗所用中華絨螯蟹為盤錦光合蟹業(yè)有限公司選育的親緣關(guān)系明確的‘光合1號’后代，經(jīng)過人工育苗后將不同家系大眼幼體分別于室外不同稻田圍隔中飼養(yǎng)，待其生長發(fā)育為扣蟹，于10月初捕回并測量記錄。測定樣本大小如表1所示(所有樣本附肢齊全)。

a：頭胸甲背部，共9個參數(shù)；b：頭胸甲右側(cè)面，共2個參數(shù)；c：腹甲測，共3個參數(shù)；d：第2～4步足，共4個參數(shù)a: The back of carapace with 9 parameters; b: The right part of carapace with 2 parameters; c: The shell of abdomen with 3 parameters; d: The 2-4th ambulatory legs with 4 parameters圖1 中華絨螯蟹測量部位Fig.1 Sketch diagram of measuring points of E. sinensis

表2 中華絨螯蟹幼蟹家系間的歐式距離Table 2 Euclidean distance of families of juvenile E. sinensis

1.2 參數(shù)收集

所有參數(shù)均使用游標卡尺測量，精確到0.1 mm，所測參數(shù)參考文獻[6]并做了相應的改進，每只幼蟹逐一測量點間距離，獲得共3240個形態(tài)數(shù)據(jù)，每個個體測量點如圖1，每個個體統(tǒng)計如下數(shù)據(jù)：X1=AB, X2=BC, X3=CC, X4=DD, X5=EE, X6= FF, X7=OE, X8=OF, X9=IP, X10=JJ, X11=KK, X12=NQ (第三步足), X13=LM (第二步足), X14=MQ (第二步足), X15=LM (第四步足),X16=RS (體高：背甲最凸點到腹甲的垂直距離), X17=GG(頭胸甲寬) 及 X18=HP (頭胸甲長)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

為了消除幼蟹規(guī)格大小差異對參數(shù)的影響，分析獲得的形態(tài)學測量數(shù)據(jù)時，參照文獻[8]，將每只幼蟹的所有值均除以它的頭胸甲長(X18)進行校正，X1～X18對應校正值為V1～V18。對所有校正后的形態(tài)參數(shù)使用聚類分析以及逐步判別分析2種多元分析方法，均采用SPSS 20.0軟件進行分析處理。

1.3.1 聚類分析 采用歐式距離(Euclidean距離)的最短距離系統(tǒng)聚類法[9]。

1.3.2 逐步判別分析 根據(jù)聚類分析結(jié)果，采用逐步判別方法進行分析，選取默認臨界F值 (選取進入模型的F值為3.84，從模型中剔除變量的F值為2.71)，并對判別貢獻大的參數(shù)建立相應的判別公式，繪制個體散布圖。

圖2 6個中華絨螯蟹幼蟹家系的聚類分析圖Fig.2 Clustering dendrogram of Chinese mitten crab from six families of juvenile E. sinensis

2 結(jié)果與分析

2.1 聚類分析

家系間歐式距離如表2，樹狀圖如圖2，結(jié)果顯示c 家系、f 家系趨異程度較高，f家系趨異程度最大，a家系、b家系、d家系、e家系形態(tài)差異不大。

2.2 逐步判別分析

由于聚類分析尚不能夠判別樣本的家系所屬，因此進一步進行判別分析。為了建立簡便實用的判別公式，在確保一定的判別準確率的前提下，篩選出貢獻較大的特征值。運用SPSS 20.0 對校正后的18個參數(shù)進行逐步判別分析，篩選出10個形態(tài)參數(shù)，入選的先后順序為V3、V5、V6、V7、V8、V9、V10、V11、V12、V15。用篩選出的10個形態(tài)參數(shù)做為自變量分別建立a、b、c、d、e、f 6個家系的形態(tài)判別公式，如下：

Pa= 889.995V3- 353.589V5+ …… + 553.628V12- 244.759V15- 542.102

Pb= 890.401V3- 229.401V5+ …… +549.753V12- 238.621V15-531.479

……

Pf= 531.272V3- 469.763V5+ …… + 485.842V12- 206.531V15-480.773

所得公式中各項系數(shù)值以及常數(shù)項詳見表3。

根據(jù)上述公式，對某一幼蟹的10個參數(shù)值進行收集，并經(jīng)過校正，代入上述各項公式中，計算結(jié)果，所得結(jié)果值(P)哪個最大即屬于哪個家系(如：所有值中Pa值最大，則判定該蟹屬于a家系)。

判別結(jié)果表明：6個家系中每個家系分別有30只幼蟹，a 家系運用判別函數(shù)進行回代分類，分類結(jié)果與實際情況相符的共25只，錯分了5只，判別準確率為83.8 %；b 家系運用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實際相符28只，錯分2只，判別準確率為93.3 %；c 家系運用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實際相符29只，錯分1只，判別準確率為96.7 %；d 家系運用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實際相符28只，錯分2只，判別準確率為93.3 %；e 家系運用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實際相符0只，錯分30只，主要錯分為a家系(25只)，判別準確率為0 %；f 家系運用判別函數(shù)回代分類，分類結(jié)果與實際相符30只，錯分0只，判別準確率100 %，平均擬合概率為77.8 % (圖3，表4)。

表3 6個中華絨螯蟹幼蟹家系判別公式各項系數(shù)及常數(shù)Table 3 The coefficients of linear discriminant functions and constant terms for six families of juvenile E. sinensis

