不同选育品系中华绒螯蟹形态特征的比较分析.pdf

doi:10.16446/j.fsti.20220700124 收稿日期:2022-07-24 作者简介:易鹏(1998),男,硕士研究生,主要从事河蟹养殖技术和良种培育研究。E-mail:1658719697 通信作者:吴旭干(1978),男,教授,主要从事水产动物营养繁殖学研究。E-mail:xgwu 项目资助:科技部国家重点研发计划项目(2022YFD2400702);江苏省科技厅苏北科技专项(SZ-YC202116);浙江省长兴县科技局农 业科技项目(2022N13)。不同选育品系中华绒螯蟹形态特征的比较分析易鹏1,2 范陈伟1,2 姜晓东1,2,3 吴旭干1,2(1 水产科学国家级实验教学示范中心,上海海洋大学,上海 201306;2 农业农村部淡水种质资源重点实验室,上海海洋大学,上海 201306;3 水产动物遗传育种中心上海市协同创新中心,上海海洋大学,上海 201306)摘 要:以不同选育品系(“江海 21”“长江 1 号”“诺亚 1 号”和“申江 1 号”)中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)为试验对象,通过单因素方差分析、逐步判别分析和主成分分析等方法对 4 个品系中华绒螯蟹的形态特征进行比较分析。结果显示:(1)单因素方差分析中,各品系雌、雄个体的 32 项形态特征指标均不存在显著性差异(P0.05);(2)逐步判别分析中,各品系雌、雄个体的判别准确率普遍较低,仅为 40%70%;(3)主成分散点图显示,各品系个体之间频繁交叉出现,主成分分析难以区别各品系的雌、雄成蟹个体。综合分析结果表明,中华绒螯蟹各品系之间的形态特征差异较小,难以将形态学特征作为鉴别各选育品系的特定指标。关键词:遗传选育;形态特征;多元分析 中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)俗称河蟹,是我国重要的经济蟹类,其肉质鲜美、营养品质高,深受消费者喜爱1-2。河蟹广泛分布于我国闽江、瓯江、长江、黄河、辽河和图们江等沿海水域,由于长期生存并隔离于自然环境和气候特征差异较大的不同流域中,河蟹的形态特征与各流域的地理条件和栖息环境相适应,因此各流域河蟹在头胸甲和附肢等部位的形态特征也表现出一定的差异3。得益于形态学研究的简便直观、低成本及非破坏性采样等优势,目前已有研究者通过描述性形态特征比较4-5、形态特征量化分析6-7及几何形态测量分析8等方法比较了不同流域河蟹的形态特征差异。对于同一水系的野生和养殖群体河蟹群体,由于自然环境和养殖环境在底质、水流、温度和食物等方面的差异,其形态特征也会出现差异,因此形态特征也被利用于野生和养殖群体河蟹的鉴别9-10。我国在河蟹的良种培育工作上已获得了一些成果,迄今已选育出“江海 21”“长江 1 号”“长江2 号”“光合 1 号”以及“金农 1 号”等多个新品种11。本课题组自 2010 年开展河蟹“2 龄早熟”品系的选育工作,该品系以长江水系养殖群体河蟹作为基础群体,以生殖蜕壳时间及性腺发育速度作为主要选育指标,同时兼顾生长性能和成活率,至 2020 年已完成连续 5 代选育12。目前市场上河蟹品系繁多,这给一些不良商户带来了契机,部分商户以普通品系冒充“2 龄早熟”品系,极大地破坏了市场规范性,因此亟须有效的方法对河蟹不同品系进行鉴别。鉴于此,本文综合利用单因素方差分析、逐步判别分析和主成分分析等812水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)2023,50(4)多元分析方法,系统研究不同选育品系河蟹的形态特征差异,拟建立行之有效的鉴别方法,为河蟹种质资源的保护和开发利用提供支持。1 材料和方法1.1 试验用蟹试验用蟹于 2020 年 12 月在长江流域不同的养殖池塘中采集,4 种不同品系河蟹包括“江海21”“长江 1 号”“诺亚 1 号”及本课题组拟申请的河蟹新品种“申江 1 号”(随机编号为品系 A、品系 B、品系 C、品系 D),具体采样信息见表 1。每种品系随机采集性成熟且四肢健全的雌、雄个体各 20 只。为避免测量时间差异导致的数据误差,所有成蟹采集后均保存于-40 冰箱,待所有样本采集齐全后再统一测量。表 1 不同品系养殖河蟹的样品采集信息品系采样地点体质量/g雄体雌体申江 1 号上海崇明167.9525.56127.087.86江海 21上海崇明169.9821.14144.8726.82长江 1 号江苏扬州161.4328.15110.477.70诺亚 1 号江苏常州142.165.39116.1518.921.2 形态测量本试验所采用的测量方法是参考李晨虹等6的方法,选取头胸甲、步足等部位的 30 个测量位点(见图 1)7,使用游标卡尺(型号:M200,上海精美量具厂生产,最大量程为 200 mm,精确度为 0.01 mm)测量 32 个可量性状。