拟穴青蟹四种形态群体的形态比较和聚类分析

甄梦婷，胡韵月，高丽娟，申情雨，吴露晨，刘子明

（丽水学院生态学院，浙江 丽水 323000）

0 引言

拟穴青蟹（Scylla paramamosain）是梭子蟹科中体型最大、生长较快、适应性强的经济蟹类，具有肉味鲜美、营养丰富和药用价值高等优点。近年来，我国青蟹的生产规模不断扩大，2021年捕捞产量高于7万吨，养殖产量超过16万吨［1］。作为传统出口水产品和主要养殖品种之一，青蟹产业已成为我国东南沿海渔业的重要组成部分。虽然我国青蟹养殖产量呈现逐年上升的趋势，但人工育苗产量有限，养殖苗种主要来源于野生蟹苗［2］。捕捞自不同区域的蟹苗在全国范围内调运，未进行区分便混养在一起，易造成不同地理群体间的种质混杂，进而降低青蟹种群多样性。为合理开发和保护青蟹自然资源，并规范青蟹养殖业的生产，开展青蟹种群遗传多样性的研究显得十分重要。

青蟹广泛分布于我国东南沿海的不同海区，纬度高和纬度低的东南海区其季节水温变化存在很大差异。例如：浙江属亚热带季风气候，四季分明，夏季高温，冬季水温可低于零度；海南属热带季风气候，长夏无冬，在最冷的一月份水温仍可达到17～24 ℃。经过漫长历史的适应，不同地理群体的青蟹对温度变化的响应机制可能存在可遗传的代谢差异。基于此，我们开展 “拟穴青蟹不同群体对温度变化的适应性机制研究” ，并取得了一些成果：将拟穴青蟹分为 “一对螯足腕节外缘中部都不具有发达的刺——多数个体” 与 “至少一只螯足腕节外缘中部具有发达的刺——少数个体” 两大类形态群体，比较这两个群体线粒体呼吸速率和呼吸酶活性的季节变化，结果表明这两个群体呼吸代谢的季节变化模式差异很显著［3］；栖息于浙江、福建和海南的拟穴青蟹群体其线粒体呼吸速率存在显著差异，在纬度越高的海区两个形态群体线粒体呼吸速率的差异越大［4］；在37℃高温应激中拟穴青蟹两个形态群体抗氧化酶活性和热休克蛋白表达呈现出不一致的响应机制［5］；转录组测序结果显示，低温应激第6 h在两个形态群体的肝胰腺中检测到264个差异表达基因［6］，同时采用RT-qPCR技术检测到4个与低温适应相关的基因［7］。

前期研究结果表明：拟穴青蟹两大类形态群体的生理生化代谢存在显著差异，且形态群体的进一步细分将有助于阐明拟穴青蟹不同群体的遗传多样性。本文在已有工作积累的基础上，根据左螯足和右螯足腕节外缘刺的数量进一步将拟穴青蟹细分为四种不同形态的群体，采用形态学方法比较四种形态群体的主要形态特征差异并对其进行聚类分析，探究拟穴青蟹四种形态群体的表型多样性。这项工作的开展将有利于拟穴青蟹种质资源的开发和保护及其水产养殖的生产和管理。

1 材料与方法

1.1 青蟹采集和鉴定

80 只肢体完整、大小相似的雄性青蟹采集自福建省泉州海区，参照Keenan 等［8］的方法鉴定拟穴青蟹：（1）头胸甲背面无白色斑点，其颜色与螯足相似（图1-a）；（2）头胸甲额缘4 齿长度长，尖锐，呈三角形（图1-b）；（3）最后两对附肢上网格状图案不明显，图案颜色较淡（图1-c）。再基于左螯足腕节外缘有1 根刺（图1-d）、右螯足腕节外缘有1 根刺（图1-e）、左螯足腕节外缘有2 根刺（图1-f）、右螯足腕节外缘有2 根刺（图1-g）这4个特征将拟穴青蟹分为四种不同形态的个体：Z1Y1（图1-A）、Z2Y1（图1-B）、Z1Y2（图1-C）、Z2Y2（图1-D）。

