凡纳滨对虾2个选育群体自交和杂交F1的形质差异分析

张哲 杨章武 郑雅友 李正良 葛辉 杨志宏 许智海

摘要 為研究凡纳滨对虾选育群体自交和杂交F1的形态亲缘关系，采用方差分析和多元统计分析方法，通过12个测量性状比较F1各组和普通苗组的外部形态特征。方差分析结果显示，F1各组之间、与普通苗组之间在部分形态特征上表现出明显差异，主要体现在F1各组的平均鲜出肉率比普通苗组提高了6.12%，普通苗组表现出较高的体长变异系数和较低的存活率等特征。通过主成分分析共构建了4个主成分，累计贡献率为92.33%。第一主成分主要反映头胸甲长（X3）、头胸甲宽（X4）、第一腹节长（X5）、第二腹节长（X6）、第六腹节长（X7）的特征，方差贡献率为40.14%；第二主成分主要反映肥满度指数Ⅰ（X9）、肥满度指数Ⅱ（X10）、重长指数Ⅰ（X11）、重长指数Ⅱ（X12）的特征，方差贡献率为25.34%。逐步判别分析显示，所建Fisher分类函数方程组可清晰区分普通苗组、BB（B♀×B♂）、AB（A♀×B♂）和BA（B♀×A♂）各组对虾群体，其判别准确率分别为96%、75%、84%和97%，但AA组（A♀×A♂）的判别准确率较低，仅为13%。聚类分析结果显示，普通苗组与选育群体F1代明显分为2支，F1代各组中自交组间亲缘关系最近，正交组与自交组间亲缘关系较近，反交组与各组亲缘关系较远。

关键词 凡纳滨对虾；杂交选育；形质差异；多元统计分析

中图分类号 S968  文献标识码 A  文章编号 0517-6611（2023）13-0081-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.019

Morphological Variation Analysis of Self-crossing and Hybrid F1 from Two Breeding Populations of Litopenaeus vannamei

ZHANG Zhe，YANG Zhang-wu，ZHENG Ya-you et al

（Key Laboratory of Cultivation and High-value Utilization of Marine Organisms in Fujian Province/Fisheries Research Institute of Fujian，Xiamen，Fujian 361013）

Abstract In order to study the morphological relationship between self-crossing and hybrid F1 of Litopenaeus vannamei breeding population，the external morphological characteristics of F1 group and common seedling group were compared by 12 measured traits by using variance analysis and multivariate statistical analysis.The variance analysis results showed that there were significant differences in some morphological characteristics between F1 groups and ordinary seedling groups，which mainly reflected that the average fresh meat rate of F1 group was 6.12% higher than that of ordinary seedling group.And the ordinary seedling group showed higher variation coefficient of body length and lower survival rate.Through the principal component analysis，four principal components were constructed，the cumulative contribution rate was 92.33%.The first principal component mainly reflected the characteristics of carapace length （X3），carapace width （X4），the length of the first pleon segment （X5），the length of the second pleon segment （X6），the length of the sixth pleon segment length （X7） ，the variance contribution rate was  40.14%.The second principal component mainly reflected the characteristics of fatness index Ⅰ （X9），fatness index Ⅱ （X10），weight-length index I （X11） and weight-length index Ⅱ （X12），the variance contribution rate was 25.34%. Step discriminant analysis showed that the Fisher classification function equations could clearly distinguish the groups of common seedling group，BB （B♀×B♂），AB （A♀×B♂） and BA （B♀×A♂），with the discriminant accuracy of 96%，75%，84% and 97%，respectively.But the discriminant accuracy of AA （A♀×A♂） was lower，only 13%.The results of cluster analysis showed that the common seedling group and the breeding population F1 generation were divided into two branches.Among the F1 generation groups，the self-crossing group had the closest relationship，the relationship between the direct cross group and the reciprocal cross group was closer，the reciprocal cross had farther relationship with each group.

