田 燦 李 飛 蘇勝?gòu)? 唐永凱 劉 波 俞菊華 于 凡 李建林 李紅霞 宋長(zhǎng)友 王美垚

基于圖像識(shí)別的5個(gè)不同產(chǎn)地克氏原螯蝦()形態(tài)差異分析*

田 燦1李 飛3蘇勝?gòu)?, 2①唐永凱2①劉 波2俞菊華2于 凡2李建林2李紅霞2宋長(zhǎng)友2王美垚2

(1. 上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 上海 201306; 2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院淡水漁業(yè)研究中心 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水漁業(yè)與種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 無(wú)錫 214081; 3. 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部淡水漁業(yè)健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江省淡水水產(chǎn)遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 浙江省淡水水產(chǎn)研究所 湖州 313001)

為了解江蘇、江西、湖北、上海、河南5個(gè)地區(qū)克氏原螯蝦()的形態(tài)差異和獲取快速、有效的形態(tài)鑒別方法, 本研究采用傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法和地標(biāo)點(diǎn)法來(lái)分析各產(chǎn)地形態(tài)差異。結(jié)果顯示: (1) 克氏原螯蝦雌雄群體相對(duì)扭曲主成分分析, 前三個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為79.96%、67.21%, 傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法前三個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為76.77%、82.70%, 兩種方法均表明其形態(tài)差異主要體現(xiàn)在頭胸甲及腹部部位; (2) 聚類(lèi)分析將克氏原螯蝦5群體聚為兩支, 上海、河南、江西、湖北群體聚為一支, 江蘇群體單獨(dú)聚為一支。(3) 地標(biāo)點(diǎn)法雌雄群體綜合判別準(zhǔn)確率分別為100%、94%, 傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法綜合判別準(zhǔn)確率均為56%。以上研究結(jié)果表明不同產(chǎn)地間克氏原螯蝦具有一定的形態(tài)差異, 且地標(biāo)點(diǎn)法區(qū)分不同產(chǎn)地克氏原螯蝦群體差異性效果顯著, 這將有利于克氏原螯蝦生產(chǎn)和選育過(guò)程中群體的鑒別及外形特征的快速獲取。

克氏原螯蝦; 地標(biāo)點(diǎn)法; 傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法; 形態(tài)差異性; 產(chǎn)地

克氏原螯蝦()俗稱(chēng)小龍蝦, 肉質(zhì)鮮美, 營(yíng)養(yǎng)豐富, 是我國(guó)重要的養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)蝦類(lèi)(柳富榮, 2002)。近年來(lái), 克氏原螯蝦養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速, 由于各地生長(zhǎng)環(huán)境不同, 種質(zhì)資源來(lái)源不同使得行業(yè)中小龍蝦種質(zhì)較為混亂, 市場(chǎng)上形態(tài)和品質(zhì)參差不齊的克氏原螯蝦(Paglianti, 2004; Ramalho, 2008)嚴(yán)重影響行業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展和漁民的增收, 為了對(duì)全國(guó)范圍內(nèi)的克氏原螯蝦種質(zhì)資源狀況有充分的了解, 本研究擬對(duì)不同產(chǎn)地群體進(jìn)行有效區(qū)分和鑒別, 從而有利于展開(kāi)種質(zhì)資源的保護(hù)和利用等后續(xù)研究工作。

關(guān)于種群鑒定, 基于形態(tài)學(xué)及遺傳多樣性的研究手段是常用的兩種方法。形態(tài)學(xué)研究以傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法為主(韓曉磊等, 2011a, b; 鄭友等, 2014; 張萌等, 2016), 遺傳多樣性研究多采用微衛(wèi)星分析(彭剛等, 2010; 邢智珺等, 2014; 李喜蓮等, 2016), 隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性DNA標(biāo)記技術(shù)(Random Amplified Polymorphic DNA, RAPD)(張龍崗等, 2014), 擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性分子標(biāo)記技術(shù)(Amplified Fragment Length Polymorphism, AFLP)(宋亮等, 2012; 黃羽, 2012)等。與形態(tài)學(xué)方法相比, 通過(guò)遺傳多樣性來(lái)構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)從而進(jìn)行親子鑒定、種屬鑒定具有準(zhǔn)確率高、不受年齡限制等優(yōu)點(diǎn), 但是其需要提取DNA, 進(jìn)行引物的篩選再聚類(lèi)等復(fù)雜步驟, 成本較高。與遺傳學(xué)方法相比, 形態(tài)學(xué)鑒定成本較低, 易操作, 不受設(shè)備等因素的影響。近年來(lái)以人臉識(shí)別為標(biāo)志的形態(tài)學(xué)鑒別已成功應(yīng)用于多種場(chǎng)景。本文擬從形態(tài)學(xué)的角度進(jìn)行克氏原螯蝦不同地理群體的種屬鑒定問(wèn)題, 這與克氏原螯蝦不同地理群體在形態(tài)和品質(zhì)具有一定的差異的背景相一致(Paglianti, 2004; Ramalho, 2008)。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

