不同产地中华绒螯蟹背壳形态学研究

石祚锋，陈玉峰，顾赛麒,3*

（1.浙江工业大学 食品科学与工程学院，浙江杭州 310032；2.宁波今日食品有限公司，浙江宁波 315502；3.上海海洋大学 食品学院，上海 201306）

中华绒螯蟹在我国分布广泛，按其生长水系不同可分为辽河、黄河、长江、瓯江、珠江等地方种群[1-2]，中华绒螯蟹由于在不同水系生长，长期的进化导致其在形态特征上出现了不同程度的差异。在众多水系中，长江水系的中华绒螯蟹被认为是较为优质的大闸蟹种质资源[3]。但近年来，多种原因导致长江水系的大闸蟹种质开始发生混杂，主要体现在头胸甲、额齿和侧齿形态以及步足特征等方面。阳澄湖、松江、崇明3 地所产的大闸蟹均属于长江水系种群，它们外部形态可能有一定的差异，但此差异没有不同水系间中华绒螯蟹的差异显著。据报道，阳澄湖大闸蟹背壳两侧各长有4 个较长的、向上弯翘的尖角，中央有一个较深的“牛蹄印”[4]，可能是其较为典型的形态学特征。但同属长江水系不同产地的中华绒螯蟹在形态学上是否存在差异，国内尚无学者对此问题进行研究。

本研究对同属长江水系的不同产地、不同等级、不同性别大闸蟹背壳的15 个形态学参数展开测定，并进行主成分分析，根据大闸蟹形态学参数的主成分综合得分来评价其形态学特性，并获得不同产地、性别、等级蟹样间的差异性。以期为长江水系不同地区大闸蟹的形态学甄别和定级提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料与设备

阳澄湖大闸蟹（120 只）：苏州市明澄蟹业公司，其中雄蟹60 只，200 g（阳-♂-特级）、150 g（阳-♂-1 级）以及125 g（阳-♂-2 级）各20 只；雌蟹60 只，150 g（ 阳-♀- 特 级）、125 g（ 阳-♀-1 级）以 及100 g（阳-♀-2 级）各20 只。松江大闸蟹（120 只）：上海鱼跃水产合作社，采样规模与阳澄湖蟹完全一致，雄性规格命名为松-♂-特级、松-♂-1 级和松-♂-2 级；雌 性 命 名 为 松-♀- 特 级、松-♀-1级和松-♀-2 级。崇明大闸蟹（80 只）：上海宝岛蟹业有限公司，其中雄蟹40 只（1 和2 级分别20 只，分别命名为崇-♂-1 级和崇-♂-2 级），雌蟹40 只（1级和2 级分别20 只，分别命名为崇-♀-1 级和崇-♀-2级）。崇明大闸蟹有“小而鲜”的特点，未有特级品种，因此只对崇明大闸蟹采集1 级和2 级蟹样。

Mitutoyo 游标卡尺：530 型，泰西（北京）精密技术有限公司。

1.2 大闸蟹样品前处理

将捆扎好的3 个产地的特级、1 级和2 级的大闸蟹使用流动水冲洗表面杂质和泥沙后擦拭干净，依次蒸制30 min 冷却至室温。打开头胸甲，将背壳清理干净立即用游标卡尺测量各形态学参数。

1.3 形态学参数测量

采用游标卡尺测量中华绒螯蟹背壳的15 个形态学参数[5]：内额齿间距（AA'）、外额齿间距（BB'）、眼底间距（CC'）、第一前侧齿间距（DD'）、第二前侧齿间距（EE'）、第三前侧齿间距（FF'）、第四前侧齿间距（GG'）、体宽角间距（HH'）、侧后缘界角间距（II'）、第二前侧齿至侧后缘界角间距（EI）、第三前侧齿至侧后缘界角间距（FI）、第四前侧齿至侧后缘界角间距（GI）、体宽角至侧后缘界角间距（HI）、中央缺刻至颈沟中点间距（PK）、中央缺刻至后缘中点间距（PJ），详见图1。

