摘 要： 确定影响克氏原螯虾体重的主要形态性状, 以期为克氏原螯虾的亲本选育、形态辅助育种提供理论基础。选取了350尾雌性克氏原螯虾和302尾雄性克氏原螯虾, 分别测量其体重 (Y) 、全长 (X1) 、头胸甲长 (X2) 、头胸甲宽 (X3) 、腹节总长 (X4) 、第一腹节长 (X5) 和第一腹节宽 (X6) 。以体重为因变量形态性状为自变量, 采用相关分析、多元回归分析和通径分析, 计算了雌雄克氏原螯虾各性状间的相关系数, 通径系数和决定系数。相关分析结果显示, 雌雄克氏原螯虾各性状间相关性皆达到了极显着水平 (P<0.01) ;多元回归分析中, 剔除了不显着的形态性状, 建立的多元回归方程分别为Y雌=-34.689+10.629X2+6.479X3+0.803X1, Y雄=-33.413+5.727X2+6.770X3+2.043X1+3.045X6;通径分析结果表明, 头胸甲长在雌性克氏原螯虾中对体重的直接作用最大, 其次是全长和头胸甲宽, 全长和头胸甲宽通过头胸甲长对体重的间接作用较大。在雄性中, 也是头胸甲长的直接作用最大, 其次是全长和头胸甲宽以及第一腹节宽, 第一腹节宽通过头胸甲长、宽和全长对体重的间接作用最大。
关键词： 克氏原螯虾; 形态性状; 相关分析; 多元回归分析; 通径分析;
Abstract： To provide a theoretical basis for parent breeding and morphological assisted breeding of Procambarus clarkii, the main morphological traits affecting the body weight of P. clarkii are determined. A total of 350 female and 302 male P. clarkii are selected, and their weight (Y) , full length (X1) , carapace length (X2) , carapace width (X3) , abdomen length (X4) , first abdomen length (X5) and first abdomen width (X6) are measured respectively. The body weight is used as dependent variable, and the morphological traits are used as independent variable. The correlation analysis, multiple regression analysis and path analysis are conducted to calculate the correlation coefficients, path coefficients and decision coefficients among morphological traits of P.clarkii. The correlation analysis showed that all the correlations were highly significant among the traits of the female and male P. clarkii (P<0.01) . In multiple regression analysis, the morphological traits which did not reach the extremely significant level were eliminated and the multiple regression equations were presented as Y=-34.689+10.629 X2+6.479 X3+0.803 X1 in female P. clarkii and Y=-33.413+5.727 X2+6.770 X3+2.043 X1+3.045 X6 in male P. clarkii. The results of the path analysis indicated that the carapace length had the greatest direct effect on body weight of female P. clarkii, followed