王茂元，賴銘勇，黃洪貴，黃柳婷，田 田，胡振禧，吳妹英，林學文

(福建省淡水水產(chǎn)研究所，福建 福州 350002)

動物界普遍存在著兩性異形現(xiàn)象[1]，這主要表現(xiàn)為形態(tài)大小、體色以及局部特征等外部生物學特征上的差異，尤其是兩棲動物兩性異形存在多種類型[2-4]。長期以來，決定兩性異形的原因倍受人們關(guān)注，而對于個體大小的性別差異，生育力選擇(Fecundity selection)假說被認為是促成偏向雌性為較大個體的兩性異形的驅(qū)動力[5]；性選擇(Sexual selection)假說認為雄性間的爭斗促進了雄體大于雌體的兩性異形的形成[6]；生態(tài)位分離(Niche-separation)假說認為兩性個體在生態(tài)位上的分離與差異是兩性異形出現(xiàn)的原因[7]。然而兩性異形的形成，還可能與生態(tài)位、年齡或生長率、食性、繁殖策略及其生長發(fā)育各階段的物質(zhì)和能量分配上的分離與差異相關(guān)。因此，開展養(yǎng)殖動物兩性親體差異研究，探討兩性異形與動物性選擇之間的關(guān)系具有重要學術(shù)價值。

棘胸蛙(Paaspinosa)俗稱石蛙、石鱗、石雞、石凍等，屬兩棲綱(Amphibian)，無尾目(Anura)，蛙科(Ranidae)，棘蛙屬(Rana)，主要分布在我國南方丘陵溪流區(qū)。棘胸蛙肉質(zhì)細膩，味道甘美，具有很高的食用和藥用價值，是傳統(tǒng)醫(yī)食兼用的名貴動物，素有“百蛙之王”的美譽，不僅經(jīng)濟價值高，而且市場需求量大[8]。近年來由于人為捕殺和生存環(huán)境被破壞，野生棘胸蛙數(shù)量逐漸減少，被中國物種紅色名錄列為易危(Vu)等級[9]。為解決棘胸蛙野生種質(zhì)資源衰退和市場消費需求擴大的矛盾，國內(nèi)外一些學者在棘胸蛙種質(zhì)生物學、繁殖與發(fā)育生物學以及人工養(yǎng)殖技術(shù)等方面開展了較為深入的研究[10-13]，而對于其異形的研究較少，路慶芳等[14]指出平江性成熟棘胸蛙的雄性個體體長和體質(zhì)量顯著大于雌性；楊程等[15]采用聚類分析、主成分分析和判別分析方法研究了四明山脈溪流區(qū)棘胸蛙同生群兩性親體間的形質(zhì)差異；Yu等[1]從生態(tài)地理環(huán)境方面揭示了棘胸蛙兩性異形現(xiàn)象。

雖然有些學者就國內(nèi)其他地區(qū)的棘胸蛙異形現(xiàn)象進行了報道，但也多是集中在生長繁育與異形關(guān)系的研究[14-16]，未詳細分析形態(tài)性狀與成體體質(zhì)量的關(guān)系以及建立多元回歸模型。為此，本文通過測定養(yǎng)殖棘胸蛙的外部形態(tài)特征指標，分析了棘胸蛙兩性成體間的形質(zhì)差異，并分別建立了雌雄棘胸蛙體質(zhì)量與相關(guān)體尺的多元回歸方程，旨在為今后指導(dǎo)棘胸蛙兩性選育及系統(tǒng)化培育提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究材料

2017年10月從閩西山區(qū)棘胸蛙養(yǎng)殖場隨機選取3齡當?shù)丶赝莛B(yǎng)殖群體，該群體為野生群體經(jīng)過2代繁殖選育后的子代，放養(yǎng)在水泥池中(密度30只/m2)，投喂黃粉蟲。試驗時取雌、雄個體各82只作為測定群體。

