3个地理群体宽口裂腹鱼形态差异分析

赵年桦，曹希全，赵 贺，魏 杰，聂竹兰，沈建忠

(1.塔里木大学动物科学学院，新疆阿拉尔市 843300； 2.新疆生产建设兵团塔里木畜牧科技重点实验室，新疆阿拉尔市 843300； 3.华中农业大学水产学院，武汉 430070； 4.塔里木珍稀鱼类中心，新疆阿拉尔市 843300)

宽口裂腹鱼(Schizothoraxeurystomus)隶属于鲤科(Cyprinidae)裂腹鱼亚科(Schizothoracinae)裂腹鱼属(Schizothorax)，分布于塔里木河水系，是新疆土著鱼类之一[1]。近年来宽口裂腹鱼的栖息地不断遭到破碎，其种群数量明显减少，目前已临近濒危[2]。关于宽口裂腹鱼的研究集中于资源分布调查[3-5]、遗传进化[6-10]和人工繁殖技术[11-12]，尚未见有关宽口裂腹鱼形态学的相关报道，其地理群体间的形态差异研究亦未见报道。

生物在面对异质生境时，自身的形态、结构以及生理生化功能会产生适应性进化反应，这一过程称为生态适应[13-14]。形态表型差异是生物生态适应最直接的外在表现，其中在鱼类中普遍存在[15]。鱼类形态学性状的分化，是与鱼类生活环境条件密切相关的，如朱岗倩等[16]对舟山、汕头和北海少鳞鱚(Sillagojaponica)群体的外部形态特征进行比较分析，发现3个地理少鳞鱚群体在外部形态上出现了一定程度的分化，各群体差异主要集中于躯干上部和尾部，推测形态的差异与其生存的地理环境条件有关；周彦峰等[17]对太湖、洪泽湖、黑龙江连环湖和吉林石头口门水库的4个大银鱼(Protosalanxhyalocranius)地理群体进行比较分析发现，不同地理群体间已经产生一定程度的形态差异，认为形态差异的产生与湖体中饵料生物的群落结构有密切联系。

传统形态学分析主要是可数和可量性状的比较，局限于种间及种上水平，而在同一物种不同地理种群间的鉴定方面缺乏说服力，也不能体现形态变化的空间格局。框架法(Truss network)[18]，即在生物体上选取具有代表性和标志性的坐标点并连接成线，采用几何方法描述生物体形态特征，可以有效地判别鱼类群体水平上的形态差异，使鱼类群体形态学研究变得更加详细可靠。本研究根据可量性状，采用非参数检验、主成分分析、聚类分析等多元统计方法，对托什干河(Toxkan River,TR)、塔什库尔干河(Tashkurgan River,TAR)、渭干河(Weigan River,WR)3个不同地理群体65尾宽口裂腹鱼形态差异进行比较分析，为研究不同地理群体宽口裂腹鱼的形态差异提供科学依据，同时为新疆裂腹鱼类基础生物学研究提供一定参考资料。

1 材料与方法

1.1 实验材料

于2016年分别在TR、TAR、WR采集宽口裂腹鱼样本，共计65尾，均为成体鱼，如表1所示。

表1 宽口裂腹鱼样品信息Tab.1 Sample information of S.eurystomus

1.2 测量方法

现场使用游标卡尺和电子天平测量宽口裂腹鱼传统形态特征(游标卡尺精确到0.02 mm，电子天平精确到0.1 g)：全长(TL)、体重(BW)、体长(BL)、体高(BD)、体宽(BW)、头长(HL)、头高(HD)、口宽(MB)、眼后头长(HBE)、眼径(ED)、吻须(SB)、颌须(JB)、尾柄长(CPL)、尾柄高(DCP)。并在样本形态结构上选取12个坐标点，坐标点如图1所示。