本研究選取上海、江蘇、江西、河南、湖北5個(gè)不同群體克氏原螯蝦, 每個(gè)群體選取規(guī)格相近雌雄各10尾進(jìn)行形態(tài)學(xué)研究, 群體詳細(xì)信息見(jiàn)表1。

表1 采樣信息表

Tab.1 The information of sampling

1.2 樣品處理及圖像獲取

將所采集到的克氏原螯蝦進(jìn)行形態(tài)固定, 利用相機(jī)獲取其圖像。樣本與相機(jī)應(yīng)保持垂直平行, 樣本方向, 相機(jī)方位等均應(yīng)保持一致(白明等, 2007)。

1.3 實(shí)驗(yàn)方法

1.3.1 傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法 運(yùn)用tpsDig32軟件測(cè)量每尾蝦的全長(zhǎng)(total length)、體長(zhǎng)(body length)、頭胸甲長(zhǎng)(carapace length)、腹部長(zhǎng)(length of abdomen)、頭胸甲寬(carapace width)、腹部寬(segment height)、尾扇長(zhǎng)(length of tail-fan)(圖1), 測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)參考鄒節(jié)新等(2014)記載的克氏原螯蝦分類(lèi)學(xué)研究方法, 精確至0.01mm。為避免蝦體大小對(duì)參數(shù)的影響, 將各形態(tài)指標(biāo)與體長(zhǎng)的比或取2個(gè)形態(tài)指標(biāo)的比值進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。本研究共選取了10項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)(表2)。

求出10項(xiàng)形態(tài)比例參數(shù)的平均值, 采用歐式距離系統(tǒng)聚類(lèi)法對(duì)這些平均值進(jìn)行聚類(lèi)分析; 將數(shù)據(jù)進(jìn)行校正, 對(duì)5個(gè)不同產(chǎn)地克氏原螯蝦群體形態(tài)比例參數(shù)進(jìn)行主成分分析, 將第1、2主成分繪制主成分散點(diǎn)圖, 以便對(duì)不同群體進(jìn)行形態(tài)歸類(lèi); 運(yùn)用逐步判別分析法進(jìn)行判別分析, 從判別分析中篩選出貢獻(xiàn)較大的參數(shù)建立判別函數(shù), 判別準(zhǔn)確率的計(jì)算參照李思發(fā)等(1998)的方法。數(shù)據(jù)處理采用Excel和SPSS23軟件。

1.3.2 地標(biāo)點(diǎn)法 地標(biāo)點(diǎn)選取標(biāo)準(zhǔn)、TPS系列軟件使用方法同鄭朝臣等(2017)。根據(jù)地標(biāo)點(diǎn)的同源性, 運(yùn)用TPS系列軟件從克氏原螯蝦背面選取了36個(gè)地標(biāo)點(diǎn), 確定每個(gè)地標(biāo)點(diǎn)的x、y坐標(biāo)值(2D), 建立數(shù)據(jù)文件。其中Ⅰ型地標(biāo)點(diǎn): 2—5、11、17、23—26; Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn): 6—10、13、15、18—22、27—36; Ⅲ型地標(biāo)點(diǎn): 1、12、14、16(圖2)。

圖1 克氏原螯蝦形態(tài)測(cè)量指標(biāo)與地標(biāo)點(diǎn)位置圖

注: a. 全長(zhǎng), b. 體長(zhǎng), c. 頭胸甲長(zhǎng), d. 腹部長(zhǎng), e. 尾扇長(zhǎng), f. 頭胸甲寬, g. 腹寬

運(yùn)用TPS系列軟件檢驗(yàn)所有地標(biāo)點(diǎn)的有效性, 計(jì)算平均形(mean shape)和相對(duì)扭曲主成分得分(relative warps scores), 描繪出克氏原螯蝦背面和腹面的網(wǎng)格圖, 比較其與平均形的形態(tài)差異, 實(shí)現(xiàn)克氏原螯蝦群體間的形態(tài)差異可視化。根據(jù)克氏原螯蝦各樣本的相對(duì)扭曲主成分得分, 采用歐式系統(tǒng)聚類(lèi)法對(duì)相對(duì)扭曲主成分得分平均值進(jìn)行聚類(lèi)分析, 建立Bayes判別函數(shù), 用逐步判別法進(jìn)行判別分析, 運(yùn)用SPSS 23軟件, 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果