1.2 生物學指標測定

將采集到的活蛙進行編號，使用數(shù)顯游標卡尺(精確度0.01 mm)和高精度電子天平(精確度0.01 g)進行生物學指標測定，由同一人完成。測定指標為：體質(zhì)量(Body weight，BW)、頭體長(吻端至泄殖腔孔后緣的水平距離，Snout-urostyle length，SUL)、吻長(吻端至眼前角的水平距離，Snout length，SL)、頭長(吻端至頸褶的水平距離，Head length，HL)、肩肛距(頸褶至肛孔后緣的的水平距離，Shoulder-to-anal length，SAL)、前足長(前肢基部至第三指末端的直線距離，F(xiàn)roeofoot length，F(xiàn)FL)、前肢長(肩關(guān)節(jié)至第三指末端的直線距離，F(xiàn)ore limb length，F(xiàn)LL)、后足長(后肢基部至最長趾末端的直線距離，Hindfoot length，HFL)、后肢長(體后端正中部位至第四趾末端的直線距離，Hindlimb length，HLL)、眼間距(左右上眼瞼內(nèi)側(cè)緣間的水平距離，Interorbital space，IS)、鼻間距(左右鼻孔間的水平距離，Internasal distance，INS)、頭寬(頭部左右兩側(cè)的最大水平距離，Head width，HW)、肩寬(左右肩點間的水平距離，Shoulder width，SW)和眼徑(與體軸平行的眼的長度，Eye diameter，ED)。具體測量起始位置見圖1。

注：1.頭體長；2.頭長；3.頭寬；4.前肢長；5.前足長；6.后足長；7.后肢長；8.肩寬；9.眼間距；10.鼻間距；11.吻長；12.眼徑；13.肩肛距。

Notes：1.Body weight；2.Head length；3.Head width；4.Forelimb length；5.Froeofoot length；6.Hindfoot length；7.Hindlimb length；8.Shoulder width；9.Interorbital space；10.Internasal distance；11.Snout length；12.Eye diameter；13.Shoulder-to-anal length.

1.3 數(shù)據(jù)處理和分析

利用Excel 2007和SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計處理與檢驗分析。用Kolmogorov-Smirnov和Bartlett進行數(shù)據(jù)的正態(tài)性和方差同質(zhì)性檢驗，用單因子方差分析(One-way ANOVA)比較兩性間外部形態(tài)差異，用其余性狀與體質(zhì)量進行相關(guān)性分析。通過偏回歸分析上述數(shù)據(jù)，保留那些偏回歸系數(shù)達到甚至超過顯著水平(P<0.05)的形態(tài)性狀并建立這些表型性狀對體質(zhì)量的多元回歸方程，以此進行擬合度檢驗。描述性統(tǒng)計值用平均值±標準差表示，顯著性水平設(shè)置為α=0.05。

兩性異形指數(shù)[17]計算公式為：兩性異形程度指數(shù)=1-體型較小性別的平均頭體長/體型較大性別的平均頭體長。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物學測量指標間的性別差異比較

從表1可以看出，閩西山區(qū)棘胸蛙雌雄兩性在外部生物學性狀測量指標間存在一定程度的差異。棘胸蛙雌性平均頭體長為(98.17±5.84)mm，雄性的平均頭體長為(105.36±6.79)mm，雄性體長明顯大于雌性頭體長，雄性頭體長與雌性頭體長的比值為1.073，異形程度指數(shù)為0.068。除吻長、眼間距和眼徑等3項形態(tài)性狀測量值在雌、雄兩性之間無差別外，其余11項測量值均呈現(xiàn)出雄性顯著大于雌性(P<0.05)現(xiàn)象；除眼間距、前肢長、后肢長、眼徑、肩肛距等5項形態(tài)性狀測量值的變異系數(shù)呈現(xiàn)出雌性略微大于雄性外，其余9項測量值的變異系數(shù)均呈現(xiàn)出雌性小于雄性的現(xiàn)象。上述結(jié)果表明：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；雌性的體型穩(wěn)定性好于雄性，但增長速度慢于雄性。

表1 棘胸蛙兩性生物學測量性狀參數(shù)統(tǒng)計

注：同行上標不同小寫字母表示組間差異顯著(P<0.05)。下同。

Notes：The different letters on the parameters on the same row meant significant difference(P<0.05).The same as below.