經(jīng)交叉驗證，a、b、c、d、e、f 6個家系分類準確率分別為0 %、93.3 %、86.7 %、90.0 %、0 %、96.7 %，其中a家系幼蟹主要誤判為e家系(25只)，e家系幼蟹主要誤判為a家系(25只)，平均擬合概率為61.1 %。

圖3 6個家系中華絨螯蟹幼蟹的形態(tài)判別分析散點圖Fig.3 Canonical plot scores from discriminant analysis on morphological measurement of juvenile E. sinensis from six families

為了檢驗上述判別公式的適用性，對飼養(yǎng)于盤錦光合蟹業(yè)公司育種車間的6個家系的幼蟹重新隨機取樣(每個家系15只)，這些樣品均為參加建立判別公式模型，測得10個參數(shù)后，所有參數(shù)均除以體長校正后，代入判別函數(shù)得出：a家系有12只幼蟹同時被判入了a家系和e家系，b家系判別準確率為53.3 %，c家系判別準確率為80 %，d家系判別準確率為0 %，有12只同時判入了a家系和e家系；e家系有11只同時判入了a和e家系，f家系判別準確率為60 %。由此可見，通過判別分析對于家系水平來說，部分家系可以有很好的判別，但部分家系判別上存在一定的困難。

3 討 論

在魚類分類學上，形態(tài)度量的性狀是一個很重要的分類指標[10-11]，用于新物種的發(fā)現(xiàn)和確認[12]，地理種群間的變異問題[13]。大多數(shù)通過統(tǒng)計方法對中華絨螯蟹進行不同地理種群間的差異分析均是對中華絨螯蟹成蟹進行形態(tài)學的研究分析[5,14]，僅少量對幼蟹進行研究[6-7]。但尚未有過對中華絨螯蟹不同家系的幼蟹進行形態(tài)學區(qū)分的報道。家系在動物育種學上是指共同祖先繁殖的后代。本文通過統(tǒng)計學方法嘗試對中華絨螯蟹新品種‘光合1號’后代不同家系幼蟹進行形態(tài)鑒別區(qū)分。如果家系可以通過形態(tài)學鑒定而區(qū)分的話，將會對遺傳育種起到巨大的推動作用。

本研究對6個家系幼蟹形態(tài)參數(shù)進行聚類分析表明c 家系和f 家系趨異程度高。逐步判別是對大量入選因子進行篩選的一個過程，篩選過程中不僅考慮到單個入選因子的重要性，還要考慮入選后對其他已經(jīng)入選因子的影響作用，最終做出是否入選的決定，這樣就篩選出了最佳組合因子，從而建立相應的判別函數(shù)[6]，因此沒有必要比較各個因子在不同家系之間的差異的顯著性。許加武等[5]對遼河、長江、甌江中華絨螯蟹的成蟹種群進行了逐步判別分析，最終判別效果比較理想；李勇等[6]對長江、甌江及遼河三水系中華絨螯蟹幼蟹種群進行了逐步判別分析，區(qū)分結(jié)果比較理想。本研究通過逐步判別分析對6個家系共180個個體進行分析，從18個參數(shù)中篩選出10個參數(shù)用于判別函數(shù)的建立，將不同家系之間的差異通過函數(shù)形式體現(xiàn)，運用判別函數(shù)回代分類得到平均擬合概率為77.8 %，而交叉驗證的擬合概率為61.1 %，這說明已經(jīng)建立的判別公式對于相應的家系的判別在理論上存在一定的可行性，但是當重新隨機選取未參加建立判別公式的樣品進行后驗時，結(jié)果更加不理想：b家系的判別準確率為53.3 %，c家系的判別準確率理想，達到80 %，f家系的判別準確率達到了60 %其余均不理想，甚至為0，且a、d、e家系大部分同時判入了a與e家系，這從側(cè)面反映a家系、d家系與e家系之間尚未達到較大的區(qū)分度。分析原因可能是家系間尚未形成穩(wěn)定差異，只有少部分家系之間差異比較明顯，同時不同人工育種家系在選擇育種過程中側(cè)重點不同，本育種群體并未將形態(tài)差異這一性狀作為育種過程中的一個側(cè)重點，這可能占很大一部分原因。且生長環(huán)境對中華絨螯蟹的形態(tài)學特征存在一定的影響，而本實驗的所有家系幼蟹之間的生長環(huán)境差異性不大，故其形態(tài)差異較小。家系是比種群更進一步的分類，種群因為通過長期的地理隔離以及生殖隔離，可以形成穩(wěn)定的遺傳差異，從而形成了穩(wěn)定的形態(tài)差異，而家系之間尚未達到這一水平。因此，本研究中，形態(tài)差異很難作為本育種家系鑒別的依據(jù)，還需進行更深入的研究并且結(jié)合其他生物學手段才能達到更準確的鑒別目的。

表4 判別分析統(tǒng)計Table 4 The statistic of discriminant analysis

4 結(jié) 論

選取18個形態(tài)參數(shù)，對中華絨螯蟹6個家系共180個個體進行聚類分析，結(jié)果顯示：c家系、f 家系趨異程度較高；通過逐步判別分析，從18個形態(tài)參數(shù)中篩選出10個貢獻率大的參數(shù)建立判別函數(shù)，平均擬合概率為77.8 %，交叉驗證平均擬合概率為61.1 %，表明通過逐步判別分析進行家系間的區(qū)分理論上可行，但是當重新隨機選取未參加建立判別公式的樣品進行后驗時，結(jié)果不甚理想，表明形態(tài)差異很難作為本育種家系鑒別的依據(jù)，后續(xù)還需做更深入的研究。