趙年樺，曹希全，趙 賀，魏 杰，聶竹蘭，沈建忠

(1.塔里木大學(xué)動(dòng)物科學(xué)學(xué)院，新疆阿拉爾市 843300； 2.新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木畜牧科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾市 843300； 3.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)水產(chǎn)學(xué)院，武漢 430070； 4.塔里木珍稀魚(yú)類(lèi)中心，新疆阿拉爾市 843300)

寬口裂腹魚(yú)(Schizothoraxeurystomus)隸屬于鯉科(Cyprinidae)裂腹魚(yú)亞科(Schizothoracinae)裂腹魚(yú)屬(Schizothorax)，分布于塔里木河水系，是新疆土著魚(yú)類(lèi)之一[1]。近年來(lái)寬口裂腹魚(yú)的棲息地不斷遭到破碎，其種群數(shù)量明顯減少，目前已臨近瀕危[2]。關(guān)于寬口裂腹魚(yú)的研究集中于資源分布調(diào)查[3-5]、遺傳進(jìn)化[6-10]和人工繁殖技術(shù)[11-12]，尚未見(jiàn)有關(guān)寬口裂腹魚(yú)形態(tài)學(xué)的相關(guān)報(bào)道，其地理群體間的形態(tài)差異研究亦未見(jiàn)報(bào)道。

生物在面對(duì)異質(zhì)生境時(shí)，自身的形態(tài)、結(jié)構(gòu)以及生理生化功能會(huì)產(chǎn)生適應(yīng)性進(jìn)化反應(yīng)，這一過(guò)程稱(chēng)為生態(tài)適應(yīng)[13-14]。形態(tài)表型差異是生物生態(tài)適應(yīng)最直接的外在表現(xiàn)，其中在魚(yú)類(lèi)中普遍存在[15]。魚(yú)類(lèi)形態(tài)學(xué)性狀的分化，是與魚(yú)類(lèi)生活環(huán)境條件密切相關(guān)的，如朱崗倩等[16]對(duì)舟山、汕頭和北海少鱗鱚(Sillagojaponica)群體的外部形態(tài)特征進(jìn)行比較分析，發(fā)現(xiàn)3個(gè)地理少鱗鱚群體在外部形態(tài)上出現(xiàn)了一定程度的分化，各群體差異主要集中于軀干上部和尾部，推測(cè)形態(tài)的差異與其生存的地理環(huán)境條件有關(guān)；周彥峰等[17]對(duì)太湖、洪澤湖、黑龍江連環(huán)湖和吉林石頭口門(mén)水庫(kù)的4個(gè)大銀魚(yú)(Protosalanxhyalocranius)地理群體進(jìn)行比較分析發(fā)現(xiàn)，不同地理群體間已經(jīng)產(chǎn)生一定程度的形態(tài)差異，認(rèn)為形態(tài)差異的產(chǎn)生與湖體中餌料生物的群落結(jié)構(gòu)有密切聯(lián)系。

傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)分析主要是可數(shù)和可量性狀的比較，局限于種間及種上水平，而在同一物種不同地理種群間的鑒定方面缺乏說(shuō)服力，也不能體現(xiàn)形態(tài)變化的空間格局?？蚣芊?Truss network)[18]，即在生物體上選取具有代表性和標(biāo)志性的坐標(biāo)點(diǎn)并連接成線，采用幾何方法描述生物體形態(tài)特征，可以有效地判別魚(yú)類(lèi)群體水平上的形態(tài)差異，使魚(yú)類(lèi)群體形態(tài)學(xué)研究變得更加詳細(xì)可靠。本研究根據(jù)可量性狀，采用非參數(shù)檢驗(yàn)、主成分分析、聚類(lèi)分析等多元統(tǒng)計(jì)方法，對(duì)托什干河(Toxkan River,TR)、塔什庫(kù)爾干河(Tashkurgan River,TAR)、渭干河(Weigan River,WR)3個(gè)不同地理群體65尾寬口裂腹魚(yú)形態(tài)差異進(jìn)行比較分析，為研究不同地理群體寬口裂腹魚(yú)的形態(tài)差異提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)為新疆裂腹魚(yú)類(lèi)基礎(chǔ)生物學(xué)研究提供一定參考資料。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

