何美凤, 肖调义, 刘巧林, 李迪, 李伟, 邓亚林



草鱼、赤眼鳟及其杂交F1的形态差异分析

何美凤, 肖调义, 刘巧林, 李迪, 李伟, 邓亚林

(湖南农业大学动物科学技术学院, 湖南长沙, 410128)

为了研究正交F1(草鱼× 赤眼鳟)、反交F1(赤眼鳟× 草鱼)的形态特点, 采用传统形态学测定与现代框架测定结合的方法, 测定了杂交F1及其亲本的可量可数性状, 并进行了相关统计分析。结果显示: 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1在体型、体色、眼睛、鳞片以及口须等性状上有差异; 杂交F1的胸鳍分支鳍条、侧线鳞数、侧线下鳞数与赤眼鳟差异显著(< 0.05); 正交F1的体宽超亲本偏离, 反交F1的吻长、口长、口裂长、眼间距、尾鳍长超亲本偏离; 聚类结果表明杂种F1的传统可量性状偏赤眼鳟遗传, 框架性状偏草鱼遗传; 构建了4个群体的判别函数, 其判别准确率均为100%。综上所述, 杂交F1综合了双亲特点, 且存在杂种优势性状, 可考虑作为新品种开发。

草鱼; 赤眼鳟; 正交; 反交; 形态; 多元分析

草鱼()隶属于鲤形目, 鲤科, 雅罗鱼亚科, 是我国主要淡水经济鱼类之一。近年来由于水质恶化、集约化养殖模式的发展等原因导致草鱼病害严重, 死亡率增高, 给养殖户带来巨大的经济损失。此外，长期近亲繁殖导致草鱼种质资源衰退, 品种优势逐步退化。因此, 积极开发新品种十分必要。

杂交技术是鱼类选择育种中的传统技术[1–3],自19世纪60年代以来, 国内外开展了大量有关草鱼杂交的试验, 涉及属间杂交与亚科间杂交, 与其杂交的亲本主要有鳙鱼()、鲤鱼()、鲫鱼()、三角鲂()、赤眼鳟()等。赤眼鳟隶属雅罗鱼亚科, 赤眼鳟属, 具有适应能力、抗病能力强和成活率高等优点[4–5]。本研究团队自2010年开始, 成功构建了正交F1(草鱼× 赤眼鳟)和反交F1(赤眼鳟× 草鱼)的养殖群体。试验表明, 杂交F1具有明显高于草鱼的抗病能力[6], 该杂交F1具有重要的品种开发和研究价值。

形态特征是物种遗传特性的外在表现, 是物种分类、区分的重要依据, 部分指标是确定优良品种的选育指标[7–9]。有关该杂交F1的形态特征已有部分报道, 如胡廷尖等[10]测定了草鱼、赤眼鳟及反交F1的7个传统可量性状, 通过聚类分析得出反交F1与母本赤眼鳟更为接近。金燮理等[11]测定了8个传统可量性状及4个可数性状等, 根据可量性状的杂种指数指出杂交F1为明显的偏向草鱼遗传。另一方面, 黎玉元等[12]报道了反交F1缺少亲本都具有的近端部着丝粒染色体, 染色体作为遗传物质的重要载体, 推测反交F1存在超亲本的性状。以往对草鱼、赤眼鳟及杂交F1的形态学研究仅局限于传统形态学研究, 近年来现代框架性状的应用增加了鱼体信息量, 并成功应用于鱼类品系、杂交种等的形态分析[13–16]。目前有关草鱼、赤眼鳟及其正、反杂交F1的形态学指标数据仍有待补充, 杂种优势有待挖掘。

本文在以往形态特征研究的基础上, 针对外形性状增加测定指标, 以计算其变异系数和杂种指数, 并应用形态学分析、聚类分析以及判别分析方法分析杂交F1的遗传特点及杂种优势, 构建区分4个群体的可靠方法, 以期为今后杂交育种和推广奠定基础。