by the full length and carapace width which mainly affectedbodyweightindirectlythroughthecarapacelength.ForthemaleP.clarkii, thecarapacelengthalsohadthe greatestdirect effect on weight, followed by the full length, carapace width, the first abdomen width and the first abdomen width which had the largest indirect effect on weight through the carapace length, carapace width and the full length.
Keyword： Procambarus clarkii; morphological traits; correlation analysis; multiple regression analysis; path analysis;
0、 引言
克氏原螯虾 (Procambarus clarkii) 是淡水螯虾的一个种, 在动物分类学上隶属于十足目 (Decapoda) 、螯虾亚目 (Astacidea) 、蝲蛄科 (Cambaridae) 、原螯虾属 (Procambarus) [1]。克氏原螯虾在中国广泛分布于江苏、安徽、浙江、江西、湖北、台湾等20多个省、市、自治区[2], 常见于湖泊、沟渠、沼泽和稻田等水域[3]。因其虾肉味道鲜美, 营养价值高而具有巨大的经济价值[4]。据《2017中国渔业统计年鉴》统计, 克氏原螯虾2016年产量为850000 t, 较2015年增幅达17.85%。但近年来, 病害、近亲繁殖以及生存环境的污染给克氏原螯虾的养殖带来了严重的威胁[5], 因此有必要选育具有优质性状的克氏原螯虾。
目前, 关于克氏原螯虾的研究, 主要集中在病害、养殖、营养及入侵生物学等方面[6,7,8,9], 形态学上的研究近年才开始, 且形态学的研究主要集中在种内不同群体的形态差异上[10,11,12,13,14], 有关形态性状与体重的相关性研究鲜有报道。体重是遗传育种和苗种繁育的重要依据, 是选育优质品种最直接的目标性状之一[15], 但在实际选育过程中, 仅仅依靠体重进行选育还不够准确, 因此需要其他形态性状进行间接选择, 以便于选择出具有选育潜力的克氏原螯虾。本研究分别测量了350尾雌性克氏原螯虾和302尾雄性克氏原螯虾的性状参数, 分析了形态性状与体重的相关性, 建立了主要形态性状与体重的多元回归方程, 旨在为克氏原螯虾的亲本选择和形态辅助育种提供理论依据。
1、 材料与方法
1.1、 实验材料
本研究所用实验材料为从四川, 重庆, 湖北, 湖南, 江西, 河南, 安徽, 江苏, 浙江以及上海等地采集的形态完整 (如螯肢、腹肢完整且对称) 的野生克氏原螯虾共652尾, 其中雌性350尾, 雄性302尾。
1.2、 实验方法
1.2.1 、测量方法
用游标卡尺测量每尾克氏原螯虾的全长 (X1) 、头胸甲长 (X2) 、头胸甲宽 (X3) 、腹节总长 (X4) 、第一腹节长 (X5) 和第一腹节宽 (X6) , 精度为0.01 mm, 测量位点见图1。用吸水纸擦干克氏原螯虾表面后, 用电子天平称量体重 (Y) , 精度为0.01 g。
图1 克氏原螯虾形态测量位点
X1.全长;X2.头胸甲长;X3.头胸甲宽;X4.腹节总长;X5.第一腹节长;X6.第一腹节宽
1.2.2、 分析方法
用EXCEL对克氏原螯虾各性状测量数据进行初步整理, 得到平均值、标准差和变异系数, 获得各性状参数统计量。运用SPSS 23.0对各性状间进行相关分析, 采用多元回归分析剔除掉对体重性状不显着的形态性状, 对显着的形态性状进行通径分析并计算决定系数。
相关系数r的计算见公式 (1) 。通径系数Pi的计算见公式 (2) 。单一自变量和2个变量对因变量的决定系数分别见公式 (3) 、 (4) 。
其中, bxi为自变量偏回归系数, σxi为自变量的标准差, σy为因变量的标准差。
2、 结果与分析
2.1 、各性状参数统计量
克氏原螯虾各性状的平均值、标准差及变异系数如表1, 可见雌性在各性状参数的平均值上均略大于雄性。雌雄克氏原螯虾性状变异系数皆为体重>第一腹节宽>腹节总长, 雌雄克氏原螯虾体重性状的变异系数分别为44.81%和39.36%, 表明克氏原螯虾的重量性状的选择潜力远大于其他形态性状。