Key words Litopenaeus vannamei;Hybridization;Morphological variation;Multivariate statistical analysis

基金项目 福建省种业工程项目（2017FJSCZY02）；2021年福建省海洋与渔业结构调整专项（2021HYJG16）。

作者简介 张哲（1985—），男，安徽宣城人，助理研究员，硕士，从事对虾选育与增养殖研究。通信作者，研究员，从事海水养殖与水产育种研究。

收稿日期 2022-06-12

凡纳滨对虾（Litopenaeus vannamei）又名南美白对虾，俗称白虾，原产于南美洲太平洋沿岸的暖水水域，具有养殖产量高，适温、盐范围广，生长速度快等特点，是世界三大养殖对虾中单产量最高的虾种，也是我国对虾养殖最主要的种类。2020年我国凡纳滨对虾海水养殖119.8万t、淡水养殖66.5万t，凡纳滨对虾养殖产量占当年对虾养殖产量的86.5%。福建省也是对虾养殖的重要省份之一，2020年对虾养殖产量22.6万t，其中凡纳滨对虾20.3万t，占对虾养殖产量的89.8%。凡纳滨对虾虾苗数量4 269亿尾，占全国对虾养殖数量的27.3%［1］。苗种是水产增养殖产业的源头，对虾种苗问题是对虾养殖业发展的核心问题。近年来，国内各大研究机构开展了凡纳滨对虾人工育种研究，已成功培育出9个凡纳滨对虾新品种［2-5］。其中，有关凡纳滨对虾的遗传多样性研究，国内外主要集中在SSR［6-8］、SNP分子标记［9-10］等方面对选育群体或家系的遗传结构进行分析，但对传统的形态特征研究较少。目前利用多元统计分析方法对种群形态特征的分析已在鱼类［11］、蟹类［12］、贝类［13］和虾类［14］中广泛应用。然而，利用多元统计分析方法分析凡纳滨对虾不同选育群体形质差异的研究还较少。目前国家大力提倡种业创新，鼓励水产良种自主可控，因此不同选育世代遗传特性研究在对虾选育过程中至关重要，是实现良种创新的有效途径。笔者培育凡纳滨对虾选育后代，通过形态学测定，采用主成分分析、判别分析和聚类分析3种多元统计分析方法分析了2个凡纳滨对虾选育群体自交和杂交F1的形态质量特征差异，旨在为后续良种本地化选育和亲缘关系研究提供理论依据和方法参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

A组泰国选育系和B组海南选育系2个凡纳滨对虾群体均通过商业渠道获得。特征性状均为速长型，A组抗逆性较强。每个群体经过2代以上选择并自繁纯化，于2年后进行亲本群体内自交和群体间杂交，亲本产卵孵化后进行苗种培育，获得4个不同交配组合的F1。为消除不同环境对凡纳滨对虾生长的影响，对虾幼体在培育至体长2～3 cm后，转入同一水泥池，分不同网箱养成，对凡纳滨对虾形态性状进行对比测试。将大小相当的普通苗作为对照，普通苗为未经选育的本地苗，俗称“土苗”，进行为期200 d的养殖，对12个形态和质量指标进行对比分析。试验用凡纳滨对虾的来源和样本信息见表1。

1.2 形质指标的测量

使用游标卡尺（精度为0.05 mm）和电子秤（精度为0.01 g）随机抽样，不同组合F1和普通苗组均随机抽取100尾樣本，测定各组形态性状和质量性状，包括体长（BL）、头胸甲高（CH）、头胸甲长（CL）、头胸甲宽（CW）、第一腹节长（FSL）、第二腹节长（SSL）、第六腹节长（SISL）以及体重（BW）、头重（HW）和腹重（AW），共10个形质指标。凡纳滨对虾形态测量示意图见图1。

1.3 数据处理

1.3.1 数据标准化。

为消除凡纳滨对虾个体大小对形态学参数的影响，需要将每尾对虾的所有参数做如下处理，所测7个形态指标（BL、CH、CL、CW、FSL、SSL、SISL）通过以下公式进行转化［15-17］，分别得出7个形态特征指标（以X1～X7表示）。

