西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的形態(tài)差異分析

苗 懿 陳雨薇 趙仲孟 瞿煉石 劉 博 劉 釗武佳韻 黃小麗 楊世勇

(1. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)動物科技學(xué)院, 成都 611130; 2. 雅安市農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 雅安 625000;3. 四川農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院, 雅安 625014)

鱘是鱘形目(Acipenseriformes)魚類的總稱, 是世界上最古老的魚類之一[1,2], 具有較高的經(jīng)濟(jì)價值[3,4]。20世紀(jì)90年代以前, 制作魚子醬的鱘主要來源于野外捕撈。然而, 由于環(huán)境變化及過度捕撈等因素[5,6], 致使全球野生鱘資源量大幅下降, 難以滿足市場需求。因此20世紀(jì)90年代初, 鱘的人工養(yǎng)殖開始興起, 彌補(bǔ)了野生鱘資源下降給市場帶來的影響。我國的鱘養(yǎng)殖始于1990年, 雖起步較晚但發(fā)展迅速, 2013年產(chǎn)量已占世界養(yǎng)殖總產(chǎn)量的85.3%,成為了世界第一鱘養(yǎng)殖大國[7], 且近年產(chǎn)量一直保持著穩(wěn)中有升。

近年來, 隨著鱘養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的快速形成和發(fā)展,鱘的種業(yè)問題日益突顯, 純種鱘養(yǎng)殖存在生長速度減緩、疾病頻發(fā)、魚子醬品質(zhì)下降等許多問題[6],因此良種選育工作迫在眉睫。雜交是育種廣泛采用的手段之一, 主要是采用具有不同生物學(xué)特性的親本進(jìn)行種間或?qū)匍g的雜交, 使不同類型親本的優(yōu)良性狀得以結(jié)合, 從而獲得雜種優(yōu)勢的新品種[8]。中國目前養(yǎng)殖的鱘種類有西伯利亞鱘(Acipenser baerii)、施氏鱘(Acipenser schrenckii)、達(dá)氏鰉(Huso dauricus)、俄羅斯鱘(Acipenser gueldenstaedtii)、小體鱘(Acipenser ruthenus)、閃光鱘(Acipenser stellatus)、匙吻鱘(Polyodon spathula)等[9]。其中施氏鱘和西伯利亞鱘為我國人工養(yǎng)殖的主要鱘種類, 施氏鱘僅分布于黑龍江水系, 是黑龍江的特有種和重要經(jīng)濟(jì)魚類[9], 其個體大, 生長速度較快, 但抗病力較差, 不耐運(yùn)輸[10]。而西伯利亞鱘主要分布于中亞和東歐[5]及我國額爾齊斯河水系[9],其抗病力強(qiáng), 耐運(yùn)輸, 但生長速度較慢[10]。結(jié)合以上兩種鱘的特點(diǎn), 我國于2007年前后成功培育出西伯利亞鱘(♀)×施氏鱘(♂)雜交F1(下簡稱“雜交種”),該雜交種在繁殖性能、生長速度、存活率、抗病性等方面, 較雙親有明顯的優(yōu)勢[11], 自培育成功迅速在全國范圍內(nèi)推廣養(yǎng)殖, 現(xiàn)已成為我國商品鱘養(yǎng)殖規(guī)模與產(chǎn)量較大的種類之一[10]。

