海阳和烟台近岸口虾蛄群体的形态比较*

孙东昱 王 蕾① 邱盛尧 刘金红

(1. 烟台大学海洋学院 烟台 264005；2. 烟台市海洋与渔业监督监察支队 烟台 264005)

口虾蛄(Oratosquilla oratoria)一般生活在浅海海域，是目前我国分布最广且产量最大的口足类动物。国内学者对口虾蛄的生物学、形态、性腺、组织、繁殖习性等开展了研究(张代臻等, 2013; 张年国等,2018; 薛梅等, 2016)。形态学测量作为一种了解口虾蛄生长规律的手段已应用到部分海区的研究中。近10 年来，有学者将形态学测量方法应用到口虾蛄地理种群的鉴别(杜欣蔚, 2016; 林月娇等, 2008)。形态学方法作为鱼类种群鉴别和物种分类的重要方法，在个体发育和系统发生学中极其重要(Cadrin, 2000;Mitteroecker et al, 2009; 陈新军等, 2013)，并已将其应用于虾蛄研究(Patek et al, 2007、2013; Claverie et al,2011、2013; Anderson et al, 2014)。

口虾蛄是山东近岸小型底拖网、定置网和流刺网等作业方式的主要捕捞对象(金显仕等, 2006)，传统经济鱼类资源的严重衰退，导致口虾蛄经济价值增加，对其开发利用程度逐年升高(黄梓荣等, 2009)，黄渤海口虾蛄群体面临严峻的生存压力，已出现性成熟提前的现象(盛福利等, 2009)。本研究选取分别位于山东半岛北部黄海北部海域和山东半岛南部黄海中部海域的烟台和海阳口虾蛄群体为研究对象，通过形态测量探明两地群体的形态学特征，比较群体间的形态差异，为口虾蛄的种群划分、资源管理、保护利用及口虾蛄的环境适应性研究提供基础资料和依据。

1 材料与方法

1.1 实验材料

本研究所用口虾蛄样本均为流刺网渔获物，分别采集于黄海北部的烟台近岸和黄海中部的海阳近岸海域(图1)。烟台近岸海域的样本采集于2017 年4 月，每10 d 采集1 次，共采集3 次，样本总数为223 尾(♀101 尾、♂122 尾)。海阳近岸海域的样本采集于2018年4 月，每10 d 采集1 次，共采集3 次，样本总数为290 尾(♀119 尾、♂171 尾)。海阳样本的平均体长[(133.64±12.02) mm]比烟台群体[(130.76±13.22) mm)]高2.11%。海阳群体的平均体重[(35.28±7.95) g]比烟台群体[(30.92±8.64) g]高14.21%。

1.2 生物学鉴定和形态测量

对采集的口虾蛄样本进行性别鉴定、称重和形态学测量。雄性在第3 步足内有1 对透明线状交接器，雌性无。样品体重(W)用电子天平测量，精确到0.1 g。形态学性状参数用游标卡尺测量，包括体长、头胸甲长、头胸甲宽、胸节长、第5 胸节宽、第8 胸节宽、尾节长、尾节宽、掠足长节长、掠足掌节长、掠足指节长共11 个参数(图2)，精确到0.01 mm。

图2 口虾蛄形态测量示意Fig.2 Morphometric diagram of O. oratoria

1.3 数据处理

为了消除口虾蛄规格大小对形态特征的影响，采用形态学性状指标与体长的比值作为分析不同海域群体形态差异的形态学指标。同时，为反映口虾蛄各部位的几何形态差异，将头胸甲宽/头胸甲长、第5胸节宽/胸节长、第8 胸节宽/胸节长、尾节宽/尾节长4 项的比值作为分析形态差异的另一组形态学指标。

1.4 统计分析

1.4.1 独立样本t 检验 对口虾蛄样本的形态学参数进行K-S 检验，样本数据均近似服从正态分布。对15 项形态学指标分别进行独立样本t 检验，比较海阳和烟台的口虾蛄在形态上是否有显著性差异。

1.4.2 差异系数检验 为判断口虾蛄海阳群体和烟台群体是否为统一种群，根据Mary 等(1953)的方法计算群体形态多样性的差异系数(CD)，若CD＞1.28，则可视两群体为亚种以上水平的多样性差异，反之，则认为差异未达到亚种水平，属于种间差异。计算公式如下：

