四明山脈溪流區水產經濟動物棘胸蛙(Paa spinosa)成體形態性狀對體質量和凈體質量影響效應的性別差異*

斯烈鋼 富 裕 李鴻鵬 朱衛東 申屠基康 王志錚①

(1. 浙江海洋學院 舟山 316022; 2. 寧波市海洋與漁業研究院 寧波 315012; 3. 余姚市水產技術推廣中心 余姚 315400)

棘胸蛙(Paa spinosa)俗稱石蛙、石雞等, 隸屬于兩棲綱、無尾目、蛙科、棘蛙屬, 系分布于我國南方丘陵山區的特有大型食用蛙, 多生活于海拔 500—600m的溪流區中(林光華等, 1990), 具滴水產卵的繁育特性(丁松林等, 2009), 其肉嫩味美、營養豐富, 食用具滋補強身、清心潤肺、健肝胃、補虛損, 以及解熱毒、治疳疾等功效, 素有“百蛙之王”和“山珍”之美譽, 歷來為我國居民喜食的名貴佳肴和高檔滋補品。近年來, 受棲息地生境的持續惡化和山區農民酷采濫捕的影響, 我國棘胸蛙野生資源日趨衰退, 現已被中國物種紅色名錄列為易危(VU)等級。加強棘胸蛙野生種質資源保護, 積極發展以人工定向選育和優質親體科學飼育為基礎的棘胸蛙增養殖業, 無疑對促進山區農民創收致富和滿足市場對棘胸蛙日益高漲的消費需求具重要現實意義。

體質量和凈體質量既是決定水產養殖動物市售價格的重要變量, 也是實施水產養殖動物人工定向選育的重要目標性狀, 但直觀性明顯弱于形態性狀。研究表明, 水產養殖動物可借助通徑分析找尋到用以標記體質量的關鍵形態性狀組合(劉小林等, 2002),但兩性個體在標記體質量的關鍵形態性狀組成上卻存在一定的差異(王志錚等, 2011)。因此, 弄清決定目標水產養殖動物兩性成熟個體在體質量和凈體質量形態標記上的差異, 并以此探析進而揭示兩者在體質量和凈體質量決定機制上的本質區別, 無疑對指導目標水產養殖動物兩性成熟個體的人工定向選育和科學飼育具重要應用價值。鑒于棘胸蛙兩性成熟個體具明顯的異形特征(劉春濤等, 2007; 路慶芳等,2008), 且目前國內外涉及該蛙的研究主要集中于種質生物學(李炳華等, 1983; 胡知淵等, 2005)、繁殖生物學(路慶芳等, 2008; 俞寶根等, 2008)、生態生理學(張盛周等, 2003; 凌云等, 2012)、發育生物學(虞鵬程,1995)、人工養殖技術(謝海妹等, 2007)及營養成分分析(朱炳全, 2000)等方面, 而有關該蛙形態性狀對體質量和凈體質量的影響效應研究迄今尚未見報道之實際,本文作者于2013年6月16日以位于四明山脈溪流區的浙江省余姚市下魯石蛙養殖場養成的3年齡棘胸蛙同生群養殖群體中的成熟個體為研究材料, 采用多元分析方法, 較系統地開展了棘胸蛙形態性狀對體質量和凈體質量影響效應的性別差異研究, 以期為提高該蛙優質親體的選擇精度和飼育效率提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 供試蛙來源及數量

2013年6月16日于浙江省余姚市下魯石蛙養殖場親蛙培育池中, 隨機選取產卵時間為 2010年6月20日的 3年齡余姚本地品系棘胸蛙同生群雌、雄成熟個體各84只作為本研究測定群體。