2.2 體尺性狀比的性別差異比較

根據(jù)所測結(jié)果，計算棘胸蛙體尺性狀比的性別差異指標。由表2可以看出，雌雄兩性親體在體尺性狀比指標間基本沒有差異。除前足長/前肢長、頭寬/肩寬比值略小于雌性外，雄性的其余形質(zhì)比都等于或大于雌性；除肩肛距/頭寬、頭寬/肩寬、鼻間距/眼間距變異系數(shù)大于雄性外，雌性的其余6項形質(zhì)比均小于雄性。

表 2 棘胸蛙兩性體尺性狀比參數(shù)統(tǒng)計

2.3 生物學測量指標與體質(zhì)量間的相關(guān)分析

對棘胸蛙雌雄兩性生物學測量指標與體質(zhì)量進行相關(guān)分析。由表3可見，棘胸蛙雌、雄兩性形態(tài)性狀測量指標與體質(zhì)量間的相關(guān)性存在一定程度的異同。從Pearson相關(guān)性來看，雄性測定群體中，除肩寬與體質(zhì)量未呈顯著相關(guān)(P>0.05)外，其余12項測量指標與體質(zhì)量均呈現(xiàn)顯著相關(guān)(P<0.05)；雌性測定群體中，除眼間距、眼徑與體質(zhì)量未呈顯著相關(guān)(P>0.05)外，其余11項測量指標與體質(zhì)量呈現(xiàn)顯著相關(guān)(P<0.05)。但從偏相關(guān)分析結(jié)果可以看出，排除其他測量指標對體質(zhì)量的影響，在13項測量指標中，雄性頭體長、吻長和眼徑與體質(zhì)量間存在顯著相關(guān)(P<0.05)；雌性頭體長、前肢長和肩寬與體質(zhì)量間存在顯著相關(guān)(P<0.05)。

表 3 棘胸蛙兩性生物學測量性狀與體質(zhì)量的相關(guān)性(n=82)

續(xù)表3

注：*表示性狀間相關(guān)系數(shù)達到顯著水平(P<0.05)，**表示性狀間的相關(guān)性達到極顯著水平(P<0.01)。

Notes：*meant the correlation coefficient between traits reached the significant level(P<0.05)，**meant the correlation between traits reached the extremely significant level(P<0.01).

2.4 多元回歸分析

對形態(tài)性狀進行回歸分析，各回歸系數(shù)t檢驗結(jié)果表明：雄性棘胸蛙的頭體長、眼間距、吻長和頭寬對體質(zhì)量影響顯著；雌性棘胸蛙的頭體長、肩寬和前肢長對體質(zhì)量影響顯著。因此，從回歸方程中剔除不顯著形態(tài)性狀，以建立最優(yōu)模型。

回歸中，R2值越大反映自變量與因變量的共變量比率越高，模型與數(shù)據(jù)擬合度越好。根據(jù)表4，可以看出雄性棘胸蛙回歸模型4的R2值最大，定為最優(yōu)模型，從模型4回歸系數(shù)顯著性結(jié)果(表5)可得回歸方程：雄性體質(zhì)量=3.620×頭體長+0.626×后肢長-5.847×眼徑+0.728×吻長-269.868，回歸顯著性檢驗結(jié)果表明建立的回歸方程有效。同時從表5可見，雄性棘胸蛙被保留下來的形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響，依次呈現(xiàn)為體長(3.620)>吻長(0.728)>后肢長(0.626)>眼徑(-5.847)，表明體長對體質(zhì)量的貢獻最大，而眼徑最小。

表 4 雄性棘胸蛙體質(zhì)量相關(guān)性多元回歸方程模型匯總

表 5 雄性棘胸蛙多元回歸模型4的回歸系數(shù)以及顯著性檢驗結(jié)果

同理，根據(jù)表6，可以看出雌性棘胸蛙回歸模型3的R2值最大，定為最優(yōu)模型，從模型3回歸系數(shù)顯著性結(jié)果(表7)可得回歸方程：雌性體質(zhì)量= 2.914×頭體長+1.502×前肢長+1.521×肩寬-304.518，回歸顯著性檢驗結(jié)果表明建立的回歸方程有效。同時從表7可見，雌性棘胸蛙被保留下來的形態(tài)性狀對體質(zhì)量的影響，依次呈現(xiàn)為體長(2.914)>肩寬(1.521)>前肢長(1.502)，表明體長對體質(zhì)量的貢獻最大，肩寬和前肢長次之。

