汪開成，吳志強，武 琳，譚虹雨，趙立朝，劉博文，趙學(xué)倩，高勝男，程光平，張 曼，黃 鈞

(廣西大學(xué)動物科學(xué)技術(shù)學(xué)院/廣西高校水生生物健康養(yǎng)殖與營養(yǎng)調(diào)控重點實驗室，廣西 南寧 530004)

【研究意義】紅腹羅非魚，曾用名齊氏羅非魚(Tilapiazillii)，學(xué)名為Coptodonzillii(Gervais，1848)，隸屬鱸形目(Perciformes)、麗魚科(Cichlidae)、Coptodon屬[1]。該物種原產(chǎn)于以色列和埃及，1978年我國從泰國引進養(yǎng)殖，但因其生長速度慢，個體小，現(xiàn)生產(chǎn)上已被其它羅非魚品種替代[2]。紅腹羅非魚性成熟早、繁殖周期短、產(chǎn)卵量高且具有較強的生態(tài)適應(yīng)性，目前已成功入侵我國南方部分內(nèi)陸水域，在生態(tài)系統(tǒng)中具有明顯競爭優(yōu)勢，威脅到本土物種的生存及生態(tài)平衡[2-5]。紅水河是珠江流域西江水系的干流，自廣西河池市天峨縣進入廣西境內(nèi)，至來賓市象州縣石龍鎮(zhèn)三江口與柳江匯合，流域面積廣，水量充沛，漁業(yè)資源豐富[6]。國內(nèi)外研究表明，外來物種能否成功入侵與該物種的生理特性密切相關(guān)，入侵物種在新的生態(tài)環(huán)境中通常會產(chǎn)生一定程度的形態(tài)差異[7-9]。紅腹羅非魚雖在廣西區(qū)內(nèi)未有正式的引種記錄，但前期調(diào)查研究發(fā)現(xiàn)其已擴散到紅水河沿線水域。因此，研究和分析廣西紅水河不同地理條件下紅腹羅非魚的形態(tài)差異，對深入了解該物種生態(tài)適應(yīng)性的分化特征、探討其入侵現(xiàn)狀和危害風險評價等均有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】近年來，針對入侵魚類在不同生境條件下的形態(tài)分化已有不少研究成果。萬安等[8]通過對大別山區(qū)入侵種綠太陽魚(Lepomiscyanellus)進行形態(tài)測量和數(shù)據(jù)分析，弄清了該群體內(nèi)產(chǎn)生形態(tài)差異的主要原因及其為適應(yīng)山區(qū)溪流環(huán)境而產(chǎn)生的體型變化狀況；魏朝軍[9]探討了青海省黃河段外來麥穗魚(Pseudorasboraparva)形態(tài)特征與氣候變化的關(guān)系，表明氣溫和降水量等環(huán)境因子的變化對各樣點麥穗魚雌雄個體的形態(tài)分化有不同程度的影響；管嘉俊等[10]對廣西6個養(yǎng)殖區(qū)域的逃逸尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)進行了多變量形態(tài)度量學(xué)研究，通過主成分分析和判別分析均可較好地識別逃逸尼羅羅非魚來源，并能通過全長、體長和體質(zhì)量的相關(guān)性分析評估其野外生存狀態(tài)?！颈狙芯壳腥朦c】國內(nèi)雖已有包括紅腹羅非魚在內(nèi)的不同羅非魚養(yǎng)殖品種間的形態(tài)差異比較[11]，但對同一河流不同生境條件下外來紅腹羅非魚的形態(tài)差異分析至今未見報道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】以廣西紅水河天峨、東蘭、巴馬、大化、都安、合山和來賓7個地理群體的紅腹羅非魚為研究對象，通過傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)和框架分析方法，系統(tǒng)探究紅腹羅非魚不同地理群體間的形態(tài)差異，了解該入侵種在不同生存環(huán)境下的野外生存狀態(tài)，為廣西紅水河魚類多樣性保護及制定紅腹羅非魚入侵防控策略提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試紅腹羅非魚為分別通過拉網(wǎng)捕撈、垂釣和市場采購方法，于2017年3月至2018年5月間采自廣西紅水河7個區(qū)域的河流、水庫以及當?shù)剞r(nóng)貿(mào)市場。各采樣點的地理分布、坐標及采集樣本數(shù)詳見圖1和表1(各采樣點的地理名稱均以拼音首字母表示，例如：“天峨”以“TE”表示)。樣本采集后及時速凍并用冰袋保鮮運回實驗室，為避免雌性紅腹羅非魚因處于不同的懷卵期導(dǎo)致的體型變化對實驗結(jié)果產(chǎn)生影響，通過解剖觀察性腺以判斷性別的方法，最終篩選出865尾雄性個體作為研究樣本。