1 材料与方法

1.1 实验材料

2014年5月, 以长江野生草鱼和赤眼鳟为亲本, 使用传统人工繁殖的方法分别获得草鱼、赤眼鳟、正交F1和反交F1, 4种鱼均养殖在浏阳市乌龙渔场。2014年10月挑选体长为100～150 mm, 无畸形、健康的鱼体各30尾。

1.2 实验方法

1.2.1 外部形态观察

丁香油麻醉后对鱼的外形进行观察, 包括体色、体型、嘴型、鳞片等, 比较4个群体的形态差异。

1.2.2 可数性状

统计每尾鱼背鳍、胸鳍、腹鳍、臀鳍的不分支鳍条和分支鳍条数及尾鳍的分支鳍条数、侧线鳞数、侧线上鳞数、侧线下鳞数(腹鳍基部斜向前上方直至侧线的鳞片数, 不包括侧线鳞), 共12项。为精确计数鳍条数, 以显微镜辅助计数。

1.2.3 可量性状及框架性状

可量性状共18项: 口长、口裂长、眼径长、眼间距、吻长、头长、体高、体宽、尾柄高、尾柄长、叉长、体长、全长和各鳍长(各鳍条前缘的长度), 使用可显读游标卡尺测量(精确度为0.01 mm); 框架测量坐标点的选择参照李思发[12]等的报道, 使用数码相机拍摄鱼体左侧面照, 挑选质量较好的照片, 利用Photoshop软件以标尺校准后, 测量各点间的距离(图1)。10个坐标点之间的线段距离形成17个框架数据。

D1—2为测量点1和2之间的直线距离。1—吻前端; 2—头背部末端; 3—下颌骨最末端; 4—背鳍起点; 5—腹鳍起点; 6—背鳍末端; 7—臀鳍起点; 8—尾鳍背部起点; 9—臀鳍末端; 10—尾鳍腹部起点。

1.3 数据处理与分析

为消除体长对形态的影响, 所有可量性状、框架性状的数值均转化为与体长的百分比值。使用SPSS 19.0软件对有差异的可数性状进行单因素方差分析。对17项可量性状(不包括体长)、17项框架数据进行聚类分析, 选取贡献率大的参数建立4个群体的判别函数。根据可量性状、形态参数比值数据, 计算草鱼、赤眼鳟的变异系数, 杂交F1的杂种指数, 计算公式如下:

V=。 (1)

式(1)中:V为变异系数;为某群体性状的标准差;为某群体性状的平均值。变异系数可消除平均数不同对指标变异程度比较的影响, 从而判断观测值相对于平均值的离散程度,

H= 100 × (H-m)/(f-m)。 (2)

式(2)中:H为杂种指数;H为杂种平均值;m为母本平均值;f为父本平均值。其中H介于45～55, 为中间性状;H< 45, 偏向母本性状;H> 55, 偏向父本性状;H> 100或H< 0, 为超亲偏离性状。

2 结果

2.1 外部形态观察

草鱼与赤眼鳟均属鲤科雅罗亚科鱼类, 在外形上有一定相似性(图2), 体型均为纺锤型, 躯干部似圆筒, 后部稍侧扁, 尾柄较细; 端位口, 头小, 吻前段较尖, 口裂呈弧形, 略上翘; 腹部无腹棱, 腹部鳞片细小且为白色; 体两侧披较大圆鳞, 侧线完全且至尾柄正中; 背鳍无硬棘, 起点略与腹鳍起点相对; 尾鳍为正叉尾型, 正、反交F1均具有以上特点。4种鱼不同之处可分为以下5个部分。

图2 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1形态

体型: 草鱼背部线条较赤眼鳟更弯曲, 头部较钝, 体背厚实; 正、反交F1体型相似, 介于草鱼、赤眼鳟之间。

体色: 草鱼整体体色为茶黄色, 腹部暗黄白色; 赤眼鳟体侧淡黄色, 腹部为银白色; 正交F1体侧偏向淡黄色, 腹部为白色, 反交F1侧面体色偏向银灰色, 腹部为银白色。

