三種環棱螺形態學比較研究

但小琴，程 果，文衍紅，羅福廣，黃 杰，王衛民

(1.華中農業大學水產學院動物遺傳育種與繁殖重點實驗室， 武漢，430070； 2.廣西壯族自治區柳州市漁業技術推廣站，廣西柳州，545006)

環棱螺 (Bellamya)，隸屬于軟體動物門(Mollusca)腹足綱(Gastropoda)前鰓亞綱(Prosobranchia)田螺科(Viviparidae)。其分布廣范[1]、資源豐富、營養全面[2]、味道鮮美，越來越受到人們的關注[3-4]，并成為了我國一些地方特色美食(如柳州螺螄粉)的主要食材[5]。由于環棱螺屬種類較多，種間形態差異較小，僅僅通過簡單的螺層數量、殼口形狀、螺殼顏色、厴部形態等特征很難將其區分，造成目前養殖的環棱螺種類混雜，不利于生產管理和經濟效益的提高，因此對環棱螺屬的主要種類進行更準確的形態特征研究迫在眉睫。

環棱螺物種區分主要有以下幾種方法：第一種是對物種形態學指標進行比較(也叫形態比較研究)，如可量指標(體高、體寬、螺旋部高、螺旋部寬、體螺層高等)和非可量指標[6](殼面凹凸、殼頂堅鈍、螺體體型、螺棱分布、齒舌形態[7]等)；第二種是采用非形態學指標對物種進行鑒別，如染色體核型[8-9]、酯酶同工酶[10]、足肌蛋白質[11]、DNA分子標記[12-15]等。雖然非形態學指標能夠更準確的鑒別物種，但存在鑒別方法較復雜、試驗成本較昂貴、獲取結果較緩慢、傷害試驗對象等問題。但形態比較研究方法簡單快捷，而且對鑒別對象幾乎沒有傷害，因此物種鑒別中常用形態比較研究方法。形態比較研究方法主要包括傳統形態度量法、框架形態度量法[16]和幾何形態測量法[17]。在螺類中，傳統形態度量法主要是通過傳統的可數性狀和可量性狀來衡量螺類個體，但在衡量環棱螺的整體形態時存在片面性，因此傳統形態度量法在環棱螺上應用較少。幾何形態測量法是從多維角度去比較物體間的形態結構差異[17]，在環棱螺形態比較研究上沒有應用基礎。框架形態度量法是從不同方向去度量物體外部形態，并結合聚類分析、主成分分析及判別分析等多元分析方法，可以精確反映物體間的形態特征差異，這一方法在環棱螺形態比較研究上有一定的應用基礎[6]。

本研究綜合傳統形態度量法和框架形態度量法兩種研究方法，對我國南方自然水體中常見的梨形環棱螺(Bellamyapurificata)、銅銹環棱螺(B.aeruginosa)與角形環棱螺(B.angularia)三種環棱螺進行形態比較，旨在運用多變量形態度量法對三種環棱螺的形態差異進行系統比較研究，以期積累環棱螺形態學基礎數據，并為環棱螺屬螺類的外部形態特征和種間差異研究提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料來源

實驗銅銹環棱螺、梨形環棱螺、角形環棱螺于2019年4月采于湖北省鄂州市，每個物種取樣量在500個以上，且為性成熟形態穩定的個體，暫養于華中農業大學水產基地，隨機采取銅銹環棱螺、角形環棱螺、梨形環棱螺各50個，進行傳統形態學可量性狀數據測量和比例性狀測定。

1.2 形態學參數的測量

環棱螺螺體洗凈后，觀察體形、體色，用電子天平稱量質量，用電子數顯游標卡尺(精確度為0.01 cm)測量可量性狀(體高、體寬、螺旋部高、螺旋部寬、體螺層高、第一螺層高、第二螺層高、第二螺層寬、殼口高、殼口寬)，測量方法參照腹足類形態特征測量標準[1]。

1.3 數據分析

基于10個形態學可量性狀(圖1)，將三種環棱螺的可量性狀進一步交叉比值，得到28個比例性狀(體高/體寬、螺旋部高/螺旋部寬、第一螺層高/第一螺層寬、第二螺層高/第二螺層寬、殼口高/殼口寬、螺旋部高/體高、螺旋部高/體螺層高、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、第一螺層高/體螺層高、第一螺層高/第二螺層高、第一螺層高/殼口高、第二螺層高/體高、第二螺層高/螺旋部高、第二螺層高/體螺層高、第二螺層高/殼口高、殼口高/體高、殼口高/螺旋部高、殼口高/體螺層高、螺旋部寬/體寬、第一螺層寬/體寬、第一螺層寬/螺旋部寬、第一螺層寬/第二螺層寬、第一螺層寬/殼口寬、第二螺層寬/體寬、第二螺層寬/螺旋部寬、第二螺層寬/殼口寬、殼口寬/體寬、殼口寬/螺旋部寬)，實驗比例性狀均用“平均值±標準誤 (mean±SE)”表示。測量結果采用IBM SPSS Statistics 22進行單因素方差分析(采用顯著水平為0.05檢驗)、聚類分析、主成分分析及判別分析。