2.1 地標(biāo)點(diǎn)法分析不同來(lái)源克氏原螯蝦群體的表型差異

本文測(cè)定了克氏原螯蝦雌雄群體切空間距離(distance in tangent space, y軸)和普氏距離(procrustes distance, x軸)的回歸分析系數(shù)均為0.996, 說(shuō)明所選取的地標(biāo)點(diǎn)符合地標(biāo)點(diǎn)分析要求?？耸显r雌雄群體平均形及所有地標(biāo)點(diǎn)重疊后的效果如圖2。群體間形態(tài)差異分析結(jié)果見(jiàn)圖3, 雌雄群體相對(duì)網(wǎng)格平均形而言, 形態(tài)差異主要體現(xiàn)在頭胸甲及腹部部位的Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn), 具體為地標(biāo)點(diǎn)4—6、22—24、28—32、35、36變形最大。從以上分析可以得出克氏原螯蝦頭胸甲和腹部部位的各地標(biāo)點(diǎn)是其形態(tài)差異的主要來(lái)源。

表2 10項(xiàng)克氏原螯蝦形態(tài)特征比例參數(shù)

Tab.2 The 10 morphometric indices of P. clarkii

注: a. 全長(zhǎng), b. 體長(zhǎng), c. 頭胸甲長(zhǎng), d. 腹部長(zhǎng), e. 尾扇長(zhǎng), f. 頭胸甲寬, g. 腹寬

圖2 5個(gè)產(chǎn)地克氏原螯蝦平均形及所有地標(biāo)點(diǎn)矢量化的重疊效果

注: a. 克氏原螯蝦平均形(♂); b. 所有地標(biāo)點(diǎn)矢量化的重疊效果(♂); c. 克氏原螯蝦平均形(♀); d. 所有地標(biāo)點(diǎn)矢量化的重疊效果(♀)

圖3 5個(gè)克氏原螯蝦群體的網(wǎng)格變形圖(變異擴(kuò)大10倍)

注: 雌體: a. 上海; b. 江蘇; c. 江西; d. 河南; e. 湖北; f. 平均形; 雄體: g. 上海; h. 江蘇; i. 江西; j. 河南; k. 湖北; l. 平均形

2.2 主成分分析

將不同產(chǎn)地克氏原螯蝦10個(gè)形態(tài)比例參數(shù)進(jìn)行主成分分析, 雌雄群體前2個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率均超過(guò)50%(表3), 解釋了主要形態(tài)差異。在雌性群體中, 第1主成分X5、X8、X9、X10貢獻(xiàn)率較高; 第2主成分X3、X6、X7貢獻(xiàn)率較高; 雄性群體中, 第1主成分X1、X2、X5、X6、X8、X10貢獻(xiàn)率較高; 第2主成分X3、X7貢獻(xiàn)率較高說(shuō)明5個(gè)群體形態(tài)特征差異主要體現(xiàn)在頭胸甲長(zhǎng)、頭胸甲寬、腹部長(zhǎng)、腹部寬。

地標(biāo)點(diǎn)法相對(duì)扭曲主成分分析, 雌雄群體前兩個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為73.04%、54.75%(表4), 超過(guò)了50%, 代表其形態(tài)差異的主要部分。克氏原螯蝦雌雄群體Ⅰ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為16.69%、20.10%; Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為78.39%、72.70%; Ⅲ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為4.93%、7.20%(表5), 表明Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)是克氏原螯蝦形態(tài)差異的主要來(lái)源, Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)代表克氏原螯蝦頭胸甲及腹部的形態(tài)特征, 此結(jié)果與傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法結(jié)果相同。

圖4為兩種方法雌雄群體第1、2主成分散點(diǎn)圖。從圖4a、b中可看出各產(chǎn)地雌雄群體形態(tài)比例參數(shù)主成分重疊程度較大, 不易區(qū)分。相對(duì)扭曲主成分散點(diǎn)圖(圖4c, 4d)顯示雌雄群體散布趨勢(shì)相似, 上海、江西、河南、湖北重疊程度較大, 江蘇群體與其他群體重疊較少。

表3 克氏原螯蝦雌雄群體形態(tài)特征因子負(fù)荷矩陣及主成分貢獻(xiàn)率

Tab.3 Component matrix and contributive proportions of principal components on morphometric indices of female and male P. clarkii

注: 加粗字體表示負(fù)荷值大于0.50, 并作為主因子

表4 相對(duì)扭曲得分前3個(gè)主成分貢獻(xiàn)率

Tab.4 The first 3 principal component contribution rates of the relative warps scores

