红鳍东方鲀不同家系群体的形态性状差异与相关性分析

红鳍东方鲀 Takifugu rubripes 是东方鲀属Takifugu重要的海水养殖经济鱼类，广泛分布于朝鲜、日本、中国等亚洲地区[1-3]。红鳍东方鲀属于中大型鱼类，其生长速度快、肉味细嫩鲜美、营养丰富、脂肪含量低等[2,4-6]，具有“鱼中之王”的美称[7-10]。中国于1996年从日本福冈引进红鳍东方鲀纯种并且繁育成功之后，多年来红鳍东方鲀的养殖产量逐年增加，已经成为北方主要海水经济养殖鱼类[11-12]。但红鳍东方鲀种鱼一直采用的是日本引进鱼及其后代，由于近交衰退，红鳍东方鲀种鱼出现生长慢、易感病等现象，一定程度上影响了红鳍东方鲀养殖业的发展。因此，开展红鳍东方鲀遗传育种研究是主要的解决办法。水产品育种研究中，家系选育是新品系培育的重要手段之一，而对家系间的形态分析则是育种工作的基础。红鳍东方鲀生长相关的性状主要涉及14～17个形态性状，因此，针对红鳍东方鲀生长速度选育，就必须了解红鳍东方鲀不同时期各个家系形态性状的差异及其相关性，从而筛选出生长快的优良家系[3,13]。

近年来，大部分学者通过多元统计分析方法比较动物家系群体间性状的差异，确定筛选出目标性状的家系群体并加以利用[14-15]。对水产动物形态性状差异的研究较多，主要有野生紫海胆 Anthocidaris crassispina[16]、日本沼虾Macrobrachium nipponense[17-18]、牙鲆Paralichthys olivaceus[19]等。对红鳍东方鲀家系或群体形态性状差异的研究主要有：姜志强等[20]对4个不同红鳍东方鲀家系鱼苗的形态差异用判别分析、主成分分析和聚类分析等进行比较分析，以此来选择优良家系；马爱军等[21]对3个不同养殖群体的红鳍东方鲀外部形态特征进行了分析，发现养殖群体和日本群体间的欧式距离最远，与野生群体的欧式距离最近；王新安等[22]测定了1.5龄红鳍东方鲀18个体型性状，并用多元统计的方法选择出5个选育性状指标，包括体质量、体周长1、体长、眼后头长和眼径。而红鳍东方鲀的生长是一个动态过程，种鱼的选择是一项长期的工作，需要对不同生长期的红鳍东方鲀形态性状进行不断地淘汰筛选(1月龄～3龄，每半年筛选一次)，最终选择具有生长优势的并且可以稳定遗传的优良家系和性状。目前，对6月龄均为养殖的红鳍东方鲀家系间形态差异的研究尚未见详细报道，尤其是对家系间的选育。为此，本研究中首先在同一养殖环境下构建的3个6月龄家系群体中筛选出生长性状优良的红鳍东方鲀家系群体，然后通过变异系数分析、相关性分析、聚类分析和单因素方差分析，对3个红鳍东方鲀不同家系群体的14个形态性状进行统计分析，选出一些方便获得且综合性好的性状作为目标形状，以期为红鳍东方鲀育种工作提供参考资料。

1 材料与方法

1.1 材料

试验用红鳍东方鲀家系为全同胞家系(full-sib family，记为F)、半同胞家系(half-sib family，记为H)和日本家系(Japanese family，记为J)均为2018年春天本科研团队构建的3个快速生长的家系，其中，全同胞家系的构建均为1雌1雄后代，半同胞家系为1雄多雌后代。于2018年11月上旬采集自河北省唐山市天正有限公司，家系间的个体均随机取样，年龄均为6月龄，总计303尾。样本详细信息如表1所示。

1.2 方法

1.2.1 形态学测量采用直尺、卷尺和电子秤等测量工具，对3个家系红鳍东方鲀的14项形态学参数进行测定，精确到0.01 mm和0.1 g，包括全长(TL)、体长(BL)、体高(BD)、头长(HL)、眼后头长(EH)、尾柄长(CPL)、尾柄高(CPD)、尾柄宽(CPB)、眼间距(IS)、体宽(BW)、头长+躯干长(HL+TR)、吻长(SL)、尾长(TA)及体质量(BWH)。参照马爱军等 [21]的方法进行测量。

1.2.2 变异系数 3个红鳍东方鲀家系14项形态参数变异系数[23]计算公式为

1.2.3 聚类分析聚类分析可以将相似的形态特征或者品系进行聚类，形成一个亲疏关系谱系图，量化分类对象的差异和联系[24]。先计算出各个家系每个形态性状参数的平均值，然后用SPSS 19.0软件将平均值基于欧几里得距离，把相似家系聚集在一起，并绘制树形聚类[25]。