由于鱘形目魚類均為多倍體, 易進(jìn)行種間雜交, 且雜交產(chǎn)生的后代種類繁多[12], 商品名稱混雜,西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的形態(tài)較為相似, 因此在生產(chǎn)中易造成混淆, 給養(yǎng)殖戶帶來一定的經(jīng)濟(jì)損失[12]。目前國際上對魚類種質(zhì)鑒定的方法主要包括形態(tài)學(xué)、生物化學(xué)和分子遺傳學(xué)等[13,14], 但生化及分子標(biāo)記等方法操作相對復(fù)雜, 不太適用于養(yǎng)殖戶。因此, 需要一種操作方便、快速簡單的鑒定方法以滿足生產(chǎn)中對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)進(jìn)行鑒定的需求。形態(tài)學(xué)特征是雜交育種研究的重要指標(biāo)之一, 也是育種的直接選擇參數(shù), 具有快速、簡便、直觀的優(yōu)點(diǎn),因此形態(tài)學(xué)鑒定是最基本最適合實(shí)際生產(chǎn)中的鑒定方法。同時, 通過形態(tài)鑒定對比親本及其雜交子代的性狀, 還可為性狀遺傳規(guī)律提供參考[15]。目前, 關(guān)于西伯利亞鱘(♀)×施氏鱘(♂)雜交F1的研究主要集中在生長性能[11]、肌肉品質(zhì)[16]及生化遺傳特性[17]等方面, 而有關(guān)該雜交種與其親本之間的形態(tài)異同還未見報道。因此, 本文擬通過傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)方法、多變量形態(tài)度量學(xué)方法和統(tǒng)計學(xué)方法對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)進(jìn)行研究, 探討其形態(tài)差異特點(diǎn)與規(guī)律, 為人工養(yǎng)殖條件下西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的識別鑒定及優(yōu)良性狀選育等方面提供參考。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)魚

本研究中西伯利亞鱘、施氏鱘及西伯利亞鱘(♀)×施氏鱘(♂)雜交F1均來自四川潤兆漁業(yè)有限公司彭州軍樂基地, 西伯利亞鱘、施氏鱘及雜交種為同時間段產(chǎn)卵受精, 經(jīng)孵化、馴化后同池飼養(yǎng)。研究樣本均為隨機(jī)取樣的相同養(yǎng)殖條件下的5月齡個體, 觀測樣本的數(shù)量和規(guī)格見表 1。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

外部形態(tài)特征的觀察對3種鱘的形態(tài)、大小、顏色等進(jìn)行觀察, 并進(jìn)行比較。

可量性狀的測量實(shí)驗(yàn)魚使用MS-222麻醉后進(jìn)行稱重、測量。框架示意圖參考張世義等[9],框架參數(shù)(精確到0.01 cm)共15項(xiàng), 框架定位點(diǎn)如圖 1所示, 將兩坐標(biāo)點(diǎn)之間的直線距離分別用C1、表示, 得到15個框架結(jié)構(gòu)性狀數(shù)據(jù)。采用直尺和游標(biāo)卡尺等分別測量吻長（A—B, C1）、眼徑（B—C, C2）、頭長（A—D,C3）、眼后頭長（C—D, C4）、胸鰭長（D—L,C5）、體長（A—E, C6）、全長（A—F, C7）、尾鰭上葉長（E—F, C8）、鰭下葉長（E—G,C9）、尾柄長（H—E, C10）、體高（M—N,C11）、頭高（O—N, C12）、尾柄高(C13)、眼間距(C14)、口裂(C15)、體重(C16)。

可數(shù)性狀對每組樣本進(jìn)行計數(shù), 計數(shù)項(xiàng)目有: 背鰭鰭條、胸鰭鰭條、腹鰭鰭條、臀鰭鰭條、背骨板、側(cè)骨板、腹部骨板、鰓耙數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用EXCEL 2016軟件對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的體長和體重范圍進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與分析。使用統(tǒng)計分析軟件SPSS 20對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的可數(shù)性狀差異進(jìn)行單因素方差分析, 使用Games Howell檢驗(yàn)對三者的可量性狀進(jìn)行多重比較分析。采用聚類分析、主成分分析、逐步判別分析和參數(shù)判別分析等多種多元分析方法對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)的形態(tài)差異進(jìn)行比較分析, 為消除樣品規(guī)格大小對形態(tài)特征的影響, 將所有參數(shù)分別除以自身體長值予以校正, 得到7個形態(tài)特征比例性狀, 分別對應(yīng)設(shè)為A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7, 再分別求出各組參數(shù)校正值的平均值使用SPSS 20軟件進(jìn)行分析。