表5 不同地標(biāo)點(diǎn)相對(duì)扭曲分析貢獻(xiàn)率

Tab.5 Relative contribution of each landmark to relative warps

2.3 聚類(lèi)分析

本文分別對(duì)克氏原螯蝦群體形態(tài)比例參數(shù)平均值、相對(duì)扭曲主成分得分平均值作聚類(lèi)分析, 結(jié)果如圖5。形態(tài)比例參數(shù)平均值聚類(lèi)分析將群體分為兩支, 雌性群體中江蘇、河南群體歐氏距離最短, 首先聚為一支, 之后與江蘇、湖北群體聚為一支, 江西群體單獨(dú)聚為一支(圖5a)。雄性群體與雌性群體聚類(lèi)結(jié)果相似, 上海、河南群體歐氏距離最短, 首先聚為一支, 之后與江蘇、湖北群體聚為一支, 江西群體單獨(dú)聚為一支(圖5b)。相對(duì)扭曲主成分得分平均值聚類(lèi)分析, 雌性群體與雄性群體結(jié)果相似(圖5c, 5d), 均為江蘇群體單獨(dú)聚為一支, 此聚類(lèi)結(jié)果與相對(duì)扭曲第1、2主成分散點(diǎn)圖結(jié)果相同。

2.4 判別分析

克氏原螯蝦5個(gè)地理群體判別分析中, F檢驗(yàn)判別效果均較好(<0.01)。雌雄群體相對(duì)扭曲主成分得分綜合判別準(zhǔn)確率分別為100%、94%(表6)。而形態(tài)比例參數(shù)主成分得分綜合判別準(zhǔn)確率較低均為56%(表7)。利用基于地標(biāo)點(diǎn)法的幾何形態(tài)學(xué)測(cè)量可以有效判別不同產(chǎn)地克氏原螯蝦, 判別效果較傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法好。

圖4 第1、第2主成分散點(diǎn)圖

注: a. 形態(tài)比例參數(shù)主成分(♀), b. 形態(tài)比例參數(shù)主成分(♂), c. 相對(duì)扭曲分?jǐn)?shù)主成分(♀), d. 相對(duì)扭曲分?jǐn)?shù)主成分(♂)

圖5 5個(gè)不同產(chǎn)地克氏原螯蝦群體聚類(lèi)分析

注: a. 形態(tài)比例參數(shù)主成分(♀); b. 形態(tài)比例參數(shù)主成分(♂); c. 相對(duì)扭曲分?jǐn)?shù)主成分(♀); d. 相對(duì)扭曲分?jǐn)?shù)主成分(♂)

表6 地標(biāo)點(diǎn)法克氏原螯蝦群體產(chǎn)地判別結(jié)果

注: 括號(hào)外的數(shù)字表示判別后的樣本尾數(shù), 括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示判別準(zhǔn)確率

表7 傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法克氏原螯蝦群體產(chǎn)地判別結(jié)果

注: 括號(hào)外的數(shù)字表示判別后的樣本尾數(shù), 括號(hào)內(nèi)數(shù)字表示判別準(zhǔn)確率

3 討論

3.1 基于形態(tài)學(xué)特征的群體判別

通過(guò)形態(tài)學(xué)及遺傳多樣性?xún)煞N方法來(lái)對(duì)不同地理群體間進(jìn)行種質(zhì)鑒定已在多個(gè)物種中應(yīng)用。尹潔等(2020)、宋垚萱等(2018)分別在青島和舟山的星康吉鰻()群體、角木葉鰈()群體進(jìn)行形態(tài)學(xué)及遺傳學(xué)研究中, 群體間形態(tài)差異顯著, 但遺傳多樣性差異不顯著, 這可能是由于種群遺傳分化所需時(shí)間跨度要長(zhǎng)于形態(tài)學(xué)上表現(xiàn)出差異所需的時(shí)間。武小斌(2017)采用形態(tài)標(biāo)記和微衛(wèi)星標(biāo)記等對(duì)日本沼蝦()野生群體進(jìn)行形態(tài)差異分析及群體遺傳多樣性的研究中, 遺傳多樣性水平較高, 其中微山湖群體相對(duì)于其他三個(gè)野生群體表現(xiàn)出較高的遺傳多樣性水平; 通過(guò)遺傳多樣性來(lái)構(gòu)建進(jìn)化樹(shù)從而進(jìn)行親子鑒定、種屬鑒定具有準(zhǔn)確率高、不受年齡限制等優(yōu)點(diǎn), 但是其需要提取DNA, 進(jìn)行引物的篩選再聚類(lèi)等復(fù)雜步驟, 成本也較高。相比較而言, 形態(tài)學(xué)鑒定成本低, 易操作, 不受設(shè)備等因素的影響, 而且在人臉識(shí)別中應(yīng)用優(yōu)勢(shì)明顯, 故本文擬從形態(tài)學(xué)的角度進(jìn)行克氏原螯蝦不同地理群體的種屬鑒定問(wèn)題。