Ms=Mo（Ls/Lo）b（1）

b=log10Mo/log10Lo（2）

式中，Ms为各性状标准化数据；Mo为各性状测量数据；Ls为头胸甲长测量值平均值；Lo为头胸甲长实际测量值。

对3个质量性状参数通过公式计算进行转化，得出5个质量评价指标（以X8～X12表示），分别为X8（鲜出肉率=腹重/体重×100%）、X9［肥满度指数Ⅰ= 体重/（体长）3×100%］、X10［肥满度指数Ⅱ=肉重/（体长）3×100%］、X11（重长指数Ⅰ=体重/体长）、X12（重长指数Ⅱ=肉重/体长）。

1.3.2 数据统计分析。

采用Excel 2013和SPSS 25.0软件统计凡纳滨对虾群体各形质评价指标的平均值和标准差，对12组标准化数据进行多元统计分析。其中，通过主成分分析计算出各主成分的得分、方差贡献率和累计方差贡献率，并根据贡献较大的主成分得分，绘制主成分散布图［18-19］。判别分析采用逐步判别分析方法，每步选择Willks的λ统计量最小的变量进入判别函数［20-21］。聚类分析根据5个群体间的欧式距离进行聚类［22］。

2 结果与分析

2.1 方差分析

方差分析结果（表2～3）显示，普通苗组与AA组除X2、X4、X9外的其余9个性状均有显著差异（P<0.05）；普通苗组与BB组除X9外的其余11个性状均有显著差异（P<0.05）；普通苗组与AB组除X9外的其余11个性状均有显著差异（P<0.05）；普通苗组与BA组除X7、X9、X11、X12外的其余8个性状均有显著差异（P<0.05）；AA与BB组除X1、X5、X11、X12外的其余8个性状均有显著差异（P<0.05）；BB、AB、BA组间除X2、X4、X6、X8～X10的6个性状均有显著差异（P<0.05）。

2.2 主成分分析 通过Bartlett球形检验和KMO适合度检验发现，形质评价指标相关系数矩阵与单位矩阵有显著差异（P<0.05）且适合度尚可（KMO=0.785>0.700），表明该研究所涉及形质评价指标适合进行主成分分析。对所有样本的12个形质评价指标进行主成分分析，共获得4个主成分，其方差贡献率分别为40.14%、25.34%、15.98%和10.87%，累计贡献率为92.33%。对于第一主成分，X3、X4、X5、X6、X7的影响较大，其负荷值分别为0.678、0.607、0.968、0.925和0.907；对于第二主成分，X9、X10、X11、X12的影响较大，其负荷值分别为0.783、0.831、0.747和0.797；对于第三主成分，X2、X4、X8的影响较大，其负荷值分别为0.691、0.654、0.632；对于第四个主成分，X8、X9、X3的影响较大，其负荷值分别为-0.597、0.537和0.415（表4）。不同对虾群体第一、第二主成分散布图见图2。从图2可以看出，除了普通苗组和AA组可区分外，BB、AB和BA组主成分落点相互重叠，不能清晰区分开来。

2.3 判别分析

通过判别分析共获得4个典型判别函数，前3个典型判别函数的累积方差为99.3%（表5）。测量性状与判别函数的相关系数见表6，从12个特征性状中筛选出有显著贡献的7个变量，即X2、X4、X5、X7、X8、X11、X12。第一和第二判别函数散布图见图3。从图3可以看出，普通苗组与各F1组区分明显。在不同交配组合的F1各组中，BA组除了与AA组存在部分重叠外，与BB组、AB组区分明显，AA组、BB组与AB组存在较多重叠。经过判别分析（表7）发现，普通苗组、BB、AB、BA各组的正确判别率较高，分别为96%、75%、84%和97%。AA组的错判率较高，其判别准确率仅13%。判别结果进一步表明，普通苗组与F1代各组在形质特征性状上存在显著差异，各选育群体自交和杂交F1代各组间也存在差异，其中杂交组差异较为明显。

2.4 聚类分析

对所有样本的12个测量性状进行聚类分析，得出5个凡纳滨对虾群体的聚类图（图4）。从图4可以看出，普通苗组与F1代各组明显聚为2支，F1代各组中自交组AA和BB亲缘关系最近，杂交组中正交组（AB）与自交组亲缘关系较近，反交组（BA）与各组亲缘关系较远。这进一步验证了判别分析的结果，说明凡纳滨对虾通过杂交和自交选育的后代与普通苗产生了较大的形质特征差异，形成了具有单独特征的新种群。