1.3 数据分析为校正规格差异对特征值的影响,将每只蟹的形态特征值除以体长(L),分析软件为 SPSS 26.00。此外,由于雌、雄成蟹的形态特征存在性别二态性,本研究将雌、雄个体的形态参数分开进行分析。单因素方差分析:Levene 法是单因素方差分析前的必要准备,需要使用该法对各个形态学指标的数据进行方差齐性检验,如果得出的数据与齐性方差存在较大的误差,需要采用平方根或反正弦处理百分比数据,采用单因素分析(one-way ANOVA)对 试 验 结 果 进 行 方 差 分 析,采 用Tukeys-b(K)法进行多重比较,采用双尾 T-test检查 4 个品系形态学指标间的差异性。当数据转换后仍不满足齐性方差条件时,采用 Games-How-ell 非参数检验多重比较。分析结果均以(平均值标准差)来表示。逐步判别分析:为探究 4 个品系形态特征的差异,需要将本试验各品系形态学的参数值进行逐步判别分析。优先选取判别贡献较高的形态特征参数值,构建相对照的判别公式,而后在每组中随机选取雌、雄个体各 10 只,测量其相应的形态特征指标后代入判别公式,并统计分析判别准确率。主成分分析:根据 4 个品系成蟹的形态指标进行主成分分析,从而得到各主成分的特征值和贡献率,并根据各组贡献率最大的第一主成分和第二主成分绘制主成分散点图。注:A1.11;A2.22;A3.33;A4.44;A5.55;A6.66;A7.77;B1.78;B2.79;B3.710;B4.711;C1.128;C2.129;C3.1210;C4.1211;L1.1314;L2.1315;L3.1514;S1.1218;S2.172;S3.173;S4.174;S5.175;S6.176;S7.177;T1.2324;T2.2526;T3.2930;T4.点 29 处的宽度;F1.1920;F2.2122;F3.2327;F4.2830。图 1 河蟹各测量点位置图2 结果2.1 形态学特征比较不同品系河蟹的形态特征指标差异情况见表 2。数据表明,各品系间的形态特征差异较小,所测的 32 个形态特征指标均不存在显著差异(P0.05)。9122023,50(4)水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)表 2 不同品系河蟹形态特征差异情况指标雄体品系 A品系 B品系 C品系 D雌体品系 A品系 B品系 C品系 DA1/L0.090.010.080.010.090.010.090.010.080.010.080.010.070.010.090.01A2/L0.260.010.230.050.250.020.250.010.250.010.240.010.250.010.240.02A3/L0.600.150.610.140.640.050.630.020.640.020.640.010.640.010.630.02A4/L0.920.010.930.020.930.090.920.020.940.070.930.050.920.010.910.01A5/L1.060.021.070.021.080.101.060.031.060.021.060.021.060.011.060.01A6/L1.130.021.140.041.150.101.130.031.130.021.130.021.120.021.090.06A7/L0.470.020.460.020.490.040.480.040.500.030.500.050.510.010.510.03B1/L0.640.010.650.020.630.060.630.010.620.010.630.010.620.010.620.01B2/L0.730.010.750.010.740.070.730.010.720.010.730.010.720.010.720.02B3/L0.860.020.880.010.880.090.860.010.850.010.870.010.860.010.850.01B4/L0.900.020.910.020.920.090.900.010.900.010.910.010.890.010.900.01C1/L0.290.010.310.020.300.040.300.020.280.010.290.010.280.010.280.02C2/L0.430.050.430.010.440.050.430.010.410.010.410.010.410.010.410.01C3/L0.560.040.600.080.600.060.590.020.560.010.560.010.560.010.550.01C4/L0.620.020.620.050.650.070.650.020.620.020.630.020.620.020.600.01L2/L0.560.010.550.010.570.050.560.010.560.020