3.2 形態(tài)差異的原因

由于地理隔離的原因, 使得同一親本在不同地理環(huán)境下其形態(tài)、生理甚至遺傳結(jié)構(gòu)會(huì)出現(xiàn)一定的差異(Gould, 1978)。張龍等(2018)研究發(fā)現(xiàn)10個(gè)不同水域克氏原螯蝦群體產(chǎn)生了一定程度的形態(tài)差異。蔡曉鵬等(2010)利用多元分析方法, 對(duì)5個(gè)地理群體間的中國(guó)沿海日本囊對(duì)蝦()進(jìn)行形態(tài)差異比較分析; 孫悅娜(2007)對(duì)我國(guó)五大湖日本沼蝦()群體進(jìn)行了比較研究, 發(fā)現(xiàn)群體間形態(tài)差異顯著。本文從5個(gè)主養(yǎng)地區(qū)收集小龍蝦種質(zhì)資源, 分別采用傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法和地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)其進(jìn)行分析, 從表型角度看它們之間的差異。

兩種方法均顯示5個(gè)群體形態(tài)特征差異體現(xiàn)在克氏原螯蝦頭胸甲及腹部部位。傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法中, 雌雄群體前兩個(gè)主成分貢獻(xiàn)較高的分別是X3、X5、X7、X8、X10, 則其群體形態(tài)特征差異主要體現(xiàn)在頭胸甲長(zhǎng)、頭胸甲寬、腹部長(zhǎng)、腹部寬。地標(biāo)點(diǎn)法相對(duì)扭曲主成分分析, 雌雄群體Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)貢獻(xiàn)率均較高, Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)主要代表蝦頭胸甲及腹部部位。張萌等(2016)對(duì)國(guó)內(nèi)長(zhǎng)江水系、珠江水系、淮河水系、東南沿海水系等14個(gè)自然水系克氏原螯蝦的形態(tài)差異進(jìn)行分析, 結(jié)果顯示雌雄群體前四個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為79.49%、79.81%, 其形態(tài)特征差異主要體現(xiàn)在頭胸甲長(zhǎng)、頭胸甲寬、腹部長(zhǎng)、腹部寬等。鄭友等(2014)同樣證明克氏原螯蝦頭胸甲高、頭胸甲寬、腹部寬和腹部長(zhǎng)等是不同群體的形態(tài)差異的主要來(lái)源。克氏原螯蝦頭胸甲部位主要是攝食和感覺(jué)中心, 對(duì)食物、外界環(huán)境變化較為敏感; 腹部是運(yùn)動(dòng)中心, 克氏原螯蝦覓食、打斗, 挖穴、防御等行為中腹部是基本的支撐點(diǎn), 各個(gè)地區(qū)由于地理位置、養(yǎng)殖方式、養(yǎng)殖密度、天氣等原因造成養(yǎng)殖環(huán)境不盡相同進(jìn)而造成頭胸甲部位和腹部出現(xiàn)不同程度的差異(Bergman, 2003; 羅福廣等, 2010), 因此可以利用克氏原螯蝦頭胸甲部位及腹部某些部位進(jìn)行各產(chǎn)地形態(tài)差異研究。

3.3 兩種方法進(jìn)行判別分析的比較

馮波等(2011)、蘇杭(2016)研究發(fā)現(xiàn), 相較于傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法, 地標(biāo)點(diǎn)法更適合區(qū)分群體形態(tài)差異。本研究采用地標(biāo)點(diǎn)法和傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法均能從形態(tài)上對(duì)5個(gè)克氏原螯蝦地理群體進(jìn)行區(qū)分。主成分分析時(shí), 兩種方法均顯示5個(gè)群體形態(tài)特征差異體現(xiàn)在克氏原螯蝦頭胸甲及腹部部位, 而地標(biāo)點(diǎn)法將形態(tài)差異可視化, 更直觀(guān)精確的顯示群體形態(tài)差異部位。雌雄群體形態(tài)比例參數(shù)第1、2主成分散點(diǎn)圖顯示各群體重疊程度較大不易區(qū)分與其聚類(lèi)分析結(jié)果不符。而相對(duì)扭曲第1、2主成分散點(diǎn)圖, 雌雄群體均顯示江蘇群體與其他群體重疊較少, 與聚類(lèi)分析結(jié)果相同。馮波等(2011)采用傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法與地標(biāo)點(diǎn)法區(qū)分短吻鲾()群體間差異性, 結(jié)果表明傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法主成分散點(diǎn)圖區(qū)分效果強(qiáng)于地標(biāo)點(diǎn)法, 可能是由于作者地標(biāo)點(diǎn)選取較少, 不能代表短吻鲾?shù)男螒B(tài)特征。蘇杭(2016)基于地標(biāo)點(diǎn)法分析鑒別兩種頭足類(lèi)()上下顎的研究中發(fā)現(xiàn), 相對(duì)于傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法, 地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)不同種類(lèi)間的頭足類(lèi)上下顎具有良好的判別效果。本研究中克氏原螯蝦雌雄群體相對(duì)扭曲主成分得分綜合判別準(zhǔn)確率分別為100%、94%, 高于傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法判別效果。綜合以上結(jié)果顯示, 地標(biāo)點(diǎn)法在區(qū)分5個(gè)克氏原螯蝦群體形態(tài)差異時(shí)效果更好。

