北部灣中國(guó)鱟不同群體及雌雄個(gè)體形態(tài)差異分析

嚴(yán)雪瑜，蒙揚(yáng)輝，盧玉典，莫飛龍，楊賓蘭，肖珊*

（1.廣西北部灣海洋生物多樣性養(yǎng)護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北部灣大學(xué)海洋學(xué)院，廣西 欽州 535011；2.廣西壯族自治區(qū)水產(chǎn)引育種中心，廣西 南寧 530031）

東方鱟（Tachypleus tridentatus），亦稱中國(guó)鱟、三刺鱟或日本鱟，屬節(jié)肢動(dòng)物門（Arthropoda），肢口綱（Merostomata），劍尾目（Xiphosurida），鱟科（Limuroidea），東方鱟屬（Tachypleus），是世界現(xiàn)存二亞科三屬四種鱟之中的一種，個(gè)體較大，分布于亞洲東南岸及東岸沿海水域[1]。鱟是古老的海洋底棲動(dòng)物，其最早的化石記錄可追溯至4 億多年前的奧陶紀(jì)，在地球的出現(xiàn)早于恐龍[2-3]。中國(guó)鱟的自然地理分布范圍相當(dāng)狹窄，僅局限于太平洋西岸，而中國(guó)南海北部即北部灣這一狹窄海域，是中國(guó)鱟在地球上唯一的聚集地[4]。

表型形態(tài)性狀作為生物分類依據(jù)，即是生物種群長(zhǎng)期進(jìn)化形成的固有屬性，也是種群內(nèi)個(gè)體間表露顯性差異的重要載體[5-6]。對(duì)中國(guó)鱟的形態(tài)差異分析，不僅可以對(duì)增殖放流群體進(jìn)行種質(zhì)篩選，還可為探究鱟的生長(zhǎng)與形狀、結(jié)構(gòu)與生理之間的關(guān)系奠定基礎(chǔ)。鮑虞園等[7]對(duì)中華鱟1 齡幼鱟形態(tài)性狀和體質(zhì)量之間進(jìn)行了通徑分析；李銀康等[5]對(duì)2～4 齡中國(guó)鱟幼鱟形態(tài)性狀和體質(zhì)量之間的多元分析。目前，對(duì)中國(guó)鱟形態(tài)差異主成分分析、性別判別分析等多元分析方法，還未見相關(guān)研究報(bào)道。現(xiàn)通過(guò)t 檢驗(yàn)、主成分分析、逐步判別分析等多元分析方法，對(duì)廣西欽州市以及北海市2 個(gè)種群的中國(guó)鱟進(jìn)行形態(tài)差異分析，以期為中國(guó)鱟不同群體的形態(tài)差異研究、種質(zhì)資源的挖掘和保護(hù)提供參考。

1 材料與方法

1.1 時(shí)間與地點(diǎn)

2022年3—9月。試驗(yàn)地位于北海廣西海洋研究所有限責(zé)任公司竹林海水增養(yǎng)殖試驗(yàn)基地。

1.2 材料

2 個(gè)中國(guó)鱟野生種群活體，分別采集于廣西欽州市和北海市所轄海域[中華人民共和國(guó)水生野生動(dòng)物特許獵捕證（桂）水野捕字〔2022〕04 號(hào)]，其中欽州種群樣本數(shù)量為30 個(gè)，北海種群樣本數(shù)量為60 個(gè)，見表1。

表1 樣本信息

1.3 分析方法

1.3.1 形態(tài)參數(shù)測(cè)量

根據(jù)文獻(xiàn)[8-12]，對(duì)品系以及性別進(jìn)行鑒定；根據(jù)文獻(xiàn)[7]對(duì)形態(tài)進(jìn)行測(cè)量。測(cè)量前用濾紙吸干殼表面水分，用電子天平（精度為0.001 g）稱量中國(guó)鱟體質(zhì)量（Y），用電子游標(biāo)卡尺（精度為0.01 mm）測(cè)量中國(guó)鱟全長(zhǎng)（X1）、頭胸部長(zhǎng)（X2）、頭胸部寬（X3）、腹部長(zhǎng)（X4）、腹部寬（X5）、劍尾長(zhǎng)（X6），具體測(cè)量位點(diǎn)見圖1。