于2016年分別在TR、TAR、WR采集寬口裂腹魚(yú)樣本，共計(jì)65尾，均為成體魚(yú)，如表1所示。

表1 寬口裂腹魚(yú)樣品信息Tab.1 Sample information of S.eurystomus

1.2 測(cè)量方法

現(xiàn)場(chǎng)使用游標(biāo)卡尺和電子天平測(cè)量寬口裂腹魚(yú)傳統(tǒng)形態(tài)特征(游標(biāo)卡尺精確到0.02 mm，電子天平精確到0.1 g)：全長(zhǎng)(TL)、體重(BW)、體長(zhǎng)(BL)、體高(BD)、體寬(BW)、頭長(zhǎng)(HL)、頭高(HD)、口寬(MB)、眼后頭長(zhǎng)(HBE)、眼徑(ED)、吻須(SB)、頜須(JB)、尾柄長(zhǎng)(CPL)、尾柄高(DCP)。并在樣本形態(tài)結(jié)構(gòu)上選取12個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，坐標(biāo)點(diǎn)如圖1所示。

圖1 寬口裂腹魚(yú)測(cè)量位點(diǎn)Fig.1 Mark points for measurement of S.eurystomus

通過(guò)將坐標(biāo)點(diǎn)兩兩連線得出框架距離如圖2所示。

用肉眼直接計(jì)數(shù)背鰭鰭條、胸鰭鰭條、腹鰭鰭條、臀鰭鰭條，將魚(yú)體解剖后對(duì)脊椎骨數(shù)、內(nèi)外鰓耙行數(shù)等可數(shù)性狀進(jìn)行計(jì)數(shù)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2020初步統(tǒng)計(jì)所有樣本7個(gè)可數(shù)變量、13個(gè)傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)特征數(shù)據(jù)及20個(gè)形態(tài)框架數(shù)據(jù)。為消除樣本個(gè)體大小差異對(duì)形態(tài)特征的影響，將以上除TL和BL外31個(gè)形態(tài)數(shù)據(jù)與其BL的比值作為形態(tài)度量分析的性狀值，從而得到31個(gè)形態(tài)比例性狀參數(shù)。使用SPSS 26.0軟件中的非參數(shù)檢驗(yàn)對(duì)不同種群間寬口裂腹魚(yú)外部形態(tài)特征的顯著性差異進(jìn)行比較[19]。運(yùn)用SPSS 26.0軟件對(duì)寬口裂腹魚(yú)的形態(tài)比例參數(shù)進(jìn)行主成分分析，分別計(jì)算各主成分的貢獻(xiàn)率及其累計(jì)貢獻(xiàn)率并繪制主成分散點(diǎn)圖，進(jìn)一步采用Origin 2019繪制得分系數(shù)圖，確定其形態(tài)分化情況[20]。使用SPSS 26.0中的歐式最短距離聚類(lèi)分析法對(duì)托什干河、塔什庫(kù)爾干河、渭干河3個(gè)不同地理的寬口裂腹魚(yú)群體進(jìn)行聚類(lèi)分析并繪制聚類(lèi)分析圖[21]，通過(guò)分析結(jié)果探討群體間的差異性及關(guān)聯(lián)性。

圖2 寬口裂腹魚(yú)框架圖Fig.2 Truss network of distance measurement of S.eurystomus

2 結(jié)果

2.1 可數(shù)變量

表2是寬口裂腹魚(yú)群體在形態(tài)學(xué)可數(shù)性狀方面的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。背鰭鰭條、腹鰭鰭條、臀鰭鰭條3個(gè)性狀上3條河群體數(shù)值一致；在脊椎骨數(shù)、鰓耙外行數(shù)、鰓耙內(nèi)行數(shù)3個(gè)性狀上3條河群體數(shù)值基本相當(dāng)；三個(gè)群體的分節(jié)特征值在胸鰭鰭條性狀上均存在一定的交叉，但WR群體胸鰭條數(shù)少于其他2個(gè)群體。

