翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體的形態(tài)差異分析

翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體的形態(tài)差異分析

安 麗，孟慶磊，張龍崗，董學(xué)颯，李 嫻，李 寧，朱樹人

(山東省淡水漁業(yè)研究院，山東省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，濟(jì)南 250117)

為研究翹嘴紅鲌(Eryghroculterilishaeformis)主要形態(tài)指標(biāo)和雌雄個(gè)體的形態(tài)差異，2016年3月采集了67尾翹嘴紅鲌，對其全長/體長、體高/體長、體寬/體長、尾柄長/體長、尾柄高/體長、眼間距/頭長、頭高/頭長、頭寬/頭長、吻長/頭長和豐滿度10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化比例性狀進(jìn)行主成分分析、R-聚類分析和逐步判別分析，并建立了雌雄判別方程式。主成分分析和R-聚類分析結(jié)果顯示，翹嘴紅鲌主要形態(tài)指標(biāo)可分為肥瘦程度特征、軀干部特征、尾部特征和頭部特征4個(gè)方面。散布圖結(jié)果顯示雌雄個(gè)體在尾部形態(tài)上存在差異，同判別分析結(jié)果一致。通過逐步判別法從67尾翹嘴紅鲌的10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化性狀中篩選出體高/體長、體寬/體長、尾柄高/體長和豐滿度4個(gè)比例性狀，建立性別判別方程，對群體識別正確率達(dá)91.0%。經(jīng)T檢驗(yàn)，除體高/體長外，其他3個(gè)比例性狀在兩性群體間均存在顯著或極顯著差異，表明雌性相較于雄性體型較寬、較豐滿，但尾柄較矮。上述差異性狀及雌雄判別方程式可為翹嘴紅鲌性別的鑒定提供方法和理論依據(jù)。

翹嘴紅鲌(Eryghroculterilishaeformis); 形態(tài)差異; 雌雄判別

在魚類的人工繁殖育種過程中，要實(shí)現(xiàn)雌雄個(gè)體分養(yǎng)、保證催產(chǎn)合理性比、提高人工繁殖及選育成效等都需要對性別的準(zhǔn)確鑒別[1、2]。對于兩性異形明顯的魚類[3-6]，可直接用肉眼區(qū)分雌性和雄性。但對于無性征的魚類則很難通過外型進(jìn)行鑒定，需通過解剖觀察、制作性腺切片的方法鑒別，但這種方法需解剖魚體，既不利于稀有動(dòng)物的保護(hù)，也難以實(shí)現(xiàn)性別鑒別后的再利用。近年來隨著分子育種技術(shù)的發(fā)展，通過分子遺傳標(biāo)記可準(zhǔn)確的鑒別出雌雄個(gè)體[7-9]，但這種方法需早期開發(fā)性別特異標(biāo)記，在實(shí)際操作中應(yīng)用性較差，代價(jià)較高。因此在實(shí)際生產(chǎn)和操作中，通過魚類傳統(tǒng)形態(tài)指標(biāo)的測量和多元統(tǒng)計(jì)分析成為了一種簡單易行、實(shí)用有效的鑒別雌雄個(gè)體的方法。

翹嘴紅鲌(Eryghroculterilishaeformis)，又稱白條、和順、太湖白魚，是“太湖三白”之一，屬于鯉形目鯉科鲌亞科紅鲌屬，是一種大型經(jīng)濟(jì)淡水魚類，分布廣泛，在我國黑龍江、黃河、長江、珠江等水系均有分布 。該種具有個(gè)體大、生長迅速、抗病力強(qiáng)、肉質(zhì)白嫩、味道鮮美、營養(yǎng)價(jià)值豐富等特點(diǎn)，深受廣大百姓的歡迎和喜愛[10-12]。本研究通過測量翹嘴紅鲌形態(tài)指標(biāo)，采用多元統(tǒng)計(jì)分析尋找雌雄形態(tài)差異，建立判別雌雄個(gè)體的數(shù)學(xué)模型，旨在為以后翹嘴紅鲌繁殖、選育過程中提供鑒別雌雄個(gè)體的方法和理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

2016年3月，實(shí)驗(yàn)用翹嘴紅鲌取自山東省淡水漁業(yè)研究院構(gòu)建的選育群系，隨機(jī)撈取67尾翹嘴紅鲌，其中雄魚31尾，雌魚36尾，18月齡。雌雄性別通過解剖觀察其性腺發(fā)育特征來確定。