1.2 形態表型性狀的測定

實驗樣品逐一編號后, 采用電子數顯游標卡尺(精度 0.02mm)分別測量鼻間距(左右鼻孔間的水平距離, INS)、眼間距(左右上眼瞼內側緣間的水平距離,IS)、眼徑(與體軸平行的眼之直徑, ED)、吻長(吻端至眼前角的水平距離, SL)、頭長(吻端至頸褶的水平距離, HL)、頭寬(頭部左右兩側的最大水平距離, HW)、肩寬(左右肩點間的水平距離, SW)、前肢長(肩關節至第三指末端的直線距離, FLL)、前肢臂長(肘關節至第三指末端的直線距離, FAL)、前足長(前肢基部至第三指末端的直線距離, FFL)、后肢長(體后端正中部位至第四趾末端的直線距離, HLL)、后足長(后肢基部至最長趾末端的的直線距離, HFL)、肩肛距(頸褶至肛孔后緣的的水平距離, SAL)、體長(吻端至泄殖腔孔后緣的水平距離, SUL)等 14項表型尺寸性狀; 采用低溫麻醉法測量實驗蛙的體積(BV), 具體方法同日本鰻鱺(王志錚等, 2012); 采用CS1-JJ500Y型高精度電子天平(精度 0.01g)分別稱量經濾紙吸凈體表水分后的體質量(BW)和去除內臟后的凈體質量(NW)。

1.3 數據處理

整理所測結果, 采用SPSS17.0軟件分別計算實驗蛙雌、雄測定群體各表型性狀的均值、標準差以及變異系數, 以形態性狀對BW、NW的相關分析和通徑分析為基礎, 剖析那些通徑系數達到顯著水平(P＜0.05)的形態性狀對BW、NW的直接作用和間接作用, 進而計算決定系數和復相關指數, 并以此確定影響BW、NW的關鍵形態性狀組合; 通過偏回歸分析, 保留那些偏回歸系數達到顯著水平(P＜0.05)的形態性狀, 建立這些性狀對BW、NW的多元回歸方程, 并進行擬合度檢驗。

2 結果與分析

2.1 參數估計值

由表1可見, 除IS、ED、SL等3項形態性狀測量值無性別差異外, 其余12項形態性狀及BW、NW測量值均呈雄性顯著大于雌性(P＜0.05); 除INS、ED、HL等3項形態性狀測量值的變異系數呈雄性略小于雌性外, 其余12項形態性狀及BW、NW測量值的變異系數均呈雄性大于雌性, 表明棘胸蛙在生長速度和體型可塑性上均存在較為明顯的性別差異。

2.2 相關性分析

由表2可見, 棘胸蛙雌、雄測定群體所測形態性狀與BW和NW間的相關性存在較為明顯的異同, 即:(1) 雄性測定群體除FAL與BW和NW均僅呈顯著相關(0.01＜P＜0.05)外, 其余形態性狀均與BW和NW呈極顯著相關(P＜0.01); (2) 雌性測定群體 BW 除與ED、SL、FFL未呈顯著相關(P＞0.05), 與HL僅呈顯著相關(0.01＜P＜0.05)外, 其余形態性狀均與其呈極顯著相關(P＜0.01); (3) 雌性測定群體的NW除與ED、SL和HL未呈顯著相關(P＞0.05), 與INS、FFL僅呈顯著相關(0.01＜P＜0.05)外, 其余形態性狀均與其呈極顯著相關(P＜0.01); (4) 與雌、雄測定群體BW和NW相關系數達到0.85以上的形態性狀均僅為BV。綜上可知,棘胸蛙雄性成熟個體在形態性狀對BW和NW的影響上較雌性更具一致性, 體型綜合參數BV系影響棘胸蛙兩性成熟個體BW和NW的關鍵公共變量。

2.3 通徑分析

根據通徑分析原理, 計算雌、雄測定群體各形態性狀對BW和NW的通徑系數。經顯著性檢驗, 保留那些達到顯著水平的形態性狀(P＜0.05), 并按相關系數組成效應, 將這些形態性狀與BW和NW的相關系數(rij)剖分為直接作用(通徑系數 P1)和通過其它性狀的間接作用(P2), 并將結果列于表3。

表1 棘胸蛙兩性個體生物學測定指標的統計量描述Tab.1 The statistics of various phenotypic and morphological traits for P. spinosa

表2 棘胸蛙兩性個體形態性狀與體質量、凈體質量間的相關系數(df=82)Tab.2 The correlation coefficients in phenotype among traits of P. spinosa