.550.010.560.010.560.02L3/L0.540.010.540.010.540.050.530.020.520.010.530.010.520.010.520.01S1/L0.560.010.580.020.580.060.570.020.560.010.560.010.560.010.560.01S2/L0.510.010.510.020.520.060.520.010.510.010.510.010.510.010.510.01S3/L0.480.010.490.030.490.050.490.010.480.010.480.020.480.010.490.01S4/L0.410.010.430.040.430.050.420.010.420.020.420.010.410.010.420.01S5/L0.350.010.370.040.360.030.350.010.360.010.350.010.350.010.370.04S6/L0.370.020.370.010.380.030.370.010.370.010.370.010.360.010.370.01S7/L0.590.020.600.060.590.050.580.010.580.020.600.020.590.010.580.01T1/L0.740.020.730.030.770.070.760.050.690.030.690.030.680.020.690.03T2/L0.510.020.500.020.530.050.520.030.500.010.480.020.480.020.500.02T3/L0.400.010.390.020.420.050.430.020.370.010.370.030.370.020.380.04T4/L0.070.010.070.010.070.010.060.010.060.010.060.010.060.010.060.01F1/L1.590.041.590.051.670.181.670.071.440.031.450.051.420.041.470.03F2/L1.990.061.990.071.990.091.990.061.850.051.870.061.870.061.880.06F3/L2.040.042.030.072.060.112.060.071.950.041.940.061.920.041.970.07F4/L1.620.031.620.051.650.101.670.081.540.041.530.071.520.051.550.042.2 判别分析为比较不同品系河蟹的形态特征差异情况,每种品系分别从 32 个测量性状中筛选出对判别贡献率较大的 4 个变量,建立判别方程用于各品系的初步判别(见表 3)。建立方程后,随机选取事先保存的试验蟹(每个品系取雌、雄各 10 只),测量相应的指标后,代入上述判别方程,对其所属品系进行判断。判别结果见表 4。品系 A、品系 B、品系 C、品系 D的各 10 只河蟹样本中,雄性个体的判别准确率分别为 70%、50%、60%和 60%,雌性个体的判别准确率分别为 60%、40%、50%和 50%;各品系的雄性群体相对于雌性群体而言,前者的判别准确率均高于后者;就雄性成蟹和雌性成蟹而言,品系 A的个体判别准确率较高,其余品系的个体判别准确率均低于该品系。因此,从整体上看,品系 A雌、雄个体的判别准确率高于其余品系。2.3 主成分分析对各组的形态学参数分别进行主成分分析,在主成分分析的过程中,通常将 60%看作是核定主成分切实可行数量的累计贡献率。由表 5 可见,本研究 4 个品系的雄性个体在第 4 主成分时,累计贡献率恰好超过 60%,而雌性个体在第 6 主成分时累计贡献率超过了 60%。022水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)2023,50(4)表 3 不同品系河蟹的判别方程品系判别方程雄体品系 A-4.66(A7/L)+3.88(C3/L)+123.1(S7/L)+79.61(T3/L)-165.38品系 B-6.89(A7/L)+4.76(C3/L)+124.81(S7/L)+81.39(T3/L)-170.62品系 C-7.56(A7/L)+4.35(C3/L)+123.4(S7/L)+83.91(T3/L)-168.25品系 D-7.88(A7/L)+0.29(C3/L)+127.79(S7/L)+83.12(T3/L)-174.00雌体品系 A9.36(C4/L)-0.31(S7/L)+76.88(T2/L)+25.87(F3/L)-120.37品系 B7.53(C4/L)+0.12(S7/L)+78.57(T2/L)+24.89(F3/L)-123.51品系 C7.16(C4/L)+1.55(S7/L)+78.84(T2/L)+28.04(F3/L)-120.95品系 