图1 中华绒螯蟹背壳形态学参数

1.4 数据分析

数据分析采用主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA），PCA 分 析 由AlphaSoft V12.0 和Matlab 6.5 软件完成，PCA 分析步骤如下[6]。①为抵消不同变量间的差异，通过Z-Score 标准化方法，将大闸蟹形态矩阵Xm×n标准化（m代表蟹样数，n代表传感器数），计算中心标准化矩阵，并计算的 协 方 差 矩 阵Yn×n。②由 特 征 方 程(λi-Yn×n)×U=0，求 出Yn×n的 各特征向 量Ui和 特征根λi。③主成 分表达式：PCi=Ui×X（i*i=1,2,…,n），各主成分贡献率，前k个主成分PC1,…,PC（kk＜n）的累计贡献率。④取k值，累计主成分贡献率超过90%，研究主成分PC1,…,PCk，故可将n维原始数据降为k维。此外，不同组别的显著性（不同字母代表显著性差异，P＜0.05）采用Origin 2021 软件分析。

2 结果与分析

2.1 不同产地、等级、性别中华绒螯蟹背壳形态学差异分析

由表1 可知，从产地因素上看，阳澄湖和崇明所 产 的 大 闸 蟹 在BB'、EE'、FF'、GG'、HH'、II'、EI、FI、HI 和PJ 这10 个参数上均有显著性差异：阳澄湖蟹显著大于崇明蟹；除II'外，松江蟹的上述9 项参数均介于阳澄湖蟹和崇明蟹之间，且与两者无显著性差异。其他5 个形态学参数（AA'、CC'、DD'、GI 和PK），3 个产地蟹样均无显著性差异。从等级因素上看，除AA'、CC'、GI 和PK 外（4 种等级蟹样均无显著性差异），特级和2 级的大闸蟹在其余各形态学指标上均有显著性差异：特级蟹显著大于2 级蟹，1 级蟹介于特级蟹和2 级蟹之间，且与两者无显著性差异（DD'与FI除外）。从性别因素上看，对雌蟹和雄蟹而言，除了AA'，其他14 个形态学参数均有显著性差异：II'为雌蟹显著大于雄蟹，其他形态学参数均为雄蟹显著大于雌蟹。

表1 不同产地、等级、性别中华绒螯蟹背壳形态学参数比较（单位：cm）

目前国内已有一些学者对不同种群大闸蟹的形态特征进行过研究，认为它们在头胸甲、额齿和侧齿形态以及步足特征等方面存在一定的差异性。王武等[7]研究发现中国大陆不同地域的中华绒螯蟹在长期进化过程中，中华绒螯蟹对原产地环境的依赖性较强。何杰等[8]采用形态学测量的方法也证实，南北水系中华绒螯蟹存在明显的地理隔离现象。但同属长江水系、来自不同产地的大闸蟹的形态学是否存在差别，国内尚无研究者对此问题进行研究。本研究对其数据进行分析后发现：同属长江水系的阳澄湖蟹和松江蟹在形态学上不存在显著性差异，而崇明蟹因为所处水体有一定的盐度而造成个体偏小，与阳澄湖蟹相比形态上有一定差异性。进一步研究发现，同一水系的大闸蟹背壳形态特征均较为相似，存在的细微差异可能与其自身营养状况有关：营养状况越好，蟹样背壳越饱满，各项形态学参数数值越大。阳澄湖水草丰茂，水质清澈、螺丝等活体饵料丰富，是河蟹理想的天然栖息地，因而阳澄湖大闸蟹的营养状况良好，各项形态学参数数值偏大。

2.2 背壳形态学变量的主成分分析

对中华绒螯蟹背壳各形态学变量进行主成分分析，结果见表2 和表3。第一主成分的方差贡献率占84.682 7%，主要反映除II'（X9）外的14 个变量的变异信息，并且第二主成分方差贡献率占7.501 7%，故第一及第二主成分的方差贡献率累计为92.184 4%，大于90%，并且信息遗失率＜10%。因此15 个形态学变量的差异信息在这2 个主成分均能有效体现。综上，选用前2 个主成分作为本次研究的数据分析有效成分，可使大闸蟹背壳形态学数据从15 维降至2 维。此外，由表3 可知，第一主成分与所有形态学变量（X1~X15）的特征向量均为正值，呈现正相关；而第 二 主 成 分 与X4、X7、X8、X10、X11、X12、X13、X14和X15的特征向量均为负值，呈负相关性。基于此进行主成分建立的形态学评价模型建立。