表1 克氏原螯虾各性状参数统计量
2.2、 对体重性状的正态检验
对雌雄克氏原螯虾的体重性状进行正态性检验, 本研究中雌雄克氏原螯虾的样本量均大于40, 属于大样本, 因此采用Kolmogorov-Smirnov Test对体重性状进行检验, 结果显示雌雄克氏原螯虾体重性状的统计量分别为0.044和0.046, 显水平分别为Sig.=0.184>0.05和Sig.=0.200>0.05 (表2) , 所以雌雄克氏原螯虾的体重性状Y均服从正态分布, 可以进行相关性分析和回归分析。
2.3、 各性状间的相关分析
克氏原螯虾各性状间的相关分析结果显示雌雄克氏原螯虾各性状间均呈极显着相关 (P<0.01) (表3) 。其中各形态性状与体重性状的相关性中, 雌雄克氏原螯虾结果一致, 均为头胸甲长>全长>头胸甲宽>第一腹节宽>腹节总长>第一腹节长。从相关强度上看[16], 雌性中所有形态性状与体重性状呈高度相关 (0.8<r<1) ;雄性中, 头胸甲长、全长和头胸甲宽与体重呈高度相关 (0.8<r<1) , 第一腹节宽、腹节总长和第一腹节长与体重呈显着相关 (0.5<r≤0.8) 。相关性分析表明所选取克氏原螯虾的形态性状的变化能引起体重性状变化, 具有实际意义。
2.4、 形态性状与体重性状的回归分析
以体重为因变量, 形态性状为自变量, 运用SPSS23.0进行逐步回归分析, 参照显着性检验结果 (表4) 。在雌性的回归分析中, 剔除了腹节总长 (X4) 、第一腹节长 (X5) 和第一腹节宽 (X6) ;在雄性的回归分析中, 剔除了腹节总长 (X4) 和第一腹节长 (X5) 。建立的雌雄克氏原螯虾形态性状与体重性状的最优回归方程如下:
表2 克氏原螯虾体重正态检验
表3 克氏原螯虾各性状间相关系数
注:**表示极显着水平 (P<0.01) , 对角线上方为雌性克氏原螯虾各性状间相关系数, 对角线下方为雄性克氏原螯虾各性状间相关系数。
形态性状与体重性状回归的方差分析是对回归方程显着性的检验, 雌性显着性检验的F值为1021.543, 显着性水平为0.000;雌性显着性检验的F值为369.478, 显着性水平为0.000 (表5) , 表示回归线型整体解释变异量达到显着水平, 所建立的回归方程成立。
2.5 、主要形态性状对重量性状的通径分析
在回归分析剔除差异不显着的形态性状之后, 可得到形态性状对体重性状的相关系数和通径系数, 并计算得到间接通径系数 (表6) 。
在雌性中, 头胸甲长的直接作用最大, 其次是头胸甲宽, 直接作用最小的是全长;间接作用中, 头胸甲宽和全长的间接作用较大, 且头胸甲宽和全长通过头胸甲长的间接作用远比通过其他性状的间接作用大。因此, 头胸甲长是影响雌性克氏原螯虾体重最重要的一个因素。
表4 克氏原螯虾形态性状与体重性状的回归系数检验
表5 克氏原螯虾表型与体重性状回归分析的方差分析
表6 形态性状对重量性状的通径分析
在雄性中, 头胸甲长的直接作用最大, 其次是全长、头胸甲宽和第一腹节宽;间接作用中, 第一腹节宽的间接作用最大, 其次是全长、头胸甲宽和头胸甲长, 第一腹节宽通过头胸甲长、宽和全长起作用, 但头胸甲长、宽和全长通过第一腹节长起的作用却非常小。可见影响雄性克氏原螯虾体重性状的形态性状中, 头胸甲长、宽和全长是非常重要的因素。
2.6 、形态性状对体重性状的决定程度
决定系数能够反应形态性状对体重性状的影响程度, 在雌性中, 单一性状对体重性状决定程度最高的是头胸甲长, 其次是头胸甲宽;共同决定程度中, 头胸甲长和其他性状的共同决定程度高于其他性状间的共同决定程度 (表7) , 说明头胸甲长对雌性体重性状有重要影响。
在雄性中, 在单一性状决定程度最高的也是头胸甲长, 其次是全长、头胸甲宽和第一腹节宽;共同决定程度中同雌性一样, 也是头胸甲长的决定程度最大, 说明头胸甲长在雄性克氏原螯虾中对体重性状也有着重要影响 (表7) 。
表7 形态性状对体重的决定系数
注:对角线上的数值表示单一性状对体重的决定系数, 非对角线上的数值表示两性状对体重的决定系数。
3、 讨论与结论
3.1、 影响克氏原螯虾体重主要形态性状的确定
相关分析是两变量相关性的综合体现, 其不仅包含变量的直接作用, 也包含了其他变量的间接影响, 因此, 单独的相关分析带有一定的片面性[17]。多元回归分析可以剔除对因变量不显着的自变量, 以消除变量间的混淆。通径分析具有相关分析和多元回归分析的优点, 并能有效克服它们的不足, 可真实反应自变量与因变量的关系。并且通径分析可区分出直接作用和间接作用, 能够全面的反应变量间的关系。