表1 樣本的數(shù)量和規(guī)格Tab. 1 The quantity and specification of the samples

參考曹棟正[18]的方法計算雜種指數(shù)。對可數(shù)性狀計算雜種指數(shù)HI=100× (Hi-Mi1)/(Mi2-Mi1)。Hi:雜種平均值;Mi1:母本(西伯利亞鱘)平均值;Mi2:父本(施氏鱘)平均值。HI介于45與55之間屬中間性狀,HI＜45為偏母本性狀,HI＞55為偏父本性狀,HI＞100或HI＜0為超親偏離性狀。

2 結(jié)果

2.1 可數(shù)性狀分析

西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種的可數(shù)性狀統(tǒng)計見表 2。其中, 雜交種可數(shù)性狀中的背鰭條數(shù)、胸鰭條數(shù)、臀鰭條數(shù)、腹鰭條數(shù)、背骨板數(shù)、側(cè)骨板數(shù)、腹骨板數(shù)處于西伯利亞鱘與施氏鱘的中間范圍, 且與兩者都有重疊, 而鰓耙數(shù)和背鰭數(shù)三者均差異顯著。對雜交種各可數(shù)性狀雜種指數(shù)(HI)的計算顯示, 雜交種胸鰭條數(shù)、側(cè)骨板數(shù)、腹骨板數(shù)明顯屬于偏母本性狀(HI＜45); 腹鰭條數(shù)明顯屬于偏父本性狀(HI＞55); 背鰭條數(shù)、臀鰭條數(shù)偏離雙親性狀(HI＞100或HI＜0); 背骨板數(shù)、鰓耙數(shù)為中間性狀或接近于中間性狀。因背鰭條數(shù)(HI=214.51)、臀鰭條數(shù)(HI=-46)偏離太遠(yuǎn), 在除去背鰭條數(shù)、臀鰭條數(shù)HI后計算的雜交種可數(shù)性狀HI平均值為41.22, 表明雜交種可數(shù)性狀總體上偏向于母本。

圖1 試驗(yàn)魚框架示意圖[9]Fig. 1 Frame schematic of samples[9]

2.2 可量性狀分析

如表 3所示, 在七項(xiàng)可量性狀中, 西伯利亞鱘與施氏鱘的體高/全長、尾柄長/全長、尾柄高/全長、吻長/全長呈顯著差異(P＞0.05); 雜交種的尾柄長/全長、尾柄高/全長、吻長/全長、眼間距/全長與西伯利亞鱘差異顯著(P＞0.05); 雜交種在體高/全長、吻長/全長、眼間距/全長與施氏鱘差異顯著(P＞0.05)。其中, 雜交種的吻長/全長、眼間距/全長與雙親差異顯著(P＞0.05, 表 4、圖 2)。在雜種指數(shù)方面, 雜交種體高/全長(HI=-18.06)、眼間距/全長(HI=-200.35)頭長/全長(HI=234.45)、尾柄長/全長(HI=111.82)、尾柄高/全長(HI=122.41)屬超雙親偏離性狀。除體高/全長、尾柄長/全長、眼間距/全長、頭長/全長、尾柄高/全長外, 雜交種可量性狀HI平均值為48.02, 顯示雜交種部分可量性狀屬中間性狀。

2.3 聚類分析

對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種樣本進(jìn)行形態(tài)比例參數(shù)聚類分析, 基于平方歐氏距離的聚類分析顯示(圖 3), 西伯利亞鱘先與雜交種聚為一類,再與施氏鱘相聚。

2.4 主成分分析

經(jīng)主成分分析共提取了3個主成分, 對變異的累積貢獻(xiàn)率為65.68%。其中, 主成分1的貢獻(xiàn)率為25.09%, 主成分2的貢獻(xiàn)率為20.87%, 主成分3的貢獻(xiàn)率為19.73% (表 4)。在主成分1上載荷較大的性狀有眼間距/全長、尾柄高/全長、口裂寬/全長、吻長/全長, 主成分2上載荷較大的性狀有體高/全長、尾柄長/全長, 主成分3上載荷較大的性狀有頭長/全長、吻長/全長。