由表3可見, 雄性測定群體被保留的形態性狀對BW和NW的直接作用依次呈BV(0.903) ＞ SW(0.108)和BV(0.898) ＞ SW(0.106), 間接作用依次呈SW(0.575) ＞BV(0.069)和 SW(0.572) ＞ BV(0.068); 雌性測定群體被保留的形態性狀對 BW和 NW的直接作用依次呈BV(0.887) ＞ HLL(0.106) ＞ HL(0.079)和 BV(0.796) ＞LHL(0.231), 間接作用依次呈HLL(0.425) ＞ HL(0.189) ＞BV(0.066)和 HLL(0.373) ＞ BV(0.108); 且上述 SW、LHL、HL的間接作用均主要通過BV來實現。綜上,進一步表明 BV為影響棘胸蛙兩性成熟個體 BW 和NW的決定性公共變量。

經計算, BV-SW組合對雄性測定群體BW和NW的相關指數R2分別為0.952和0.939; BV-HLL-HL組合和BV-HLL組合對雌性測定群體BW和NW的相關指數R2分別為0.922和0.860(表3, 表6), 均大于已找尋到影響目標變量的關鍵自變量組合的相關指數臨界值0.85(劉小林等, 2002); 復共線性診斷也顯示, 各形態性狀的方差膨脹因子(VIF) 均遠小于經驗值(VIF=10),即各自變量間無顯著相互干擾作用(表3)。表明BV-SW組合為影響雄性測定群體BW和NW的關鍵形態性狀組合, BV-HLL-HL組合和BV-HLL組合分別為影響雌性測定群體BW和NW的關鍵形態性狀組合。

表3 棘胸蛙形態性狀對體質量、凈體質量影響的通徑分析Tab.3 The effects of morphologic traits on the weight of P. spinosa

2.4 決定程度分析

依表2、表3及表4所列數據, 分別計算棘胸蛙單個性狀對BW和NW的決定系數(di=Pi2, Pi為性狀對體重的通徑系數)以及性狀兩兩交互對BW和NW的共同決定系數(dij=2rijPiPj, rij為兩性狀間的相關系數, Pi、Pj分別為兩性狀對BW或NW的通徑系數), 得表5。

表4 棘胸蛙被保留部分形態性狀間的相關系數(df=82)Tab.4 Correlation coefficients of selected morphometric traits of P. spinosa

表5 棘胸蛙形態性狀對體質量、凈體質量的決定系數Tab.5 The determinant coefficients of morphometric traits on the weight of P. spinosa

由表5可見, BV、SW及兩者交互對雄性測定群體BW和NW的決定系數加和值分別為0.952和0.942;BV、HLL、HL及其兩兩交互對雌性測定群體BW的決定系數加和值為0.923, BV、HLL及兩者交互對雌性測定群體NW的決定系數加和值為 0.860, 均與其對應的相關指數R2值基本相等(表6), 且 BV對雄性測定群體BW 和NW 的決定程度分別達到 81.5%和80.6%, 對雌性測定群體BW和NW的決定程度分別達到 78.7%和 63.4%。上述結果, 進一步明確了BV-SW組合為決定雄性測定群體BW、NW的關鍵形態性狀組合, BV-HLL-HL和BV-HLL依次為決定雌性測定群體BW、NW的關鍵形態性狀組合, 從而再次確立了BV在決定棘胸蛙兩性成熟個體BW和NW上的關鍵核心作用。

2.5 多元回歸方程的建立

對經通徑分析被保留的形態性狀進行復相關分析和回歸分析, 得表6、表7和表8。由表6可見, 棘胸蛙雌、雄測定群體中那些被保留的形態性狀組合與其BW和NW間的復相關系數均達到極顯著水平(R＞r0.01[0]), 表明它們與BW和NW間存在極為密切的內在聯系, 在對BW和NW的影響上較其它未被保留的形態性狀更具重要性。

