徐 濱，李 忠，魏開金，馬寶珊，朱祥云，徐 進

(中國水產科學研究院長江水產研究所，農業(yè)農村部淡水生物多樣性保護重點實驗室 武漢 430223)

克氏原螯蝦(Procambarusclarkii)，屬于甲殼綱(Crustacea)十足目(Decapoda)鰲蝦科(Cabaridae)[1],原產于墨西哥北部和美國南部，后擴散至夏威夷、日本、歐洲和尼羅河流域[2]。1918年移植到日本，20世紀30年代末由日本引入我國南京地區(qū)。由于其適應性廣、生命力和繁殖能力強，對水質要求不高，現已遍布于我國中東部地區(qū)十余省市，在有些地方已成為一些湖泊和溝渠的優(yōu)勢種群,也是我國一種重要的水產養(yǎng)殖對象[3]。

國內外學者已經開展了克氏原螯蝦的多種生物學方面研究[4-7]；Barki等[8]用Von Beralanffy 生長方程描述了克氏原螯蝦的生長情況；李浪平等[9]和唐建清等[10]對其形態(tài)參數及生長模型等進行了研究；Barbaresi等[11-12]、Yue等[13]、劉煒[14]及Wang等[15]利用微衛(wèi)星標記對克氏原螯蝦的遺傳多樣性進行了研究。多元統計分析可以對形態(tài)特征的多個參數進行綜合分析，在魚類物種鑒定、種群變異及性別差異等方面大量應用[16-17]。本研究應用聚類分析、判別分析和主成分分析方法對長江中下游地區(qū)6個克氏原螯蝦群體的遺傳差異進行了探討，以期為克氏原螯蝦地理群體的形態(tài)差異、種質資源挖掘與遺傳育種提供支持。

1 材料與方法

1.1 材料

6個克氏原螯蝦野生群體分別采自于長江中下游的湖北、江蘇、安徽、湖南4個省，均采自天然湖泊或河流。每組群體樣本數量均為30個。盱眙群體(x)采自江蘇省淮安市盱眙縣洪澤湖；合肥群體(h)采自安徽省合肥市蜀山湖；沅江群體(y)采自湖南省沅江市洞庭湖；武漢群體(w)采自湖北省武漢市梁子湖；潛江群體(q)采自湖北省潛江市；沙市群體(yw)采自湖北省荊州市。所有活體樣品都保鮮運至長江水產研究所實驗室直接測量。

1.2 形態(tài)參數測量

用游標卡尺測量每尾蝦的全長、體長、頭胸甲長、頭胸甲寬、腹長、腹寬、尾扇長，精確到0.001 cm；用天平稱體質量和精確到0.01 g，方法參照文獻[18]，測量圖見圖1，樣本信息見表1。

圖1 克氏原螯蝦各形態(tài)測量指標Fig.1 The morphological measurement indexes of P.clarkii 1:全長；2：體長；3：頭胸甲長；4：腹長； 5：尾扇長；6：頭胸甲寬；7：腹寬

1.3 數據統計

實驗數據用SPSS 22.0軟件包處理：F檢驗法；聚類分析、主成分分析和判別分析3種多元分析方法，對所得數據進行分析。

1.3.1 聚類分析

為了科學合理地進行試驗數據的整理與分析，消除蝦體規(guī)格對參數值的影響，多元分析中采用除以體長校正或取2個形態(tài)參數比值。本研究選用10項形態(tài)特征比例參數，各參數代號見表2。

表1 6個克氏原螯蝦群體的樣本信息Tab.1 Samples information of P.clarkii

表2 形態(tài)比例參數與代碼Tab.2 Morphological parameters and codes

1.3.2 主成分分析

在主成分分析前，利用SPSS 16.0軟件對6個群體的形態(tài)參數進行正態(tài)分布檢驗，同時為了消除不同規(guī)格個體對參數值的分析造成一定影響，將各形態(tài)參數值分別除以對應的體長作為度量值予以校正處理。采用SPSS軟件對10個群體的形態(tài)學特征數據進行主成分分析，得到各主成分的特征值、主成分貢獻率、累計貢獻率等。