2.5 判別分析

經(jīng)逐步判別分析得到貢獻(xiàn)最大的5個參數(shù), 分別為體高/全長、尾柄長/全長、尾柄高/全長、吻長/全長、眼間距/全長, 分別為A1、A3、A4、A5、A6。采用這5個比例性狀構(gòu)建的判別公式如下:

表2 西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種F1的可數(shù)性狀Tab. 2 Meristic data of A. baerii, A. schrenckii and their hybrid

(1)西伯利亞鱘:Y=730.806A1+362.207A3+2484.778A4+1832.327A5+473.854A6-227.471

(2)雜交種:Y=761.107A1+287.676A3+1909.958A4+1708.664A5+453.932A6-193.642

(3)施氏鱘:Y=986.354A1+284.827A3+1580.425A4+1495.226A5+686.930A6-200.078

上列判別公式對分類總體預(yù)測準(zhǔn)確率為85.6%, 其中對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種判斷的準(zhǔn)確率分別為83.3%、93.3%、和80% (表 5)。判斷3種魚所屬種類時, 將所測數(shù)據(jù)經(jīng)校正后代入公式, 函數(shù)值最大的即為其所屬。

表3 西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種形態(tài)特征的多重比較分析Tab. 3 Multiple comparative analysis of morphological features of seven traits on A. baerii, A. schrenckii and their hybrid

圖2 西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種(西伯利亞鱘♀×施氏鱘♂)對比圖Fig. 2 Contrast charts of Acipenser baerii, Acipenser schrenckii and their hybrids (A. baerii♀× A. schrenckii♂)

3 討論

鱘為多倍體易進(jìn)行雜交, 所以導(dǎo)致了大量雜交鱘的存在, 這些雜交鱘較難區(qū)分, 目前國內(nèi)外也尚未形成比較完善可行的鱘種質(zhì)鑒定體系。魚類的種質(zhì)鑒定方法既有傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)方法也有最新的分子生物學(xué)手段, 胡佳等[19]采用微衛(wèi)星分子標(biāo)記結(jié)合線粒體控制區(qū)同源序列比對的方法鑒別出了施氏鱘、達(dá)氏鰉及其正反雜交子代。雖然分子生物學(xué)方法可以對鱘進(jìn)行鑒定, 但其操作及分析較為復(fù)雜, 不適合用于實(shí)際生產(chǎn)。形態(tài)學(xué)方法是通過不同的種群具有不同的形態(tài)學(xué)特征, 主要包括可數(shù)性狀和可量性狀來進(jìn)行種質(zhì)鑒定的, 與分子方法相比更加簡便快速。張穎等[20]就采用了形態(tài)學(xué)和多變量形態(tài)度量方法, 對施氏鱘、達(dá)氏鰉及其雜交種(達(dá)氏鰉(♀)×施氏鱘(♂))進(jìn)行了形態(tài)差異及判別分析,發(fā)現(xiàn)可通過頭長、吻長及口裂寬等頭部性狀鑒別區(qū)分達(dá)氏鰉、施氏鱘及達(dá)氏鰉(♀)×施氏鱘(♂)雜交子代。本實(shí)驗(yàn)采用了傳統(tǒng)的形態(tài)學(xué)方法、多變量形態(tài)度量學(xué)方法和統(tǒng)計方法對西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種進(jìn)行鑒定。通過對比西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種的可數(shù)性狀發(fā)現(xiàn), 雜交種的背鰭條數(shù)、胸鰭條數(shù)、臀鰭條數(shù)等均與西伯利亞鱘、施氏鱘兩者有重疊, 難以區(qū)分出雜交種, 而鰓耙數(shù)和背鰭數(shù)在西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種三者間均具有顯著差異。但對活體進(jìn)行鰓耙數(shù)的觀察及計數(shù)時操作極為不便, 因此生產(chǎn)中難以將鰓耙數(shù)目作為用來區(qū)分3種鱘的可行性指標(biāo)。所以將背鰭數(shù)作為區(qū)分西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種的指標(biāo)之一更為可行。然而相對于達(dá)氏鰉而言, 施氏鱘與西伯利亞鱘同屬鱘屬, 其物種間形態(tài)差異相對較小, 因此在對施氏鱘、西伯利亞鱘及其雜交種進(jìn)行形態(tài)鑒別時不能只以少數(shù)指標(biāo)鑒別, 而要用多項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行綜合判別。