表2 寬口裂腹魚(yú)分節(jié)特征比較(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.2 Comparison of meristic counts of S.eurystomus(Mean±SD)

2.2 非參數(shù)檢驗(yàn)

對(duì)31個(gè)比例性狀進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，3個(gè)地理寬口裂腹魚(yú)群體間有12個(gè)比例性狀存在極顯著差異(P<0.01，表3)，差異主要體現(xiàn)在頭部、軀干部和尾部特征。

表3 寬口裂腹魚(yú)3個(gè)群體的形態(tài)比例性狀描述統(tǒng)計(jì)值(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差)Tab.3 Descriptive statistics of morphological proportional traits for three populations of S.eurystomus (Mean±SD,P=0.05)

續(xù)表3

2.3 主成分分析

對(duì)3個(gè)群體寬口裂腹魚(yú)31個(gè)形態(tài)學(xué)比例性狀進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示：31個(gè)形態(tài)學(xué)比例性狀在類(lèi)群間存在極顯著差異，KMO度量值為0.644，所選變量均適合于因子分析[22]。主成分分析結(jié)果表明前9個(gè)主成分(特征值大于1)累積貢獻(xiàn)率為73.089 %；前3個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率為44.597 %；其中第一主成分貢獻(xiàn)率為22.277 %，第二主成分貢獻(xiàn)率為13.424 %，第三主成分貢獻(xiàn)率為8.896 %(表4)。其中前3個(gè)主成分可基本反應(yīng)綜合指標(biāo)所隱含的信息，故選用前3個(gè)主成分構(gòu)建散點(diǎn)圖。

表4 寬口裂腹魚(yú)3個(gè)群體前9個(gè)主成分特征值和貢獻(xiàn)率Tab.4 Initial eigenvalues and contribution ratio of the first nine principal components for three populations of S.eurystomus

其中第一主成分起主要作用的是K1/BL、K2/BL、K9/BL和SB/BL，可反映頭部特征；第二主成分起主要作用的是K13/BL、HD/BL、DCP/BL和BW/BL，反映了軀干特征；第三主成分起主要作用的是HBE/BL、HL/BL、K20/BL和K4/BL，反映了頭部-尾部特征(圖3)。根據(jù)前3個(gè)主成分構(gòu)建的散點(diǎn)圖顯示(圖4)，3個(gè)群體不同個(gè)體之間有個(gè)體發(fā)生重疊，3個(gè)種群并未形成明顯的獨(dú)立組群。

圖3 PC1、PC2和PC3得分系數(shù)Fig.3 Scoring coefficient of PC1,PC2 and PC3

圖4 寬口裂腹魚(yú)3個(gè)群體第1、2、3主成分散布情況Fig.4 Distribution of PC1,PC2 and PC3 for three populations of S.eurystomus

2.4 聚類(lèi)分析

從寬口裂腹魚(yú)3個(gè)地理群體間的歐式距離可以看出(表5)：TR群體和TAR群體形態(tài)較為接近，兩者之間的歐式距離最短，僅為0.011；TR群體和WR群體形態(tài)差異較大，兩者之間的歐式距離為0.088。聚類(lèi)分析結(jié)果顯示TR群體和TAR群體首先聚為一支，然后WR群體與其他2個(gè)群體聚類(lèi)(圖5)。

表5 寬口裂腹魚(yú)3個(gè)地理群體間的歐式距離Tab.5 Euclidean distance among three geographical populations of S.eurystomus

圖5 由歐式距離產(chǎn)生的寬口裂腹魚(yú)3個(gè)群體的聚類(lèi)分析圖Fig.5 Cluster analysis of three populations of S.eurystomus in the Euclidean distance