1.2 參數(shù)測量

使用60 mg/L的丁香油將翹嘴紅鲌麻醉，吸干體表多余的水分，測量體重及其他形態(tài)性狀。用直尺測量全長(TL)和體長(BL)，精確到0.1 cm；用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量體高(BH)、體寬(BB)、眼間距(ED)、頭長(HL)、頭高(HH)、頭寬(HB)、吻長(SL)、尾柄長(CL)和尾柄高(CH)等形態(tài)性狀指標(biāo)，精確到0.01 cm；使用電子天平秤取體重(BW)，精確到0.1 g。豐滿度(F)通過BW/BL3計(jì)算得到。

1.3 數(shù)據(jù)處理

為消除個(gè)體大小對測量參數(shù)的影響，將軀干部的測量性狀除以體長、頭部的測量性狀除以頭長，轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)化性狀，連同豐滿度共計(jì)10項(xiàng)性狀(表1)，進(jìn)行主成分分析、R-聚類分析和逐步判別分析，篩選出雌雄群體間具有顯著差異的性狀建立翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體判別方程式。應(yīng)用Excle 2010和SPSS 16.0統(tǒng)計(jì)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

表1 標(biāo)準(zhǔn)化性狀參數(shù)

2 結(jié)果

2.1 雌雄形態(tài)性狀分析

翹嘴紅鲌各形態(tài)性狀及其變異系數(shù)見表2。由表2可知，實(shí)驗(yàn)魚雄魚個(gè)體全長為230.0～360.0 mm，體重為89.8～328.2 g；雌性個(gè)體全長為245.0～425.0 mm，體重為125.8～496.4 g。測量的12個(gè)性狀中，其中7個(gè)性狀雌魚個(gè)體的變異大于雄魚，雌雄個(gè)體變異最大的均為體重，變異系數(shù)分別為0.339和0.400，雄魚相較于雌魚略顯均勻。

表2 翹嘴紅鲌各形態(tài)性狀統(tǒng)計(jì)量

2.2 主成分分析

對翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化性狀進(jìn)行主成分分析，共獲得4個(gè)主成分，累積貢獻(xiàn)率為70.17%，4個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率以及各性狀在這4個(gè)主成分上的負(fù)荷量見表3。其中，主成分1的貢獻(xiàn)率為27.29%，主要包括體高/體長、體寬/體長、頭寬/頭長和豐滿度4個(gè)性狀，反映了翹嘴紅鲌?bào)w型的肥瘦程度特征；主成分2的貢獻(xiàn)率為16.05%，主要包括全長/體長和眼間距/頭長2個(gè)性狀，反映了翹嘴紅鲌的軀干及眼間距特征；主成分3的貢獻(xiàn)率為14.10%，主要包括尾柄長/體長和尾柄高/體長2個(gè)性狀，反映了翹嘴紅鲌的尾部特征；主成分4的貢獻(xiàn)率為12.73%，主要包括頭高/頭長和吻長/頭長2個(gè)性狀，反映了翹嘴紅鲌的頭部特征。

根據(jù)主成分分析的得分，分別對主成分1與主成分2及主成分1與主成分3之間的雌雄個(gè)體繪制散布圖，見圖1和圖2。圖1中雌雄個(gè)體分布在主成分2軸上表現(xiàn)出稍明顯的分離態(tài)勢，通過得分可知差異主要由眼間距造成，圖2中雌雄個(gè)體在主成分3上稍有分離，比較尾柄高和尾柄長的得分，兩者影響相當(dāng)，散布圖顯示雌雄個(gè)體可能在眼間距和尾部形態(tài)上稍有差異。

表3 4個(gè)主成分貢獻(xiàn)率及各性狀負(fù)荷量

圖1 翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體在主成分1和主成分2的分布Fig.1 The distribution of principal component 1 and 2 of E.ilishaeformis

圖2 翹嘴紅鲌雌雄個(gè)體在主成分1和主成分3的分布Fig.2 The distribution of principal component 1 and 3 of E.ilishaeformis

2.3 R-聚類分析

對67尾翹嘴紅鲌的10個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化形態(tài)性狀進(jìn)行R-聚類分析，結(jié)果見圖3。由圖可見，以上性狀分為兩類，第一類為X3、X10、X2、X8、X1、X4和X5，主要反映了體型的特征參數(shù)；第二類為X6、X9和X7，主要反映了頭部的特征參數(shù)。第一類又細(xì)分為2小類，X3、X10、X2、X8和X1組成第1小類，X4和X5組成第2小類。