式中，M1和M2分别表示2 个群体的15 项形态比例性状的平均值；S1和S2为对应的标准差。

1.4.3 主成分分析 利用SPSS 23.0 软件对口虾蛄的 15 项形态学指标进行主成分分析(Principal component analysis, PCA)，得到各主成分的特征值和贡献率，根据各主成分的得分绘制主成分散布图，分析其形态差异的主要来源。

1.4.4 判别分析 根据对口虾蛄形态差异贡献较大的形态学指标，建立烟台和海阳群体的判别公式。判别准确率计算公式如下：

判别准确率P1=(判断正确的口虾蛄尾数/实际判别的该群体尾数)×100%

判别准确率P2=(判别正确的口虾蛄尾数/判入该群体尾数)×100%

式中，Ai为i 种群判别正确的尾数；Bi为i 种群的实际尾数；k 为群体数。

2 结果

2.1 海阳和烟台海域口虾蛄群体结构比较

雌雄异体的动物，其外部表现的性状随性别而异，称为雌雄差异或性别二态性。根据调查统计结果，海阳和烟台的口虾蛄群体中，雄性个体体型均明显大于雌性，为消除两性差异的影响，将口虾蛄分雌、雄群体分别进行统计分析。

海阳和烟台雌虾的体长分别为97.68～159.32 和79.21～164.28 mm，平均体长分别为(131.27±11.18)和(128.81±16.58) mm，海阳雌虾群体平均体长比烟台群体高1.91%，优势体长组均为130～140 mm，分别占总体的34.45%和39.60%(图3)。2 个海域间的雌性口虾蛄群体的体长结构相近。海阳和烟台雌虾的体重分别为 11.4～51.7 和 7.89～69.0 g，平均体重分别为(32.59±7.88)和(30.09±9.80) g。海阳雌虾群体的平均体重略高于烟台群体，且2 个海域雌虾的体重均集中分布在25～35 g 区间，分别占总体的46.22%和45.54%(图4)。从百分组成看，2 个群体体重分布都较集中，且各体长区间的分布趋势极相似，说明2 个海域间雌性口虾蛄群体体重结构相近。

海阳和烟台雄虾的体长分别为96.48～157.92 和117.85～155.37 mm，平均体长分别为(136.00±12.85)和(132.70±9.86) mm。海阳雄虾的平均体长略高于烟台群体。海阳群体雄虾的优势体长为130～140 mm，占总体的 45.03%；烟台群体雄虾的优势体长为120～130 mm，占总体的41.80%(图5)。海阳和烟台群体雄虾的体重分别为12.3～60.5 和21.13～51.65 g，平均体重分别为(38.06±8.02)和(31.75±7.47) g。海阳雄虾群体的平均体重比烟台群体高19.87%。海阳地区雄虾群体的优势体重为35～45 g，占总体的51.46%；烟台群体雄虾的优势体重为 25～35 g，占总体的46.72%(图6)。对比体长和体重分布情况可知，海阳的雄性口虾蛄生长发育情况要优于烟台。

图3 口虾蛄雌虾体长分布Fig.3 Body length distribution of female O. oratoria

图4 口虾蛄雌虾体重分布Fig.4 Body weight distribution of female O. oratoria

图5 口虾蛄雄虾体长分布Fig.5 Body length distribution of male O. oratoria

图6 口虾蛄雄虾体重分布Fig.6 Body weight distribution of male O. oratoria

2.2 海阳和烟台口虾蛄群体的形态比较

2.2.1 独立样本t 检验和差异系数检验 2 个海域中的雌性群体在W/TL、CL/TL、CW/TL、XW5/TL、XW8/TL、WL/TL、TW/TL、PL/TL、CW/CL、TW/WL共 10 个指标上具有极显著性差异(P＜0.01)，在XW5/XL 指标上差异显著(P＜0.05)(表1)。其中，烟台雌性的W/TL、CL/TL、CW/TL、XW5/TL、XW8/TL、WL/TL、TW/TL、CW/CL、TW/WL 这7 个指标比海阳的平均高4.33%～24.16%，海阳雌性的PL/TL 比烟台的高13.80%。雄性群体在W/TL、CL/TL、CW/TL、XW5/TL、TW/TL、PL/TL、XW5/XL、XW8/XL、TW/WL这 9 个性状上具有极显著性差异(P＜0.01)，在XW8/TL、WL/TL、CW/CL 这3 个性状上差异显著(P＜0.05)。其中，烟台雄性的CL/TL、CW/TL、XW5/TL、WL/TL、XW5//XL、XW8/XL、TW/WL、XW8/TL、WL/TL、CW/CL 这10 个指标比海阳的平均高4.24%～16.58%，海阳雄性的PL/TL 比烟台的高13.53%。雄性与雌性的t 检验结果基本一致，两地口虾蛄具有形态差异的性状主要集中在口虾蛄的头胸甲部、胸部、尾部和第2 颚足的掌节4 个部位(表2)。在15 个形态指标中，关于形体宽度的指标有4 个，烟台的雌、雄群体的平均值均高于海阳群体，说明烟台群体比海阳群体体型更为矮胖。烟台群体的头胸甲和尾部在整体体型中占比较大，且较为宽阔，而海阳群体的腹部在整体体型中占比较大，且较为细长。