3 讨论

在研究对虾不同群体特征性状时，样本量是非常重要的前提条件。若样本量太少，则不能充分反映群体的变异特征，从而会错误判断不同群体间的差异。据文献显示，在进行主成分分析和判别分析时，样本量与所测量性状数的比值必须大于3［23］。该研究中不同对虾群体的样本量均为100尾，该比值均超过8，说明该研究结果具备统计学意义。

3.1 不同群体凡纳滨对虾形质特征方差分析

方差分析表明，经过项目组选育的凡纳滨对虾自交和杂交F1各群体与普通苗在12个指标性状上存在不同程度的显著差异，F1各组的平均鲜出肉率比普通苗组提高了6.12%，普通苗组表现出头胸甲较细长的特征。F1各组体长的变异系数均明显低于普通苗组，表现出选育后代更为整齐的特征。F1各组存活率明显高于普通苗组，多代选育后具有对水泥池养殖环境更好的适应性。

3.2 不同群体凡纳滨对虾杂种优势分析

凡纳滨对虾属于外来虾种，我国海域没有天然资源。近年来，国内科研机构和企业已培育出多个凡纳滨对虾新品种，且培育方法多以杂交育种为主。2016年通过审定的“广泰1号”凡纳滨对虾新品种采用品系繁育结合正反交测试选育方法，在产业上得到较好应用。该研究结果进一步表明，杂交组合的子一代在各生长性状上表现出一定的杂种优势。杂交组合中正交和反交子一代的性状存在一定差异。反交BA组在各性状中除了X8、X9和X10与正交AB组没有显著差异外，其他各性状均显著高于正交AB组，这种正反交杂种优势存在差异的现象也普遍存在于其他水产动物中。陈炳霖等［24］对不同种群罗非鱼正反交子代奥尼罗非鱼的生长性状进行了对比分析，发现正交奥尼罗非鱼群体全长、体高和尾柄高对体质量的影响较大，而反交群体全长和体高对体质量的影响较大。李永等［25］对2个地理种群斑节对虾杂交子代的生长性能进行研究，结果表明正交组合的杂种优势均高于反交组合。张跃环等［26］对不同地理群体牡蛎开展种间杂交研究，结果表明正交组生长和存活性状表现出积极的单亲杂种优势，而反交组则表现出明显的远交衰退现象，变态率极低。该研究中正反交F1代在生长性状上均表现出一定的母系遗传效应［27］。

3.3 不同群体凡纳滨对虾形质特征差异的原因分析

在判别分析中，AA组判别准确率较低，仅13%。该研究结果表明，AA组中有31%被判别为BB组、19%被判别为AB组、37%被判别为BA组，说明BB、AB、BA组均与AA组在形态上存在不同程度的相似性，难以正确区分AA组。根据A组和B组选育群体的来源，分析原因可能是因为来自海南的选育群体B组最初也来源于泰国的选育系，二者之间可能存在一定的基因交流或混杂现象。泰国与我国海南的地理位置相近，贸易往来频繁。海南地区常引进泰国的选育系作为对虾种蝦，产出子一代销往全国，也就是俗称的“一代苗”，因此这种基因交流的可能性较大［28-29］。判别结果中BA组和普通苗组的判别准确率较高，说明其与其他各组在形质特征上已存在明显差异。其中，普通苗组为未经选育但多代生长于本地的群体，已逐渐形成适应本地环境的新种群。从不同群体欧氏距离聚类图也可以看出，普通苗组与选育群体子代组的亲缘关系已较远。BA组通过选育群体杂交而获得，其在形质特征上与亲本存在一定差异，表现出一定的杂种优势，且亲缘关系较正交子代更远。

凡纳滨对虾的生长周期一般为1～2年，商品虾通常养殖90～150 d即可出塘。该研究过程中可能由于养殖网箱的限制，试验对虾生长普遍偏慢，生长数据低于正常养殖水平，因此项目组将最终测定时间延长至200 d，但由于生长较慢，选育群体的生长优势未能充分体现出来，与普通苗的大小差异没有达到预期效果。今后将改进设施条件，开展进一步研究。

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