图1 拟穴青蟹四种形态个体的主要形态特征

1.2 形态测量

参照Keenan 等［8］的方法测量拟穴青蟹的形态参数，Keenan 等共测定青蟹23 个形态指标，包括头胸甲长、头胸甲宽、头胸甲内宽、第八齿头胸甲宽、头胸甲后部宽、腹部宽、腹甲宽、额缘宽、额缘中齿距、额缘侧齿距、额缘中齿高、第3 步足长节长、第5步足指节长、第5步足指节宽、螯足长节长、螯足指节长、螯足腕节外刺、螯足腕节内刺、螯足掌节外刺、螯足掌节内刺、螯足掌节高、螯足掌节长、螯足掌节宽。前期研究结果显示，拟穴青蟹左螯足和右螯足的形态测定指标可能存在差异，故实验同时测定左螯足和右螯足的形态指标，一共测量30 个形态参数指标。参照Keenan 等［8］的方法将这30个形态参数换算得到34个形态比值。

1.3 数据分析

使用SPSS 17.0 软件对所有数据进行分析，实验结果用平均值±标准差表示。根据34 个形态比值对拟穴青蟹四种形态群体进行单因素方差分析和聚类分析。单因素方差分析中任意两个形态群体的显著差异性分析采用LSD（least significant digit，最低有效位）法多重比较，聚类方法为欧氏距离的最短距离系统聚类法。

2 实验结果

2.1 四种形态群体的采样和鉴定

经形态鉴定，采集的80只青蟹均为拟穴青蟹，未发现锯缘青蟹、紫螯青蟹和榄绿青蟹。采集的拟穴青蟹中近三分之二个体为Z1Y1 群体，Z1Y2、Z2Y1 和Z2Y2 群体的数量比例分别为12.50%、11.25%和10.00%。单因素方差分析的结果表明拟穴青蟹四种形态群体之间的壳宽和体质量均无显著差异（表1）。

表1 拟穴青蟹四种形态群体的数量比例、壳宽和体质量

2.2 四种形态群体形态比值的比较

测定的34 个形态参数比值中，四种形态群体的比较有19 个指标达到显著差异水平（P＜0.05）（表2），15个指标未达到显著差异水平（表3）。数量最多的Z1Y1 群体分别有6、11、13 个指标与Z2Y1、Z2Y2、Z1Y2 群体的比较达到显著差异水平（P＜0.05）。其中右螯足掌节长/头胸甲内宽、右螯足掌节宽/右螯足掌节长、右螯足掌节高/右螯足掌节长、右螯足掌节宽*右螯足掌节高/右螯足掌节长、右螯足掌节外刺/右螯足掌节长这5 个指标的测定结果均表现为Z1Y1 和Z2Y1 群体的数值与Z1Y2和Z2Y2群体的数值存在显著差异（P＜0.05）。右螯足指节长/右螯足掌节长、右螯足掌节内刺/右螯足掌节长、左螯足长节长/左螯足掌节长这3 个指标的测定结果均表现为Z1Y1 群体的数值与Z1Y2和Z2Y2群体的数值存在显著差异（P＜0.05）。四种形态群体形态特征差异的详细情况见表2。

2.3 四种形态群体的聚类情况

基于34个形态参数比值，80只拟穴青蟹的聚类分析结果如图2所示。最先由21只青蟹聚成的分支中，Z1Y1 群体有18 只，剩余3 只都为Z2Y1 群体。最后聚入的7 只青蟹均不属Z1Y1 群体，其中Z2Y1群体有3只（Z2Y1-1、2、5），Z1Y2群体有2只（Z1Y2-1、4），Z2Y2群体有2只（Z2Y2-1、8）。对于Z1Y1 群体，Z1Y1-1、4、15、24、37、53；Z1Y1-6、11、12、18、31、43；Z1Y1-25、28、29、51；Z1Y1-2、9、21、45 都单独聚为一个小分支。由11 只青蟹聚成的小分支中，有6只青蟹（Z1Y2-2、5、6、7、8、10）均为Z1Y2群体，占Z1Y2群体总数的54.55%。