圖1 采樣點的地理分布Fig.1 Geographic distribution of sampling site

采集點及代號Collection point& code name經(jīng)度(E)Longitude緯度(N)Latitude樣本數(shù)量(尾)Sample number(ind)天峨(TE)107°10'14.78″24°59'56.66″128東蘭(DL)107°22'11.75″24°30'48.55″73巴馬(BM)107°15'20.19″24°08'38.02″161大化(DH)107°59'38.79″23°44'20.62″135都安(DA)108°06'4.84″23°56'1.55″131合山(HS)108°52'55.95″23°48'34.03″143來賓(LB)109°13'5.06″23°45'17.05″94

1.2 體表形態(tài)測量

可量性狀和框架性狀采用精確度為0.01 mm的電子數(shù)顯卡尺測量。其中，可量性狀包括全長、體長、體高、體厚、頭長、吻長、眼徑、軀干長、尾長、尾柄長和尾柄高共11項指標。框架測量定位點的選擇和參數(shù)標注按照李思發(fā)等[12]的設(shè)定，共測量24項框架性狀數(shù)據(jù)(圖2)，每一項均以“大寫字母D+阿拉伯數(shù)字”表示，如：D1-2表示下頜骨最后端至吻前端的直線距離(mm)。

1.3 統(tǒng)計分析

為消除異速生長及體型差異對結(jié)果分析的影響，除全長外，其它形態(tài)數(shù)據(jù)均除以全長并取對數(shù)進行標準化處理[12]，校正后仍以原性狀命名(例如：log1/2體長/全長仍稱為體長)，最終得到34項標準化性狀，其中包括10項可量性狀和24項框架性狀。應(yīng)用統(tǒng)計軟件SPSS 22.0對相關(guān)數(shù)據(jù)進行處理分析。

1.3.1 主成分分析 對各地理群體紅腹羅非魚的34項標準化性狀進行主成分分析，通過不斷剔除信息提取率(即主成分分析中所提取原始數(shù)據(jù)的有效信息比例)低于60 %的性狀，篩選最優(yōu)數(shù)據(jù)組合。采用KMO檢驗和巴特勒球度檢驗驗證所選性狀是否適合進行因子分析(KMO>0.6，P<0.01)。建立原始數(shù)據(jù)的得分系數(shù)矩陣并選取特征值大于1.0的因子作為主成分，采用最大方差正交旋轉(zhuǎn)法對因子負荷矩陣進行旋轉(zhuǎn)以獲得各主成分的貢獻率和累積貢獻率[13]。對貢獻率較高的前3個主成分(PCA1、PCA2和PCA3)的得分系數(shù)進行具體分析，隨后對貢獻率大于10 %的主成分繪制散點圖以探討不同地理群體間紅腹羅非魚的形態(tài)區(qū)分度。

1：下頜骨最后端；2：吻前端；3：腹鰭起點；4：額部有鱗部最前緣；5：臀鰭起點；6：背鰭起點；7：臀鰭末端；8：背鰭鰭棘部末端；9：尾鰭腹部起點；10：背鰭末端；11：尾鰭背部起點1: Most posterior point of maxillary; 2: Tip of snout; 3: Origin of pelvic fin; 4: Most anterior of scales on skull; 5: Origin of anal fin; 6: Origin of dorsal fin; 7: Terminus of anal fin; 8: Terminus of spines in dorsal fin; 9: Ventral origin of caudal fin; 10: Terminus of dorsal fin; 11: Dorsal origin of caudal fin圖2 羅非魚框架測量圖Fig.2 Drawing for measuring truss network of Tilapias