由表7可見, 用于估算雄性成熟個體BW和NW的回歸方程分別為 BW(♂)= 0.894BV+0.750SW–16.481 和 WN(♂)= 0.727BV+0.600SW–10.184, 用于估算雌性成熟個體體質量和凈體質量的回歸方程分別為BW(♀)=0.841BV+0.220HLL+0.344HL–20.950和WN(♀)=0.543BV+0.346HLL–24.916, 且上述回歸方程的回歸截距及所涉形態性狀的偏回歸系數均達到顯著水平(P＜0.05), 另復共線性診斷也顯示, 各形態性狀的方差膨脹因子(VIF) 均遠小于經驗值。經方差分析和回歸預測(表 8), 所建各回歸方程的回歸系數均達到極顯著水平(P＜0.01), 且估計值和實測值間無顯著差異(P＞0.05)。以上均表明, 所建方程能精確反映棘胸蛙形態性狀與BW和NW間的相互關系。

表6 棘胸蛙形態性狀與體質量、凈體質量間的復相關分析Tab.6 The multiple-coefficients of morphometric traits on the body weight of P. spinosa

表7 棘胸蛙形態性狀與體質量、凈體質量間的偏回歸系數檢驗Tab.7 Test of partial regression and constants of P. spinosa

表8 棘胸蛙形態性狀與體質量、凈體質量間多元回歸方程的方差分析Tab.8 Analysis of variance in multiple regression for P. spinosa

3 討論

3.1 BV成為影響棘胸蛙同生群兩性成體BW和NW核心公共變量的原因分析

BV作為表征同生群動物體型大小和體質強壯程度的綜合性形態測量指標, 往往與BW、NW均有著極為密切的關系, 但表型生長、性選擇“嗜好”及生育力選擇壓力的形態特征取向, 則是導致其能否成為影響BW、NW決定性變量的主因。本文作者認為, BV成為影響棘胸蛙同生群兩性成熟個體BW、NW核心公共變量的原因, 主緣于兩性成熟個體形態性狀的等速生長以及體型對其繁殖適合度所具的重要影響力, 即: (1) 棘胸蛙兩性個體的NW、HL、HW和FLL均隨其 SUL的增長而呈等速增長(路慶芳等, 2008),以及與棘胸蛙同生群兩性成熟個體BW和NW的相關系數達到0.90以上的形態性狀均僅為BV, 且SUL與BW和NW的相關系數也均低于0.77(表2)的研究結果, 表明BV作為綜合性形態測量指標在表征BW、NW上較其它形態測量指標更顯全面和準確, 與相關報道認為影響水產動物體重的主要因素是使個體具有較大空間幾何的性狀的觀點(耿緒云等, 2007; 王新安, 2008, 2013)相吻; (2) 棘胸蛙雌性的繁殖輸出與個體大小呈正相關(路慶芳等, 2008), 生長速度較雄性個體慢(表 1), 到達初屆性成熟年齡明顯滯后于雄性(林光華等, 1990), 個體生殖力遠低于林蛙(Rana temporovia)、牛蛙(Rana catesheiana)等其它常見經濟蛙類(劉元楷等, 1990), 以及BV變異系數均大于其它測量指標, 而與BW和NW則均相近(表2)的特點, 既揭示了棘胸蛙雌性個體的性選擇“嗜好”及生育力選擇壓力有驅使其體形朝大型化方向進化的傾向, 也反映了棘胸蛙與海蟾蜍(Bufo marinus) (Lee, 2001)、黑斑側褶蛙(Pelopylax nigranaculata) (鄭榮泉等, 2002)和多疣狹口蛙(Kaloula verrucosa) (賀佳飛等, 2006)等其它無尾類相似, 均具通過增大體型以增加腹腔懷卵容納量來提高繁殖適合度的生殖對策, 表明BV既為表征棘胸蛙雌性成熟個體繁殖適合度的關鍵形態指標, 又是決定BW和NW的關鍵形態性狀; (3) 無尾兩棲類的外部形態進化保守(Marshall, 2005), 本研究中棘胸蛙同生群成體所表露的雄大雌小的體型特征(表1), 與浙江金華產(劉春濤等, 2007)和湖南平江產(路慶芳等, 2008)棘胸蛙兩性異形特征的結果均完全相同, 表明地域分布的差異并不會改變該蛙屬無尾兩棲類兩性異形中第二種類型(Shine, 1979)這一特質。在性選擇中, 雄性應該是進攻的, 雌性則應該是挑剔的(孫儒泳等, 2002), 與體形較大的雄蛙交配獲得的后代具更高的適合度(Sullivan et al, 1992), 體形較大的雄性棘胸蛙在爭奪配偶中占有明顯優勢(路慶芳等, 2008)。Shine(1979)和 Davies等(1977)均指出,通過增大個體以在爭斗中處于有利地位, 從而獲得更多的交配機會, 是第二種兩性異形類型中雄性常采取的策略。施林強等(2011)也認為, 該兩性異形類型通常與促使雄性向較大體形方向進化的性選擇壓力較強有關。因此可將BV標定為指示雄蛙性成熟個體繁殖適合度的關鍵形態指標和決定BW和NW的關鍵形態性狀。

