三种环棱螺形态学比较研究

但小琴，程 果，文衍红，罗福广，黄 杰，王卫民

(1.华中农业大学水产学院动物遗传育种与繁殖重点实验室， 武汉，430070； 2.广西壮族自治区柳州市渔业技术推广站，广西柳州，545006)

环棱螺 (Bellamya)，隶属于软体动物门(Mollusca)腹足纲(Gastropoda)前鳃亚纲(Prosobranchia)田螺科(Viviparidae)。其分布广范[1]、资源丰富、营养全面[2]、味道鲜美，越来越受到人们的关注[3-4]，并成为了我国一些地方特色美食(如柳州螺蛳粉)的主要食材[5]。由于环棱螺属种类较多，种间形态差异较小，仅仅通过简单的螺层数量、壳口形状、螺壳颜色、厴部形态等特征很难将其区分，造成目前养殖的环棱螺种类混杂，不利于生产管理和经济效益的提高，因此对环棱螺属的主要种类进行更准确的形态特征研究迫在眉睫。

环棱螺物种区分主要有以下几种方法：第一种是对物种形态学指标进行比较(也叫形态比较研究)，如可量指标(体高、体宽、螺旋部高、螺旋部宽、体螺层高等)和非可量指标[6](壳面凹凸、壳顶坚钝、螺体体型、螺棱分布、齿舌形态[7]等)；第二种是采用非形态学指标对物种进行鉴别，如染色体核型[8-9]、酯酶同工酶[10]、足肌蛋白质[11]、DNA分子标记[12-15]等。虽然非形态学指标能够更准确的鉴别物种，但存在鉴别方法较复杂、试验成本较昂贵、获取结果较缓慢、伤害试验对象等问题。但形态比较研究方法简单快捷，而且对鉴别对象几乎没有伤害，因此物种鉴别中常用形态比较研究方法。形态比较研究方法主要包括传统形态度量法、框架形态度量法[16]和几何形态测量法[17]。在螺类中，传统形态度量法主要是通过传统的可数性状和可量性状来衡量螺类个体，但在衡量环棱螺的整体形态时存在片面性，因此传统形态度量法在环棱螺上应用较少。几何形态测量法是从多维角度去比较物体间的形态结构差异[17]，在环棱螺形态比较研究上没有应用基础。框架形态度量法是从不同方向去度量物体外部形态，并结合聚类分析、主成分分析及判别分析等多元分析方法，可以精确反映物体间的形态特征差异，这一方法在环棱螺形态比较研究上有一定的应用基础[6]。

本研究综合传统形态度量法和框架形态度量法两种研究方法，对我国南方自然水体中常见的梨形环棱螺(Bellamyapurificata)、铜锈环棱螺(B.aeruginosa)与角形环棱螺(B.angularia)三种环棱螺进行形态比较，旨在运用多变量形态度量法对三种环棱螺的形态差异进行系统比较研究，以期积累环棱螺形态学基础数据，并为环棱螺属螺类的外部形态特征和种间差异研究提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料来源

实验铜锈环棱螺、梨形环棱螺、角形环棱螺于2019年4月采于湖北省鄂州市，每个物种取样量在500个以上，且为性成熟形态稳定的个体，暂养于华中农业大学水产基地，随机采取铜锈环棱螺、角形环棱螺、梨形环棱螺各50个，进行传统形态学可量性状数据测量和比例性状测定。

1.2 形态学参数的测量

环棱螺螺体洗净后，观察体形、体色，用电子天平称量质量，用电子数显游标卡尺(精确度为0.01 cm)测量可量性状(体高、体宽、螺旋部高、螺旋部宽、体螺层高、第一螺层高、第二螺层高、第二螺层宽、壳口高、壳口宽)，测量方法参照腹足类形态特征测量标准[1]。

1.3 数据分析

基于10个形态学可量性状(图1)，将三种环棱螺的可量性状进一步交叉比值，得到28个比例性状(体高/体宽、螺旋部高/螺旋部宽、第一螺层高/第一螺层宽、第二螺层高/第二螺层宽、壳口高/壳口宽、螺旋部高/体高、螺旋部高/体螺层高、体螺层高/体高、第一螺层高/体高、第一螺层高/螺旋部高、第一螺层高/体螺层高、第一螺层高/第二螺层高、第一螺层高/壳口高、第二螺层高/体高、第二螺层高/螺旋部高、第二螺层高/体螺层高、第二螺层高/壳口高、壳口高/体高、壳口高/螺旋部高、壳口高/体螺层高、螺旋部宽/体宽、第一螺层宽/体宽、第一螺层宽/螺旋部宽、第一螺层宽/第二螺层宽、第一螺层宽/壳口宽、第二螺层宽/体宽、第二螺层宽/螺旋部宽、第二螺层宽/壳口宽、壳口宽/体宽、壳口宽/螺旋部宽)，实验比例性状均用“平均值±标准误 (mean±SE)”表示。测量结果采用IBM SPSS Statistics 22进行单因素方差分析(采用显著水平为0.05检验)、聚类分析、主成分分析及判别分析。