相关分析表明雌雄克氏原螯虾各形态性状与体重性状表现出高度相关, 但通径分析结果显示, 头胸甲长对雌性克氏原螯虾的体重直接影响最大, 其次为头胸甲宽和全长, 雄性也是头胸甲长对体重的直接影响最大, 其次为全长、头胸甲宽和第一腹节宽, 其它形态性状对雌雄克氏原螯虾体重的影响很小。张小谷等[18]对克氏原螯虾形态与体重关系分析的结果表明, 全长、头胸甲长和头胸甲宽是影响雌性克氏原螯虾体重的重要因素, 全长和头胸甲宽是影响雄性克氏原螯虾体重的重要因素。张敏莹等[19]对太湖秀丽白虾的通径分析指出影响太湖秀丽白虾体重的主要形态是体长、腹长和额剑长;刘凯等[20]认为全长、体长和第二步足长是影响长江下游日本沼虾体重的主要因素。张成松等[21]的研究表明, 体长、头胸甲宽、头胸甲高和第一腹节宽是影响脊尾白虾体质量的主要自变量。本研究的结果与张小谷的研究结果基本一致, 与张敏莹、刘凯和张成松等的研究结果存在差异, 主要原因可能是不同种类的虾形态上存在差异。
3.2、 所采样品及克氏原螯虾性别对实验结果的影响
克氏原螯虾入侵中国已有数十年, 在这数十年的繁衍与迁徙中, 克氏原螯虾受到不同水域气候、水环境等因素的影响, 不同地区的克氏原螯虾在形态上可能会有所不同。因此, 本研究所采克氏原螯虾来自全国不同水域, 包括长江水系上游干流、长江水系中游支流、长江水系下游支流、鄱阳湖、洞庭湖、太湖和梁子湖等, 采样地点覆盖中国10个省的23个市、县, 尽可能多的收集不同地区克氏原螯虾的形态特征, 以期全面、准确的反应克氏原螯虾各形态性状与体重的关系。当然, 多个克氏原螯虾种群可能也是与上述其它研究者结果存在差异的原因之一。
在虾类形态与体重的相关研究中, 大多数都忽略掉了雌雄之间的形态差异[19,22,23,24,25]。但是, 有研究[10,11,12,26]表明雌雄形态的主成分和个体判别方程有所不同, 说明雌雄形态可能存在差异, 这种差异可能会导致影响雌雄克氏原螯虾体重的形态性状产生差异。本研究中, 将克氏原螯虾分为雌雄2个群体进行实验, 以此消除雌雄形态差异带给实验结果来的影响。实验结果表明影响雌雄克氏原螯虾体重的形态性状确实存在差异:影响雌性克氏原螯虾体重的形态性状中头胸甲长>头胸甲宽>全长, 而在雄性中是头胸甲长>全长>头胸甲宽>第一腹节宽, 由此可以看出影响雌雄克氏原螯虾体重最重要的因素是头胸甲长, 但第二重要因素雌雄却相反, 此外第一腹节宽对雄性克氏原螯虾有明显影响, 但在雌性中却表现不明显。
3.3 、需要进一步研究的问题
通径分析时, 一般认为相关指数R2或者两两性状决定系数的总和大等于0.85时, 才算找到了影响因变量的主要自变量。在本研究中, 雌性克氏原螯虾全长、头胸甲长和头胸甲宽对体重的相关指数为0.898, 因此可以认为这3个性状是影响雌性克氏原螯虾的主要性状;雄性克氏原螯虾全长、头胸甲长、头胸甲宽和第一腹节宽对体重的相关指数为0.830, 略小于0.85, 说明本实验测量的形态指标数偏少, 除了这几个性状外还有一些性状对雄性克氏原螯虾的体重有比较大的影响, 比如螯肢, 克氏原螯虾螯肢大而有力, 在其觅食、打洞、争斗过程中都发挥了巨大的作用。克氏原螯虾高举双螯做出攻击态势时, 需要一定体重保持身体平衡, 因此, 螯肢可能会对克氏原螯虾体重有一定影响。
此外, 何铜等[27]对凡纳滨对虾的研究以及唐瞻杨等[28]对尼罗罗非鱼的研究表明不同月龄水产动物的形态主成分不同, 安丽等[22]对“黄海1号”中国明对虾的研究表明不同月龄的对虾影响其体重的形态性状也不同。本实验未考虑月龄差异, 所采样品均为野生克氏原螯虾, 无法准确鉴定其月龄。月龄差异是否会影响克氏原螯虾形态性状与体重的关系需进一步研究。
本研究中, 雌雄克氏原螯虾各形态性状与体重性状的相关系数均达到了极显着水平 (P<0.01) , 但在多元回归分析中, 雌性克氏原螯虾剔除了与因变量不显着的腹节总长、第一腹节长和第一腹节宽;雄性克氏原螯虾则剔除了腹节总长和第一腹节长。进一步的通径分析表明, 在雌性中, 头胸甲长对体重的影响最大, 其次是头胸甲宽和全长, 其通径系数分别为0.612, 0.239和0.114;在雄性中, 头胸甲长对体重的影响最大, 其次为全长、头胸甲宽和第一腹节宽, 其通径系数为0.339, 0.276, 0.261和0.090。以上结果可为克氏原螯虾亲本选择和形态辅助育种提供理论依据。
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