1.3.2 判別分析 采用逐步判別法從34項標準化性狀中篩選出對區(qū)分7個地理群體紅腹羅非魚有顯著貢獻的性狀，并根據(jù)性狀相關(guān)系數(shù)構(gòu)建各地理群體的判別函數(shù)。將形態(tài)性狀數(shù)值分別代入7個判別函數(shù)中，所得最大值對應(yīng)的地理群體即為該樣本的判別分類[11]，再按趙優(yōu)等[14]的方法分別計算判別準確率和綜合判別率。

判別準確率( %)=(某地理群體判別正確的尾數(shù)/該地理群體實際樣本數(shù))×100

綜合判別率( %)=(所有地理群體判別正確的尾數(shù)/所有地理群體實際樣本總數(shù))×100

1.3.3 聚類分析 分別求出各地理群體紅腹羅非魚34項標準化性狀的平均值，采用歐氏距離矩陣和最短距離法[12]對7個地理群體進行系統(tǒng)聚類分析，探討各地理群體間紅腹羅非魚的形態(tài)距離。

1.3.4 體長—體質(zhì)量回歸分析及肥滿度分析 采用Keys公式W=bLa對各地理群體的體長—體質(zhì)量進行回歸擬合分析，式中W為體質(zhì)量(g)，L為體長(cm)。根據(jù)冪指數(shù)a值判斷紅腹羅非魚的野外生長速度，當a值在3.00附近時，表示魚體為勻速生長，當a值在2.00或4.00附近時，則表示魚體為異速生長[15]。

以K=W×100/L3計算魚體肥滿度并進行方差分析，比較各地理群體間肥滿度的差異性[16]，式中K為肥滿度，W和L同上式。

2 結(jié)果與分析

2.1 各地理群體紅腹羅非魚形態(tài)性狀的主成分分析

通過逐步剔除信息提取率較低的性狀，選取紅腹羅非魚頭長(X1)、眼徑(X2)、軀干長(X3)、尾長(X4)、尾柄高(X5)、D1-4(X6)、D2-4(X7)、D3-5(X8)、D3-6(X9)、D4-6(X10)、D8-3(X11)、D8-5(X12)、D8-7(X13)、D8-10(X14)、D7-9(X15)、D9-10(X16)、D9-11(X17)和 D10-11(X18)共18項標準化性狀進行主成分分析，最終共提取出6個主成分(PCA1～PCA6)，貢獻率分別為32.455 %、13.950 %、8.000 %、7.278 %、6.376 %和5.797 %，累計貢獻率為73.855 %。其中，PCA1、PCA2和PCA3的貢獻率最高，各標準化性狀的得分系數(shù)如圖3所示。

PCA1中得分系數(shù)較高的是主要反映魚體頭尾軸和軀干部特征的D8-3(X11)、D3-5(X8)、軀干長(X3)、D3-6(X9)、尾長(X4)、D8-10(X14)和頭長(X1)；PCA2中得分系數(shù)較高的是主要反映魚體前側(cè)尾部特征的X13(D8-7)、X14(D8-10)和X12(D8-5)；PCA3中得分系數(shù)較高的有X18(D10-11)、X15(D7-9)、X9(D3-6)、X2(眼徑)和X16(D9-10)，主要反映魚體尾柄以及部分頭部特征。從以PCA1為橫坐標、PCA2為縱坐標繪制的散點圖(圖4)可見，來賓群體和巴馬群體重疊最多，天峨群體和東蘭群體有部分重疊，都安群體則與周邊各群體均有重疊。各地理群體總體上形態(tài)離散明顯，與實際地理分布具有一定的相關(guān)性，PCA1坐標軸上體現(xiàn)的差異較PCA2坐標軸更為明顯。