虽然两地的雌、雄口虾蛄形态上具有一定差异，但将其作为一个整体进行头胸甲部、尾部等各个主要性状的CD 检验，其差异系数(CD)均小于1.28(表1)，这表明2 个海域口虾蛄群体间的形态差异属于种内不同地理群体的差异，尚未达到亚种水平。

2.2.2 主成分分析 在主成分分析前，进行KMO和Bartlett 球形度检验，KMO 值分别为0.732 和0.767，均＞0.700；Bartlett 球形度检验中，P=0.000＜0.001，综合2 个检验指标，说明各变量参数之间存在相关性，所得结果具有统计分析意义，适用于主成分分析。

表1 口虾蛄独立样本检验和CD 检验结果Tab.1 Independent sample test and CD test results of O. oratoria

表2 海阳和烟台口虾蛄群体的形态差异Tab.2 Morphological differences between Haiyang and Yantai O. oratoria stocks

对雌性口虾蛄群体进行主成分因子分析，提取出3 个特征值＞1 的形态指标，选用方差贡献率较大的3个主成分，其贡献率分别为 65.698%、17.673%和7.200%，累计贡献率为87.571%。3 个主成分的累计贡献率达到较高水平，包含了群体中总变异的绝大部分，因此，可以用这3 个相互独立的因子来概括雌性口虾蛄群体间的形态差异。其中，主成分1 的贡献率相对较大，说明2 个不同海域的雌性口虾蛄群体在CL/TL、CW/TL、XL/TL、XW5/TL、XW8/TL、WL/TL、TW/TL、ML/TL、PL/TL(负荷值＞0.100)这9 个变量性状上存在的形态变化较大(表3)。

对雄性口虾蛄群体进行主成分因子分析，提取出3 个特征值＞1 的形态指标，选用方差贡献率较大的3个主成分，其贡献率分别为 60.645%、14.034%和8.477%，累计贡献率为83.156%。3 个主成分的累计贡献率达到较高水平，包含了群体中总变异的绝大部分，因此，可以用这3 个相互独立的因子来概括雌性口虾蛄群体间的形态差异。其中，主成分1 的贡献率相对较大，说明2 个不同海域的雄性口虾蛄群体在CL/TL、XL/TL、XW5/TL、WL/TL、TW/TL、ML/TL、PL/TL(负荷值＞0.100)这7 个变量性状上存在的形态变化较大(表3)。

对雌性和雄性口虾蛄群体分别绘制贡献率较大的主成分1 和2 的散布图(图7)。主成分1 主要集中反映了口虾蛄的头胸甲部、胸部、尾部和第2 颚足(掠足)等整体体型指标，主成分2 主要反映了胸部指标。综合比较可知，烟台和海阳近岸的雌性和雄性群体的主成分性状主要集中在头胸甲部、胸部、尾部和第2颚足部位，雌性和雄性口虾蛄群体的主成分散布分布类似，差异较小。海阳群体和烟台群体在主成分1 轴和主成分2 轴上均具有较多重叠，烟台群体的主成分散布分布相对于海阳群体分散，说明烟台群体在头胸甲部、胸部、尾部和第2 颚足体型指标上变化幅度要高于海阳群体，也从侧面印证海阳口虾蛄比烟台口虾蛄体型上更为细长。从整体上看，烟台群体的体型较宽阔，主要表现在头胸甲、胸部的宽度上。烟台雌性群体的CW/TL 和XW5/TL 平均值(0.1729 和0.1403)均高于海阳雌性群体(0.1446 和0.1130)，烟台雄性群体的CW/TL 和XW5/TL 平均值(0.1851 和0.1423)均高于海阳雄性群体(0.1598 和0.1196)，说明在同一体长时，烟台雌性和雄性口虾蛄群体的头胸甲部和胸部都比海阳群体宽。

