祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)雌雄群体的形态差异分析

赵仲孟, 黄志鹏, 赵瀚, 张露, 段元亮, 牟成艳, 周剑, 李强

中国农学通报. 2023, 39(5): 142-147

PDF(1460 KB)
PDF(1460 KB)
中国农学通报 ›› 2023, Vol. 39 ›› Issue (5) : 142-147. DOI: 10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0084
水产·渔业

祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)雌雄群体的形态差异分析

作者信息 +

Morphological Differences Between Male and Female Populations of Gymnocypris chilianensis

Author information +
History +

摘要

为快速准确鉴定野生祁连山裸鲤性别,分析了甘肃疏勒河流域的100尾祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)的形态学性状,建立了雌雄个体的判别模型。本研究采用单因素方差分析、主成分分析和聚类分析。单因素方差分析显示体高、体厚、背吻距、背鳍基长、头厚、眼后头长、眼径、口裂宽8个标准化性状和体长体重在两性群体间均存在着显著差异(P<0.05),主成分分析和R-聚类分析均显示雌雄个体差异主要集中在体形大小方面。通过逐步判别法筛选出15个性状构建的判别方程对两性群体识别的正确率达到92%。分析结果可知,祁连山裸鲤雌性个体比雄性个体体型大,体高、体厚均大于雄性,但口裂和眼径小、背鳍短。该研究结果可解决祁连山裸鲤性别鉴定问题,为其繁育和养殖过程提供基础资料。

Abstract

To identify the sex of Gymnocypris chilianensis quickly and exactly, this paper studied morphological information of 100 Gymnocypris chilianensis samples collected from Sulehe River in Gansu Province and established a discrimination model of male and female individuals. One-way analysis of variance (ANOVA), principal component analysis and R-cluster analysis were adopted. ANOVA revealed that there were significant differences in eight standardized characteristics (body height, body thickness, dorsal kiss distance, dorsal fin base length, head thickness, posterior head length, eye diameter, mouth fissure width) and body length and weight between male and female populations (P<0.05). Based on the analysis of the morphological index system by principal component analysis and R-cluster analysis, G. chilianensis was classified by body size. On the basis of the analysis, 15 characteristics were screened and the discriminate equations were built for classification of the 100 samples with an accuracy rate of 92%. Therefore, it is concluded that the female G. chilianensis collected from Sulehe River are superior to males in body height and body thickness, but have smaller interorbital diameter, oral fissure length and dorsal fin length. The findings can be used in sex identification of G. chilianensis and provide basic information for its reproduction.

关键词

祁连山裸鲤 / 性别 / 形态差异 / 判别分析

Key words

Gymnocypris chilianensis / sex / morphological differences / discriminant analysis

引用本文

导出引用
赵仲孟 , 黄志鹏 , 赵瀚 , 张露 , 段元亮 , 牟成艳 , 周剑 , 李强. 祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)雌雄群体的形态差异分析. 中国农学通报. 2023, 39(5): 142-147 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0084
ZHAO Zhongmeng , HUANG Zhipeng , ZHAO Han , ZHANG Lu , DUAN Yuanliang , MU Chengyan , ZHOU Jian , LI Qiang. Morphological Differences Between Male and Female Populations of Gymnocypris chilianensis. Chinese Agricultural Science Bulletin. 2023, 39(5): 142-147 https://doi.org/10.11924/j.issn.1000-6850.casb2022-0084