图1 环棱螺形态学可量性状图示Fig.1 Morphological measurable character of Bellamya were illustrated

2 结果与分析

2.1 三种环棱螺的单因素方差分析

三种环棱螺的可量性状和可量性状比例参数的平均值和标准误见表1。可量性状中，第一螺层高、第一螺层宽、第二螺层宽等三个性状在三种环棱螺中差异均显著；比例性状中，螺旋部高/螺旋部宽、体螺层高/体高、第一螺层高/体高、第一螺层高/螺旋部高、壳口高/体高、壳口高/螺旋部高、螺旋部宽/体宽、第一螺层宽/第二螺层宽、第二螺层宽/螺旋部宽、壳口宽/螺旋部宽等10个性状比例参数在三种环棱螺中差异均显著。

表1 三种环棱螺可量性状和比例性状Tab.1 Measurable characters and proportional character of three kinds of Bellamya

注：同一行中标有不同字母表示该指标种间差异显著 (P<0.05)，标有相同字母表示种间差异不显著 (P>0.05)。

2.2 三种环棱螺的聚类分析

对28个可量性状比例参数的平均值进行聚类分析(图2)。聚类结果显示，角形环棱螺与梨形环棱螺形态差异较小，与铜锈环棱螺形态差异较大。

图2 三种环棱螺形态聚类树形图Fig.2 Cluster tree diagram of three species of Bellamya

2.3 三种环棱螺的主成分分析

对三种环棱螺的28个可量性状比例参数进行主成分分析，结果显示前三个主成分的累积贡献率高达92.62%，即这三个主成分可以解释群体间形态差异的92.62%。其中第一主成分的贡献率为75.06%，其他两个主成分的贡献率依次为9.37%、8.19%。第一主成分中，第一螺层高/第一螺层宽、第二螺层高/第二螺层宽、螺旋部高/体高、体螺层高/体高、第一螺层高/体高、第一螺层高/螺旋部高、第一螺层高/体螺层高、第一螺层高/壳口高、第二螺层高/体高、第二螺层高/螺旋部高、第二螺层高/体螺层高、第二螺层高/壳口高、壳口高/体高、第一螺层宽/体宽、第一螺层宽/螺旋部宽、第一螺层宽/第二螺层宽、壳口宽/体宽、壳口宽/螺旋部宽、第一螺层高/壳口高等所占比重最大(负荷值>0.8)，这些性状比例涉及所有可量性状，第一主成分主要反映螺的整体轮廓。第二主成分主要是壳口高/螺旋部高，主要反映体高。第三主成分主要是第二螺层宽/体宽和第二螺层宽/螺旋部宽，主要反映体宽(表2)。根据第一主成分和第二主成分绘制散点图(图3)，可以看出在第一主成分上，梨形环棱螺有很好的区分度，说明梨形环棱螺在整体轮廓上与角形环棱螺和铜锈环棱螺有很大区别，角形环棱螺和铜锈环棱螺的整体轮廓较相似；在第二主成分上，三种环棱螺区分度较低，并且角形环棱螺和铜锈环棱螺体宽十分相近。

表2 三种环棱螺形态特征主成分的负荷值及贡献率Tab.2 Contribution ratios and loading values of principal components on the characters of three kinds of Bellamya

图3 三种环棱螺主成分图Fig.3 Principal component diagram of three kinds of Bellamya

2.4 三种环棱螺的判别分析

对三种环棱螺的28项可量性状比例参数进行逐步判别分析，构建了三种环棱螺的判别函数，结果如下：

角形：Y=-39 334.311+19 173.447体高/体宽+1 052.714螺旋部高/螺旋部宽-39 899.074第一螺层高/第一螺层宽+58 835.867体螺层高/体高-65 611.698第一螺层高/体高+126 852.307第一螺层高/体螺层高-4 617.724第一螺层高/第二螺层高+12 541.855第二螺层高/体高-47 668.564第二螺层高/体螺层高+6 651.882第一螺层宽/第二螺层宽-20 168.107第一螺层宽/壳口宽-79 449.625第二螺层宽/体宽+55 432.490第二螺层宽/壳口宽+38 418.506壳口宽/体宽。

