基于耳石形态特征的南海鸢乌贼群体判别分析

李 波，阳秀芬，邱星宇，王锦溪，周倍合，谢嘉仪，颜云榕,2,3

（1.广东海洋大学水产学院 / 2.广东海洋大学南海渔业资源监测与评估中心，广东 湛江 524088；3.广东海洋大学深圳研究院海洋渔业信息化技术中心，广东 深圳 518000）

鸢乌贼（Sthenoeuthis oualaniensis）[1]为大洋性头足类，分布于印度洋和太平洋的亚热带、热带海域，在中国南海外海分布广泛。近年来，南海近海渔业资源随着捕捞渔船功率增加和捕捞强度加强而严重衰退。分布于南海外海的鸢乌贼由于资源丰富，资源开发潜力大，成为南海远洋渔业资源开发的重要种类，也是南海大型灯光罩网船的重要渔获对象，具有重要经济和研究价值[2-4]。

我国科研工作者对南海鸢乌贼开展资源开发、生物学特征、营养级、耳石形态与生长特征的相关研究[5-13]。由于头足类耳石具有物种特征信息，且不易变形，耳石形态学分析在物种鉴定和群体识别领域得到了一定应用，例如对头足类耳石轮纹的研究[14]。对于头足类耳石的研究，国内外学者集中于耳石外形特征分析[15-17]，通过耳石轮纹研究年龄与生长[18-21]，通过耳石形态进行种群鉴定[22-23]，以及耳石微量元素等相关研究[24]。但是关于使用南海鸢乌贼耳石形态特征进行群体判别的相关研究未见报道。群体判别是渔业资源评估的基础，本研究尝试通过观测并分析鸢乌贼耳石形态结构的特征，分析鸢乌贼耳石形态在不同群体之间的差异性，为南海鸢乌贼资源管理与合理开发利用提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

本研究的鸢乌贼样本采集于南海外海，采集时间为2012年2月至2013年1月。经-20 ℃低温保存带回实验室进行相关后续研究。调查所用渔船为“琼儋州15029”“桂防渔97819”和“桂北渔80208”灯光罩网作业渔船，采样海域为 109°25′E－117°25′E，5°25′N－20°75′N，其采用站点分布见图1。

图1 采样站点Fig.1 Map of sampling site

1.2 样本处理

在实验室将采集的鸢乌贼进行各项形态生物学测量后，对其进行解剖，将胃与性腺进行质量测量，记录饱满度及性成熟度分期等。其中胴长（Mantel length, ML）测量精确度为1 mm，质量与纯体质量测量精确度为 1 g，性腺质量测量精确度为0.1 g，性腺成熟度分为5期（I～V）。

每尾鸢乌贼样本提取1对耳石进行研究，共取得鸢乌贼右耳石样品268枚，其中雌性166枚、雄性102枚。将取出的耳石放入离心管中，加入体积分数75%乙醇溶液，以便于清除包裹在耳石上的软膜及其表面有机物质，待使用超声波仪清洗掉耳石的表面污物后，将耳石置于60 ℃烘箱中经过8 h烘干，本研究统一使用鸢乌贼左耳石作为测量样本，使用鸢乌贼右耳石作为拍照样本，使用精确值为0.1 mg的精密电子天平测量质量。

清洗与测量完成后，将鸢乌贼右耳石置于载玻片上，然后放在附带有CCD拍照装置的OLYMPUS SZX2-ILLD解剖镜（×40）下进行观察（目镜OLYMPUS SZX2—TR30 qc10192， 物 镜OLYMPUS SDF PLAPO 1×PF）并拍照。拍照时须将右耳石的凸面朝上，利用Spot专业图像测量软件对所获得的图像进行测量，以获得耳石各形态参数值。测量前，应设置好Spot软件的各物理参数，确保测量的准确性，具体包括对耳石总长（Total statolith length, TSL）、最大宽度（Maximum width,MW）、侧区长（Lateral dome length, LDL）、背侧区长（Ventral dorsal dome length, DLL）、吻侧区长（Rostrum lateral dome length, RLL）、吻区长（Rostrum length, RL）、吻区宽（Rostrum width,RW）、翼区长（Wing length, WL）和翼区宽（Wing width, WW）9项形态参数（图2）进行测量，耳石形态参数测量精确至1 μm。由2人分别进行测量，若2次测量误差不超过5%，则取其平均值作为参数值，否则需重新进行测量。