0 引言

祁连山裸鲤(Gymnocypris chilianensis)隶属于鲤科(Cyprinidae)裂腹鱼亚科(Schizothoracinae)裸鲤属(Gymnocypris),最早由李思忠和张世义在河西地区进行鱼类调查时将其命名。祁连山裸鲤分布范围狭窄,仅黑河、疏勒河和石羊河流域有分布,是甘肃省重要的土著经济鱼类[1]。近年来由于生态环境变化、水利工程建设以及人为过度捕捞等因素的影响,导致祁连山裸鲤栖息地严重破坏,野生资源急剧减少,因此对其野生种质资源的保护显得尤为重要。目前对于祁连山裸鲤的生物学研究相对较少,相关资料较为匮乏。王万良等[2]采用人工干法受精及微流水孵化方式对祁连山裸鲤的整个胚胎发育及仔鱼进行观察。Zhang等[3]使用线粒体DNA细胞色素b基因(Cytochrome b, Cyt b)及D-loop (Displacement loop)区序列对黑河和疏勒河流域的祁连山裸鲤进行遗传多样性分析。Zhao等[4]研究了祁连山裸鲤在生长过程中体长与体重之间的关系。在形态学方面,乐佩琦等[5]和李思忠等[1]已有相关报道,但祁连山裸鲤在非繁殖季节形态难以区分,雌雄鉴别不仅是鱼类生物学研究的重要组成部分,更是人工繁殖过程中不可缺少的关键技术,采用多变量形态度量法在区分种间形态差异或种内两性差异得到广泛应用[6-10]。本实验采用多变量形态度量法分析祁连山裸鲤形态指标参数,并以此为基础建立祁连山裸鲤雌雄鉴别模型,旨在为非繁殖期祁连山裸鲤性别鉴别提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 实验鱼

2019年5月—2021年4月,使用地笼在甘肃疏勒河(玉门~昌马段)进行祁连山裸鲤的捕捞,从渔获物中随机选取体表完好,健康无损的祁连山裸鲤100尾,装入充气袋中运回实验室,其中观测样本数量及规格见表1
表1 祁连山裸鲤数量及规格
性别 数量/尾 体长范围/mm 体长均值±标准差/mm 体重范围/g 体重均值±标准差/g
56 151.78~233.48 195.22±22.22a 54.33~175.72 116.12±39.74a
44 121.68~191.93 145.65±16.07b 26.34~90.87 40.96±15.02b
注:右上标不同字母代表差异显著(p<0.05)。

1.2 实验方法

采用麻醉剂(MS-222)对实验鱼进行麻醉处理,待鱼体麻醉后对其体型、体色和外部特征进行观察记录,再使用精度0.01 mm的游标卡尺对鱼体的基本形态指标进行测量,其中包括:全长(A-J)、体长(A-I)、体高(K-M)、尾柄高(N-O)、尾柄长(H-I)、背吻距(A-F)、背尾距(G-J)、背鳍基长(F-G)、头长(A-E)、头高(L-M)、吻长(A-C)、眼后头长(D-E)、眼径(C-D)、口裂长(A-B)、体厚、头厚、眼间距、口裂宽和鼻孔间距等19项,同时使用精度0.01 g的电子称对鱼体进行体重测量,合计20个指标,框架定位点如图1所示。形态数据测量完成后,解剖取其性腺,通过肉眼辨别性别,对于肉眼辨别不了的,采用10%福尔马林液或波恩试液固定性腺并进行组织学鉴定,鉴定结果为56尾雌性个体,44尾雄性个体。
图1 实验鱼框架示意图

Full size|PPT slide

1.3 数据处理

数据分析前,将测量的各祁连山裸鲤的体型数据除以其体长数值以及头部数据除以头长数值进行校正,以消除因鱼体规格差异对形态特征指标的影响,从而形成16项形态特征的比例性状用于后续分析。对不同性别的祁连山裸鲤校正后的形态数据使用统计软件SPSS 16.0和Excel进行单因素方差分析和方差齐性检验,并采取主成分分析、逐步判别分析、参数判别分析和聚类分析对不同性别的祁连山裸鲤的形态差异进行比较分析。

2 结果与分析

2.1 雌雄形态比较

通过观察雌雄祁连山裸鲤的外部形态,发现雌雄个体外观无明显差异。均呈现身体延长,稍侧扁;头呈锥形;口呈亚下位,口裂深,呈深弧形;体背分布有不规则黑斑,腹部白色无斑(图2)。
图2 不同性别祁连山裸鲤的外部形态比较
注:a代表雌性侧面照;b代表雄性侧面照;c代表雌性背部照;d代表雄性背部照