圖1 中國(guó)鱟形態(tài)性狀測(cè)量位點(diǎn)

1.3.2 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

由于有一部分樣本個(gè)體的規(guī)格存在較大差異，為了消除個(gè)體差異對(duì)數(shù)據(jù)處理結(jié)果產(chǎn)生的影響，將測(cè)量指標(biāo)轉(zhuǎn)化為X2/X1、X3/X1、X4/X1、X5/X1、X6/X1[13]，采用Excel 對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)及整理，用SPSS 進(jìn)行t檢驗(yàn)、主成分分析及判別分析[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 形態(tài)特征比較和t 檢驗(yàn)

轉(zhuǎn)化后的欽州市與北海市中國(guó)鱟群體各形態(tài)性狀比例參數(shù)見表2。由表2 可見，欽州海域的中國(guó)鱟的X6/X1數(shù)值，明顯大于北海海域中國(guó)鱟群體，其余性狀相差較小。t 檢驗(yàn)結(jié)果表明，2 個(gè)群體僅X6/X1差異極顯著（P＜0.01），其他指標(biāo)差異不顯著（P＞0.05）。

表2 2 組群體各形態(tài)性狀比例參數(shù)cm

2.2 主成分分析

將所有特征值＞1 的成分作為主成分（圖2），對(duì)欽州市中國(guó)鱟種群和北海市中國(guó)鱟2 個(gè)種群的X2/X1、X3/X1等5 個(gè)比例性狀進(jìn)行主成分分析。結(jié)果表明，共提取1 個(gè)主成分，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)50.16%。由主成分特征向量可知對(duì)主成分起主要作用的是X4/X1、X3/X1、X2/X1，其中X4/X1的影響最大。

圖2 2 組群體主成分分析特征值碎石圖

主成分分析結(jié)果表明，欽州市與北海市中國(guó)鱟群體兩者的體型差異主要表現(xiàn)在X4這一個(gè)指標(biāo)上，主成分的累積貢獻(xiàn)率為50.16%，沒(méi)有達(dá)到累積貢獻(xiàn)率85%的要求，說(shuō)明2 個(gè)群體盡管在形態(tài)特征上存在差異，但依然很難用相互獨(dú)立的因子來(lái)概括群體的形態(tài)差異，見表3。

表3 2 組群體主成分分析基本信息

2.3 判別分析

北海市中國(guó)鱟群體的各項(xiàng)比例性狀數(shù)據(jù)都被用于逐步判別分析。F 檢驗(yàn)結(jié)果顯示，群體個(gè)體的形態(tài)性狀差異極顯著（P＜0.01），判別效果較好。為提高判別公式的實(shí)用性，從5 個(gè)比例性狀中選出對(duì)判別貢獻(xiàn)較大的X2/X1（A1）、X4/X1（A2）、X6/X1（A3）共3 個(gè)比例性狀并進(jìn)行判別。所得公式如下:

將北海市中國(guó)鱟群體的3 個(gè)比例性狀代入方程，分別計(jì)算Y1和Y2，若Y1值大，則為雌性，反之為雄性。雌雄性別的初始判別準(zhǔn)確率為78.3%，在交叉驗(yàn)證的情況下其判別準(zhǔn)確率為73.3%，兩者基本相當(dāng)，見表4。

表4 判別函數(shù)對(duì)觀測(cè)樣本的預(yù)測(cè)分類及準(zhǔn)確率

3 討論

3.1 形態(tài)特征和t 檢驗(yàn)的比較

形態(tài)學(xué)的各項(xiàng)指標(biāo)，均可以通過(guò)直接測(cè)量獲得數(shù)據(jù)，這是物種遺傳特性的外在表現(xiàn)，也是遺傳多樣性最直接、最直觀的一種表現(xiàn)形式。通過(guò)對(duì)欽州市和北海市2 個(gè)中國(guó)鱟群體5 個(gè)形態(tài)指標(biāo)的測(cè)量及獨(dú)立樣本t 檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，2 個(gè)群體在劍尾長(zhǎng)指標(biāo)上相差較大，存在著極顯著差異（P＜0.01），其余4 個(gè)形態(tài)指標(biāo)的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差沒(méi)有顯著差異，可能是與樣本都屬于同一品種且生境相近有很大關(guān)系。