圖1 環棱螺形態學可量性狀圖示Fig.1 Morphological measurable character of Bellamya were illustrated

2 結果與分析

2.1 三種環棱螺的單因素方差分析

三種環棱螺的可量性狀和可量性狀比例參數的平均值和標準誤見表1。可量性狀中，第一螺層高、第一螺層寬、第二螺層寬等三個性狀在三種環棱螺中差異均顯著；比例性狀中，螺旋部高/螺旋部寬、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、殼口高/體高、殼口高/螺旋部高、螺旋部寬/體寬、第一螺層寬/第二螺層寬、第二螺層寬/螺旋部寬、殼口寬/螺旋部寬等10個性狀比例參數在三種環棱螺中差異均顯著。

表1 三種環棱螺可量性狀和比例性狀Tab.1 Measurable characters and proportional character of three kinds of Bellamya

注：同一行中標有不同字母表示該指標種間差異顯著 (P<0.05)，標有相同字母表示種間差異不顯著 (P>0.05)。

2.2 三種環棱螺的聚類分析

對28個可量性狀比例參數的平均值進行聚類分析(圖2)。聚類結果顯示，角形環棱螺與梨形環棱螺形態差異較小，與銅銹環棱螺形態差異較大。

圖2 三種環棱螺形態聚類樹形圖Fig.2 Cluster tree diagram of three species of Bellamya

2.3 三種環棱螺的主成分分析

對三種環棱螺的28個可量性狀比例參數進行主成分分析，結果顯示前三個主成分的累積貢獻率高達92.62%，即這三個主成分可以解釋群體間形態差異的92.62%。其中第一主成分的貢獻率為75.06%，其他兩個主成分的貢獻率依次為9.37%、8.19%。第一主成分中，第一螺層高/第一螺層寬、第二螺層高/第二螺層寬、螺旋部高/體高、體螺層高/體高、第一螺層高/體高、第一螺層高/螺旋部高、第一螺層高/體螺層高、第一螺層高/殼口高、第二螺層高/體高、第二螺層高/螺旋部高、第二螺層高/體螺層高、第二螺層高/殼口高、殼口高/體高、第一螺層寬/體寬、第一螺層寬/螺旋部寬、第一螺層寬/第二螺層寬、殼口寬/體寬、殼口寬/螺旋部寬、第一螺層高/殼口高等所占比重最大(負荷值>0.8)，這些性狀比例涉及所有可量性狀，第一主成分主要反映螺的整體輪廓。第二主成分主要是殼口高/螺旋部高，主要反映體高。第三主成分主要是第二螺層寬/體寬和第二螺層寬/螺旋部寬，主要反映體寬(表2)。根據第一主成分和第二主成分繪制散點圖(圖3)，可以看出在第一主成分上，梨形環棱螺有很好的區分度，說明梨形環棱螺在整體輪廓上與角形環棱螺和銅銹環棱螺有很大區別，角形環棱螺和銅銹環棱螺的整體輪廓較相似；在第二主成分上，三種環棱螺區分度較低，并且角形環棱螺和銅銹環棱螺體寬十分相近。

表2 三種環棱螺形態特征主成分的負荷值及貢獻率Tab.2 Contribution ratios and loading values of principal components on the characters of three kinds of Bellamya

圖3 三種環棱螺主成分圖Fig.3 Principal component diagram of three kinds of Bellamya

2.4 三種環棱螺的判別分析

對三種環棱螺的28項可量性狀比例參數進行逐步判別分析，構建了三種環棱螺的判別函數，結果如下：

角形：Y=-39 334.311+19 173.447體高/體寬+1 052.714螺旋部高/螺旋部寬-39 899.074第一螺層高/第一螺層寬+58 835.867體螺層高/體高-65 611.698第一螺層高/體高+126 852.307第一螺層高/體螺層高-4 617.724第一螺層高/第二螺層高+12 541.855第二螺層高/體高-47 668.564第二螺層高/體螺層高+6 651.882第一螺層寬/第二螺層寬-20 168.107第一螺層寬/殼口寬-79 449.625第二螺層寬/體寬+55 432.490第二螺層寬/殼口寬+38 418.506殼口寬/體寬。