Full size|PPT slide

方差齐性检验及单因素方差分析结果见表2,标准化性状的方差均呈齐性(P>0.05),而单因素方差分析显示有8个局部特征:体高/体长、体厚/体长、背吻距/体长、背鳍基长/体长、头厚/头长、眼后头长/头长、眼径/头长、口裂宽/头长达到极显著差异水平(P<0.01),其他局部特征在两性间无显著差异(P>0.05)。
表2 雌雄祁连山裸鲤标准化性状的差异显著性检验
性状 方差齐性检验 单因素方差分析
M±SD CV/% M±SD CV/% Sig. F df Sig.
体高/体长 0.2100±0.01 7.12 0.1989±0.02 8.40 0.440 11.849 99 0.001 **
体厚/体长 0.1589±0.01 8.57 0.1412±0.02 10.72 0.651 36.833 99 0.000 **
尾柄长/体长 0.1533±0.01 10.90 0.1638±0.02 10.57 0.861 2.454 99 0.120
尾柄高/体长 0.0716±0.00 6.83 0.0722±0.00 6.38 0.967 0.489 99 0.486
背吻距/体长 0.5099±0.05 10.65 0.4844±0.02 3.66 0.276 9.812 99 0.002 **
背尾距/体长 0.3952±0.04 10.29 0.4070±0.05 13.42 0.024 1.470 99 0.228
背鳍基长/体长 0.1131±0.05 49.90 0.1390±0.02 14.67 0.671 9.101 99 0.003 **
头高/头长 0.6078±0.05 7.51 0.6325±0.24 38.20 0.204 0.492 99 0.485
头厚/头长 0.5996±0.05 8.50 0.5466±0.04 7.58 0.243 31.958 99 0.000 **
吻长/头长 0.2951±0.02 7.68 0.2971±0.02 7.65 0.850 0.188 99 0.666
眼后头长/头长 0.5172±0.03 5.44 0.4882±0.03 6.59 0.514 22.635 99 0.000 **
眼径/头长 0.1968±0.02 7.75 0.2222±0.02 8.60 0.127 53.258 99 0.000 **
眼间距/头长 0.4034±0.02 11.10 0.3879±0.05 12.45 0.302 2.715 99 0.103
性状 方差齐性检验 单因素方差分析
M±SD CV/% M±SD CV/% Sig. F df Sig.
口裂宽/头长 0.3338±0.03 8.40 0.3182±0.03 8.53 0.640 7.789 99 0.006**
口裂长/头长 0.2673±0.02 9.30 0.2676±0.02 8.86 0.699 0.005 99 0.946
鼻孔间距/头长 0.1787±0.02 12.14 0.1768±0.02 10.21 0.265 0.231 99 0.632
注:**代表差异极显著(P<0.01)。

2.2 主成分分析

通过主成分分析共提取6个主成分,共解释74.86%的变异(表3)。其中主成分1、2、3、4、5和6的贡献率分别为25.11%、15.14%、11.13%、8.76%、8.14%和6.58%。头厚/头长、眼间距/头长、体高/体长和体厚/体长等在主成分1上有较高载荷值,代表两性躯体的生长;眼径/头长在第二主成分有较高载荷值,解释了眼睛生长情况;吻长/头长和背吻距/体长在第三主成分有较高载荷值,代表两性吻部的发育情况;体高/体长、体厚/体长在第四主成分有较高载荷值,解释了两性体型大小的差异;而尾柄高/体长则在第五主成分上有较高载荷值;口裂长/头长在第六主成分有较高载荷值。
表3 主成分分析因子载荷值及贡献率
性状 主成分
1 2 3 4 5 6
体高/体长 0.17 0.01 -0.13 0.30 0.26 0.07
体厚/体长 0.17 -0.07 -0.18 0.31 0.01 0.17
尾柄长/体长 0.08 0.18 0.01 -0.35 0.22 -0.34
尾柄高/体长 0.09 0.10 -0.06 0.16 0.53 0.01
背吻距/体长 0.11 -0.21 0.30 0.21 -0.10 -0.27
背尾距/体长 -0.11 -0.13 0.21 0.02 0.46 0.22
背鳍基长/体长 -0.15 0.15 -0.29 -0.09 0.05 0.36
头高/头长 0.01 0.18 0.05 0.25 -0.19 -0.10
头厚/头长 0.20 -0.06 -0.09 -0.10 -0.01 0.06
吻长/头长 0.06 0.09 0.40 -0.15 0.11 0.33
眼后头长/头长 -0.01 -0.31 -0.22 -0.13 0.00 0.10
眼径/头长 -0.12 0.24 0.15 0.25 0.02 -0.01
眼间距/头长 0.18 0.16 -0.40 -0.15 -0.07 -0.22
口裂宽/头长 0.13 -0.08 0.20 -0.16 -0.14 0.45
口裂长/头长 0.08 0.20 -0.01 0.15 -0.27 0.38
鼻孔间距/头长 0.12 0.11 -0.04 -0.29 0.04 0.12
特征值 4.02 2.42 1.78 1.40 1.30 1.05
贡献率/% 25.11 15.14 11.13 8.76 8.14 6.58
累积贡献率/% 25.11 40.25 51.38 60.14 68.28 74.86

