基于耳石地标点法的南黄海和东海小黄鱼种群关系研究

为比较不同地理群体的小黄鱼(Larimichthys polyactis)矢耳石形态特征,进一步明晰其种群划分问题,首次应用长于提取形态特征的地标点法探究了南黄海和东海小黄鱼群体的耳石形态学差异。2022年3—12月,于海州湾、吕泗、长江口和舟山渔场各采集30尾1龄小黄鱼,统一摘取其左矢耳石样本,在耳石外轮廓和耳石内听沟上分别提取了7和4个地标点,进行地标点法分析。结果显示:1)耳石听沟上的地标点8—11相对扭曲贡献率总计为91.88%,耳石外轮廓上的地标点1—7的总贡献率为8.12%,表明4个地理群体小黄鱼的耳石形态差异主要来源于耳石听沟;2)主成分分析散点图显示,部分海州湾群体明显可划分为1个类群,剩余海州湾群体和其他3个渔场所有群体高度重叠聚集为另一个类群,表明南黄海海域可能存在两个小黄鱼种群,即南黄海-东海群和北黄海-渤海群,同时也表明海州湾渔场存在着小黄鱼混栖群体。该现象可能是由于小黄鱼早期鱼卵、仔幼鱼阶段被动扩散和后期主动洄游造成的生境差异,从而诱导其耳石形态表型性状不同。研究结果证实了耳石地标点法在鱼类种间识别的可行性,从耳石形态学角度为中国近海小黄鱼的种群划分提供参考。

基于地标点法的不同黄河鲤群体形态鉴别

为了解黄河鲤谱系进化过程中不同群体形态差异,利用地标点法对20世纪70年代标本黄河鲤和现有山东、河南黄河鲤群体形态进行比较。选取19个地标点,通过最小平方和法进行回归分析,回归系数为0.998,证明地标点选取有效。通过地标点的重叠效果以及对平均形进行矢量化、网格化处理,形态差异主要体现在背鳍基部和腹鳍。相对扭曲主成分分析在不同黄河鲤群体中共提取34个主成分,通过第1、2主成分绘制散点图,标本黄河鲤群体与其他2个群体无重叠且较集中,河南和山东黄河鲤群体重叠且分散。聚类分析表明,河南、山东群体聚为一支,标本黄河鲤为单独一支。前5个主成分累积贡献率为93.03%,解释了主要形态变异,对前5个相对扭曲主成分得分建立Bayes判别函数,结果显示100%的标本黄河鲤能准确识别。背鳍基部和腹鳍2个位置靠近鱼类传统测量中体高特征值,标本黄河鲤与河南、山东黄河鲤形态差异极显著。综上,标本黄河鲤与河南、山东黄河鲤形态差异较大,主要体现在体高/体长比,而河南和山东黄河鲤形态无明显差异,为探究不同群体黄河鲤谱系在种质利用过程中分化和遗传渐渗时间奠定了基础。

基于地标点法的3种眶灯鱼耳石形态种间差异性

眶灯鱼属(Diaphus)是灯笼鱼科中物种丰度最高,种群数量最丰富的属之一,也是大洋中深层鱼类中的优势类群,但由于外部形态的高度相似,目前对眶灯鱼属的种类鉴定存在较多困难。为探究耳石地标点形态分析法(简称地标点法)在识别耳石形态相似、分布海域有较大重叠的眶灯鱼种间矢耳石差异的可行性,本文采集了分布于印度洋的西氏眶灯鱼(Diaphus thiollierei)和分布于南海的喀什眶灯鱼(D. garmani)和马来眶灯鱼(D. malayanus)的耳石应用地标点法进行形态分析。分析结果显示,3种眶灯鱼的矢耳石形态差异主要集中于内部听沟,内部标点贡献率达62%。网格差异可视化表明,西氏眶灯鱼矢耳石翼叶长度长于其他两种,而宽度则略窄。利用贝叶斯函数进行分类判别,结果表明西氏眶灯鱼判别成功率达到100%,而其余两种眶灯鱼则存在少量误判。此外,本研究结合样本栖息环境差异及相互间的亲缘关系,发现造成3种眶灯鱼矢耳石听沟形态差异的主要原因可能来源于所栖息海域的巨大盐度差异,但盐度影响矢耳石听沟形态的内在生理机制还需进一步研究。