眼睛: 草鱼眼缘无红斑, 眼瞳周围有一黑黄相间的色圈; 赤眼鳟眼缘上方有明亮的红色斑块, 眼瞳周围为白色; 正、反交F1同赤眼鳟相似, 但斑块颜色相对较淡, 偏向橘红色。

鳞片: 赤眼鳟鳞片形状、大小相对草鱼更规则; 赤眼鳟体侧前后鳞片交界处均有明显黑斑块, 上下鳞片交界处无明显膜层; 草鱼未见明显黑斑, 许多小黑点不规则分布在鳞片边缘, 正交F1黑斑向两侧延伸出细长薄膜, 反交F1大部分鳞片上的黑斑与赤眼鱒黑斑相似, 较集中, 少数向两侧延伸。同等体长的4种鱼背鳍至侧线鳞前两片鳞片从大到小依次是草鱼、正交F1、反交F1、赤眼鳟。

口须: 赤眼鳟有2对细小触须, 其他3种鱼均未发现触须。

2.2 可数性状

在12个可数性状中, 有8个性状在4种鱼间无数值差异, 分别是背鳍、臀鳍各3根不分支鳍条, 胸鳍、腹鳍各1根不分支鳍条, 背鳍有7根分支鳍条, 腹鳍、臀鳍各有8根分支鳍条, 尾鳍有17根分支鳍条。对有差异性的胸鳍分支鳍条、侧线鳞、侧线上鳞、侧线下鳞4个性状进行单因素方差分析(表1), 结果显示: 4种鱼胸鳍分支鳍条平均值从小到大依次是: 赤眼鳟、反交F1、正交F1、草鱼, 在该性状上, 正、反交F1与赤眼鳟差异显著(< 0.05), 且赤眼鳟胸鳍分支鳍条数少于草鱼和正反交F1; 侧线鳞数平均值从小到大依次是: 草鱼、正交F1、反交F1、赤眼鳟, 在该性状上, 正、反交F1和草鱼差异均不显著, 而与赤眼鳟差异显著(< 0.05); 4种鱼的侧线上鳞主要以7片鳞为主, 差异不显著; 赤眼鳟的侧线下鳞主要以4片鳞为主, 草鱼、正、反交F1主要以5片鳞为主, 赤眼鳟与其他3种鱼差异显著(< 0.05)。

表1 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1可数性状的差异性

注: 同列不同字母表示组间差异显著(< 0.05), 标有bc的组表示其与b组和c组的差异均不显著, 同列标有相同字母表示其差异不显著。下表同。

2.3 可量性状及框架性状

2.3.1 可量性状

草鱼、赤眼鳟各性状的变异系数在0.01～0.10范围内(表2)。以该批草鱼、赤眼鳟作为正交F1、反交F1的父母本值, 计算其杂种指数, 结果为: 正交F1中有1个性状(体宽)超母本草鱼偏离且与父母本差异显著(< 0.05); 3个性状(尾柄高、胸鳍长、腹鳍长)偏向母本草鱼; 8个性状(叉长、头长、口长、口裂长、眼间距、体高、尾柄长、尾鳍长)偏向父本赤眼鳟且位于父母本数值之间; 5个性状(全长、吻长、眼径长、背鳍长、臀鳍长)接近理想中间值。反交F1中有5个性状(吻长、口长、口裂长、眼间距、尾鳍长)超母本赤眼鳟偏离且与父本草鱼差异显著(< 0.05); 7个性状(全长、叉长、头长、眼径长、体高、背鳍长、臀鳍长)偏向母本赤眼鳟; 4个性状(体宽、尾柄高、胸鳍长、腹鳍长)偏向父本草鱼; 尾柄长接近理想中间值, 即17个性状中, 正交F1偏向母本草鱼的性状(不包括超亲本性状)占23.53%, 偏向父本赤眼鳟的性状占47.06%, 超亲本性状占5.88%; 反交F1偏向母本赤眼鳟的性状占41.18%, 偏向父本草鱼的性状占23.53%, 超亲本性状占29.41%, 从偏离比例来看, 正、反交F1均较明显偏向赤眼鳟。