3.4 地標(biāo)點(diǎn)法在地理種群判別中的優(yōu)勢(shì)

鄭朝臣等(2017)利用地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)長(zhǎng)江水系的八個(gè)自然水域的中華絨螯蟹形態(tài)上的差異進(jìn)行分析, 相對(duì)扭曲主成分的判別分析對(duì)雄性以及雌性蟹背甲的判別準(zhǔn)確率均為100%。且所提取的地標(biāo)點(diǎn)中Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)貢獻(xiàn)率較高作用較大。姜濤等(2018)利用地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)珠江口與九江口的鳳鱭()與七絲鱭()的耳石特征進(jìn)行研究, 判別分析正確率均為100%, 其中主凹槽上的地標(biāo)點(diǎn)相對(duì)扭曲貢獻(xiàn)率達(dá)76.10%, 遠(yuǎn)高于輪廓上地標(biāo)點(diǎn)所貢獻(xiàn), 證明主凹槽上的地標(biāo)點(diǎn)位置在耳石種群形態(tài)區(qū)分中作用較大。侯剛等(2013)利用地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)北部灣4種白姑魚(yú)矢耳形態(tài)進(jìn)行分析, Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)貢獻(xiàn)率較大, 解釋了主要形態(tài)變異。本研究采用地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)不同地區(qū)克氏原螯蝦的形態(tài)進(jìn)行分析, 雌性群體Ⅰ、Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為16.69%、78.39%。雄性群體Ⅰ、Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率分別為20.10%、72.70%, Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn)相較于輪廓上的Ⅰ型地標(biāo)點(diǎn)累計(jì)貢獻(xiàn)率更高?？耸显r背面存在很多突出點(diǎn)、凹陷點(diǎn)及各組織間的交點(diǎn), 形成許多Ⅰ、Ⅱ型地標(biāo)點(diǎn), 因此, 相較于其他的形態(tài)測(cè)量法, 地標(biāo)點(diǎn)法對(duì)克氏原螯蝦的形態(tài)分析及產(chǎn)地判別效果更好。

4 結(jié)論

本研究分別采用地標(biāo)點(diǎn)法和傳統(tǒng)形態(tài)測(cè)量法對(duì)我國(guó)五個(gè)不同產(chǎn)地克氏原螯蝦群體間形態(tài)特征進(jìn)行分析, 結(jié)果表明兩種方法均將各群體進(jìn)行了有效的區(qū)分, 且地標(biāo)點(diǎn)法更高效。在后續(xù)研究中, 我們還需通過(guò)增加樣本量及更多地理群體, 篩選最適地標(biāo)點(diǎn)等更全面的了解兩種方法間的優(yōu)劣和不同產(chǎn)地克氏原螯蝦群體間差異, 為篩選優(yōu)質(zhì)種苗, 研究種群間差異提供參考資料。

尹 潔, 牟秀霞, 張崇良等, 2020. 我國(guó)近海星康吉鰻群體的形態(tài)學(xué)、遺傳學(xué)比較研究. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 44(3): 358—367

白 明, 楊星科, 2007. 幾何形態(tài)測(cè)量法在生物形態(tài)學(xué)研究中的應(yīng)用. 昆蟲(chóng)知識(shí), 44(1): 143—147

馮 波, 程羅妹, 2011. 幾何形態(tài)學(xué)方法區(qū)分短吻鲾?shù)胤椒N群的研究. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 20(5): 677—681

邢智珺, 姜虎成, 陸 偉等, 2014. 江蘇8個(gè)克氏原螯蝦群體遺傳多樣性微衛(wèi)星分析. 上海海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 23(5): 656—662

孫悅娜, 2007. 我國(guó)五大湖青蝦的形態(tài)差異、DNA分子標(biāo)記及沼蝦屬系統(tǒng)進(jìn)化的研究. 上海: 上海水產(chǎn)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 18—24

蘇 杭, 2016. 幾何形態(tài)測(cè)量學(xué)法在大洋性頭足類(lèi)種間及種群鑒別中的應(yīng)用. 上海: 上海海洋大學(xué)碩士學(xué)位論文, 65—66