1.3.3 判別分析

在已知測量值的參數比例中判斷各群體性質，建立判別函數，用程序分析判別出各群體的類別。判別準確率的計算參照李思發(fā)等[16]的方法：

判別準確率=某克氏原螯蝦群體判別正確的尾數/該群體實際尾數×100%，

式中：Ai為第i個群體中判別正確的尾數，Bi為第i個群體中的實際尾數，k為群體數。

2 結果

2.1 性狀參數

正態(tài)檢驗表明克氏原螯蝦各群體形態(tài)數據均符合正態(tài)分布。各性狀參數見表3，從性狀參數看，6個群體的克氏原螯蝦均表現出頭胸甲長/體長(A3)、頭胸甲寬/體長(A6)雄性大于雌性，腹部長/體長(A4)雌性大于雄性，在體型特征上存在差異。

表3 不同群體克氏原螯蝦的性狀參數Tab.3 Appearance parameters of different populations of P.clarkii

2.2 克氏原螯蝦6個群體的聚類分析

6個群體雌、雄體群體歐式距離平方見表4。對其進行聚類分析，結果表明(見圖2)，無論是雄蝦還是雌蝦，6個群體可分為三個主要分支。第一分支為潛江、沅江和武漢三個群體，其中潛江和沅江群體遺傳距離最短，表明它們之間的親緣關系最近。沙市群體和合肥群體構成第二分支，兩群體間的遺傳距相對較短，親緣關系較近。第一和第二分支先聚類，然后才與第三分支盱眙群體聚類，說明盱眙群體與其他群體的遺傳距離最遠。

2.3 主成分分析

對6個不同群體的克氏原螯蝦的性狀參數進行主成分分析，共獲得4 個主成分，10個性狀參數入選主成分的特征向量、性狀特征值和累計貢獻率見表4。其中雌蝦的4個主成分的累計貢獻率為84.80%，雄蝦的4個主成分的累計貢獻率為86.29%，利用這些進行主成分分析能基本上反映所隱含的信息。

雌蝦的第一主成分特征值為4.14，方差貢獻率為41.38%，其主要作用的是腹部寬/體長(A7)和腹部寬/腹部長(A10)，反映了克氏原螯蝦的腹部特征；第二主成分的特征值為1.95，方差貢獻率為19.54%，其主要作用的是腹部寬/頭胸甲寬(A8)，反映了克氏原螯蝦的寬度特征；第三主成分主要作用的是頭胸甲長/體長(A3)和腹部長/體長(A4)，反映的是長度的特征；第四主成分主要反映的是腹部長/體長(A4)。雄蝦的第一主成分特征值為3.81，方差貢獻率為38.06%，其主要作用的是頭胸甲寬/體長(A6)、體質量/體長(A1)和頭胸甲寬/頭胸甲長(A9)，反映了克氏原螯蝦的頭胸甲特征；第二主成分的特征值為2.13，方差貢獻率為21.31%，其主要作用的是腹部寬/頭胸甲寬(A8)和腹部寬/腹部長(A10)，反映了克氏原螯蝦的寬度特征；第三主成分主要作用的是腹部長/體長(A4)反映的是長度的特征；第四主成分主要反映的是頭胸甲長/體長(A3)。從上述產生影響的變量中可以看出，腹部寬、腹部長、頭胸甲寬和體長是決定雌雄克氏原螯蝦6個群體形態(tài)分類的主要依據。此外，對雌蝦形態(tài)差異影響較大的還有全長和尾扇長2個性狀，雄蝦的體質量也對其形態(tài)有一定的影響力。

圖2 克氏原螯蝦雌、雄群體6群體聚類分析圖Fig.2 Clustering analysis on six different populations of P.clarkii

表4 克氏原螯蝦特征值及累計貢獻率Tab.4 Principal eigen and cumulative contribution rate of P.clarkii

在6個雌蝦群體中(表5)，第一主成分貢獻率最高的是合肥群體(38.66%)，最低為武漢群體(29.31%)；4個主成分累積貢獻率最高的是潛江群體(85.91%)，最低為沅江群體(81.56%)。雄蝦群體中，第一主成分貢獻率最高的為沅江群體(36.83%)，最低為潛江群體(27.82%)；4個主成分累積貢獻率最高的是沅江群體(89.74 %)，最低為武漢群體(81.42%)。

表5 6個克氏原螯蝦群體累計貢獻率Tab.5 Cumulative contribution rate six population of P.clarkia %