梨形：Y=-36 555.401+16 310.075體高/體寬+1 738.554螺旋部高/螺旋部寬-40 075.793第一螺層高/第一螺層寬+56 568.666體螺層高/體高-52 094.274第一螺層高/體高+108 180.547第一螺層高/體螺層高-2 721.961第一螺層高/第二螺層高+6 071.569第二螺層高/體高-23 212.249第二螺層高/體螺層高+390.470第一螺層寬/第二螺層寬-9 448.668第一螺層寬/殼口寬-50 805.713第二螺層寬/體寬+29 196.613第二螺層寬/殼口寬+21 192.838殼口寬/體寬

銅銹：Y=-38 998.689+19 115.392體高/體寬+1 055.163螺旋部高/螺旋部寬-39 586.601第一螺層高/第一螺層寬+58 366.624體螺層高/體高-65261.856第一螺層高/體高+126 162.041第一螺層高/體螺層高-4 628.118第一螺層高/第二螺層高+12 576.046第二螺層高/體高-47 785.627第二螺層高/體螺層高+6 762.207第一螺層寬/第二螺層寬-20 299.228第一螺層寬/殼口寬-79 423.135第二螺層寬/體寬+55 604.988第二螺層寬/殼口寬+38 419.033殼口寬/體寬

通過逐個引入變量再檢驗其判別能力，28個可量性狀比例參數經過逐步剔除后，保留了14個判別能力顯著的指標(F>3.84)，回代后的結果見表3。50只角形環棱螺，用判別函數回代分類，與實際相符的49只，錯分為銅銹環棱螺1只，角形環棱螺的判別準確率為98%；50只梨形環棱螺，用判別函數回代分類，與實際相符的50尾，沒有錯分，梨形環棱螺的判別準確率為100%；50只銅銹環棱螺，用判別函數回代分類，與實際相符的50尾，沒有錯分，銅銹環棱螺的判別準確率為100%。判別函數對這三種環棱螺的綜合判別率為99.3%。

表3 三種環棱螺逐步判別分析歸類結果Tab.3 Results of stepwise discriminant analysis and classification of three kinds of Bellamya

3 討論

聚類分析是依據個體或變量的數量關系來分類，客觀性較強，是一種常用的類別分析方法[6,18-19]，本研究聚類分析結果顯示：角形環棱螺與梨形環棱螺形態差異較小，與銅銹環棱螺形態差異較大，此結果與早期環棱螺的染色體核型研究結果一致[8]。判別分析是根據兩個及兩個以上已知類別的樣本進行形態參數分析，確定一個或幾個判別指標，然后形成物種特定的線性判別函數，可以客觀準確地進行物種鑒別。王旭等[20]采用8個可量性狀對3個單齒螺地理種群進行形態判別，綜合判別準確率74.31%；羅福廣等[21]采用7個可量性狀對中國沿海管角螺4個自然群體進行形態判別分析，綜合判別準確率87.3%；區小玲等[22]采用15個可量性狀對中國沿海8個管角螺地理群體建立形態判別函數，綜合判別準確率為87.54%。本研究在腹足類形態研究的基礎上，增加可量性狀和比例性狀，采用逐步判別法從28個比例性狀中篩選出14個主要性狀，對三種環棱螺進行判別分析，綜合判別率高達99.3%。同時也發現，在逐步判別的過程中， 可見體高/體寬、螺旋部高/螺旋部寬、第一螺層高/第一螺層寬這3個性狀在該判別函數中作用非常顯著，這與聚類分析結果一致。主成分分析結果顯示：前三個主成分累積貢獻率高達92.62%，這三個主成分依次反映軀體外部輪廓、體高和體寬，其中第一主成分貢獻率75.06%，說明軀體外部輪廓是三種環棱螺鑒別的主要依據，這與傳統形態辨別方法一致[1]，但傳統形態辨別參考的殼面凹凸、殼頂堅鈍、螺體體型、螺棱分布等非可量性指標的判斷標準比較模糊，沒法準確比較物體間外部形態的細微差異，導致辨別準確率較低。

綜上所述，三種分析結果從不同角度均說明角形環棱螺和梨形環棱螺外形比較相近，和銅銹環棱螺外部形態差異較大。這種外部形態差異雖然會受底質、水溫、水流、鹽度、溫度、餌料、外殼的鈣化等非生物因素的影響[23]，但這種影響并不會完全消除個體差異，而且增加研究性狀參數可以顯著消除形態比較誤差，因此采用多種形態度量法并結合多元統計分析方法可以對這三種環棱螺進行較為準確的辨別。