图1 宽口裂腹鱼测量位点Fig.1 Mark points for measurement of S.eurystomus

通过将坐标点两两连线得出框架距离如图2所示。

用肉眼直接计数背鳍鳍条、胸鳍鳍条、腹鳍鳍条、臀鳍鳍条，将鱼体解剖后对脊椎骨数、内外鳃耙行数等可数性状进行计数。

1.3 数据分析

利用Excel 2020初步统计所有样本7个可数变量、13个传统形态学特征数据及20个形态框架数据。为消除样本个体大小差异对形态特征的影响，将以上除TL和BL外31个形态数据与其BL的比值作为形态度量分析的性状值，从而得到31个形态比例性状参数。使用SPSS 26.0软件中的非参数检验对不同种群间宽口裂腹鱼外部形态特征的显著性差异进行比较[19]。运用SPSS 26.0软件对宽口裂腹鱼的形态比例参数进行主成分分析，分别计算各主成分的贡献率及其累计贡献率并绘制主成分散点图，进一步采用Origin 2019绘制得分系数图，确定其形态分化情况[20]。使用SPSS 26.0中的欧式最短距离聚类分析法对托什干河、塔什库尔干河、渭干河3个不同地理的宽口裂腹鱼群体进行聚类分析并绘制聚类分析图[21]，通过分析结果探讨群体间的差异性及关联性。

图2 宽口裂腹鱼框架图Fig.2 Truss network of distance measurement of S.eurystomus

2 结果

2.1 可数变量

表2是宽口裂腹鱼群体在形态学可数性状方面的实验结果。背鳍鳍条、腹鳍鳍条、臀鳍鳍条3个性状上3条河群体数值一致；在脊椎骨数、鳃耙外行数、鳃耙内行数3个性状上3条河群体数值基本相当；三个群体的分节特征值在胸鳍鳍条性状上均存在一定的交叉，但WR群体胸鳍条数少于其他2个群体。

表2 宽口裂腹鱼分节特征比较(平均值±标准差)Tab.2 Comparison of meristic counts of S.eurystomus(Mean±SD)

2.2 非参数检验

对31个比例性状进行非参数检验，结果显示，3个地理宽口裂腹鱼群体间有12个比例性状存在极显著差异(P<0.01，表3)，差异主要体现在头部、躯干部和尾部特征。

表3 宽口裂腹鱼3个群体的形态比例性状描述统计值(平均值±标准差)Tab.3 Descriptive statistics of morphological proportional traits for three populations of S.eurystomus (Mean±SD,P=0.05)

续表3

2.3 主成分分析

对3个群体宽口裂腹鱼31个形态学比例性状进行主成分分析，结果显示：31个形态学比例性状在类群间存在极显著差异，KMO度量值为0.644，所选变量均适合于因子分析[22]。主成分分析结果表明前9个主成分(特征值大于1)累积贡献率为73.089 %；前3个主成分累积贡献率为44.597 %；其中第一主成分贡献率为22.277 %，第二主成分贡献率为13.424 %，第三主成分贡献率为8.896 %(表4)。其中前3个主成分可基本反应综合指标所隐含的信息，故选用前3个主成分构建散点图。

表4 宽口裂腹鱼3个群体前9个主成分特征值和贡献率Tab.4 Initial eigenvalues and contribution ratio of the first nine principal components for three populations of S.eurystomus

其中第一主成分起主要作用的是K1/BL、K2/BL、K9/BL和SB/BL，可反映头部特征；第二主成分起主要作用的是K13/BL、HD/BL、DCP/BL和BW/BL，反映了躯干特征；第三主成分起主要作用的是HBE/BL、HL/BL、K20/BL和K4/BL，反映了头部-尾部特征(图3)。根据前3个主成分构建的散点图显示(图4)，3个群体不同个体之间有个体发生重叠，3个种群并未形成明显的独立组群。