1.3 数据处理

采用SPSS 19.0软件对红鳍东方鲀3个家系的形态性状分别进行单因子方差分析(One-way ANOVA)，采用Duncan法对不同家系间性状的差异进行多重比较。试验数据以平均值±标准误(mean±S.E.)表示，显著性水平设为0.05，极显著性水平设为0.01。

2 结果与分析

2.1 形态性状的生物学数据

对红鳍东方鲀3个家系的14项形态参数做单因素方差分析及多重比较结果如表2所示，3个家系间的性状参数均有差异，其中尾柄长(CPL)和体全长(TL)在3个家系间均无显著性差异(P>0.05)，因此，建议可以不考虑这两个性状。

其他12项形态参数中，在差异极显著水平(P<0.01)上，3个家系中眼后头长(EH)和头长(HL)均有极显著性差异，且日本家系(J)与其余两个家系间在体质量(BWH)、体高(BD)、头长+躯干长(HL+TR)、尾柄宽(CPB)、尾长(TA)、眼间距(IS)和体宽(BW)等7项形态参数达到极显著水平，而半同胞家系(H)与全同胞家系(F)间，有吻长(SL)、体长(BL)达到极显著差异(P<0.01)。在差异显著水平(P<0.05)上，体质量(BWH)、头长(HL)、头长+躯干长(HL+TR)和眼间距(IS)这4项参数在3个家系中均达到显著水平。综上，单因素方差分析结果显示，日本家系(J)和另外两个之间家系的差异指标较多，全同胞家系(F)和半同胞家系(H)之间的差异指标较少，如果从形态性状的方差分析来选择，可以优先考虑家系间达到显著性差异的指标，主要有BWH、EH、BL、BD、HL、HL+TR、CPB、TA、IS和BW等。

Tab.2 Basic biological data for the 14 morphometric traits in three families of tiger puffer Takifugu rubripes

注：同行中标有不同大写字母者表示组间有极显著性差异(P<0.01)，标有不同小写字母者表示组间有显著性差异(P<0.05)，标有相同小写字母者表示组间无显著性差异(P>0.05)

Note:The means with different capital letters within the same line are very significantly different among the groups at the 0.01 probability level,means with different letters within the same line being significantly different at the 0.05 probability level, and the means with the same letters within the same line are not significant differences

2.2 形态性状的变异系数

3个家系14项形态参数的变异系数(CV)计算结果如表3所示。从表3可见：日本家系(J)中除了HL、EH、IS 3个头部形态性状及BW的变异系数在3个家系中最大以外，其余形态参数的变异系数均处于其他两个家系中间；而半同胞家系(H)和全同胞家系(F)中的变异系数变化不一致，这可能是日本家系(J)个体大小相对均匀，总体的均匀度要优于其他两个家系。就各个性状的变异系数而言，3个家系中BWH的变异系数均最大，TL的变异系数均最小，其余形态参数变异系数较大的还有CPL、BD、SL、HL、EH、CPD、CPB、IS和BW等。因此，在选择红鳍东方鲀遗传改良的体型性状中应优先考虑BWH、BD、SL、HL、EH、CPD、IS、BW和CPB等这些变异系数较大的性状，但是还要结合其他的统计方法进一步分析，才能获得理想的目标性状。

Tab.3 Variation coefficient statistics of morphological parameters in three families of tiger pufferCV/%

2.3 体型性状的相关性分析

本试验中用SPSS 19.0 软件对14项形态性状相关性分析发现，3个家系各性状间有较强的正相关或负相关。表4为全同胞家系(F)的相关系数矩阵，因为全同胞家系(F)各性状间的相关系数最大，达到显著性关联的指标最多。其中BWH与BL、TL、BD、HL+TR、CPD和BW相关性较强，且HL+TR、BD、BW、CPD、TA等与其他多个变量有显著相关性，EH与HL相关，BL与TL也相关。而其他两个家系中，半同胞家系(H)形态性状间的相关性与全同胞家系(F)的变化不一致，其大多数性状间的相关系数小于0.6，并且性状间显著相关的指标少(相关系数矩阵略)；日本家系(J)性状间的相关性与全同胞家系(F)一致，相关系数大于0.6的性状较半同胞家系(H)多(相关系数矩阵略)。

形态性状之间的相关系数越大，其关联效果就越强，因此，综合分析，可以考虑BWH、BL、TL、BD、BW、HL+TR、EH、CPD等彼此之间相关系数较大的形态性状，但是相关分析还是有一定的偏向性，与样本量的大小也有关，因此，如何选择几个有代表性的性状作为选育指标，还需从其他的角度进行研究。

2.4 不同家系聚类分析

利用Q型聚类对红鳍东方鲀不同家系采用欧几里得距离(Euclidean Distance)的聚类结果如图1所示，其中半同胞家系(H)与全同胞家系(F)先聚为一支，然后与日本家系(J)再聚为另外一支。这说明了半同胞家系(H)与全同胞家系(F)间的欧式距离短，两个家系形态较为相似，而日本家系(J)的形态较其余两个家系有差异。