1.3 数据统计分析

在本研究中，为降低胴长对数据分析造成的干扰，在对数据进行处理之前对鸢乌贼胴长及各项形态参数进行对数[lg(x+ 1.1)]处理[25]。运用SPSS19.0软件对9个耳石形态参数进行主成分分析，得到各主成分的负载系数与贡献率，选取主要长度参数与宽度参数作为其全部形态参数的表征参数；结合幂函数[26-27]、线性函数和指数函数[28]等模型分别拟合鸢乌贼胴长（ML, mm）与耳石表征参数的函数关系，选取最佳模型并给出各项表征参数的函数关系式与拟合度，以此表示鸢乌贼耳石形态参数与胴长的关系。

在开展基于耳石形态分析的群体识别研究时，为消除鸢乌贼因异速生长对判别结果造成的偏差，对各项参数进行消除体长效应的标准化处理，方法如下：

（1）协方差分析校正方法[29]：

（2）异速生长校正方法[30]：

（3）比值校正方法[20]：

式中：M0是原始鸢乌贼耳石参数测量值，Mstd1、Mstd2、Mstd3分别是按协方差校正、异速生长校正、比值校正后的鸢乌贼耳石参数标准值，L0是鸢乌贼标准胴长，L平均是所有鸢乌贼胴长的平均值，参数b是对数处理后胴长与耳石形态参数的线性回归斜率。

图2 耳石形态参数及各区分布Fig.2 Scheme of morphometric measurements and each dome of statolith

按照采样站点，将鸢乌贼样本分为南沙、东沙和中沙西沙3个群体[31]；按照胴长将鸢乌贼样本分为中型群（ML＞130 mm）、混合群（130 mm≥ML＞95mm）和微型群（ML≤95 mm）3个群体[21]。运用SPSS19.0软件分别对3种不同校正法处理后的耳石形态参数标准值进行典则判别函数分析，使用耳石形态参数对南沙、东沙、和中沙西沙3个不同海域以及中型群、混合群和微型群3个不同体型群体进行判别，获得各地理群体与各体型群体根据耳石形态参数判别后的成功率，并使用各自判别得分做判别函数图观察判别状况。

2 结果

2.1 耳石形态特征

观测表明，南海鸢乌贼耳石在形态上具有鲜明的翼区、吻区、侧区和背区结构，各区域能明显区分，其中翼区宽大，侧区次之，吻区长窄，背区稍小（图2），其胴长与耳石形态特征参数如表1。

表1 鸢乌贼胴长及耳石形态参数Table 1 Mantel length and statolith parameters of Sthenoeuthis oualaniensis

2.2 主成分分析

分别对标准化后雌、雄个体耳石的9项形态参数数据进行主成分分析并将其负荷作最大方差正交旋转（表2），结果显示，雌、雄性样本的前 3个主要成分累计贡献率均高于74%，雄性样本前3项主成分解释形态参数的贡献率分别为45.932%、15.358%、13.277%，累计贡献率为74.566%；雌性样本前 3主成分解释形态参数的贡献率分别为62.593%、11.046%、10.393%，累计贡献率为84.032%。

表2 鸢乌贼前3个主成分的特征值与贡献率Table 1 Loadings of S.oualaniensis principal Eigenvalues and contributions of the first three principal components of elliptic Fourier descriptors

主成分分析表明，雄性样本第1主成分中耳石的 TSL、MW、LDL、DLL、WL有较大正相关，其形态参数负载系数均在0.57以上，其中DLL的载荷系数最大为0.915；第2主成分与RLL有较大正相关，其形态参数负载系数为 0.864；第 3主成分与 WW 有较大正相关，其形态参数负载系数为0.791。

雌性样本第1主成分中耳石的TSL、MW、LDL、DLL、RLL、RL、WL有较大正相关，其形态参数负载系数均在0.42以上，其中WL的载荷系数最大为0.881；第2主成分与DLL有较大正相关，其形态参数负载系数为0.791；第3主成分与WW有较大正相关，其形态参数负载系数为0.890。

根据鸢乌贼雌、雄样本主成分载荷以及各个成分所占贡献率，第1主成分的贡献率最为明显，综合观察可得鸢乌贼的耳石长度参数 TSL、LDL、DLL、WL和宽度参数MW可代替9项形态参数来描述耳石的形态特征。分别使用指数函数、线性函数、对数函数和幂函数对挑选出的5项表征参数与鸢乌贼胴长进行拟合，可得该5项参数与鸢乌贼胴长有较强线性函数关系，其线性函数关系如表3。

表3 鸢乌贼耳石主要形态参数与胴长的关系Table 3 Relationship between main parameters ofstatolith and mantle length for S.oualaniensis

2.3 判别函数分析

分别使用协方差分析校正、异速生长校正和比值校正后的鸢乌耳石形态参数标准值按不同海域和不同体型群体进行判别分析（表4、5）。分析表明，3个海域鸢乌贼之间存在较大差异性，通过不同校正方法得到的判别成功率也有所不同，使用协方差分析校正法对南沙、东沙和中沙西沙3个海域判别的成功率分别为53.3%、38.3%、41.2%，综合正确分类为43.3%；用异速生长校正法对3个海域判别的成功率分别为48.3%、68.3%、46.6%，综合正确分类为49.3%；用比值校正法对3个海域判别的成功率分别为53.3%、56.7%、64.9%，综合正确分类为60.4%，其海域判别区分度为中沙西沙群体＞东沙群体＞南沙群体。