李思發(fā), 李晨虹, 李家樂(lè), 1998. 尼羅羅非魚(yú)品系間形態(tài)差異分析. 動(dòng)物學(xué)報(bào), 44(4): 450—457

李喜蓮, 李 飛, 朱俊杰等, 2016. 基于SSR標(biāo)記的克氏原螯蝦種質(zhì)資源遺傳多樣性研究. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 35(2): 63—68

鄒節(jié)新, 汪 雁, 鐘永亮等, 2014. 鄱陽(yáng)湖克氏原螯蝦的分布現(xiàn)狀及其群體外部形態(tài)聚類(lèi)分析. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 23(3): 415—421

宋 亮, 韓曉磊, 夏 嬋等, 2012. 不同地區(qū)克氏原螯蝦遺傳多樣性的AFLP分析. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 28(2): 359—364

宋垚萱, 高天翔, 楊天燕等, 2018. 角木葉鰈的群體遺傳多樣性研究和形態(tài)學(xué)分析. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 48(2): 49—55

張 龍, 石林林, 梁宏偉等, 2018. 長(zhǎng)江流域10個(gè)不同水域克氏原螯蝦野生群體形態(tài)差異分析. 淡水漁業(yè), 48(3): 33—39

張 萌, 白 俊, 金 輝等, 2016. 不同地理群體的克氏原螯蝦形態(tài)差異多元分析. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(理科版), 40(2): 188—196

張龍崗, 楊 玲, 劉羽清等, 2014. 山東省克氏原螯蝦3個(gè)地理群體遺傳差異的RAPD分析. 長(zhǎng)江大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 11(17): 37—39

武小斌, 2017. 日本沼蝦4個(gè)野生群體形態(tài)學(xué)(體征)分析及遺傳多樣性研究. 保定: 河北大學(xué)碩士學(xué)位論文, 28—36

羅福廣, 李 斌, 羅平秀等, 2010. 中國(guó)沿海管角螺4個(gè)自然群體形態(tài)差異的比較. 中國(guó)海洋大學(xué)學(xué)報(bào), 40(3): 65—70

鄭 友, 胡火根, 唐建清等, 2014. 不同水域克氏原螯蝦群體的形態(tài)差異分析. 南昌大學(xué)學(xué)報(bào)(理科版), 38(1): 96—102

鄭朝臣, 姜 濤, 駱仁軍等, 2017. 不同產(chǎn)地中華絨螯蟹形態(tài)差異的地標(biāo)點(diǎn)法分析. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 41(12): 1896—1907

柳富榮, 2002. 克氏螯蝦的開(kāi)發(fā)前景及養(yǎng)殖技術(shù). 漁業(yè)現(xiàn)代化, (2): 23—25

侯 剛, 王學(xué)鋒, 朱立新等, 2014. 基于幾何形態(tài)測(cè)量學(xué)的4種金線(xiàn)魚(yú)矢耳石識(shí)別研究. 海洋與湖沼, 45(3): 496—503

侯 剛, 劉丹丹, 馮 波等, 2013. 基于地標(biāo)點(diǎn)幾何形態(tài)測(cè)量法識(shí)別北部灣4種白姑魚(yú)矢耳石形態(tài). 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 20(6): 1293—1302

姜 濤, 鄭朝臣, 黃洪輝等, 2018. 基于地標(biāo)點(diǎn)法的九龍江口和珠江口鳳鱭和七絲鱭耳石形態(tài)學(xué)特征比較. 南方水產(chǎn)科學(xué), 14(6): 10—16

黃 羽, 2012. 鄱陽(yáng)湖流域克氏原螯蝦的資源狀況及長(zhǎng)江中下游克氏原螯蝦遺傳多樣性研究. 南昌: 南昌大學(xué)碩士學(xué)位論文, 36—62

彭 剛, 劉偉杰, 李佳佳等, 2010. 長(zhǎng)江流域3個(gè)克氏原螯蝦野生群體遺傳結(jié)構(gòu)的微衛(wèi)星分析. 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 26(5): 1115—1117

彭 艷, 曾 燏, 張 臣等, 2018. 嘉陵江不同江段蛇鮈耳石形態(tài)特征及差異. 水產(chǎn)學(xué)報(bào), 42(12): 1896—1905

韓曉磊, 馬 強(qiáng), 李小蕊等, 2011a. 不同地區(qū)克氏原螯蝦群體的形態(tài)差異分析. 水生態(tài)學(xué)雜志, 32(3): 82—87

韓曉磊, 馬 強(qiáng), 李小蕊等, 2011b. 中國(guó)螯蝦科蝦類(lèi)(克氏原螯蝦和東北螯蝦)形態(tài)差異及判別分析. 中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào), 27(11): 61—65