2.4 雌蝦6個群體的判別函數

對6個群體雌蝦的10個比例參數進行逐步判別，F檢驗結果表明，判別效果都比較好，雌體的a1、a7、a8、a9和a10性狀差異不顯著，雄體的a1-4、a7、和a10性狀差異不顯著。武漢、沅江、潛江、盱眙、沙市和合肥雌蝦群體的判別準確率P1分別是69.23%、88.24%、81.25%、86.67%、78.95%和100%，判別準確率P2分別是64.29%、83.33%、72.22%、100%、88.24%和100%。武漢、沅江、潛江、盱眙、沙市和合肥雄蝦群體的判別準確率P1分別是100%、84.62%、78.57%、93.75%、100%和94.74%，判別準確率P2分別是85%、91.67%、84.62%、93.75%、100%和100%(見表6)。F檢驗結果表明，雌、雄蝦群體判別公式是可靠的。

表6 6群體克氏原螯蝦的判別方程及判別結果Tab.6 Discriminant equation and discrimination results of six population of P.clarkia

3 討論

多元分析方法已逐漸滲透到育種和進化方面的研究，并在不同的生物類群的應用中獲得較好的效果，國內不少學者利用該方法對魚類、蝦蟹類和貝類等進行過分析[16-17,19-22]，研究結果也顯示這三種分析方法通過不同的角度進行分析，雖然所獲得的結果具有一定的相似性，但彼此不能代替。

本研究顯示6個群體的克氏原螯蝦在形態(tài)上已經產生了一定程度的變異，可以從形態(tài)上很好地區(qū)分盱眙群體、合肥群體和沙市群體。沅江與潛江兩個群體之間的差異性最小，兩者與武漢群體集為一支，表明3個群體親緣關系比較近。沙市和合肥兩個群體之間差異性較大，兩群之間的親緣關系很近。盱眙群體與其他群體之間的差異性很大，可以認為盱眙群體是另一群，區(qū)別于其他的5個群體，這表明長江中游地區(qū)的克氏原螯蝦群體與江蘇盱眙這一長江下游地區(qū)的群體親緣關系較遠。韓曉磊[23]和張龍等[24]對不同地區(qū)的克氏原螯蝦形態(tài)差異分析也表明江蘇群體與湖北群體形態(tài)差異較遠，符合地理距離遠近和群體親緣關系的一般規(guī)律，與本研究結果相一致。同時長江中游5個群體之間存在基因流，地理距離可能是導致不同地理群體出現基因流的主因，一般認為這是由于水體環(huán)境水溫、底質及水體餌料的豐富程度等的影響導致其形態(tài)、生理、生態(tài)甚至遺傳上出現差異。

主成份分析結果顯示腹部寬、腹部長、頭胸甲寬和體長4個性狀是決定這6個群體形態(tài)分類的主要依據，表明這4個性狀是所分析性狀中進化速度相對較快的性狀。該結果與郭慧等[25]研究的羅氏沼蝦、孫成波等[26]研究的凡納濱對蝦、韓曉磊等[23]及鄭友等[27]對克氏原螯蝦研究結果一致。張龍等[24]對長江流域10個不同水域克氏原螯蝦野生群體形態(tài)差異進行分析后認為，其主要集中在腹節(jié)因子上，但他沒有測量體長數據，以性狀參數除以全長校正，本研究是以性狀參數除以體長校正，同時將雌雄數據分別處理。其中雌蝦的主要決定性狀是腹部寬、腹部長和體長，雄蝦的主要決定性狀是頭胸甲寬、腹部寬和體長，這與6個群體的克氏原螯蝦在頭胸甲長/體長(A3)和頭胸甲寬/體長(A6)雄性大于雌性、腹部長/體長(A4)雌性大于雄性的結果相呼應。同時對克氏原螯蝦雌蝦形態(tài)差異影響較大的還有全長和尾扇長這2個性狀，雄蝦的體質量對其形態(tài)也有一定的影響。

判別分析是群體鑒定的常用方法，建立判別公式可以根據單因子F值的大小，找出對判別作用較大的參數[23,27]。本研究成功建立了6個群體的判別函數。其中雌體判別準確率為69.23% ～ 100%(P1)和64.29% ～100%(P2)，綜合判別準確率為83.52%；雄體為78.57%～100%(P1)和84.62%～100%(P2)，綜合判別準確率為92.23%，判別準確率較高，表明其能夠用于對這6個群體進行有效的判定。本研究綜合判別率和韓曉磊[23]、鄭友等[27]研究結果類似，但雌性綜合判別率略低，雄性綜合判別率略高，可能是由于選取的性狀為種間分類學形態(tài)指標，這些群體在形態(tài)上雖有差異，但沒有達到亞種水平，同時選取的群體位于不同區(qū)域的原因。