表2 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1可量性状

2.3.2 框架性状

对各性状进行单因素两两比较方差分析(表3), 17个框架数据中,2—4、6—7在4个群体间差异不显著(> 0.05), 正、反交F1在3—5性状上存在超亲本现象, 其余性状数值均处于两亲本之间。正交F1与反交F1有5个性状(2—5、3—5、8—9、8—10、9—10)差异显著(< 0.05), 其中有3个性状位于鱼体尾部。根据各性状的比值, 使用Photoshop软件绘制平面框架图(图3), 更直观展现草鱼、赤眼鳟、正交F1及反交F1的平面框架结构特点。由图3可看出, 在躯干部、尾部性状上有较明显区别, 与单因素方差分析结果一致。

图3 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1的框架结构图

表3 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1的框架性状

2.3.3 形态参数比值

为清楚地展示鱼体外型比例大小, 计算其形态参数比值(表4)。从杂种指数可看出: 9个形态参数比值中, 正交F1有2个形态比值(头长/吻长、头长/眼间距)超父本赤眼鳟偏离, 尾柄长/尾柄高偏向母本草鱼, 口长/口裂长为理想中间值, 其余5个形态比值均偏向父本赤眼鳟; 反交F1有3个形态比值(体长/体高、体长/头长、体高/体宽)偏向母本赤眼鳟, 2个形态比值(眼间距/眼径、口长/口裂长)超母本赤眼鳟偏离、2个形态比值(头长/吻长、尾柄长/尾柄高)偏向父本草鱼, 头长/眼间距超父本草鱼偏离, 头长/眼径(H= 45.32)为理想中间值。从形态参数比值来看, 正、反交F1均更偏向赤眼鳟, 与可量性状的亲本偏向性结果一致。

表4 草鱼、赤眼鳟及正、反交F1的比例参数

注: 同行数据上标不同英文字母表示有显著差异(< 0.05)。

2.4 多元分析

2.4.1 聚类分析

对120个样本的17个可量性状、17个框架性状分别进行系统聚类分析, 为平衡各性状的数值权数, 对所有变量值进行Z-socres标准化处理后再进行聚类。可量性状聚类结果: 反交F1与赤眼鳟聚为一支, 然后与正交F1聚为一支, 最后与草鱼聚为一支(图4), 其中120个样本聚类中出现3.3%的聚类错误。聚类结果表明: 在可量性状上, 反交F1与母本赤眼鳟有更大的相似度, 而正交F1处于父母本之间, 此结果与形态参数比值判断结果一致。17个框架性状的聚类结果与可量性状的聚类结果有所不同: 正交F1和反交F1聚为一支, 然后与草鱼聚为一支, 最后与赤眼鳟聚为一支(图5), 说明正交F1和反交F1的框架性状的相似性较高, 且杂交F1更偏向草鱼。

图4 可量性状的聚类图

图5 框架性状的聚类图

2.4.2 判别分析

对34个已处理的测量性状进行逐步判别分析, 得到贡献率较大的前9个性状参数, 分别是5—7、3—5、1—3、2—3、8—9、头长、口裂长、胸鳍长、尾鳍长, 以1—9依次表示, 建立4种群体的贝叶斯判别函数如下。

草鱼:1= 21.1241+ 67.3282+ 35.9203+ 96.3974+ 47.3825+ 60.1846-33.7777+ 37.6518+ 21.2009-4629.919。

赤眼鳟:2= 37.5431+ 62.7022+ 28.3453+ 60.6904+ 58.4875+ 45.9956-6.4027+ 25.9468+ 13.0709-3658.143。

正交F1:3= 26.3031+ 66.4792+ 29.8543+ 76.8124+ 55.4985+ 50.9416-22.7877+ 34.2178+ 16.0569-4030.008。

反交F1:4= 25.2541+ 71.0942+ 32.6893+ 75.7514+ 51.6975+ 51.4166-28.8457+ 34.0988+ 15.4809-4100.74。