D7.44(C4/L)-2.47(S7/L)+79.34(T2/L)+27.89(F3/L)-126.28表 4 不同品系河蟹成蟹的判别分类结果品种样品数雄体品系A品系B品系C品系D判别准确率/%雄体品系 A10720170.00品系 B10251250.00品系 C10116260.00品系 D10112660.00雌体品系 A10620260.00品系 B10241340.00品系 C10115350.00品系 D10122550.00表 5 主成分的特征值和贡献率主成分雄体特征值贡献率/%累计贡献率/%雌体特征值贡献率/%累计贡献率/%110.45232.66432.6647.26922.71422.71424.72914.77847.4423.86512.07934.79332.2457.01754.4593.0499.52844.32141.8895.90460.3632.6068.14352.46351.5524.84965.2122.3287.27659.73961.4124.41369.6251.8645.82565.56471.2473.89673.5211.4454.51570.079 根据品系 A、品系 B、品系 C 和品系 D 的形态特征数据的第一和第二主成分绘制散点图(见图 2)。从图 2 可见,4 个不同品系河蟹个体之间相互交织显现的频率很高,说明这 4 个品系成蟹的形态特征差异较小,形态特征趋同。图2 不同品系成蟹形态特征的第一和第二主成分散点图1222023,50(4)水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)3 讨论得益于科研工作者的不断探索,我国目前已经申报多个河蟹新品系,这些新品系主要是以上海和江苏等地的长江水系河蟹作为奠基品系选育而成的13。虽然总体上选育品系的经济性状要优于未选育品系,但由于奠基群体不同、选育策略各异,不同品系河蟹所表现出来的经济性状、知名度、品质及售价也往往存在显著差异。同时也正是由于不同选育品系河蟹和未选育品系河蟹在生长性状及价格上的较大差异,使得市场上部分商家以次充好,通过销售生长性状较差的河蟹来攫取高额利润,这对养殖户的切身利益造成了实质性的损害。因此,亟须探索出一种便捷高效的方法来辨别不同选育品系河蟹。目前广泛应用于甲壳动物形态特征鉴别的多元分析法具有同源性、便于检索收集试验数据、便于高效分析以及非致死等优点14。就河蟹而言,形态特征多元分析已成功应用于不同水系河蟹的鉴别3,15及同一水系不同来源河蟹的判别9。鉴于先前的相关判别研究成果,本研究综合使用形态特征多元分析方法来探究河蟹不同选育品系的形态学差异,以期为充分挖掘和利用长江水系河蟹资源提供科学的理论依据。本试验主要结果:单因素方差分析结果表明,各测量指标在不同品系之间均无显著差异;判别分析结果表明,4 个品系个体之间判别成功率较低;主成分分析结果表明,各品系个体主成分散点图重叠严重,不能形成相对独立的区域。这些结果均表明,4 个品系河蟹的形态学差异较小,很难通过传统的形态鉴别法进行区分。根据前人的研究结果,不同水系河蟹所生存的自然地理环境存在明显差别,因此在养殖性能、遗传特征及形态学等方面均存在较大分歧,其中又以形态特征最为直观6,16。由于不同水系河蟹分别受到生存环境和遗传因素的影响,一些池塘条件(如水温、流量、盐度、密度、食物等)均会对河蟹形态学产生显著影响,其表型差异同时也是特定环境条件下形态特征长期选择的结果7。姜晓东等8对选育后的河蟹进行了形态学分析,发现虽然养殖和野生种群河蟹亲本的形态学差异较大,但是在长江野生自然地理环境中,野生品系所独有的“额刺尖利、疣突鲜明、步足稍长”的形态特征在池塘养殖环境中养殖数代之后逐渐消失,说明野生河蟹在人工养殖条件下,其形态特征与养殖品系趋同。此外有研究表明,将存在形态差异的不同水系的河蟹放至同一池塘养殖条件下养成,其形态学差异逐渐消失,这同样表明在相同环境下河蟹形态特征的趋同17-18。本研究中,各品系河蟹在主成分散点图中频繁出现、相互重叠,或许表明不同品系河蟹的形态特征在长江流域相似的养殖条件下趋于一致。本研究通过对 4 种品系雌、雄成蟹的形态学测定、校正及多元分析,结果显示,各品系河蟹的形态特征并无显著差异,说明很难通过传统形态学鉴别方法来区分。基于地标点几何形态学测量方法的进一步研究将有助于不同品系河蟹的鉴别。参考文献1SUI L Y,ZHANG F M,WANG X M,et al.Genetic diversity and population structure of the Chinese mitten crab Eriocheir sinensis in its native rangeJ.Marine Biology,2009,156(8):1573-1583.2王武,王成辉,马旭洲.河蟹生态养殖M.2 版.北京:中国农业出版社,2013:59-84.3张列士,瞿纪军,汪东冬.