蔡小娜, 張若楠, 李 陽(yáng)等, 2019. 地標(biāo)點(diǎn)法在夜蛾昆蟲(chóng)數(shù)字化分類(lèi)中的應(yīng)用研究. 環(huán)境昆蟲(chóng)學(xué)報(bào), 41(1): 106—112

蔡曉鵬, 游欣欣, 曾凡榮等, 2010. 中國(guó)沿海日本囊對(duì)蝦5個(gè)地理群體間形態(tài)差異比較分析. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué), 17(3): 478—486

Bergman D A, Moore P A, 2003. Field observations of intraspecific agonistic behavior of two crayfish species,and, in different habitats. The Biological Bulletin, 205(1): 26—35

Bookstein F L, 1986. Size and shape spaces for landmark data in two dimensions. Statistical Science, 1(2): 181—222

Gould S J, Woodruff D S, 1978. Natural history of Cerion VIII: Little Bahama Bank-A revision based on genetics, morphometrics, and geographic distribution. Bulletin of the Museum of Comparative Zoology, 148: 371—415

Paglianti A, Gherardi F, 2004. Combined effects of temperature and diet on growth and survival of young-of-year crayfish: A comparison between indigenous and invasive species. Journal of Crustacean Biology, 24(1): 140—148

Ramalho R O, Correia A M, Anastácio P M, 2008. Effects of density on growth and survival of juvenile Red Swamp Crayfish,(Girard), reared under laboratory conditions. Aquaculture Research, 39(6): 577—586

Rohlf F J, 1986. Relationships among eigenshape analysis, Fourier analysis, and analysis of coordinates. Mathematical Geology, 18(8): 845—854

Rohlf F J, Slice D, 1990. Extensions of the procrustes method for the optimal superimposition of landmarks. Systematic Zoology, 39(1): 40—59

IMAGE-BASED MORPHOMETRIC DISCRIMINATION OF CRAWFISH () FROM 5 HABITATS

TIAN Can1, LI Fei3, SU Sheng-Yan1, 2, TANG Yong-Kai2, LIU Bo2, YU Ju-Hua2, YU Fan2, LI Jian-Lin2, LI Hong-Xia2, SONG Chang-You2, WANG Mei-Yao2

(1. National Demonstration Center for Experimental Fisheries Science Education, Shanghai Ocean University, Shanghai 201306, China;2. Key Laboratory of Freshwater Fisheries and Germplasm Resources Utilization, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Freshwater Fisheries Research Center, Chinese Academy of Fishery Sciences, Wuxi 214081, China; 3. Key Laboratory of Healthy Freshwater Aquaculture, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Key Laboratory of Freshwater Aquaculture Genetic and Breeding of Zhejiang Province, Zhejiang Institute of Freshwater Fisheries, Huzhou 313001, China)

To understand the morphological differences ofin 5 habitats or populations of Jiangsu, Jiangxi, Hubei, Shanghai, and Henan in China, and to obtain rapid and effective morphological identification methods, traditional morphological measurement methods and landmark method were used to analyze the morphological differences among the five habitats. The results show that first, the relative warps principal component analysis showed that the cumulative contribution rates of the first three principal components for male and femalewere 79.96% and 67.21%, and those of the first three principal components by traditional morphological measurement were 76.77% and 82.70%, respectively. Both methods showed that the morphological differences are mainly reflected in the carapace and abdomen. Secondly, the five populations were clustered into two branches as shown in cluster analysis. The populations of Shanghai, Henan, Jiangxi, and Hubei were grouped into one, and the Jiangsu population were clustered into another one. Thirdly, the comprehensive discrimination accuracy of the landmark method for male and female populations was 100% and 94%, respectively, while that of the traditional method was 56% for all. In addition, there are some morphological differences inamong different habitats, and the landmark method could better distinguish them. This will be beneficial to the identification of the population and rapid acquisition of shape characteristics for the production and breeding of.

; landmark method; traditional morphometry; morphological difference; geographical origin

* 農(nóng)業(yè)部淡水漁業(yè)健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開(kāi)放課題, ZJK201915號(hào); 現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專(zhuān)項(xiàng), CARS-48號(hào); 江蘇省農(nóng)業(yè)科技自主創(chuàng)新資金項(xiàng)目資助, CX(17)2007-01號(hào)。田 燦, 碩士研究生, E-mail: 18838256118@163.com; 同等貢獻(xiàn)第一作者: 李 飛, 副研究員, E-mail: lifeibest1022@163.com

蘇勝?gòu)? 副研究員, E-mail: ouhaicourse@hotmail.com; 唐永凱, 副研究員, E-mail: tangyk@ffrc.cn

2020-03-14,

2020-05-21

Q954; S966.1

10.11693/hyhz20200300073