表2 主成分的特征根及方差贡献率

表3 主成分的载荷矩阵及特征向量

2.3 基于主成分建立的形态学评价模型

由表2 的92.184 4%变异信息和表3 的特征向量，根据主成分计算公式：PCi=Ui×X*i（i=1,2,…,n），建立PC1、PC2两个主成分的线形回归方程为

式（1）和 式（2）中：X1,X2,…,X15对 应 的 数据为15 个形态学变量经Z-Score 标准化后的数值。

本研究通过大闸蟹背壳形态学的综合评价模型S=α1×PC1+α2×PC2来计算综合评价指标的分值S（见表4）。由表4 可见，阳澄湖的特级雄蟹在第一主成分中得分最高，松江的特级雌蟹在第二主成分中得分最高。16 种蟹样背壳形态学的主成分得分（S值）排 序 为 阳-♂- 特 级＞松-♂- 特 级＞阳-♂-1 级＞松-♂-1 级＞崇-♂-1 级＞松-♂-2 级＞阳-♂-2级＞阳-♀- 特 级＞松-♀- 特 级＞崇-♂-2 级＞阳-♀-1 级＞松-♀-1 级＞阳-♀-2 级＞崇-♀-1级＞松-♀-2 级＞崇-♀-2 级；若保持产地和性别条件一致，则特级＞1 级＞2 极；若保持产地和等级条件一致，则雄蟹＞雌蟹。

表4 主成分综合得分表

如表5 所示，不同产地的平均主成分综合得分（S值）可见：阳澄湖＞松江＞崇明。综合考虑等级和性别，阳澄湖大闸蟹背壳的形态最好，松江大闸蟹次之，崇明大闸蟹最低。同理，从等级和性别角度，各自对大闸蟹背壳形态的s—值进行比较后发现：特级＞1 级＞2 级，雄性＞雌性。此外，进一步观察表5 可知，性别因素对大闸蟹背壳形态的影响最为显著（雌蟹和雄蟹的s—值差值最大）；等级因素有一定的影响；产地因素的影响力最弱。

表5 平均主成分综合得分表

2.4 基于主成分分析确定特征形态学变量

由图2 可见，雄性和雌性大闸蟹可依据其背壳形态的差异而分为两类（分别用虚线圈出），两者差异性主要体现在第一主成分轴上：雄蟹大多位于第一主成分轴的右侧区域（PC1值为正），而雌蟹主要位于第一主成分轴的左侧区域（PC1值为负）。对于某种性别的大闸蟹而言（以雄蟹为例），不同等级的蟹样在形态上也存在一定的差异性：蟹样等级越高，其PC1和PC2的值越大。由于PC1对样品总体方差的贡献率（84.68%）远大于PC2（7.50%），且不同蟹样在PC1上的数值范围跨度更大，因此可认为第一主成分对蟹样等级的差异贡献显著。从产地因素上看，阳澄湖、松江和崇明的大闸蟹在形态上虽有差异（PC1值依次递减），但此差异相对性别及等级因素而言并不明显。进一步分析图2 可知，BB'、DD'、EE'、FF'、GG'、HH'、CC'、EI、FI、HI、PK、PJ 在第一主成分上的载荷值较高，可认为其是对大闸蟹性别、等级、产地区分贡献度相对较大的特征性形态学变量[9]。

图2 主成分载荷图

3 结论

对同属长江水系的不同产地、不同性别、不同等级的中华绒螯蟹背壳的15 个形态学参数进行了测量，并对所得数据进行分析。结果表明，同属长江水系的3 个产地大闸蟹背壳形态特征均较为相似，存在的细微差异可能与其营养状况有关：阳澄湖水草丰茂、活体饵料丰富，因而阳澄湖大闸蟹营养状况较好，其各项形态学参数数值偏大。主成分分析结果表明：雄性和雌性大闸蟹可依据其背壳形态的差异而分为两类，两者差异性主要体现在第一主成分轴上。对于某种性别蟹样而言，大闸蟹的等级越高，其第一和第二主成分的值越大。从产地角度分析，阳澄湖、松江和崇明的大闸蟹在形态上虽有差异（第一主成分值依次递减），但此差异相对性别及等级因素而言并不明显。从形态学参数角度分析，除II'、AA'和GI 外，剩余12 个形态学参数在第一主成分上的载荷值均极高，对大闸蟹性别、等级、产地的区分贡献最为显著。