雷山髭蟾外部形态分析

（凯里学院，贵州凯里 556011）

雷山髭蟾Vibrissaphora leishanensis是我国特有两栖动物，隶属两栖纲无尾目锄足蟾科髭蟾属，模式产地在贵州省雷山县方祥乡格头村［1］，目前仅在贵州省雷公山发现有分布，且其种群数量仍在不断下降，发现已被IUCN列为濒危（EN）等级［2］.

自1973 年被发现以来，多位学者对雷山髭蟾进行过研究，内容涉及雷山髭蟾的种群历史及形成原因［3］、MHC I类基因的多态性与进化［4］、卵团自然状态下发育观察［1，5］、生态初步观察［6-7］、社区对雷山髭蟾的保护和利用［8-9］等.近年来，雷山髭蟾的数量正在逐年锐减，其中的一个重要原因是人类对其成体的过度捕杀，另外其蝌蚪期长，发育速度慢，容易遭天敌危害，由蝌蚪变态发育成髭蟾成体的数量少.另一方面，雷山髭蟾对环境的依赖性高，自然环境的变化对其生长发育和繁殖也造成巨大的威胁［10］.为对雷山髭蟾进行有效的保护，有必要加强雷山髭蟾的科学研究.对雷山髭蟾外部形态指标进行分析，可以为雷山髭蟾的基本生物学特征积累数据，为雷山髭蟾的保护提供基础资料.

1 实验材料与方法

1.1 实验材料

实验材料为2017年11月至2018年1月在雷山县境内雷公山的仙女塘、雷山康利水场、雷山县交蜡干豆调、交蜡村的溪流采集到的雷山髭蟾.

1.2 雷山髭蟾外部形态测量方法

使用数显游标卡尺（精确到0.01 mm）对雷山髭蟾个体的外部形态指标（体长、头长、头宽、吻长、鼻间距、鼻吻距、鼻眼距、两眼前角距、两眼后角距、上眼脸宽、眼间距、眼径、鼓膜径、鼓膜～眼距、前臂及手长、手长、内掌突长、内掌突宽、外掌突长、外掌突宽、前臂宽、后肢全长、股长、径长、径宽、足长、跗足长、内趾突长、内趾突宽和体重等）进行测量.

1.3 数据分析方法

将雷山髭蟾各项外部形态指标的原始数据转换为log10为底的对数，再进行主成分分析，在保留30 个主要变量的前提下起到降维和简化问题的作用，减少分析问题的复杂性，再在主成分分析的基础上使用主成分进行聚类分析.

2 结果与分析

2.1 雷山髭蟾外部形态特征

雷山髭蟾头背面的皮肤十分光滑，体背和体侧的皮肤松弛且显皱，具有疣粒，背部分散有大小不规则的黑斑，腹部紫灰色；四肢的背面隐约可见黑色的条纹；头扁平，吻较宽，吻棱比较明显；舌宽大，深缺；指游离，指尖端钝圆、短粗；声囊无；雄性上唇后缘具2对黑色的角质刺.

2.2 雷山髭蟾外部形态指标

测量得雷山髭蟾的各项外部形态指标:体长58.1～105.3mm，头长15.0～26.3mm，头宽19.5～38.6mm，吻长6.6～13.5 mm，鼻间距3.3～7.86 mm，鼻吻距2.2～7.1 mm，鼻眼距4.3～8.7 mm，两眼前角距17.3～31.4 mm，两眼后角距20.8～43.0 mm，上眼脸宽4.4～7.6 mm，眼间距17.0～29.2 mm，眼径6.0～9.5 mm，鼓膜径2.6～11.1 mm，鼓膜～眼距4.7～12.8 mm，前臂及手长31.1～52.1 mm，手长9.9～15.9 mm，内掌突长2.3～5.5 mm，内掌突宽1.3～4.0 mm，外掌突长2.4～4.6 mm，外掌突宽1.3～3.5 mm，前臂宽4.66～19.0 mm，后肢全长70.3～121.9 mm，股长19.9～34.9 mm，径长19.0～39.0 mm，径宽5.7～15.5 mm，足长20.1～32.5 mm，跗足长30.2～49.9 mm，内趾突长3.3～6.3 mm，内趾突宽1.8～3.8 mm，体重13.5～112.2 g.

2.3 主成分分析

将雷山髭蟾各项外部形态指标的测量值转换为log10为底的对数，再进行主成分分析，结果见表1.由解释的总方差可以看出，特征值大于1 的成分有4 个，方差总体提取出4 个主成分.这4 个主成分的累积方差贡献率是87.772%，即这4 个主成分保留了原有相关矩阵的87.772%信息.

表1 解释的总方差

由表2 可以看出，后肢全长、体重和头宽的方差提取量最大，也就是信息被保留的程度是最大的，分别是0.992、0.979、0.972.