对以上方程进行预判验证, 将9个已处理的性状参数代入方程, 函数值最大即该鱼判为该属, 正反验证判别准确率均为100%, 说明该方程对区分4种鱼具有很强的实用性。

3 结论

3.1 杂交F1与亲本的区分

杂交F1在外形上综合了双亲的特点,具有赤眼鳟的眼红斑性状, 但颜色相对赤眼鳟较淡, 可区别于亲本草鱼。杂交F1和草鱼无触须, 可区别于赤眼鳟。正交F1和反交F1的区分主要在体色和鳞片的黑点分布方面。通过逐步判别法选取贡献率较大的前9个变量建立判别函数, 判别准确率为100%, 说明4个群体在这9个变量上差异明显, 其中有5个框架性状、4个传统可量性状, 主要集中在鱼体躯干部、头部, 而框架图展现了4个群体在躯干部、尾部形态的差异。杂交F1在外形上易与亲本区分, 有利于品种建立和养殖。

3.2 杂交F1的亲本偏向性

本研究增加多个可量性状与框架性状的数据评定杂交F1的亲本偏向性, 可量性状聚类结果与胡廷尖等的结果相同, 框架性状的结果与金燮理等的结果一致, 说明不同杂交F1各性状受亲本的影响程度各不相同, 但存在较为稳定的亲本偏向趋势。杂交指数表明, 部分性状偏向同一鱼种, 如口长、口裂长、眼间距、3—2、尾鳍长等性状表现为明显的偏向赤眼鳟遗传, 尾柄高、胸鳍长、腹鳍长等性状表现为明显的偏向草鱼遗传, 推测各亲本在不同性状表达调控上各有优势。环境在一定程度上也会影响到鱼体形态发育, 本研究选取的鱼均养殖在同一个渔场, 可认为4个群体间的形态差异主要受基因间相互作用的影响, 不同的外界环境是否会对杂交F1的外部形态有显著影响, 杂交F1在发育过程中是否会发生性状偏向性改变等问题还有待进一步研究。

3.3 超亲本性状

正交F1超亲本可量性状占5.88%, 反交F1超亲本可量性状占29.41%, 该结果与染色体核型分析的推测一致, 杂交F1的超亲本性状可为新品种选育提供参考依据。如正交F1的体宽性状超亲本遗传且数值上显著高于双亲, 正交F1具有杂交育种和选育的潜力。

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(责任编校: 刘刚毅)

Morphological characteristics analysis of,and their reciprocal hybrids F1

He Meifeng, Xiao Tiaoyi, Liu Qiaolin, Li Di, Li Wei, Deng Yalin

(Animal Science and Technology College, Hunan Agricultural University, Changsha 410128, China)

In order to analyze the morphological characteristics of the direct cross F1(♀ ×♂) and the reverse cross F1(♀ ×♂), combining the measurement methods of the traditional morphological parameters and the modern truss framework parameters, the countable and measurable properties of the reciprocal hybrids and their parents are measured and related data are analyzed by using the method of statistics. The resultsshow there aredifferences in body shape, body color, eyes, squame and tentaculum among the four populations. The number of soft ray in pectoral fin, lateral line scales and scales below lateral line are significantly different between the reciprocal hybrids and(< 0.05). Body width of the direct cross F1and the five parameters(snout length, mouth length, mouth slit length, interorbital width and caudal fin length) of the reverse cross F1are transgressive inheritance. Cluster analysis shows that traditional measurable parameters of the reciprocal hybrids resemble, while truss framework parameters resemble. Discriminant analysis establish four discriminant functions which the discrimination accuracy are 100%. The study indicates that the reciprocal hybrids F1appear to be a mixture of their parents and they exhibit heterosis which can be discussed as new species.

;; direct cross; reverse cross; morphology; multiva- riate analysis

10.3969/j.issn.1672–6146.2015.04.009

Q 348; S 965

1672–6146(2015)04–0036–07

何美凤, 244391955@qq.com; 肖调义, tyx1128@163.com。

2015–07–13

国家自然科学基金项目(31272652); 国家大宗淡水鱼类产业技术体系项目(CARS-46-42)。