圖3 西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種聚類分析圖Fig. 3 Cluster analysis of A. baerii, A. schrenckii and their hybrid

表4 七個可量性狀主成分分析因子載荷值及貢獻(xiàn)率Tab. 4 Loading values and contribution rate of principle component in seven traits

表5 判別函數(shù)對觀測樣本的預(yù)測分類及準(zhǔn)確率Tab. 5 Predicted classification of discriminant functions for observed sample and their percentages of accuracy

通過主成分分析可以把許多參數(shù)綜合成少數(shù)因子來說明不同種類的差異大小, 并根據(jù)不同種類的主成分值找出各種類在各主成分值上差異較大的參數(shù)[21]。由于不同種鱘的生長速度不同, 隨著年齡的增加, 魚體是成比例地增加的[21], 為保證用于比較分析的可量性狀具有可比性, 本研究中選擇使用可量性狀的比值進(jìn)行主成分分析, 結(jié)果顯示載荷較大的性狀主要集中在頭部及尾部。此外, 對可量性狀的多重比較分析結(jié)果顯示西伯利亞鱘和施氏鱘的體高/全長、尾柄長/全長、尾柄高/全長、吻長/全長呈顯著差異, 判別分析構(gòu)建的判別公式中貢獻(xiàn)較大的變量也多分布于頭部及尾柄。因此, 頭部及尾柄的形態(tài)差異是區(qū)別西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種形態(tài)特征的主要依據(jù)。同時已有研究表明西伯利亞鱘、施氏鱘分別于23—57日齡、38日齡器官分化完全, 各骨板分化并發(fā)育, 在形態(tài)上逐漸完成向成魚的轉(zhuǎn)變, 進(jìn)入稚魚期, 形態(tài)基本與成魚一致[22—24]。本研究中所選用三種鱘均為5月齡, 因此對于其他較大年齡的三種魚形態(tài)差異區(qū)分也具有一定參考價值。

本研究中主成分分析共提取的3個主成分對變異的累積貢獻(xiàn)率為65.68%, 而劉蘇等[25]采用形態(tài)學(xué)和框架分析法對斑鱧(♀)、烏鱧(♂)及其雜交種的形態(tài)差異和判別分析中的主成分分析累積貢獻(xiàn)率也相對較低。其原因可能是施氏鱘和西伯利亞鱘、斑鱧和烏鱧均為同屬下的近緣種, 種間形態(tài)差異本身不大, 從而導(dǎo)致累積貢獻(xiàn)率不高。此外判別分析是魚類形態(tài)鑒別的常用方法, 判別分析可以建立判別公式, 對不同種類進(jìn)行判別[26,27]。本研究中構(gòu)建了3個判別公式, 對分類總體預(yù)測準(zhǔn)確率為85.6%, 可能也由于其親本及雜交種間自身差異不大, 因此較難以判別。

多項(xiàng)研究表明雜交后代受母本影響大, 很多性狀更偏向母本[28]。本研究也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象, 從雜交指數(shù)看, 西伯利亞鱘(♀)×施氏鱘(♂)雜交F1的可數(shù)性狀總體上偏向母本, 同時聚類分析結(jié)果也顯示西伯利亞鱘與西伯利亞鱘(♀)×施氏鱘(♂)雜交F1距離較近, 因此該雜交種的一些性狀可能受到母體效應(yīng)的影響。

綜上所述, 吻長、眼間距、尾柄等性狀的相關(guān)參數(shù)是區(qū)分西伯利亞鱘、施氏鱘及其雜交種的重要形態(tài)學(xué)依據(jù)。但由于環(huán)境和習(xí)性等原因, 可能導(dǎo)致這幾種鱘的生長速度有所差異, 關(guān)于西伯利亞鱘與施氏鱘雜交種的種質(zhì)鑒定可通過分子標(biāo)記等方法進(jìn)一步完善。