圖3 PCA1、PCA2和PCA3得分系數(shù)Fig.3 Scoring coefficient of PCA1, PCA2 and PCA3

圖4 各地理群體紅腹羅非魚在主成分PCA1和PCA2的分布Fig.4 Distribution of redbelly tilapia (Coptodon zillii) from each geographical population on PCA1 and PCA2

2.2 各地理群體紅腹羅非魚形態(tài)性狀的判別分析

采用逐步判別分析法篩選出28項對區(qū)分7個地理群體的紅腹羅非魚有顯著貢獻的性狀，各群體樣本的性狀相關(guān)系數(shù)見表2，依此建立各地理群體的判別函數(shù)，例如：Z天峨= -5128.380-369.818Y1+76.425Y2+……+175.505Y27+75.160Y28。對所有樣本進行逐一判別，結(jié)果表明巴馬群體和來賓群體的判別準確率分別為80.12 %和81.91 %，其它地理群體的判別準確率為91.78 %～98.52 %，最終綜合判別率為91.29 %(表3)。

2.3 各地理群體紅腹羅非魚形態(tài)性狀的聚類分析

經(jīng)聚類分析，天峨、東蘭、都安、合山和大化5個群體的紅腹羅非魚形態(tài)較為相似，而來賓群體和巴馬群體的紅腹羅非魚與其它5個群體的相似性較低。其中，大化群體、合山群體和都安群體的形態(tài)距

表2 各地理群體紅腹羅非魚樣本的性狀相關(guān)系數(shù)

續(xù)表2 Continued table 2

參數(shù)Parameter性狀 Character群體 PopulationTEDLBMDHDAHSLBY23D 7-914.84119.88920.75315.84412.19510.97928.505Y24D 7-1068.45073.29165.89270.90678.91785.52766.576Y25D 7-11-22.540-14.600-14.296-20.125-26.082-22.752-11.962Y26D 9-10104.725111.520106.981105.399106.58799.164111.473Y27D 9-11175.505166.630165.954168.009175.137181.101170.955Y28D 10-1175.16074.05676.53770.98370.08266.54873.760-常量 Constant-5128.380-4955.400-4942.070-5087.870-5122.920-4970.420-4825.170

表3 紅腹羅非魚樣本判別分類

離較近，先聚為一支，再與天峨群體和東蘭群體聚類，最后與形態(tài)距離較遠的來賓群體和巴馬群體聚為一整支(圖5)。

2.4 各地理群體紅腹羅非魚體長—體質(zhì)量的相關(guān)性及肥滿度

由紅腹羅非魚樣本的體長—體質(zhì)量回歸分析及肥滿度計算結(jié)果(表4)可知，各地理群體以及總體體長—體質(zhì)量擬合方程的R2值為0.924～0.983，均能很好地擬合出樣本體長與體質(zhì)量的關(guān)系。此外，各擬合方程中冪指數(shù)a值均在3左右，表明紅水河各地理群體紅腹羅非魚在野外環(huán)境下都近似等同于勻速生長。

圖5 紅腹羅非魚樣本聚類分析結(jié)果Fig.5 Cluster analysis result of redbelly tilapia (Coptodon zillii)

表4中，肥滿度基本在地理距離相近的2個群體間差異不顯著(P>0.05)，地理距離較遠的群體間則往往差異顯著(P<0.05)。7個地理群體中以東蘭群體和天峨群體的平均肥滿度最高，分別為4.58和4.52；其次是合山群體和來賓群體，二者均為4.39；巴馬群體、大化群體和都安群體則相對較低，分別為4.17、4.10和4.04。

