广西西江干流9个卷口鱼群体的形态差异研究

王从刚，谭虹雨，张 曼，2*，高 峰，武 琳，汪开成，陈秀荔

(1.广西大学动物科学技术学院，广西 南宁 530004；2.广西大学海洋学院，广西 南宁 530004；3.广西水产科学研究院，广西 南宁 530021)

卷口鱼(Ptychidiojordani)俗称嘉鱼、老鼠鱼，隶属于鲤形目(Cypriniformes)、鲤科(Cyprinidae)、卷口鱼属(Ptychidio)，因肉质嫩滑鲜美，被誉为西江四大名鱼之一[1]。广西境内西江干流是卷口鱼的主要分布区域，其流域面积广，水文环境复杂多变，梯级水利水电工程建设众多，包括红水河(上游)、黔江和浔江(中游)、梧州及以下的西江(下游)等江段[2-3]。受过度捕捞、栖息地退缩和水环境恶化等因素影响，卷口鱼野生资源量锐减，已于2016年被《中国脊椎动物红色名录》列为极危物种[4-6]，因此亟待开展卷口鱼资源养护和管理工作。形态特征是鱼类鉴别和分类的基础依据，也是鱼类种质资源科学评估和有效管理的重要工具。受地理分布和栖息环境等因素的影响，鱼类不同群体往往在形态上产生稳定变异，这是对长期隔离和局域生境条件选择性适应的结果[7-8]。卷口鱼为营底栖生活的定居性鱼类，张化浩等[9]指出此类鱼栖息地相对固定，扩散能力差，群体结构简单且群体间基因交流较少，不同地理群体间容易产生形态差异。因此，系统开展广西西江干流不同生境条件下卷口鱼的形态分化研究对其种质资源评价、保护管理及可持续利用具有重要意义。

近年来，针对定居性鱼类不同地理群体的形态差异已有不少研究成果。张化浩等[9]运用判别分析、聚类分析和几何形态分析研究了鄱阳湖流域蒙古鲌(Cultermongolicus)5个野生群体的形态差异，结果表明各地理群体的形态差异主要体现在头部、躯干部、背部和腹部区域，可能与其生活的水体环境差异有关；肖慧[10]探讨了江西境内9个野生黄颡鱼(Pelteobagrusfulvidraco)群体间的形态分化，认为其独特的生活习性以及所处的水域环境是造成不同群体间头部与尾部纵向形态差异的原因；向文殿等[11]对太湖、洪泽湖和南四湖3个湖鲚(Coiliaectenes)群体进行了多变量形态度量学分析，通过主成分分析和聚类分析发现太湖群体的趋异程度最大，在形态上已有一定程度的分化，推测与其栖息地自然环境、生态习性和地理隔离有关。

目前对于卷口鱼的研究主要集中于人工繁殖[1]、基础生物学[12]和遗传学[13]等方面，但有关卷口鱼不同地理群体的形态分化，仅有赵建等[14]对柳州(柳江)、桂平(浔江)和郁南(西江)三地卷口鱼的比较分析，研究发现各江段卷口鱼形态差异明显，其中浔江与西江段至少存在两个群体，与杜合军等[15]的研究结果基本一致。本研究以广西西江干流天峨、东兰、大化、都安、合山、武宣、桂平、平南和梧州共9个地理群体的卷口鱼为研究对象，采样分布范围广且各河段局域生境差异较大，基于此推测广西西江干流沿线各群体的卷口鱼可能也具有较高的形态多样性。为进一步了解卷口鱼的形态差异，并对不同江段的卷口鱼进行种群鉴定，本研究通过传统形态学和框架分析法，系统探究了不同地理区域卷口鱼的形态分化，以期为广西西江干流卷口鱼种群鉴别、种质资源保护与合理利用提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验用卷口鱼样本分别于2018年8月至12月间，采自广西西江干流的红水河(天峨、东兰、大化、都安和合山)、黔江(武宣)、浔江(桂平和平南)和西江(梧州)。各采样点坐标及采集样本信息如图1和表1所示，以拼音首字母表示各采样点名称(例如：天峨以TE表示)。

1.2 形态测量

形态数据包括可量性状和框架性状，用数显游标卡尺测量(上海赛一量具有限公司，精确到0.01 mm)。其中，可量性状包括全长、体长、叉长、体高、体宽、头长、吻长、眼径、眼间距、眼后头长、躯干长、尾长、尾柄长、尾柄高、上颌须长、口角须长和胸鳍基长共17项指标。框架测量位点参照赵建等[14]的设定，共测量21项框架参数(图2)。鱼体重量采用电子天平称量(上海英展机电企业有限公司，精确到0.01 g)。

注：1.胸鳍起点；2.吻前端；3.腹鳍起点；4.头背部末端；5.臀鳍起点；6.背鳍起点；7.臀鳍末端；8.背鳍末端；9.尾鳍腹部起点；10.尾鳍背部起点。

Notes：1.Origin of pectoral fin；2.Tip of snout；3.Origin of pelvic fin；4.Terminus of head back；5.Origin of anal fin；6.Origin of dorsal fin；7.Terminus of anal fin；8.Terminus of dorsal fin；9.Ventral origin of caudal fin；10.Dorsal origin of caudal fin.