图3 PC1、PC2和PC3得分系数Fig.3 Scoring coefficient of PC1,PC2 and PC3

图4 宽口裂腹鱼3个群体第1、2、3主成分散布情况Fig.4 Distribution of PC1,PC2 and PC3 for three populations of S.eurystomus

2.4 聚类分析

从宽口裂腹鱼3个地理群体间的欧式距离可以看出(表5)：TR群体和TAR群体形态较为接近，两者之间的欧式距离最短，仅为0.011；TR群体和WR群体形态差异较大，两者之间的欧式距离为0.088。聚类分析结果显示TR群体和TAR群体首先聚为一支，然后WR群体与其他2个群体聚类(图5)。

表5 宽口裂腹鱼3个地理群体间的欧式距离Tab.5 Euclidean distance among three geographical populations of S.eurystomus

图5 由欧式距离产生的宽口裂腹鱼3个群体的聚类分析图Fig.5 Cluster analysis of three populations of S.eurystomus in the Euclidean distance

3 讨论

由于生存环境或群体所处的生活史周期不同，生物个体在形态结构上表现出差异，结合形态信息可以有效开展鱼类种质鉴定和群体判别分析研究。1982年Strauss等[18]提出框架系统分析方法在反映形态差异方面比传统形态学分析方法更有效。王莹莹等[23]、蒙彦晓等[24]、胡俊仪等[25]将传统形态学分析和框架分析相结合，成功地应用龙头鱼(Harpadonnehereus)、秦岭细鳞鲑(Brachymystaxlenoktsinlingensis)和麦穗鱼(Pseudorasboraparva)等鱼类种下群体间的形态进行判别分析。本研究基于多变量形态学度量方法，采用多元数理统计分析方法对31个形态比例性状参数进行分析，探讨3个宽口裂腹鱼群体间的形态差异，以期为宽口裂腹鱼不同地理群体的识别和种质资源的保护提供基础资料。

研究结果显示多元分析方法所得结果基本一致。对31个比例性状进行非参数检验，3个地理宽口裂腹鱼群体间有12个比例性状存在极显著差异，差异主要体现在头部、躯干部和尾部特征。主成分分析结果表明，宽口裂腹鱼不同地理群体之间的主成分分布均存在不同程度的重叠区域，表明了其群体间存在着一定的差异，这种形态差异很大程度上是由头部和躯干部的可量形状引起的。聚类分析的亲疏关系谱系图显示，托什干河和塔什库尔干河群体遗传距离最短，形态最为接近。这一结果与非参数检验和主成分分析结果一致，3种方法是从不同角度去分析存在的差异，表现差异的程度不同，所以它们不能相互替代，但可以相互印证。

形态特征受到遗传因子和环境因子共同影响，是遗传和环境、结构基因和调控基因综合作用的结果[16]。而相比其他脊椎动物，鱼类形态更易受到环境的影响[26]。研究结果显示托什干河群体和塔什库尔干河群体的形态特征最为接近，这可能是由于2个地理群体具有相似的地理环境，均属于温带大陆性干旱气候类型，且都由冰川融水补给[27-28]。采样时发现两河都为石砾底质且水流速均湍急，推测两条河中饵料生物的群落结构特征存在一定的相似之处。渭干河曾经是塔里木河支流之一，但由于环境破坏，渭干河断流，目前已经无水注入塔里木河[29]。经调查，渭干河每年在克孜尔水库泄洪后就基本无水，鱼类资源枯竭，蓄水后鱼类数量也得不到大量补充，导致渭干河长期无法与其他河流进行生物信息交流，这可能造成了渭干河群体单独聚为一支。

形态学测量目前在鱼类种群鉴定和遗传差异比较方面得到广泛应用[30-31]。形态学测量方法十分直观，容易掌握，但是当鱼类个体差异较小时，可能会产生错误。鱼类形态差异也有可能受到遗传因子和环境条件的影响[32]，所以为了进一步探究3个地理群体之间的差异，还需要结合生态学资料，采用分子生物学方法做更深入的探讨。