梨形：Y=-36 555.401+16 310.075体高/体宽+1 738.554螺旋部高/螺旋部宽-40 075.793第一螺层高/第一螺层宽+56 568.666体螺层高/体高-52 094.274第一螺层高/体高+108 180.547第一螺层高/体螺层高-2 721.961第一螺层高/第二螺层高+6 071.569第二螺层高/体高-23 212.249第二螺层高/体螺层高+390.470第一螺层宽/第二螺层宽-9 448.668第一螺层宽/壳口宽-50 805.713第二螺层宽/体宽+29 196.613第二螺层宽/壳口宽+21 192.838壳口宽/体宽

铜锈：Y=-38 998.689+19 115.392体高/体宽+1 055.163螺旋部高/螺旋部宽-39 586.601第一螺层高/第一螺层宽+58 366.624体螺层高/体高-65261.856第一螺层高/体高+126 162.041第一螺层高/体螺层高-4 628.118第一螺层高/第二螺层高+12 576.046第二螺层高/体高-47 785.627第二螺层高/体螺层高+6 762.207第一螺层宽/第二螺层宽-20 299.228第一螺层宽/壳口宽-79 423.135第二螺层宽/体宽+55 604.988第二螺层宽/壳口宽+38 419.033壳口宽/体宽

通过逐个引入变量再检验其判别能力，28个可量性状比例参数经过逐步剔除后，保留了14个判别能力显著的指标(F>3.84)，回代后的结果见表3。50只角形环棱螺，用判别函数回代分类，与实际相符的49只，错分为铜锈环棱螺1只，角形环棱螺的判别准确率为98%；50只梨形环棱螺，用判别函数回代分类，与实际相符的50尾，没有错分，梨形环棱螺的判别准确率为100%；50只铜锈环棱螺，用判别函数回代分类，与实际相符的50尾，没有错分，铜锈环棱螺的判别准确率为100%。判别函数对这三种环棱螺的综合判别率为99.3%。

表3 三种环棱螺逐步判别分析归类结果Tab.3 Results of stepwise discriminant analysis and classification of three kinds of Bellamya

3 讨论

聚类分析是依据个体或变量的数量关系来分类，客观性较强，是一种常用的类别分析方法[6,18-19]，本研究聚类分析结果显示：角形环棱螺与梨形环棱螺形态差异较小，与铜锈环棱螺形态差异较大，此结果与早期环棱螺的染色体核型研究结果一致[8]。判别分析是根据两个及两个以上已知类别的样本进行形态参数分析，确定一个或几个判别指标，然后形成物种特定的线性判别函数，可以客观准确地进行物种鉴别。王旭等[20]采用8个可量性状对3个单齿螺地理种群进行形态判别，综合判别准确率74.31%；罗福广等[21]采用7个可量性状对中国沿海管角螺4个自然群体进行形态判别分析，综合判别准确率87.3%；区小玲等[22]采用15个可量性状对中国沿海8个管角螺地理群体建立形态判别函数，综合判别准确率为87.54%。本研究在腹足类形态研究的基础上，增加可量性状和比例性状，采用逐步判别法从28个比例性状中筛选出14个主要性状，对三种环棱螺进行判别分析，综合判别率高达99.3%。同时也发现，在逐步判别的过程中， 可见体高/体宽、螺旋部高/螺旋部宽、第一螺层高/第一螺层宽这3个性状在该判别函数中作用非常显著，这与聚类分析结果一致。主成分分析结果显示：前三个主成分累积贡献率高达92.62%，这三个主成分依次反映躯体外部轮廓、体高和体宽，其中第一主成分贡献率75.06%，说明躯体外部轮廓是三种环棱螺鉴别的主要依据，这与传统形态辨别方法一致[1]，但传统形态辨别参考的壳面凹凸、壳顶坚钝、螺体体型、螺棱分布等非可量性指标的判断标准比较模糊，没法准确比较物体间外部形态的细微差异，导致辨别准确率较低。

综上所述，三种分析结果从不同角度均说明角形环棱螺和梨形环棱螺外形比较相近，和铜锈环棱螺外部形态差异较大。这种外部形态差异虽然会受底质、水温、水流、盐度、温度、饵料、外壳的钙化等非生物因素的影响[23]，但这种影响并不会完全消除个体差异，而且增加研究性状参数可以显著消除形态比较误差，因此采用多种形态度量法并结合多元统计分析方法可以对这三种环棱螺进行较为准确的辨别。