图2 拟穴青蟹四种形态群体的聚类图

3 讨论

3.1 青蟹形态鉴定

青蟹螯足腕节外缘刺的数量是青蟹属分类鉴定的重要依据之一。在Keenan 等［8］的青蟹属分类检索系统中，4种青蟹根据习性和形态可分为Mamosain 和Banhawin 两大类。Mamosain 指的是体型较小、会挖穴的青蟹，即拟穴青蟹（S.paramamosain）和榄绿青蟹（S.olivacea），这类青蟹的螯足腕节外缘中部的刺退化且甲壳背面没有白色斑点。Banhawin 指的是体型较大、行自由生活的青蟹，即锯缘青蟹（S.serrata）和紫螯青蟹（S.tranquebarica），这两种青蟹的螯足腕节外缘有两根发达的刺且甲壳背面有白色斑点。然而，林琪等［9］采集中国东南沿海13个地区的拟穴青蟹进行形态学研究，发现拟穴青蟹有33.3%未成熟个体的螯足腕节外缘有两根发达的刺。本实验的采样和鉴定结果表明，左螯足或右螯足腕节外缘有两根发达刺的拟穴青蟹（Z1Y2、Z2Y1 和Z2Y2）其数量比例为33.75%，这与林琪等［9］的实验结果相一致。由此可知，不能凭借螯足腕节外缘刺的数量这一特征来鉴别拟穴青蟹。

3.2 四种形态群体的形态特征差异

形态特征测量是种质资源鉴定的常用方法之一，具有简单、快速、直观的优点。喻国洪等［10］比较拟穴青蟹（S.paramamosain）浙江宁波和越南群体的24 个形态参数比值，结果显示两个地理群体的形态差异主要集中在头胸甲，其中宁波群体的头胸甲长/头胸甲宽和腹部宽/头胸甲宽比越南群体大，体高/头胸甲宽比越南群体小。姜晓东等［11］采用地标点法比较中华绒螯蟹（Eriocheir sinensis）中国长江和荷兰群体头胸甲的形态差异，结果显示两个地理群体形态特征的主要差异为头胸甲边缘额刺和侧刺的位置，且选取5个贡献率大的变量建立判别方程，长江和荷兰群体的判别准确率都为100%。本实验比较拟穴青蟹四种形态群体之间的形态差异，测得的19个显著形态参数比值中，18 个指标均为左螯足或右螯足的差异，头胸甲的形态差异只有1 个（额缘中齿高/额缘中齿距），原因可能在于拟穴青蟹这四种群体的划分本身就是基于螯足形态的差异——左螯足和右螯足腕节外缘刺的数量。将拟穴青蟹分为两大类形态群体（Z1Y1 群体和其他三种形态群体），前期研究结果表明在季节驯化、不同纬度、高温应激和低温应激条件下拟穴青蟹这两类形态群体的生理、生化和分子水平上均存在着代谢差异［3-7］。对于四种形态群体之间的形态特征差异，本实验结果表明数量最多的Z1Y1 群体与其他三种形态群体的差异最为明显，这与前期的多个研究结果相呼应。由此说明左右螯足腕节外缘都只有一根刺与左螯足或右螯足腕节外缘有两根刺的拟穴青蟹在形态和代谢水平上有着明显的区别。

3.3 四种形态群体的聚类分析

有关鱼、虾、贝、蟹等水产经济动物群体多样性的形态学研究，研究对象主要集中在不同地理群体［11-14］。结合多年的探究结果，本实验首次将拟穴青蟹分为四种形态群体进行形态学分析，80只拟穴青蟹的聚类分析结果显示：Z1Y1 群体的有些个体能够独自地聚为一小支，Z1Y2 群体有一半多的个体聚在一块，最后聚入的7只青蟹都是数量很少的Z1Y2、Z2Y1、Z2Y2 群体，这些都表明拟穴青蟹这四类形态群体有一定程度的表型分化，也再一次说明群体多样性研究中将拟穴青蟹划分为四种形态群体具有可行性。对于四种形态群体之间的形态差异比较，在最先聚集的分支中共有21只青蟹，其中18 只为Z1Y1 群体，剩余3 只为Z2Y1群体，这说明相比Z1Y2和Z2Y2群体，Z1Y1群体与Z2Y1群体的形态相似度更高。此外，相比Z1Y2群体的13 个和Z2Y2 群体的11 个形态参数比值，Z2Y1 群体只有6 个形态参数比值与Z1Y1 群体的比较达到显著差异水平，这同样说明相较于Z1Y2和Z2Y2 群体，Z1Y1 和Z2Y1 这两个群体的形态特征更为相似。一般而言，水生动物的形态特征往往与其栖息的环境相适应。此外，水环境的温度、酸碱度、硬度，土壤底质，捕食关系等因素也会对动物的外部形态产生影响［15］。因此，在今后的研究中，笔者将从基因水平进一步揭示拟穴青蟹这四个形态群体的遗传差异，为拟穴青蟹种质资源的开发和保护奠定相关的基础。