3 討論

由于生存環(huán)境或群體所處的生活史周期不同，生物個(gè)體在形態(tài)結(jié)構(gòu)上表現(xiàn)出差異，結(jié)合形態(tài)信息可以有效開(kāi)展魚(yú)類(lèi)種質(zhì)鑒定和群體判別分析研究。1982年Strauss等[18]提出框架系統(tǒng)分析方法在反映形態(tài)差異方面比傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)分析方法更有效。王瑩瑩等[23]、蒙彥曉等[24]、胡俊儀等[25]將傳統(tǒng)形態(tài)學(xué)分析和框架分析相結(jié)合，成功地應(yīng)用龍頭魚(yú)(Harpadonnehereus)、秦嶺細(xì)鱗鮭(Brachymystaxlenoktsinlingensis)和麥穗魚(yú)(Pseudorasboraparva)等魚(yú)類(lèi)種下群體間的形態(tài)進(jìn)行判別分析。本研究基于多變量形態(tài)學(xué)度量方法，采用多元數(shù)理統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)31個(gè)形態(tài)比例性狀參數(shù)進(jìn)行分析，探討3個(gè)寬口裂腹魚(yú)群體間的形態(tài)差異，以期為寬口裂腹魚(yú)不同地理群體的識(shí)別和種質(zhì)資源的保護(hù)提供基礎(chǔ)資料。

研究結(jié)果顯示多元分析方法所得結(jié)果基本一致。對(duì)31個(gè)比例性狀進(jìn)行非參數(shù)檢驗(yàn)，3個(gè)地理寬口裂腹魚(yú)群體間有12個(gè)比例性狀存在極顯著差異，差異主要體現(xiàn)在頭部、軀干部和尾部特征。主成分分析結(jié)果表明，寬口裂腹魚(yú)不同地理群體之間的主成分分布均存在不同程度的重疊區(qū)域，表明了其群體間存在著一定的差異，這種形態(tài)差異很大程度上是由頭部和軀干部的可量形狀引起的。聚類(lèi)分析的親疏關(guān)系譜系圖顯示，托什干河和塔什庫(kù)爾干河群體遺傳距離最短，形態(tài)最為接近。這一結(jié)果與非參數(shù)檢驗(yàn)和主成分分析結(jié)果一致，3種方法是從不同角度去分析存在的差異，表現(xiàn)差異的程度不同，所以它們不能相互替代，但可以相互印證。

形態(tài)特征受到遺傳因子和環(huán)境因子共同影響，是遺傳和環(huán)境、結(jié)構(gòu)基因和調(diào)控基因綜合作用的結(jié)果[16]。而相比其他脊椎動(dòng)物，魚(yú)類(lèi)形態(tài)更易受到環(huán)境的影響[26]。研究結(jié)果顯示托什干河群體和塔什庫(kù)爾干河群體的形態(tài)特征最為接近，這可能是由于2個(gè)地理群體具有相似的地理環(huán)境，均屬于溫帶大陸性干旱氣候類(lèi)型，且都由冰川融水補(bǔ)給[27-28]。采樣時(shí)發(fā)現(xiàn)兩河都為石礫底質(zhì)且水流速均湍急，推測(cè)兩條河中餌料生物的群落結(jié)構(gòu)特征存在一定的相似之處。渭干河曾經(jīng)是塔里木河支流之一，但由于環(huán)境破壞，渭干河斷流，目前已經(jīng)無(wú)水注入塔里木河[29]。經(jīng)調(diào)查，渭干河每年在克孜爾水庫(kù)泄洪后就基本無(wú)水，魚(yú)類(lèi)資源枯竭，蓄水后魚(yú)類(lèi)數(shù)量也得不到大量補(bǔ)充，導(dǎo)致渭干河長(zhǎng)期無(wú)法與其他河流進(jìn)行生物信息交流，這可能造成了渭干河群體單獨(dú)聚為一支。

形態(tài)學(xué)測(cè)量目前在魚(yú)類(lèi)種群鑒定和遺傳差異比較方面得到廣泛應(yīng)用[30-31]。形態(tài)學(xué)測(cè)量方法十分直觀，容易掌握，但是當(dāng)魚(yú)類(lèi)個(gè)體差異較小時(shí)，可能會(huì)產(chǎn)生錯(cuò)誤。魚(yú)類(lèi)形態(tài)差異也有可能受到遺傳因子和環(huán)境條件的影響[32]，所以為了進(jìn)一步探究3個(gè)地理群體之間的差異，還需要結(jié)合生態(tài)學(xué)資料，采用分子生物學(xué)方法做更深入的探討。