R-聚類分析中第一類中的第1小類與主成分分析所得第1主成分和第2主成分相對應(yīng)，反映軀干形態(tài)特征；第一類中的第2小類與第3主成分相對應(yīng)，反映了尾部形態(tài)特征；第二類與第4主成分相對應(yīng)，反映了頭部形態(tài)特征，兩種分析結(jié)果大體一致。

圖3 翹嘴紅鲌標(biāo)準(zhǔn)化形態(tài)性狀R-聚類分析圖Fig.3 R-Cluster dendrogram of standardized morphological indexes for E.ilishaeformis

2.4 判別分析

對67尾翹嘴紅鲌個(gè)體進(jìn)行逐步判別分析，根據(jù)各性狀對模型的貢獻(xiàn)大小，逐步剔除不相關(guān)的性狀，最終篩選出4個(gè)變量，即X2、X3、X5和X10。建立判別方程式為：

雄：F1=1116X2+1335X3+6148X5-86.525X10-389.941

雌：F2=865.707X2+1831X3+5765X5-70.369X10-369.042

判別函數(shù)的顯著性檢驗(yàn)顯示，P<0.01，表明判別函數(shù)達(dá)到極顯著水平。計(jì)算出雌雄個(gè)體的判別分?jǐn)?shù)值，分別得到雌雄個(gè)體的頻布圖，見圖4和圖5。由圖可見，只有少數(shù)的個(gè)體出現(xiàn)錯(cuò)判的現(xiàn)象，該模型可以有效地區(qū)分翹嘴紅鲌的性別。

圖4 鲌雌性個(gè)體判別分?jǐn)?shù)的頻布圖Fig.4 Frequency distributions of discriminant scores obtained from female E.ilishaeformis

圖5 雄性個(gè)體判別分?jǐn)?shù)頻布圖Fig.5 Frequency distributions of discriminant scores obtained from male E.ilishaeformis

利用所建立的判別方程式對翹嘴紅鲌67尾個(gè)體進(jìn)行性別判別，將每尾個(gè)體的4個(gè)性狀參數(shù)值帶入方程式計(jì)算F1和F2，若F1>F2，判定為雄魚，反之則為雌魚。判別結(jié)果見表4，雄性判別準(zhǔn)確率達(dá)93.5%，雌性判別準(zhǔn)確率達(dá)88.9%，綜合判別成功率達(dá)91.0%，67尾翹嘴紅鲌僅6尾被錯(cuò)判為其它性別。

表4 翹嘴紅鲌雌雄判別結(jié)果

對篩選出的用于建立判別函數(shù)的4個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化性狀進(jìn)行T檢驗(yàn)，結(jié)果見表5。結(jié)果顯示體寬/體長和尾柄高/體長的P<0.01，差異極顯著，豐滿度的P<0.05，差異顯著，體高/體長的P>0.05，差異不顯著。以上數(shù)據(jù)表明，雌性個(gè)體的體型較寬較豐滿，但尾柄比較矮。

表5 翹嘴紅鲌性狀的T檢驗(yàn)及雌雄形態(tài)差異

3 討論

3.1 多元統(tǒng)計(jì)分析在雌雄差異分析上的應(yīng)用

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展及各種統(tǒng)計(jì)軟件的開發(fā)，多元統(tǒng)計(jì)分析方法也廣泛應(yīng)用于水產(chǎn)科學(xué)領(lǐng)域。主成分分析是在不損失或很少損失原有信息的基礎(chǔ)上，將多個(gè)實(shí)測變量簡化為較少變量，更能反映事物本質(zhì)的一種分析方法。聚類分析和判別分析都是研究事物分類的基本方法，但聚類分析是根據(jù)事物本身的特性研究個(gè)體分類的方法，而判別分析是先求出判別函數(shù)，然后根據(jù)判別函數(shù)對未知所屬類別的事物進(jìn)行分類的一種分析方法[13]。近年來，許多學(xué)者將主成分分析、R-聚類分析和判別分析等多元分析的方法應(yīng)用于水產(chǎn)動(dòng)物雌雄個(gè)體形態(tài)差異的分析上。郭弘藝等[14]對153尾銀色鰻的16個(gè)直接測量性狀進(jìn)行主成分分析，17項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化比例性狀進(jìn)行R-聚類分析，還建立了雌雄個(gè)體的判別模型，得出結(jié)果，長江口銀色鰻的雌性個(gè)體比雄性更為豐滿，體型較高但眼較小。吳波等[15]對178尾金錢魚形態(tài)性狀進(jìn)行主成分分析和R-聚類分析，建立了金錢魚雌雄判別方程，結(jié)果表明雌性個(gè)體相比于雄性具有體形較高、頭較大且吻較長的特征。諶微等[16]分析了554尾大黃魚12項(xiàng)計(jì)量性狀及11項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化性狀，雌魚個(gè)體間變異較雄魚更大，雌雄魚的體長/體厚差異最大。岳亮等[17]采用主成分分析、逐步判別分析和T檢驗(yàn)的方法對紅鰭東方鲀雌雄個(gè)體的形態(tài)差異進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明紅鰭東方鲀雄性與雌性相比，體型較寬，體周長2較長。