分析表明，3个体型群体鸢乌贼之间也存在较大差异性，通过不同校正方法得到的判别成功率也有所不同，使用协方差分析校正法对微型群、混合群和中型群3个群体判别的成功率分别为71.4%、36.8%、31.8%，综合正确分类为38.4%；用异速生长校正法对3个群体判别的成功率分别为75.0%、44.4%、71.0%，综合正确分类为58.2%；用比值校正法对 3个群体判别的成功率分别为 92.9%、90.2%、81.3%，综合正确分类为86.9%，其体型判别区分度为微型群＞混合群＞中型群。

根据判别函数分析的判别得分，分别绘制3个海域以及3个群体的判别得分散点图（图3、4）。由图可知，在海域判别中，比值校正法能够解释60.4%的群体间变异，可以比较有效的将中沙西沙鸢乌贼群体同其他群体区分开，异速生长校正法可以有效的将东沙鸢乌贼群体同其他群体区分开，但对南沙和中沙西沙地理群体判别效果较差；在体型群体判别中，比值校正法能够解释高达86.9的群体间差异，可以有效将微型群、混合群和中型群3个群体区分开，从函数图中可以明显看出从微型群到中型群的变化，混合群体处于其间过度位置。

表4 3个海域鸢乌贼群体判别结果Table 4 Discrimination results of three sea areas of S.oualaniensis

表5 3个体型群鸢乌贼判别结果Table 5 Discrimination results of three body groups of S.oualaniensis

图3 不同海域鸢乌贼的判别函数Fig.3 Discriminant function of different sea areas of S.oualaniensis

图4 不同群体鸢乌贼的判别函数Fig.4 Discriminant function of different groups of S.oualaniensis

3 讨论

3.1 耳石形态特征

鸢乌贼属于头足类柔鱼科，其耳石与隶属柔鱼科其他种类一样，在个体生长的早期阶段，耳石结构相对简单，形似水滴状，侧区与背区相对于吻区和翼区来说，比较明显，而吻区则比较小，翼区尚未形成[14]；随着个体发育，各区也逐渐成型，分割线也将越来越清晰，其成型分割点年龄为 100～110 d，此时 ML约为 100 mm[32]，在本研究中样品的ML范围为79～233 mm，大部分大于100 mm，其耳石形态分区均已明显，便于进行耳石形态分析研究。在本研究中的成熟鸢乌贼，其耳石具有明显的背区、翼区、吻区与侧区结构，翼区宽大，侧区次之，背区稍小，吻区长窄。这与刘必林等[20]研究的印度洋西北海域成体鸢乌贼耳石具有侧区和翼区宽大背区小、吻区长窄的外部形态特征相似；与马金等[33]研究的西太平洋柔鱼耳石具有翼区宽大、侧区和背区次之、吻区长狭特征相似；与陆化杰等[17]研究的智利外海的茎柔鱼耳石具有吻区翼区宽大和吻区长狭特征相似；以及与姜艳娥等[9]研究的南海中部海域鸢乌贼的耳石具有翼区宽大和吻区长狭的特征相似。这些柔鱼科种群虽然分布于不同海域，但是均栖息于表层至1 500 m的水层，具有相似的耳石形态结构，说明影响耳石形态结构的因素之一是栖息水层。栖息于水体上层的柔鱼科种群耳石规模小，具有吻区前段长狭、侧区宽的特点。

3.2 耳石形态参数的主成分与胴长关系

通过主成分分析结果表明 TSL、MW、LDL、DLL和WL可作为表征耳石形态特征的参数，其中TSL、WL、LDL和DLL可以代表耳石长度形态的特征，MW则表征宽度的特征。这一结果同其他的柔鱼科物种之间有所区别，如刘必林等[20]所发表的印度洋西北海域鸢乌贼耳石形态的表征参数为TSL、MW、LDL、DLL、RLL、WL；马金等[33]所研究的西北太平洋柔鱼耳石的表征参数为TSL、RL、WL、RW、WW；陆化杰等[17]所研究的智利外海茎柔鱼耳石形态的表征参数为TSL、WL、RLL、MW；姜艳娥等[9]所研究的南海中部鸢乌贼耳石形态的表征参数为TSL、吻区长（RSL）、WL、MW、DLL。说明不同海域或者不同柔鱼种类的耳石长度和宽度的表征参数具有一定的差异性。