表2 公因子方差

成分得分系数矩阵是用于计算4 个主成分的得分值情况的矩阵.第1个主成分的得分值=体长×0.047+头长×0.032+头宽×0.045+吻长×0.039+鼻间距×0.033+鼻吻距×0.034+鼻眼距×0.034+两眼前角距×0.048+两眼后角距×0.048+上脸眼宽×0.031+眼间距×0.045+眼径×0.034+鼓膜径×0.038+鼓膜～眼距×0.037+前臂及手长×0.033+手长×0.033+內掌突长×0.039+内掌突宽×0.041+外掌突长×0.042+外掌突宽×0.036+前臂宽×0.038+后肢全长×0.048+股长×0.040+径长×0.047+径宽×0.045+足长×0.041+跗足长×0.045+内趾突长×0.041+内趾突宽×0.039+体重×0.048.用同样的方法可以计算第2、3、4 主成分的得分值具体见表3.

表3 成分得分系数矩阵

成分协方差矩阵生成的4 个成分（见表4），是对原始的横纵坐标经过旋转，经过变换得到的横纵坐标的长轴和短轴依然是正交的，它们的夹角是90°，说明这4 个主成分能够保留雷山髭蟾原有30个形态指标的大部分信息.

表4 成分得分协方差矩阵

2.4 聚类分析

对雷山髭蟾形态指标进行主成分分析，再使用4 个主成分进行聚类分析，结果见表5.从聚类分析可以看出，对变量聚类分析一共进行了17 步，其中第4 列表示两个变量之间的距离，距离小的样本是先进行聚类的.第9类别和第10类别之间的距离是最小的，所以最先聚成一类.第二步聚成一类的是第11 类别和第13 类别，第三步聚成一类的是第9类别和15类别，第四步聚成一类的是第4类别和第11 类别，第五步聚成一类的是第1 类别和第2 类别，第六步聚成一类的是第4类别和第9类别，第七步聚成一类的是第3类别和第14类别，第八步聚成一类的是第3 类别和第4 类别，第九步聚成一类的是第6 类别和第7 类别，第十步聚成一类的是第3类别和第8 类别，第十一步聚成一类的是第三类别和第12类别，第十三步聚成一类的是第1类别和第六类别，最后一步聚成一类的是第1 类别和第5 类别.第1 类别和第5 类别之间的距离是最远的.第5列和第6 列表示某一步聚类分析中参与聚类的样本是样本还是类，0 表示的是样本，数字表示第几步聚类产生的类参与本步的聚类.最后这一类表示本步聚成类的结果会在第几步用到.

表5 聚类表

树状图表示的是聚类分析的结果，15 个类别聚为2 个大支，3 个亚支（图1）.第9、10、15、11、13、4、3、14、8、12、1、2 类别聚为一个亚支，其中第5 类别单独聚为一个大支，第6 和第7 类别聚为另一个亚支.第3 亚支又分为3 小亚支，其中第8 类别单独成1 小亚支.这说明第9、10、15、11、13、4、3、14、8、12、1、2 只髭蟾的亲缘关系比较近，聚为一个大支，第6 和第7 只髭蟾的亲缘关系比较近，聚为另一个大支，第5只髭蟾与其它髭蟾的亲缘关系最远.

图1 聚类分析

3 讨论

近几年雷山髭蟾种群数量急剧减少，分布区逐渐变得狭窄，对雷山髭蟾的保护迫在眉睫，对其深入研究显得尤为重要.为保护雷山髭蟾这一野生资源，实现对其资源的可持续性利用，需要对雷山髭蟾的外部形态特征、生活习性、种群史、生态学、分子生物学等进行研究.本文通过对雷山髭蟾外部形态测量指标进行主成分分析和聚类分析，可以获得雷山髭蟾种群固有结构的信息.4 个主成分的方差的累积方差贡献率是87.772%.体长、头宽、吻长、鼻吻距、鼻眼距、两眼前角距、两眼后角距、眼间距、鼓膜～眼距、前臂及手长、内掌突长、内掌突宽、后肢全长、径长、径宽、体重等形态指标对雷山髭蟾的形态影响比较大.后肢全长、体重和头宽的方差提取量最大，分别是0.992、0.979 和0.972，也就是信息被保留的程度是最大的.15 只个体聚类为3 类且距离较近，说明雷山髭蟾各个体之间的相似程度比较大.第9、10、15、11、13、4、3、14、8、12、1、2 只髭蟾的亲缘关系比较近，聚为一个大支，第6和第7只髭蟾的亲缘关系比较近，聚为另一个大支，第5 只髭蟾与其它髭蟾的亲缘关系最远.这可能与雷山髭蟾的分布有关，因为雷山髭蟾的活动能力不强，由同一亲本繁殖的后代分布比较集中.在同一区域内捕捉的雷山髭蟾个体的亲缘关系会较近，不同区域捕捉的髭蟾个体亲缘关系会较远.因为雷山髭蟾成体难以找到，本研究利用的样本少，可能会导致结果存在偏差，建议今后使用分子生物学的方法对其亲缘关系进行研究.