3.2 翹嘴紅鲌雌雄差異分析

本研究對67尾翹嘴紅鲌10項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)化性狀進(jìn)行多元統(tǒng)計(jì)分析，得到的4個(gè)主成分分別代表了翹嘴紅鲌肥瘦程度特征、軀干部特征、尾部特征和頭部特征，通過對這些指標(biāo)的測定和分析可以基本反映出翹嘴紅鲌的外部形態(tài)。聚類分析中第一類中的第1小類與主成分分析所得第1主成分和第2主成分相對應(yīng)，反映軀干形態(tài)特征；第一類中的第2小類與第3主成分相對應(yīng)，反映了尾部形態(tài)特征；第二類與第4主成分相對應(yīng)，反映了頭部形態(tài)特征，除眼間距分析結(jié)果不同以外其他分析結(jié)果相一致。在主成分分析的散布圖可見雌雄個(gè)體在主成分2軸上表現(xiàn)出稍明顯的分離態(tài)勢，說明雌雄個(gè)體在主成分2的指標(biāo)有差異。根據(jù)得分情況可知應(yīng)該是眼間距對此分離的作用較大，分析原因可能是在實(shí)際操作中眼間距的測量值較小，人為操作時(shí)產(chǎn)生的誤差造成的影響更顯突出，也因此造成兩種分析在眼間距上有差異。由散布圖可見在主成分3上雌雄個(gè)體也稍有分離，說明雌雄個(gè)體在尾部形態(tài)上存在差異，這一結(jié)果在下面的判別分析中也可以得到驗(yàn)證。運(yùn)用逐步判別分析的T檢驗(yàn)結(jié)果表明翹嘴紅鲌雌雄差異主要集中體型肥瘦程度和尾部形態(tài)上，即雌性相較于雄性體型顯著較寬、較豐滿，但尾柄較矮。同時(shí)建立了雌雄判別方程式，最終保留了體高/體長、體寬/體長、尾柄高/體長和豐滿度4個(gè)變量，綜合判別成功率達(dá)91.0%，說明通過以上4個(gè)性狀指標(biāo)可以快速鑒別出翹嘴紅鲌性別。

3.3 存在的問題

水產(chǎn)動(dòng)物中雌雄個(gè)體間的差異主要包括雌雄形態(tài)差異和生長差異兩部分，隨著年齡的增長雌雄間的差異會有不同的變化，建立的判別雌雄模型或只適用于特定的體尺度范圍之內(nèi)或特定的體重范圍之內(nèi)。吳波等[15]認(rèn)為所篩選出的5個(gè)外形特征只可以判別體重在100 g以上的金錢魚個(gè)體的性別，100 g以下的還需要進(jìn)一步驗(yàn)證。岳亮等[17]驗(yàn)證了新選用的兩個(gè)東方紅鰭鲀雌雄群體均不適用于已建立的雌雄判別模型。本研究通過測量、分析翹嘴紅鲌外部形態(tài)指標(biāo)，建立了判別雌雄的數(shù)學(xué)模型，進(jìn)而得出雌性相較于雄性較寬較豐滿，尾柄較矮，但陳世通等[18]研究中認(rèn)為翹嘴紅鲌個(gè)體大小并無顯著的兩性差異，局部形態(tài)特征方面也不存在顯著的兩性差異。說明本研究建立的判別模型只適用于體長為20～37 cm的翹嘴紅鲌，對作者陳世通等[18]選用的體長為7.1～19.4 cm的魚體不適用，因此尋找不同雌雄差異的體尺度適用范圍或體重的適用范圍成為下一步需要研究的方向。

自然水域中的翹嘴紅鲌是一種大型兇猛肉食性魚類，其生長速度、個(gè)體大小、雌雄差異等會受到自身性選擇、水生環(huán)境因子(食物的豐度、水中物種的分布)、年齡差別等因素的影響。本研究選用了翹嘴紅鲌的選育群系，雖然選擇強(qiáng)度較小但其生長的環(huán)境、攝食模式等發(fā)生較大變化，因此野生群體和選育群體可能存在一定的差別，需進(jìn)一步比較研究。

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