基于地标点法的九龙江口和珠江口凤鲚和七丝鲚耳石形态学特征比较

为把握珠江口、九龙江口鲚属鱼类凤鲚(Coilia mystus)与七丝鲚(C. grayii)的耳石形态特征,并了解这2种鱼类在不同河口资源群体间的关联性,文章首次引入地标点法研究了耳石形态的地理差异性。选择耳石轮廓上6个地标点和主凹槽上4个地标点并进行地标点法分析。这2个水域的2种鲚属鱼类种间及种内不同群体的判别分析正确率均达100%。其中主凹槽上的地标点相对扭曲贡献率达76.1%,余下23.9%为轮廓上地标点所贡献,说明主凹槽上的地标点位置为形态差异的主要来源,并在耳石种群形态区分中起到较大作用。2种鱼耳石形态的种间差异表现为前者较后者要宽;而种内不同河口群体间的差异表现为珠江的七丝鲚主凹槽较九龙江的更窄,而珠江凤鲚则较九龙江凤鲚的更宽。研究还发现珠江口和九龙江口凤鲚和七丝鲚群体均为互相独立的不同地理群体。

基于地标点法的绥芬河绒螯蟹种群鉴定

为探究绥芬河流域野生绒螯蟹的种群现状,2017年9—11月和2018年10月在黑龙江省牡丹江市、江苏省镇江市、广西北海市和日本兵库县的天然水域中各采集野生雌、雄绒螯蟹样本各15只,运用基于地标点法的几何形态测量学方法比较绥芬河野生绒螯蟹与以长江水系为代表的中华绒螯蟹,以及与以日本本土和我国合浦水域为代表的日本绒螯蟹的形态特征差异。研究结果表明:(1)主成分散点图显示,长江与绥芬河群体部分重叠并形成较为集中的一块区域;日本与合浦群体形成另外一块较为集中的区域;(2)网格变形图显示,各群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;(3)逐步判别分析中绥芬河和长江群体仅个别样本相互误判,判别准确率为87%~93%,而合浦和日本水域野生绒螯蟹的判别准确率均为100%;(4)聚类分析先将长江和绥芬河群体聚为一支,然后将合浦和日本本土群体聚为另外一支。综上,以头胸甲为研究对象的地标点几何形态测量法将绥芬河流域野生绒螯蟹归类为中华绒螯蟹,但仍需要结合分子生物学技术加以辅助证实。

不同产地中华绒螯蟹形态差异的地标点法分析

为了解长江水系的太湖、洪泽湖、高宝湖、长荡湖、阳澄湖以及巴城、兴化"泓膏"养殖水域和长江口崇明自然水域等知名产区产中华绒螯蟹形态上的差异,首次运用地标点法研究其形态的产地差异性。背甲以及腹甲的形态使用地标点法进行分析,经图像处理后提取地标点坐标,进行相对扭曲主成分分析以及判别分析,利用薄板样条分析和网格变形将其形态变异矢量可视化。结果显示,在相对扭曲主成分分析中,提取了许多Ⅱ型地标点,其贡献率为82.637%~97.698%,作用较大,解释了主要形态变异。特别是相对扭曲主成分的判别分析对雄性以及雌性蟹背甲的判别准确率均为100%。研究表明,不同产地养殖环境可以导致中华绒螯蟹的形态出现差异;而以背甲为对象的形态地标点法分析应该可以作为判别不同产地中华绒螯蟹的有效方法。

基于地标点法的4种鲹科鱼类矢耳石形态分类

为研究地标点法在矢耳石形态信息的提取效果,根据2014年3月在中国南海东沙群岛海域采集的108尾鲹科鱼类矢耳石样品(竹筴鱼Trachurus japonicus、短吻丝鲹Alectis ciliaris、脂眼凹肩鲹Selar crumenophthalmus、高体若鲹Caranx equula)进行地标点法分析,耳石形态经图像处理后提取地标点坐标值,进行相对扭曲主成分分析,通过判别分析识别4种鲹科鱼类的耳石形态,利用薄板样条分析对耳石形态进行网格变形可视化。结果表明:相对扭曲主成分分析显示,第1、2主成分分别解释了总变异的74.55%和11.16%,可以将4种鲹科鱼类耳石形态进行区分,其中地标点5贡献率为42.655%,地标点4贡献率为35.853%,这两个地标点贡献作用较大并解释了主要的耳石形态变异;矢耳石形态质心值分析显示,4种鲹科鱼类的最大值比较中,脂眼凹肩鲹最大,短吻丝鲹最小;相对扭曲主成分的判别分析显示,逐步判别和交互检验的4种鲹科鱼类耳石形态的判别成功率均达100%。研究表明,地标点法在耳石形态信息分析中识别效果显著,其耳石形态可视化可为耳石形态学自动化分类提供科学依据。