表3 口虾蛄雌雄群体形态特征因子负荷矩阵及主成分贡献率Tab.3 Component matrix and contributive proportions of principal components on morphological characters of female and male O. oratoria

图7 口虾蛄雌雄群体的主成分散布分布Fig.7 Distribution of principal components of female and male O. oratoria

2.3 海阳和烟台口虾蛄群体的形态判别

采用逐步筛选变量的方法，从15 个形态学指标中筛选出9 个具有显著贡献的变量(P＜0.01)，依次为X1-W/TL、X3-CW/TL、X4-XL/TL、X5-XW5/TL、X7-WL/TL、X8-TW/TL、X9-ML/TL、X10-PL/TL 和X15-TW/TL。基于这9 个变量的特征值建立4 个判别函数，分别表示海阳和烟台近岸口虾蛄的雌、雄群体：

海阳雌性群体：

海阳雄性群体：

烟台雌性群体：

烟台雄性群体：

判断某口虾蛄的群体归属时，将其9 个性状的特征值分别代入上述4 个判别方程式，得到4 个函数值，得到最大函数值的判别函数对应的群体即为该口虾蛄的群体类别(李勇等, 2001)。为了验证上述判别方程式的准确性，对所测样本进行预测分类。判别准确率P1为61.8%～84.0%，P2为62.2%～87.2%，综合判别率为74.0%。交互检验后P1为61.5%～83.2%，P2为60.0%～86.6%，综合判别率为72.5%，说明建立的判别公式对相应群体的判别是可行的，适合对样品的初判(表4)。海阳地区口虾蛄群体的判别准确率较高，其雌性群体和雄性群体间的形态差异相对于烟台地区更为显著。4 组群体中，不同地区口虾蛄群体间的形态差异明显，而同一地区雌、雄群体间的形态差异相对较小(图8)，说明地理位置和栖息环境是影响口虾蛄群体形态差异的重要因素。

表4 口虾蛄4 个群体的判别结果Tab.4 Discriminant results of four O. oratoria stocks

图8 口虾蛄4 组群体的散点图Fig.8 Scatter plot of four O. oratoria stocks

3 讨论

3.1 口虾蛄的雌雄二态性

雌雄异体的动物，其外部表现性状随性别而异，称为雌雄差异或性别二态性，可能成因包括天择、性择和生殖选择。两性体型差异是两性异形的一个常见例子。口虾蛄是典型的群居生物，雄性口虾蛄体型的强壮无疑会使其在寻找配偶时更有竞争力。本研究采集的海阳和烟台口虾蛄样本中，雄性的体型明显比雌性大，雄性的平均体长和体重分别比雌性高3.31%和11.38%。大部分雌、雄个体的生长情况已具有明显差异，说明口虾蛄是典型的性别二态性物种。蒋霞敏等(2000)在研究黑斑口虾蛄(Oratosquilla kempi)时也发现，雌、雄个体身体各部分的生长发育速度在不同阶段有所差异。其中，头胸甲长随体长的增加呈匀速增长，雌雄略有差异，雄性头胸甲比雌性生长略快。而尾扇长随体长增加呈匀速增加，体长小于111.52 mm时，雌性尾扇长于雄性，而当体长达111.52 mm 以后，雌性尾扇短于雄性。

3.2 烟台和海阳群体的形态差异

本研究结果显示，2 个海域口虾蛄群体间存在显著的形态差异，主要体现在头胸甲部、胸部、尾部和第2 颚足，主成分分析发现，2 个群体在横向体型因子上差异最明显。虽然2 个口虾蛄群体的形态存在显著差异，但仍属于同一个种的不同地理种群，还没有进化到种间或亚种的程度。同一物种不同群体间的形态差异，与群体间的地理距离有相关性，若地理位置距离较近，则群体间的亲缘关系也相对较近(徐敬明等, 2015)。本研究中，2 个口虾蛄群体分别位于山东半岛的南北两侧海域，生活环境存在明显的差异，北侧黄海北部表层水温低于南侧黄海中部水温，而盐度则呈南高北低的分布趋势(金显仕等, 2005)。此外，山东近海属于大陆架浅海，黄海北部底质多泥沙，而黄海中部砂质较多(许鹏, 2005)，可能是形成2 个群体间形态差异的重要因素。董志国等(2010)研究中国海三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)时发现，造成群体形态分类差异的原因是不同地理位置和不同栖息环境共同影响的结果。在克氏原螯虾(Procambarus clarkii)群体的分析中也得到同样结论(邹桂伟等,2009)。此外，栖息地扰动和生存环境的影响，或组成饵料的营养成分不同，对一些物种的形态特征和进化方向造成一定影响(沈伟良等, 2017; Hassani et al,2019)。人为干扰因素(如养殖废水、工业污水、生活污水等环境污染物的任意排放)也会对群体间的形态差异产生严重影响。海阳群体总体形态上较烟台群体要更细长。烟台群体的头胸甲和尾部在整体体型中占比较大，且较为宽阔，而海阳群体的腹部在整体体型中占比较大，且较为细长。口虾蛄的头胸甲部是主要的感觉和摄食中心，第2 颚足和尾部是主要的捕食、挖、掘穴和防卫器官，胸、腹部为主要的游泳和呼吸器官(王春琳等, 1996a)。因此，2 个群体形态上的差异很可能与栖息环境中的水流环境和底质差异有关。