2.3 判别分析

经逐步判别程序对20个形态参数进行筛选,分析得到贡献最大的15个参数,分别为体高/体长(A1)、体厚/体长(A2)、尾柄长/体长(A3)、尾柄高/体长(A4)、背吻距/体长(A5)、背尾距/体长(A6)、头高/头长(A7)、头厚/头长(A8)、吻长/头长(A9)、眼后头长/头长(A10)、眼径/头长(A11)、眼间距/头长(A12)、口裂宽/头长(A13)、口裂长/头长(A14)、鼻孔间距/头长(A15)。采用这15个比例性状构建的判别公式见式(1)、(2)。
雌性:Y1=-331.080A1+955.600A2+740.236A3+2470.744A4+366.676A5-2.423A6+15.283A7+161.314A8+1344.828A9+2073.762A10+2387.499A11+280.969A12-292.431A13+469.084A14+201.639A15-1393.065
(1)
雄性:Y2=-339.498A1+866.520A2+774.926A3+2647.808A4+361.091A5-12.956A6+13.095A7+152.439A8+1331.448A9+2041.828A10+2458.300A11+261.600A12-288.164A13+464.916A14+221.561A15-1373.819
(2)
将祁连山裸鲤的15个比例性状带入方程,分别计算Y1Y2,若Y1值大,则为雌鱼,反之为雄鱼。同时进行解剖验证,仅有8尾鱼性别判断失误,错判率为8%,准确率高达92%(表4)。
表4 判别函数对观测样本的预测分类及准确率
种类 样本量/尾 准确率/% 预测分类
50 90.0 45 5
50 94.0 3 47
总计 100 92.0 48 52

2.4 聚类分析

除全长、体长和体重外,将剩下的17个形态数据进行R-聚类分析,其相对性状可分为两大类(图3)。第一类为头长、吻长、口裂宽、体高、体厚、背吻距、头高等主要反应鱼体体型的特征参数;第二类为背鳍基长,反应背鳍特征性状。
图3 祁连山裸鲤R-聚类分析图