长江、瓯江、辽河水系河蟹种群生态和形态特征及蟹种质量鉴别J.水产科技情报,2000,27(5):200-205.4唐伯平,陈立侨,周开亚,等.绒螯蟹触角形态特征及其在分类中的应用J.动物分类学报,2009,34(1):79-86.5张列士,姜治忠,李军.日本绒螯蟹与不同水系中华绒螯蟹的形态比较J.上海水产大学学报,2002(2):110-113.6李晨虹,李思发.中国大陆沿海六水系绒螯蟹(中华绒螯蟹和日本绒螯蟹)群体亲缘关系:形态判别分析J.水产学报,1999(4):337-342.7JIANG X D,WU X G,WANG H N,et al.Can morphological characters be used to identify the pond-reared offspring of wild Chinese mitten crabs,Eriocheir sinensis,from different basins?J.Crustaceana,2019,92(8):957-978.8姜晓东,成永旭,潘建林,等.基于地标点几何形态测量法区分不同水系野生中华绒螯蟹J.中国水产科学,2019,26(6):1116-1125.9姜晓东,吴旭干,何杰,等.遗传选育对野生和养殖中华绒螯蟹蟹种形态学特征的影响J.水产学报,2018,42(8):1285-1298.10曹侦,冯广朋,庄平,等.长江中华绒螯蟹洄游群体与养殖群体形态差异分析J.淡水渔业,2013,43(6):3-7.11中华人民共和国农业部.中华人民共和国农业部公告 第222水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)2023,50(4)2515 号J.中华人民共和国农业部公报,2017(5):55.12 JIANG X D,WANG H N,CHENG Y X,et al.Growth performance,gonad development and nutritional composition of Chinese mitten crab Eriocheir sinensis selected for growth and different maturity 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University,Shanghai 201306,China)Abstract:Taking the selected strains of Chinese mitten crabs Eriocheir sinensis in the Yangtze River as the experi-mental object,the morphological characteristics of crabs from different strains were compared by one-way analysis of variance(ANOVA),stepwise discriminant analysis(SDA)and principal component analysis(PCA).The results showed that:(1)In one-way ANOVA,no significant difference was detected in morphological characteristics of crabs from different strains;(2)In SDA,the discrimination accuracy of crabs from different strains was generally low,only 40%-70%;(3)In PCA,the scatter plots showed that the crabs from different strains were not well distin-guished from each other.In conclusion,due to less differences among morphological characteristics of crabs from different strains,the morphological characteristics cannot be used as reliable indicators to distinguish E.sinensis from these strains.Key words:selective breeding;morphological characteristics;multivariate analysis3222023,50(4)水产科技情报(Fisheries Science&Technology Information)