4 月，海阳口虾蛄群体的体型比烟台群体更健壮，其平均体长和平均体重分别比烟台群体高 2.1%和14.21%。形态特征指标中，海阳的雄性口虾蛄PL/TL、ML/TL 和DL/TL 和雌性口虾蛄PL/TL 和DL/TL 平均值以及CL/TL 平均值均明显高于烟台群体。因此，推测口虾蛄第2 颚足和头胸甲的形态、比例与其捕食能力有密切联系。第2 颚足是鉴别虾蛄种类的重要依据(Caldwell et al, 1976)，其形态特征反映了虾蛄的捕食方式和捕食能力(Patek et al, 2005、2004)。王春琳等(1996b)对口虾蛄进行生物学观察后认为，掠足长度限制了口虾蛄对饵料生物的攻击范围。而李铭五(1988)在研究虾蛄对日本对虾的捕食行为时也发现，日本对虾甲壳长等于虾蛄头胸甲长的1/2 或者等于虾蛄身体长的1/2 或1/3 大小时，最适于虾蛄捕食。

3.3 形态比较样本采集方式的选择

甲壳动物的个体发育需要通过蜕皮来实现，即蜕去旧的外骨骼并长出新的外骨骼的过程。虽然已经有幼体期口虾蛄蜕皮周期的研究报道(王波等, 1998)，但目前还没有对自然海域的口虾蛄蜕皮进行深入研究，对成体蜕皮的具体时间更未有报道。王春琳等(1996b)通过对浙江近岸海区调查结合实验室活体培养观察与实验，认为8～11 月是口虾蛄的蜕皮与生长阶段，但未明确蜕皮的具体时间和过程。邓景耀等(1992)对渤海口虾蛄调查研究时发现，1～3 月为其越冬期，5～7 月为产卵期，5 月为产卵盛期。因此，本研究筛选4 月作为本实验的采样期，同时，选择流刺网渔获物为样本采集源，以排除幼体在群体形态特征比较时的影响。根据李显森等(2016)在渤海进行的口虾蛄三重刺网、单层刺网和底拖网渔获组成的比较发现，网目尺寸在50～60 mm 的三重刺网和单层刺网捕获的口虾蛄体长范围为78～166 mm，优势体长组为120～130 mm，而底拖网捕获的口虾蛄体长范围为64～130 mm，优势体长组为80～90 mm。根据统计，本研究采集的口虾蛄样本90%以上为110 mm 以上个体。因此，可判断实验期间所捕获的是率先进入渔场的口虾蛄群体中发育较早的产卵群体。根据王波等(1998)的研究可判断基本上为2 龄以上的成体。

甲壳动物蜕皮周期一般分为蜕皮后期、蜕皮间期、蜕皮前期和蜕皮期，发生形态变化的时刻发生在蜕皮期，只占了整个蜕皮周期的相对较短的时间，且根据种类的不同而有长短差异。甲壳动物在蜕去旧的外骨骼后，摄入水分，柔软的新皮膨胀，这种身体的增大严格讲并非“生长”(罗荣生, 1989)。为排除4 月采样时，口虾蛄群体中处于不同蜕皮周期的个体对形态差异分析时的影响，本研究在30 d 内采集3 次，每次间隔时间约为10 d 左右。实验中采集的所有口虾蛄样本的外壳都很坚硬，并未发现蜕皮现象，基本可排除同一批群体中处于不同蜕皮周期的幼体对形态差异分析的影响。因此，判断口虾蛄产卵前不进行蜕皮，以4 月的口虾蛄样本进行群体间形态差异的比较研究是十分适宜的。