3 討 論

3.1 紅腹羅非魚各地理群體的形態(tài)差異

在統(tǒng)計學(xué)中，主成分分析是一種可以將多種參數(shù)綜合成少數(shù)因子從而能夠直觀體現(xiàn)群體變異來源的分析方法[12]。本研究通過主成分分析發(fā)現(xiàn)紅腹羅非魚各地理群體間的形態(tài)差異主要集中在頭尾軸、軀干部和尾部性狀上，與多數(shù)魚類不同地理群體間的主要差異性狀一致[14, 17-18]。一般情況下，魚體頭尾軸和軀干部性狀決定了魚的體型，有助于魚類適應(yīng)不同水文環(huán)境下的游泳阻力，而尾部是魚類前進的推動器官，尾部性狀的差異直接影響其游動速度。這些形態(tài)參數(shù)是區(qū)分紅腹羅非魚不同地理群體形態(tài)差異的關(guān)鍵要素。此外，逐步判別分析被認為是比主成分分析量化指標效果更佳的一種分析方法，通過構(gòu)建判別函數(shù)不僅能對不同群體進行判別，還能據(jù)此推斷群體間差異程度[14, 17]。本研究分別建立了廣西紅水河7個紅腹羅非魚地理群體的判別函數(shù)，綜合判別率達91.29 %，其中來賓群體和巴馬群體的部分個體存在誤判，判別準確率均低于82.00 %，其它5個地理群體的判別準確率則較高(91.78 %～98.52 %)，表明通過28項形態(tài)性狀建立的判別函數(shù)能有效地區(qū)分不同地區(qū)樣本，除來賓群體和巴馬群體具有一定的相似性外，其余各地理群體間形態(tài)分化明顯。進一步對不同地理群體的34項標準化性狀進行聚類分析，也發(fā)現(xiàn)來賓群體和巴馬群體雖地理間隔較遠，形態(tài)相似性卻較高，而天峨群體、東蘭群體、大化群體、都安群體和合山群體表現(xiàn)出地理分布和形態(tài)距離間的一致性，與Poulet[19]對法蘭西雅羅魚(Leuciscusburdigalensis)的研究結(jié)果相似?？梢?，紅腹羅非魚雖同在紅水河廣西段的不同河段中，但不同地理群體間在形態(tài)上仍存在一定的差異。

表4 各地理群體紅腹羅非魚體長—體質(zhì)量的擬合方程及肥滿度

注：最后一列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示群體間差異顯著(P<0.05)。

Note：The different lowercase letters after the data in last column indicate significant difference among populations (P<0.05).

根據(jù)以往的研究結(jié)果，魚類形態(tài)易受地理隔離、局域生境變化等環(huán)境因素的影響，魚類不同群體間可能在長期隔離和適應(yīng)各自環(huán)境后出現(xiàn)顯著的形態(tài)差異，并且和群體的地理分布有關(guān)[13, 17, 19]。紅水河廣西段屬典型的喀斯特地形，地勢高低起伏，水文環(huán)境復(fù)雜多變，水資源極為豐富且水流落差大，該河段已建立了龍灘、巖灘、大化、百龍灘、樂灘和橋鞏等多個梯級水電站[20]。水電工程建設(shè)往往會導(dǎo)致水域的片段化和破碎化，影響不同水域魚類群體間的基因交流，改變各魚類群體的棲息環(huán)境[21-22]。2017年，非洲學(xué)者也發(fā)現(xiàn)尼日利亞境內(nèi)3個水庫中紅腹羅非魚的形態(tài)差異與處于地理阻隔條件下各水體的溫度、鹽度和水流速度等環(huán)境因子存在一定的關(guān)聯(lián)性[23]。綜合前人和本研究結(jié)果，廣西紅水河外來紅腹羅非魚的表型分化可能與紅水河中水電工程大壩形成的地理阻隔以及各河段復(fù)雜各異的水文條件、營養(yǎng)狀況等局域生境有關(guān)，但此推測仍需更多的相關(guān)性研究資料予以證實。