3.2 主成分分析

主成分分析是一種減少數(shù)據(jù)集的維數(shù)，將多個(gè)彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換為一種全新的、個(gè)數(shù)相對(duì)較少的，并且是相互獨(dú)立或者是不相關(guān)的綜合指標(biāo)分析方法，主要用于對(duì)復(fù)雜數(shù)據(jù)簡(jiǎn)化，并且不損失或者很少損失原有信息，在形態(tài)學(xué)分析中被廣泛應(yīng)用[14-15]。本研究主成分分析結(jié)果顯示，5 個(gè)形態(tài)指標(biāo)可以劃分為1 個(gè)主成分，主成分的累積貢獻(xiàn)率只達(dá)到了50.16%，并沒(méi)有達(dá)到累計(jì)貢獻(xiàn)率85%的標(biāo)準(zhǔn)要求，說(shuō)明對(duì)2 組群體進(jìn)行完整而科學(xué)的形態(tài)學(xué)分析，僅依靠相互獨(dú)立的因子很難完成。這種結(jié)果可能與兩者均屬于中國(guó)鱟有關(guān)，因?yàn)橛H緣關(guān)系比較相近，兩者之間的相似性也很多，存在的差異相對(duì)較小，若要進(jìn)行差異區(qū)分，只有采用更多的參考因子才能夠進(jìn)行。

3.3 判別分析

判別分析是通過(guò)分析觀察或測(cè)量得到的多個(gè)變量，從而對(duì)所研究的對(duì)象進(jìn)行分類，是判別樣本所屬類別的一種多元統(tǒng)計(jì)方法。本研究對(duì)2 個(gè)群體的5 個(gè)形態(tài)特征進(jìn)行分類，初始準(zhǔn)確率為78.3%，交叉驗(yàn)證的準(zhǔn)確率為73.3%，兩者相當(dāng)，可用于判別函數(shù)。

目前，通過(guò)形態(tài)學(xué)各項(xiàng)指標(biāo)測(cè)量對(duì)物種進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系的分析，已有較多報(bào)道[14，16-19]，但對(duì)于類群形態(tài)特征的選取、測(cè)量數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化轉(zhuǎn)換的方法、框架結(jié)構(gòu)的設(shè)置、采用的統(tǒng)計(jì)分析方法及統(tǒng)計(jì)分析中所用的具體指標(biāo)等，還沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)化的要求，在一定程度上影響了結(jié)果分析的全面性和準(zhǔn)確性。對(duì)研究群體的系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系進(jìn)行科學(xué)分析，不僅需要正確的形態(tài)學(xué)分析，還需要將遺傳學(xué)、細(xì)胞學(xué)和分子生物學(xué)等多種研究方法相互結(jié)合，使研究結(jié)果更加準(zhǔn)確和科學(xué)。

4 結(jié)論

采用t 檢驗(yàn)、主成分分析和判別分析等多元統(tǒng)計(jì)方法，分析和比較北海市和欽州市中國(guó)鱟群體的Y 和X1、X2、X3、X4、X5、X6等7 個(gè)可量性狀，研究2 個(gè)群體形態(tài)差異，對(duì)北海市群體進(jìn)行雌雄個(gè)體的形態(tài)差異分析。t 檢驗(yàn)結(jié)果表明，2 個(gè)群體僅X6/X1差異極顯著（P＜0.01），其他指標(biāo)差異不顯著（P＞0.05）。主成分分析構(gòu)建了1 個(gè)主成分，其貢獻(xiàn)率為50.16%。對(duì)北海市群體的5 個(gè)比例性狀進(jìn)行逐步判別分析，篩選出3 個(gè)比例性狀構(gòu)建的判別方程，對(duì)該群體的兩性群體識(shí)別的正確率達(dá)73.3%。北海市群體雌性個(gè)體體型大，頭胸部長(zhǎng)和劍尾長(zhǎng)均大于雄性，但腹部長(zhǎng)小于雄性。