红鳍笛鲷和紫红笛鲷种类和群体的矢耳石地标点法识别

【目的】探讨矢耳石地标法在笛鲷种内及种间中的判别作用。【方法】利用2017年购自广西北海、海南文昌、广东阳江的87尾红鳍笛鲷(Lutjanus erythropterus)和76尾紫红笛鲷(Lutjanus argentimaculatus)成鱼的矢耳石样本,基于地标点法分析耳石的形态差异,运用判别分析检验耳石形态差异在2种笛鲷的种间和同种不同群体间的判别功效。【结果】位于听沟前中部交叉点的两个地标点10、11贡献较大,解释了耳石形态变异的64.88%~65.85%,表明两种笛鲷耳石形态的种间差异和种内群体差异主要集中于听沟前中部。基于耳石形态的地标点方法对2种笛鲷的种间判别成功率为97.4%和100.0%;红鳍笛鲷和紫红笛鲷的种内不同群体判别成功率分别为85.7%、83.3%、80.0%和94.1%、78.1%、81.5%。【结论】矢耳石地标点法可作为2种笛鲷种间和种内判别的有效工具。

基于地标点几何形态测量法识别北部湾4种白姑鱼矢耳石形态

利用2010年4月至2010年10月采自北部湾海域的49尾截尾白姑鱼（Pennahia anea）、50尾大头白姑鱼（P.macrocephalus）、49尾斑鳍白姑鱼（P pawak）和29尾白姑鱼（P．argentata）矢耳石样本，运用基于地标点法的几何形态测量学方法研究了4种鱼类矢耳石形态识别问题。耳石经图像处理后提取地标点坐标值，进行相对扭曲主成分分析，通过判别分析来区分4种白姑鱼的耳石，利用薄板样条分析和网格变形将耳石形态变异矢量可视化。结果表明，在相对扭曲主成分分析中，第1、2、3主成分分别解释了总变异的46．57％、25．39％和10．02％，降维效果较好。其中I型地标点6、7，PI型地标点5、8，贡献作用较大，解释了主要形态变异，表明白姑鱼属的矢耳石形态差异主要表现在听沟“蝌蚪纹”的颈部、头宽部和尾部。逐步判别分析和交互验证结果显示，截尾白姑鱼、大头白姑鱼和斑鳍白姑鱼的区分效果明显，判别成功率在81．6％～100％，白姑鱼区分效果不明显，判别成功率为58．6％。研究结果表明，利用石首鱼科特有的“蝌蚪纹”形态进行4种白姑鱼矢耳石种类识别，存在一定的错判风险，需要在相关耳石形态学研究与摄食生态学应用中引起注意。本研究以北部湾4种白姑鱼属鱼类矢耳石为例，利用二维图像分析技术，检验基于地标法的几何形态测量学方法在4种白姑鱼耳石形态变异和耳石识别应用上的适宜性，以及听沟“蝌蚪纹”等主要形态特征在白姑鱼属种类识别的有效性，以期为进一步开展耳石形态学在石首鱼科种类鉴定与系统进化、摄食生态学和渔业群体识别中的应用提供参考和科学依据。

基于地标点几何形态测量法区分不同水系野生中华绒螯蟹

为鉴别不同地理种群野生中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis),运用基于地标点法的几何形态测量学方法研究长江、黄河、辽河、瓯江、闽江及图们江中野生中华绒螯蟹头胸甲的形态特征。主要步骤为先通过地标点法提取中华绒螯蟹头胸甲上特征点的坐标值,然后进行相对扭曲主成分分析和判别分析来区分 6 种群中华绒螯蟹头胸甲,最后利用薄板样条分析和网格变形将头胸甲形态变异矢量可视化。结果表明:(1)主成分散点图显示各群体之间虽有部分重叠,但大体可以形成较为集中的区域;(2)网格变形图显示各群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;(3)逐步判别分析中各群体的判别准确率为 80%~96%,存在一定的错判风险;(4)聚类分析将 6 群体中华绒螯蟹聚为两支,其中长江、黄河、瓯江和闽江个体被聚为一支,辽河和图们江个体被聚为另外一支。综上,以头胸甲为研究对象的地标点几何形态测量法是区分不同水系野生中华绒螯蟹的有效手段,但仍需要结合传统形态学测量方及遗传结构分析加以辅助证实。