在本研究中鸢乌贼耳石的表征特征参数TSL、WL、LDL、DLL和 MW与胴长（ML）呈显著的线性函数关系，各个参数的关系式中TSL与ML的b值最大，说明耳石总长和翼区长生长速度相对较快，其余形态参数关系式中b值较小，说明其余参数生长相对比较缓慢；而关系式中除侧区长a值为1.672外，其余参数均高于2.0，说明侧区长生长的绝对速度较缓慢。在刘必林等[20]发表的印度洋西北海域鸢乌贼耳石形态中的表征参数与胴长均呈现较好的幂函数关系；在马金等[33]所研究的西北太平洋柔鱼耳石形态中表征参数与胴长使用幂函数拟合效果较好；在陆化杰等[17]所研究的智利外海茎柔鱼耳石形态中表征参数与胴长关系在雄性样本中呈幂函数关系，在雌性样本中呈线性关系；姜艳娥等[9]研究的南海中部海域鸢乌贼耳石形态中，表征参数 TSL、WL、MW 与胴长呈对数关系，RSL、DLL与胴长呈线性关系。也说明不同海域或者不同柔鱼种类的表征参数与胴长的关系具有一定差异性。

造成差异的原因一方面是采样区域不同，其温度、盐度等生存环境不同，导致其在生长发育时耳石形态有些许差异；另一方面，本研究采用灯光罩网的捕捞方式采样，可以获得中微小性个体，不同于鱿钓的的采样方式，难以获得胴长较小的个体，这也会影响其部分形态参数的贡献率。

3.3 数据校正在群体识别中的对比

由于海洋生物的个体生长差异可能会对耳石形态参数造成显著影响，所以进行耳石形态参数分析研究时，对形态参数进行消除体长效应的数据校正是十分重要的，通过数据校正可以减小不同个体异速生长所造成的偏差[29]。在本研究中选取了协方差分析校正、异速生长校正和比值校正3种校正方法，通过不同校正方法进行地理群体判别，分别得到了43.3%（38.3%～53.3%）、49.3%（46.6%～68.3%）和 60.4%（53.3%～64.9%）的总体成功率，可见在判别的稳定程度上，比值校正法在地理群体判别中效果较明显。但是对于不同地理群体的识别，判别表现各有不同，异速生长判别对东沙海域的判别效果显著。总的来看，3种校正对地理群体的总体判别成功率影响并无十分明显的差异。比值校正对于各个群体判别波动较小，结果更加稳定。综合来看，对于地理群体的判别不同的校正方法并无明显优劣之分，而比值校正法更适合本研究中地理群体的判别。研究表明，通过耳石形态对南海鸢乌贼地理群体的判别基本可以实现，3个不同海域的鸢乌贼耳石形态有比较明显的差异性，与当前对于南海鸢乌贼地理群体[31]的划分结果一致，选取合适的校正方法能够提升总体判别成功率，减少不同地理群体的判别波动性。

在不同体型群体判别时，3种校正方法分别得到了38.4%（31.8%～71.4%）、58.2%（44.4%～71.0%）和 86.9%（81.3%～92.9%）的总体成功率，不同于地理群体的判别，比值校正法在判别稳定程度和不同群体的识别成功率上都有十分显著的效果；而异速生长校正对中型群和微型群班别效果显著，对混合群体判别成功率较低，从而降低了总体成功率。虽然3种校正方法对总体判别成功率影响差异十分显著，但是最高总体判别成功率的比值校正判别结果并不符合当前鸢乌贼研究中的群体划分，反观经异速生长校正的判别，其混合群的判别中较大比例判别为微型群和中型群，这符合对鸢乌贼混合群体中同时存在微型群和中型群的定义[21]，则表明通过异速生长校正的判别更适合本研究。综合来看，不同校正方法总体判别成功率的高低并不能完全代表判别效果的优劣，更需要结合对研究样本的了解，选择符合研究判别结果。使用耳石形态参数判别群体，只要选择合适的耳石形态特征的参数[34]，选择合适的数据校正及处理方法，就能有效对群体进行判别。选择什么样的参数进行判别研究以及是否有其他因子会对判别造成偏差，还有待进一步研究。

4 结论

本研究发现，南海鸢乌贼耳石形态呈现出翼区宽大、侧区次之、背区稍小、吻区长窄的特点；其耳石形态参数通过主成分分析所得的TSL、MW、LDL、DLL、WL等5项参数可作为表征参数代替9项形态参数来描述耳石的形态特征，其表征参数与胴长呈现线性指数关系；3种校正方式对地理群体的判别差异性不显著，比值校正法具有较好的稳定性，对不同体型群体判别时，比值校正法的稳定程度和识别成功率较显著，两种判别中，微型群体和中沙西沙群体与其他群体存在较高的区分度。