表1 卷口鱼样本信息

1.3 数据处理

为去除鱼体规格差异对分析结果的影响，除体长外，16项可量性状和21项框架性状均除以体长并取对数，转化为37项标准化性状[7]。校正后的性状命名保持不变，并运用SPSS 22.0软件进行后续数据分析。

1.3.1 主成分分析

首先剔除信息提取率小于60%的性状，然后筛选KMO>0.600且巴特勒球度检验P<0.010的形态数据。建立得分系数矩阵，选取特征值大于1.000的因子作为主成分，采用方差最大正交旋转法对因子负荷矩阵进行旋转，计算各主成分的贡献率和累积贡献率[8]。具体分析贡献率较高的前两个主成分(PC1和PC2)的得分系数并绘制散点图。

1.3.2 单因子方差分析

采用单因子方差分析和Duncan多重比较对9个地理群体的卷口鱼进行差异显著性检验[16]。

1.3.3 判别分析

采用逐步判别分析筛选出对区分9个地理群体卷口鱼有显著贡献的性状，根据性状相关系数构建判别函数并对所有样本数据进行交互验证，参照冯艺等[17]的方法计算得到各群体判别准确率和综合判别率。

判别准确率(%)=(某群体判别正确尾数/该群体实际尾数)×100%

其中：Ai为第i个群体中判别正确的尾数，Bi为第i个群体的实际尾数，k为群体数。

1.3.4 聚类分析

分别求出各群体标准化性状的平均值，采用欧氏距离法[18]进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 主成分分析

剔除信息提取率小于60%的性状后，确认28项标准化性状，经主成分分析得到的KMO和巴特勒球度检验P值分别为0.964和0.000，表明所选择的数据适用于主成分分析。主成分分析共获取4个主成分(PC1～PC4)，贡献率分别为61.830%、7.863%、5.981%和5.755%，累积贡献率达81.429%，包含了鱼体形态变异的大部分特征，说明卷口鱼9个群体间的形态差异可以用这几个主成分进行概括。贡献率较高的PC1和PC2标准化性状的得分系数如图3所示，PC1得分系数较高的是体高(X3)、D7-9(X26)、尾柄高(X12)、D2-3(X14)、D8-9(X27)、尾长(X11)和D3-5(X17)，主要反映鱼体体高和尾部特征；PC2中体高(X3)、尾柄高(X12)、D3-6(X18)和D5-8(X22)起到关键作用，主要反映鱼体背腹轴的特征。

基于PC1和PC2构建的散点图显示(图4)，卷口鱼9个群体间的形态差异在PC1坐标轴上较在PC2坐标轴上更易区分开来，平南群体主要分布在PC1轴的左侧，而其他群体则主要分布在PC1轴的右侧。其中，桂平群体和梧州群体存在部分重叠，但明显偏离于重合度较高的5个上游群体(天峨、东兰、大化、都安、合山)和武宣群体。

2.2 单因子方差分析

采用Duncan多重比较对PC1和PC2中得分系数较高的体高(X3)、尾柄高(X12)、尾长(X11)、D7-9(X26)、D2-3(X14)、D8-9(X27)、D3-5(X17)、D3-6(X18)和D5-8(X22)共计9个性状进行单因子方差分析，以便明确各群体间的形态差异性(表2)。单因子方差分析结果显示桂平、平南和梧州3个群体的背腹轴性状(D3-6和 D5-8)与多数群体存在显著性差异(P<0.05)，其中平南群体的吻前端至腹鳍起点(D2-3)、背腹轴(D3-5、D3-6和D5-8)和尾部性状(D7-9和D8-9)与其他群体存在显著性差异(P<0.05)。

表2 9个卷口鱼群体单因子方差分析结果

注：最后一列数据后的小写字母表示群体间的差异程度，字母不同表示差异显著(P<0.05)，字母相同表示差异不显著(P>0.05)。

Notes：The lowercase letter after the last column of data indicated difference among populations，different letters indicated significant difference(P<0.05)，and same letter indicated non-significant difference(P>0.05).