Full size|PPT slide

3 讨论与结论

鱼类的性别鉴定主要分为分子生物学手段[11-13]和形态学手段,分子生物学手段虽然鉴定准确,但操作复杂还需要大量的分析,不适合用于实际生产。而形态学鉴定操作简便,因此被较多的应用于快速性别鉴定。从形态学上看,不同性别的鱼类个体间主要有3种体型差异,分别为雌性个体更大、雄性个体更大以及雌雄个体大小相似[14-16],而祁连山裸鲤则属于雌性个体更大。影响鱼类两性体型差异的原因主要是性选择、生育力选择和生态选择等综合作用的结果[17-19],祁连山裸鲤雌性个体越大,说明其繁殖力越大,这是生育力选择的结果,这一点与花䱻、沙塘鳢等鱼类相同[20]。除此之外,本研究还采用了其他分析方式对祁连山裸鲤进行性别鉴定,其中主成分分析则是通过综合相关参数来说明不同性别个体间的差异情况,并根据主成分值找出雌雄群体间差异较大的参数[21]。鱼类在野外条件下,环境变化、年龄推移和生长速度差异等因素均会导致其在体长、体重等方面出现差异。但各形态指标值之间的比例一般是稳定不变的,为保证分析数据的可比性,本实验选择将测量数据除以体长值或头长值进行校正以消除个体之间其他差异的影响,再进行后续分析[22]。本研究共提取变异累积贡献率较高的6个主成分,合计74.86%,低于台湾泥鳅[23]、大黄鱼[24]、花䱻[20]等雌雄鉴别主成分分析的累积贡献率,可能是因为祁连山裸鲤雌雄间形态差异不大,从而导致累积贡献率不高。而本研究中主成分分析和聚类分析结果是类似的,均显示雌雄个体差异主要集中在头长、吻长、口裂宽、体高、体厚等体型特征上。除此之外,本实验还使用了另一种常见方法-判别分析,利用参数构建判别公式,对不同性别进行判别[25]。分别构建雌雄2种判别公式,对分类总体预测准确率达到92.0%,雌雄判别准确率分别为90.0%和94.0%,相比于其他鱼类雌雄鉴别具有更高的准确率,说明通过判别方程分析能有效的鉴定鱼类性别。虽然通过上述方法能快速鉴定性别,但不同个体受遗传因子的影响,使其形态上出现差异,而不同水域中水文、水温、饵料丰度等情况也会影响个体间的形态差异,因此建立的判别方程是否适用于其他水域祁连山裸鲤种群还有待进一步研究,同时雌雄个体形态差异可通过分子标记等方法进一步完善。
本实验结合了3种多元分析方法,从不同角度反映了雌雄个体间形态学差异,其中共提取6个主成分解释了74.86%的变异;采用贡献最大的15个参数构建了性别判别公式,使其性别鉴定准确率高达92%;聚类分析显示头长、吻长、口裂宽、体高和体厚等性状相关参数是区分祁连山裸鲤性别的重要形态学依据。综上所述,多种形态分析方法相结合可以更为准确的对雌雄个体进行鉴定。