3.2 SW和HLL在影響棘胸蛙同生群雌雄成體BW和NW上所起的作用

動物兩性異形進化主要基于性選擇(Shine, 1979;Anderson et al, 1990; Parker, 1992)。動物性選擇的實現途徑可能通過基于配偶競爭的性內選擇或通過偏愛異性“奢侈”特征的性間選擇, 或兩者兼而有之(孫儒泳等, 2002)。因此, 本研究中除綜合性形態測量性狀BV外, 其它被保留的形態性狀對BW和NW的直接影響作用均較小(波動于0.059—0.232之間)的情形(表 3), 無疑揭示了棘胸蛙同生群雌、雄成熟個體為謀求繁殖利益的最大化, 在性選擇壓力的作用下強化并保留了各自具一定“奢侈”特征的形態性狀, 致使雄蛙的SW和雌蛙的LHL由此分別成為影響各自BW和NW的公共變量。

抱對是兩棲類動物求偶、交配和完成繁殖過程極為重要的環節(尚玉昌, 1998)。棘胸蛙的抱對行為常表露為雄蛙追逐雌蛙, 并用前肢抱住雌蛙的后肢或軀體背部, 使兩者泄殖腔相接近(俞寶根等, 2008);由此, 劉春濤等(2007)認為棘胸蛙雄蛙前肢顯著長于雌蛙的原因是有利于其更好地抱對。本文作者認為上述直觀認識并未能從本質上揭示對雄蛙抱對起關鍵作用的形態性狀。本研究中, 棘胸蛙雄蛙SW與BW和NW的相關系數均分別大于對應的FLL, 以及FLL對雄蛙 BW和NW的通徑系數均未達到被保留水平的結果(表2, 表3), 無疑真實反映了SW在對雄蛙增重和抱對成功率的貢獻上較FLL更具重要性的事實,即雄蛙SW值越大, 則其捕食成功率和抱對成功率也就越高。

棘胸蛙具雌小、雄大的異形特征(劉春濤等, 2007;路慶芳等, 2008)和雌性背負雄性的抱對交配特性(林光華等, 1990; 俞寶根等, 2008)。路慶芳等(2008)研究發現, 棘胸蛙兩性個體在局部形態上均無顯著差異(P＞0.05), 但雌性后肢長的增長速率則顯著大于雄性(P＜0.05)。上述情形, 無疑為本研究中HLL成為影響雌蛙BW和NW的公共變量的結果(表3)提供了極為重要的證據支持, 即較長而結實的后肢既有利于其彈跳取食和遇害逃逸, 也有助于其選擇反應更為敏捷和體質更為強壯的配偶, 無疑對提高棘胸蛙雌性個體的存活率和繁殖效率具重要作用。至于, 本研究中HL未能被選入決定棘胸蛙雌性個體NW的形態性狀組合(表 3)的原因, 則應跟其與 BW 呈顯著相關(P＜0.05), 而與NW未達到顯著相關水平(P＞0.05) (表2)有關。

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