2.3 判别分析

采用逐步判别分析法筛选出对判别分析贡献显著的19项性状，根据各群体的性状参数建立判别函数(表3)，例如：Z天峨=-842.639-610.564Y1-1 263.907Y2+……+13.293Y18-372.580Y19。对卷口鱼全部样本按照上述函数进行逐个判别分类，各群体的判别准确率为90.00%～100.00%，综合判别率为96.36%。交互验证各群体的判别准确率为80.00%～100.00%，综合判别率为91.30%。交互验证结果与判别函数所得结果的准确率均较高(表4)，表明9个群体的卷口鱼均已产生明显的形态分化，判别函数能对其较好地区分。

表3 9个卷口鱼群体的判别函数系数

续表3

表4 9个卷口鱼群体判别结果

续表4

2.4 聚类分析

聚类分析结果显示上游的东兰、合山、大化、天峨和都安等5个群体与武宣群体的形态距离较近，最先聚合为一支，而后依次与形态差异渐大的梧州群体、桂平群体和平南群体聚合(图5)。

3 讨论

本研究基于多种统计方法系统分析了广西西江干流9个卷口鱼地理群体的形态差异情况。其中，主成分分析将多个标准化性状转化成为4个主成分，前两个主成分的累积贡献率达69.693%。相应的主成分散点图显示，平南群体连同中下游的桂平和梧州群体明显偏离于其他群体，而武宣群体和上游(东兰、合山、大化、天峨和都安)5个群体的重叠度较高，这表明PC1和PC2对卷口鱼总体形态变异的贡献率较高，能够概括卷口鱼群体间大部分的形态学差异。进一步对PC1和PC2分析发现背腹轴和尾部性状起到关键作用。卷口鱼主要栖息于石底深河段，属定居性鱼类[13]。刘毅辉等[19]研究指出卷口鱼有高背和平背两种类型，其中前者在桂平及其下游较为常见。本研究单因子方差分析也发现中下游桂平、平南和梧州群体的背腹轴性状(D3-6和 D5-8)与多数群体存在显著性差异(P<0.05)，其中平南群体在吻前端至腹鳍起点(D2-3)、背腹轴(D3-5、D3-6和D5-8)和尾部性状(D7-9和D8-9)上与其他群体差异显著(P<0.05)。除此之外，直接影响鱼类游弋和觅食活动的尾部性状也是卷口鱼群体间形态变异的主要来源，与黄颡鱼[10]和少鳞鱼喜(Sillagojaponica)[20]等的研究结果一致。由此，背腹轴和尾部形态参数是区分广西西江干流卷口鱼不同群体形态分化的重要依据，推测可能与其栖息环境和生活习性密切相关。

为实现对卷口鱼形态差异程度的具体量化，本研究随后采用逐步判别分析法，分别建立了广西西江干流9个卷口鱼群体的判别函数，综合判别率达96.36%。经交互验证后的综合判别率也达91.30%，除武宣和大化群体的部分个体存在误判，判别准确率低于85.00%外，其他各群体判别准确率均较高(90.30%～100.00%)，表明卷口鱼各群体已产生明显的形态分化，通过判别函数能有效地划分卷口鱼的群体归属。进一步的聚类分析也发现中下游的梧州、桂平和平南群体依次与武宣和5个上游群体聚类，形态距离较远，亲缘关系与地理分布具有一定的一致性，类似于向文殿等[11]对湖鲚群体的研究结果。

总体而言，上述统计分析方法相互印证，也不可替代，所得结果基本一致，即广西西江干流卷口鱼9个地理群体存在明显的形态差异。其中，中下游的桂平、平南和梧州群体与其他群体形态差异明显，且尤以平南群体的差异性最大，而上游的东兰、合山、大化、天峨和都安等5个群体与武宣群体的形态相似性较高。鱼类的形态不仅受遗传调控，也易受外界环境的影响[7]。本研究中卷口鱼各群体虽同处西江岩溶区，但中下游的黔江、浔江和西江与上游的红水河岩溶区彼此分离[21]。加之卷口鱼的定居习性，相对孤立的地理环境和群体间较少的基因交流，使得卷口鱼为适应环境产生形态差异[19]，这可能是导致中下游桂平、平南和梧州群体与其他群体形态差异较大的原因。此外，桂平和梧州群体均位于三江交汇处，饵料丰富，生存环境类似，而平南群体只位于浔江段，与上述两个中下游群体的环境差异较大，从而与其他群体的形态差异较为显著。近年来，广西西江干流沿线建有诸多水利水电工程，例如上游红水河段建有龙滩、岩滩、大化、百龙滩、乐滩、桥巩等水电站[3]，中游黔江段建有大藤峡水利枢纽，下游梧州市以上约12 km处建有长洲水利枢纽[22-23]。2019年，Perazzo等[24]对伊氏啮脂鲤(Bryconamericusiheringii)的研究指出水利设施的建设会造成水域的中断，影响不同水域鱼类的基因交流，因此广西西江干流梯级水利水电设施的建设和运行可能加剧了卷口鱼各群体间的隔离，使得群体间的基因交流更加匮乏。综上可知，广西西江干流卷口鱼各地理群体间的形态差异可能与水利水电设施建设以及对局域环境的适应性分化有关，本研究将为进一步开展卷口鱼种质资源的保护与管理提供基础资料。