3 讨论

形态性状是物种特征最直观的指标，可以综合反映物种的生长特性，也是种群分类和常规选育的重要指标[15,26-27]。通过测量形态数据，然后进行相应的统计分析，比较个体或群体间生长形态的变化[28]。目前，越来越多的研究采用多元统计的方法对不同家系间形态性状进行分析，作为选择家系的依据。但由于在实际工作中不是所有的性状指标都能有效地测量，因此，要从中选取合适的性状作为选育的目标性状[29]；通过群体间生长性状差异比较，筛选出目标性状优良群体留做种用。

3.1 红鳍东方鲀育种中与生长关系密切的性状筛选

变异系数表示数据的离散程度，其大小由平均值和标准差两个因素决定，有研究认为，变异系数大的指标有较大的选择潜力[30-31]。从红鳍东方鲀3个家系形态性状的变异系数来看，3个家系的所有性状中体质量的变异系数均最大，除了体质量是鱼类选育重要的目标性状之外，还应考虑其他的性状，如尾柄长、体高、吻长、头长、眼后头长、尾柄高、尾柄宽、眼间距和体宽等变异系数均大于10%的形态性状。综合单因素方差分析与相关性分析的结果发现，3个家系间的形态性状中尾柄长和体全长在3个家系间均无显著性差异，因此，在性状的选育指标上可优先剔除这两个性状。日本家系与全同胞家系和半同胞家系间达到显著差异的性状最多，全同胞家系和半同胞家系之间显著差异的性状最少，这是因为日本家系的体型较细长，而其余两个家系的体型相似，均较粗短。但是就性状间的差异而言，可以关注这些家系间有显著性差异或极显著性差异的性状，例如眼后头长和头长在3个家系间均有极显著性差异，体质量、头长+躯干长、眼间距在3个家系间均有显著性差异，体高、体宽、尾长和尾柄宽等在日本家系与其余两个家系有极显著性差异。但是由于各个形态性状间可能存在着不同程度的关联度[32]，而相关系数的大小可以表示连续变量间的密切程度[33-34]。从3个家系红鳍东方鲀14个变量间的相关系数发现，各个性状间均存在一定的相关性，因此，基于形态性状相关系数的大小并结合性状的单因素方差分析结果来看，相关系数大的性状中除了体全长在3个家系中无显著差异外，其余性状均有显著性或者极显著性差异。但是体全长与体长、体高、体宽、头长+躯干长、尾长和尾柄高的相关性较强，而头长+躯干长和尾长的变异系数较小。因此，综合几种统计方法来看，各种统计方法得出的结果基本一致。基于对红鳍东方鲀3个家系性状的差异初步分析，红鳍东方鲀的选育指标应该考虑包括体质量、体宽、体高、体长、头长和尾柄高等6个形态性状。因此，测量各个红鳍东方鲀家系中个体的形态性状，利用多种多元统计方法比较家系间形态差异，对体型性状指标进行分类，可为未来实际育种工作中减少工作量、提高效率提供一定的参考。

3.2 红鳍东方鲀3个家系生长性状的差异比较

聚类分析可以直接反映不同群体的亲疏关系，通过对3个红鳍东方鲀家系间的聚类分析结果发现，该结果与马爱军等[21]的研究结果相似，全同胞家系和半同胞家系的形态最相似，日本家系与两个家系有一定的形态差异，可能是由于家系群体的体型有所差异。其中日本家系的体型较细长，而半同胞家系与全同胞家系体型较粗短。综合单因素方差分析和相关性分析对筛选出的6个形态性状分析发现，这6个性状在各个家系间彼此均达到极显著性或显著性差异，其中，除体长和头长两个性状在半同胞家系中显著高于其他两个家系外，其他的4个性状即体质量、体宽、体高和尾柄高均是全同胞家系高于其他两个家系，且体长与体质量的相关系数最大(0.963)，这说明全同胞家系的生长要比其他两个家系快；但相关分析的结果带有一定的片面性，不能全面考察变量间的相互关系[8]，体长和头长与其他性状的不同也可能是由于不同家系的体型差异造成的。刘永新等[27]研究认为，生长性状是一个动态性状，会随时间增长而发生变化。于海龙等[35]研究发现，随着红鳍东方鲀日龄的增加，其生长性状的变异会逐渐变小。由此推测，这可能是东方鲀早期生长中，体型对体质量有较大的影响，但在逐渐生长的过程中，可能会发生变化，这需要后期进一步的验证

总之，利用多种统计方法可从不同的方面研究红鳍东方鲀家系间的形态差异，3个红鳍东方鲀家系群体在形态上有一定的差异，因此，建议在选育过程中考虑家系不同时期的差异，进而对不同家系群体进行有效选育。

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