表 6 雌性棘胸蛙體質(zhì)量相關(guān)多元回歸方程模型匯總

表 7 雌性棘胸蛙多元回歸模型3的回歸系數(shù)以及顯著性檢驗結(jié)果

綜上所述，雌雄棘胸蛙的體長是影響棘胸蛙體質(zhì)量的決定性公共變量，也是影響其體質(zhì)量的關(guān)鍵性狀。

3 討論

動物的兩性異形現(xiàn)象非常普遍，主要表現(xiàn)為個體大小、體色以及局部形態(tài)特征(婚墊、胸腹部分泌物和聲囊、肛門異形、四肢異形等)差異等方面[18-21]。有研究顯示，兩棲動物中約80%的有尾目和95%的無尾目存在兩性異形[6]。兩棲類體型異形主要存在3種類型：成年雄性體型大于成年雌性；成年雌性體型大于成年雄性；成年兩性個體大小沒有顯著差異[22]。其中雌性體型偏大類型較為普遍，而雄性體型偏大類型在無尾兩棲類中較為少見，約占5%[6]。從異性程度看，閩西山區(qū)棘胸蛙養(yǎng)殖群體雄性頭體長與雌性頭體長的比值為1.073，異形程度指數(shù)為0.068，與澤陸蛙(Fejervaryalimnocharis)的0.080[23]相當，而與花臭蛙(Odorranaschmackeri)的0.496、大綠臭蛙(O.margaretae)的0.476和凹耳蛙(O.tormota)的0.418異性程度[24-25]相比較低。從其他外部生物學形態(tài)測量指標來看，除吻長、眼間距和眼徑等3項形態(tài)性狀測量值在雌、雄兩性之間無明顯差別外，體質(zhì)量、頭長、肩肛距、肩寬、前肢長、后足長、后肢長、鼻間距、頭寬、前足長等指標均呈現(xiàn)出雄性顯著大于雌性(P<0.05)。此外，頭部異形在兩棲動物中較為常見，而本研究中閩西山區(qū)雄性棘胸蛙的頭長和頭寬顯著大于雌性(P<0.05)，與Schoener 等[26]認為頭部較大的個體具有攝取更大食物的潛能，而有利于增加可供選擇的食物種類，獲得更大的攝取優(yōu)質(zhì)食物資源的機會，并在資源競爭中獲得優(yōu)勢的觀點相吻合。因此，閩西山區(qū)棘胸蛙應(yīng)歸為成年雄性體型大于成年雌性的類型，且屬于兩棲蛙類中雌雄異形程度較低的一類。

福建野生棘胸蛙在低海拔和高海拔地區(qū)均有分布[27]，表明棘胸蛙與其他種類蛙相似，棲息環(huán)境因子的地理差異對兩性異形的影響可能不是主要的，自然選擇和系統(tǒng)演化歷史可能是兩性異形的決定因子[28-29]。目前，解釋動物兩性異形的主要理論為性選擇假說[7]，兩性異形可能是通過同性成員間的配偶競爭(性內(nèi)選擇)、或通過偏愛異性的某個獨特特征(性間選擇)、或者兩條途徑兼而有之[30]而實現(xiàn)的。動物繁殖過程中兩性都要消耗能量，但消耗方式不同[31]，兩棲動物在繁殖投入上雄性遠低于雌性，較大的雌性個體具有較高的生育力和繁殖成功率[32-33]，這也可能導(dǎo)致不同性別的個體在性成熟之后表現(xiàn)為兩性異形。此外，在繁殖過程中，為了提高受精和繁殖的成功率，雄蛙往往通過增大個體以增強在婚配斗爭中的有利地位[6]，而雌蛙則更多將能量分配于繁殖，限制了個體生長，最終表現(xiàn)出雄大雌小的兩性異形。本研究中，除頭體長外，其他的形態(tài)性狀對體質(zhì)量的直接影響作用均較小，無疑揭示了閩西山區(qū)棘胸蛙雌、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有一定有利特征的形態(tài)性狀。

綜上所述，閩西山區(qū)棘胸蛙親體間兩性異形，且雄性大于雌性，更多地傾向于性選擇假說和生育力選擇假說，其本質(zhì)是物種自然選擇和系統(tǒng)演化的結(jié)果。