總體而言，上述統(tǒng)計分析方法從不同角度分析了廣西紅水河外來紅腹羅非魚的形態(tài)特征，它們之間不能相互替代，但卻可以相互印證。3種分析方法所得結(jié)果基本一致，即天峨、東蘭、大化、都安和合山5個地理群體的紅腹羅非魚形態(tài)差異明顯，而來賓群體和巴馬群體則具有特殊性，這兩個地理位置較遠的群體間具有較高的形態(tài)相似性而與其它群體間形態(tài)距離較遠，推測可能與這兩個群體引種來源相同而與其它群體存在差異有關(guān)。鄭文佳等[24]根據(jù)云南伊洛瓦底江外來種麥穗魚的形態(tài)學(xué)分析結(jié)果，認為不同地理群體形態(tài)差異較小可能與引種來源相同以及引入時間較短有關(guān)，這對分析本研究結(jié)果有參考意義。生物的表型是特定基因在外部環(huán)境中表達的結(jié)果[17]，不同地理群體紅腹羅非魚的形態(tài)特征受遺傳和環(huán)境因素的雙重影響。本研究僅從形態(tài)學(xué)上對7個不同地理群體紅腹羅非魚的形態(tài)差異特點進行了初步探討，后續(xù)仍需基于線粒體和核基因標記進行遺傳學(xué)分析，以獲得更多有價值的研究資料。

3.2 廣西紅水河紅腹羅非魚野外生存現(xiàn)狀

由于水生生態(tài)系統(tǒng)本身的復(fù)雜性和不易觀察性，使得魚類的生態(tài)入侵尤為難以控制[25]。近期研究發(fā)現(xiàn)紅腹羅非魚已成功入侵伊朗部分水域和我國福建九龍江華安段及廣東東江[2, 5, 26-27]，表現(xiàn)出極強的環(huán)境適應(yīng)能力和競爭力。廣西水系發(fā)達，紅水河擁有布柳河、盤陽河、刁江和清水河等眾多支流，為紅腹羅非魚的成功入侵提供了良好條件和廣闊的生存空間，本研究在樣品采集過程中也觀察到紅腹羅非魚已擴散至廣西紅水河各自然水域，且數(shù)量眾多。

體長和體質(zhì)量是魚類重要的生物學(xué)指標，通過體長—體質(zhì)量回歸分析和肥滿度計算能夠客觀了解魚類的生存狀態(tài)。Omotayo等[28]對尼日利亞水庫內(nèi)的紅腹羅非魚和尼羅羅非魚進行了體長—體質(zhì)量回歸分析，發(fā)現(xiàn)2種魚的冪指數(shù)a值均顯著小于3.00，魚體呈現(xiàn)負異速生長，并認為這可能與2種魚相互競爭食物及環(huán)境因子有關(guān)。而本研究結(jié)果顯示，紅腹羅非魚各地理群體體長—體質(zhì)量冪指數(shù)a值均在3.00左右，說明魚體在廣西紅水河中生長速度均勻，生存狀況良好。Nehemia等[29]探究了淡水和海水飼養(yǎng)條件下紅腹羅非魚肥滿度的變化，結(jié)果表明當魚體在淡水條件下肥滿度大于1.00時，可視為生長狀況良好。本研究所測各地區(qū)樣本平均肥滿度為4.04～4.58，與Anene[30]計算的尼日利亞人工湖中紅腹羅非魚平均肥滿度(4.30)相類似，二者都遠大于1.00，表明各地理群體的魚體均較肥滿。

以上分析說明，廣西紅水河外來紅腹羅非魚野外生存狀態(tài)良好，具有較強的適應(yīng)性和競爭力，結(jié)合潘勇等[25]的調(diào)查研究，紅腹羅非魚在成功入侵新環(huán)境后可能會通過與土著魚類競爭食物和生存空間，甚至吞食魚卵和幼苗而對其造成危害。此外，已有研究發(fā)現(xiàn)紅腹羅非魚能夠攜帶線蟲、吸蟲、蠕蟲類寄生蟲以及多種病原微生物[31-32]。因此，對于已經(jīng)入侵到廣西紅水河的紅腹羅非魚，既要及時開展危害風險評估，建立相關(guān)監(jiān)測和預(yù)警機制，還應(yīng)根據(jù)其生理特性(如食性、環(huán)境因子耐受性、繁殖習(xí)性、耐寄生蟲和病菌感染等)進行綜合治理，防止進一步擴散。

4 結(jié) 論

廣西紅水河外來紅腹羅非魚在不同地理條件下已產(chǎn)生了較明顯的適應(yīng)性形態(tài)分化，野外生存狀態(tài)良好，競爭力強，對其應(yīng)及時開展危害風險評估及相關(guān)監(jiān)測。