参考文献

[1]
李思忠, 张世义. 甘肃省河西走廊鱼类新种及新亚种[J]. 动物学报, 1974, 20(4):414-419.
[2]
王万良, 李勤慎, 刘哲, 等. 祁连山裸鲤胚胎及仔鱼发育的观察[J]. 甘肃农业大学学报, 2014, 43(3):28-31.
[3]
ZHANG J P, LIU Z, ZHANG B, et al. Genetic diversity and taxonomic status of Gymnocypris chilianensis based on the mitochondrial DNA cytochrome b gene[J]. Genetics & molecular research, 2015, 14(3):9253-9260.
[4]
ZHAO Z M, LIU Y, LAI J S, et al. Length-weight relationships of three fish species from the Shule River in China[J]. Journal of applied ichthyology, 2022, 38(4):259-261.
[5]
乐佩琦. 中国动物志-硬骨鱼纲鲤形目(下卷)[M]. 北京: 科学出版社, 2000:362-363.
[6]
林植华, 雷焕宗. 黄颡鱼的两性异形和雌性繁殖特征[J]. 动物学杂志, 2004, 39(6):13-17.
[7]
王元军, 李殿香. 大鳞副泥鳅雌雄个体的形态分析[J]. 四川动物, 2005, 24(2):159-160.
[8]
杨景峰, 徐桂珠. 罗非鱼全雄控制技术研究进展[J]. 内蒙古民族大学学报(自然科学版), 2003, 18(4):318-322.
[9]
倪海儿, 龚启祥, 董瞻远, 等. 短吻舌鳎个体生殖力和雌雄个体性状差异的研究[J]. 浙江水产学院学报, 1989, 8(1):9-15.
[10]
李虎, 陈四清, 刘海金, 等. 半滑舌鳎养殖群体的性比与雌雄形态差异比较[J]. 水产学报, 2012, 36(9):1331-1336.
[11]
DEVLIN R H, STONE G W, SMAILUS D E. Extensive direct-tandem organization of a long repeat DNA sequence on the Y chromosome of Chinook salmon (Oncorhynchus tshawytscha)[J]. Journal of molecular evolution, 1998, 46(3):277-287.
A long repetitive DNA sequence (OtY8) has been cloned from male chinook salmon and its genomic organization has been characterized. The repeat has a unit length of 8 kb and is present approximately 300 times per diploid male nucleus. All internal fragments within the 8-kb repeat segregate from father to son, suggesting that the entire repeat unit is located on the Y chromosome. The organization of this sequence into an 8-kb repeat unit is restricted to the Y chromosome, as are several male-specific repeat subtypes identified on the basis of restriction-site variation. The repeat possesses only weak internal sequence similarities, suggesting that OtY8 has not arisen by duplication of a smaller repeat unit, as is the case for other long tandem arrays found in eukaryotes. Based on a laddered pattern arising from partial digestion of genomic DNA with a restriction enzyme which cuts only once per repeat unit, this sequence is not dispersed on the Y chromosome but is organized as a head-to-tail tandem array. Pulse-gel electrophoresis reveals that the direct-tandem repeats are organized into at least six separate clusters containing approximately 12 to 250 copies, comprising some 2.4 Mb of Y-chromosomal DNA in total. Related sequences with nucleotide substitutions and DNA insertions relative to the Y-chromosomal fragment are found elsewhere in the genome but at much lower copy number and, although similar sequences are also found in other salmonid species, the amplification of the repeat into a Y-chromosome-linked tandem array is only observed in chinook salmon. The OtY8 repetitive sequence is genetically tightly associated with the sex-determination locus and provides an opportunity to examine the evolution of the Y chromosome and sex determination process in a lower vertebrate.
[12]
NANDA I, VOLFF J N, WEIS S, et al. Ampligication of a long terminal repeat-like element on the Y chromosome of the platydish, Xiphophorus maculates [J]. Chromosome, 2000, 109:173-180.
[13]
林晓煜, 肖世俊, 李完波, 等. 大黄鱼性别特异SNP标记的开发与验证[J]. 水产学报, 2018, 42(9):1329-1337.
[14]
PARKER G A. The evolution of sexual size dimorphism in fish[J]. Journal of fish biology, 1992, 41(suppl):1-20.
[15]
PYRON M. Sexual size dimorphism and phylogeny in North American minnows[J]. Biological journal of the linnean society, 1996, 57(4):327-341.
[16]
ERLANDSSON A, RIBBINK A J. Patterns of sexual size dimorphism in African cichlid fishes[J]. South African journal of science, 1997, 93(11/12):498-508.
[17]
EMLEN S T, ORING L W. Ecology, sexual selection, and the evolution of mating system[J]. Science, 1977, 197(4300):215-223.
[18]
LANDE R. Sexual dimorphism, sexual selection, and adaptation in polygenic characters[J]. Evolution, 1980, 42(22):292-305.
[19]
HEDRICK A V, TEMELES E J. The evolution of sexual dimorphism in animals: hypotheses and tests[J]. TRENDS IN ECOLOGY & EVOLUTION, 1989, 4(5):136-138.
[20]
庹云, 肖调义. 花䱻雌雄群体的形态指标体系分析与判别[J]. 水产科学, 2015, 34(10):603-608.
[21]
苗懿, 陈雨薇, 赵仲孟, 等. 西伯利亚鲟、施氏鲟及其杂交种(西伯利亚鲟♀×施氏鲟♂)的形态差异分析[J]. 水生生物学报, 2019, 43(6):1239-1245.
[22]
李思发, 李晨虹, 李家乐. 尼罗罗非鱼品系间形态差异分析[J]. 动物学报, 1998, 44(4):75-82.
[23]
邱楚雯, 王韩信, 陈迪虎. 台湾泥鳅雌雄形态差异分析[J]. 水生态学杂志, 2017, 38(5):87-91.
[24]
谌微, 王盼盼, 肖世俊, 等. 大黄鱼形态指标体系及雌雄差异分析[J]. 集美大学学报(自然版), 2014, 19(6):401-408.
[25]
张伟. 利用形态学和RAPD方法鉴定东南太平洋(公海)智利竹筴鱼种群结构[D]. 上海: 上海海洋大学, 2011.

基金

农业财政专项“西北地区重点水域渔业资源与环境调查”
PDF(1460 KB)

文章所在专题

热点综述

96

Accesses

0

Citation

Detail

段落导航
相关文章

/