新疆克孜勒河4种裂腹鱼形态差异比较

对新疆克孜勒河(Kizil River)流域4种裂腹鱼形态差异和生长特性进行比较分析,从形态特征上为群体的划分提供科学数据,为裂腹鱼的培育和种质资源保护提供理论依据。以2020年7月-2021年8月采自克孜勒河塔里木裂腹鱼(Schizothorax biddulphi)、宽口裂腹鱼(Schizothorax eurystomus)、厚唇裂腹鱼(Schizothorax irregularis)和斑重唇鱼(Diptychus maculates)共126尾个体为研究对象,通过传统形态测量学和基于地标点的几何形态测量学分析方法比较克孜勒河4种裂腹鱼的生长特性与形态差异。结果显示:4种裂腹鱼共有13个形态特征的平均值存在显著差异,且主要集中于头部、躯干部和尾部;利用tpsRegr软件的网格变形分析,4种裂腹鱼的形态差异主要体现在头部和尾部,其中斑重唇鱼鱼体较为纤细,头部偏小;通过主成分分析发现厚唇裂腹鱼、塔里木裂腹鱼和宽口裂腹鱼形态较为相近,而斑重唇鱼明显独立成一组群;聚类分析结果显示塔里木裂腹鱼群体和厚唇裂腹鱼群体首先聚为一支,再与宽口裂腹鱼聚为一支,最后与斑重唇鱼聚类。研究结果显示4种裂腹鱼群体存在形态差异,且与其地理分布密切相关。

几何形态测量学及其在昆虫分类学和系统发育中的应用

几何形态测量学是基于笛卡尔地标点的形状统计分析方法。它应用普氏叠加法、欧氏距离矩阵分析法、薄板样条分析法及主成分分析、多变量回归等方法,定量地对形变加以描述,输出结果更为直观,因而成为形状分析的有力工具。随着计算机和统计学方法的发展,几何形态测量学在昆虫分类鉴定和系统发育研究中得到了越来越多的应用。本文介绍了几何形态测量学的方法和其历史发展,列举了其主要分析方法,简述了其主要操作步骤,并举例说明了它在昆虫分类学和系统发育研究中的应用。

中国长江与荷兰野生中华绒螯蟹的头胸甲形态特征比较

为鉴别长江水系与荷兰野生中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis),运用基于地标点法的几何形态测量学方法比较两群体绒螯蟹头胸甲的形态特征差异。结果表明:(1)主成分分析结果显示两群体之间无散点重叠,可以各自形成较为集中的区域;(2)网格变形图显示两群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;(3)逐步判别分析中两群体的判别准确率均为100%,综合判别率较高。综上,以头胸甲为研究对象的地标点几何形态测量法可以有效区分长江和荷兰野生中华绒螯蟹。

基于图像识别的5个不同产地克氏原螯虾(Procambarus clarkii)形态差异分析

为了解江苏、江西、湖北、上海、河南5个地区克氏原螯虾(Procambarus clarkii)的形态差异和获取快速、有效的形态鉴别方法,本研究采用传统形态测量法和地标点法来分析各产地形态差异。结果显示:(1)克氏原螯虾雌雄群体相对扭曲主成分分析,前三个主成分累计贡献率分别为79.96%、67.21%,传统形态测量法前三个主成分累计贡献率分别为76.77%、82.70%,两种方法均表明其形态差异主要体现在头胸甲及腹部部位;(2)聚类分析将克氏原螯虾5群体聚为两支,上海、河南、江西、湖北群体聚为一支,江苏群体单独聚为一支。(3)地标点法雌雄群体综合判别准确率分别为100%、94%,传统形态测量法综合判别准确率均为56%。以上研究结果表明不同产地间克氏原螯虾具有一定的形态差异,且地标点法区分不同产地克氏原螯虾群体差异性效果显著,这将有利于克氏原螯虾生产和选育过程中群体的鉴别及外形特征的快速获取。

桃蛀螟和松蛀螟的外部形态学和几何形态度量学研究

【目的】桃蛀螟[Conogethespunctiferalis(Guenée,1854)]和松蛀螟(C.pinicolalis Inoue&Yamanaka,2006)是重要的农林业害虫,前者属重大蛀果害虫,为害多种果树和农作物且会造成巨大的经济损失。二者具有同域分布、外部形态和外生殖器解剖结构差异甚微等特性,不仅为区分2种害虫带了很大困扰、而且对准确预测它们的发生期也带来了困难。【方法】本研究整合应用外部形态学和几何形态度量学探索区分2种害虫的有效途径。几何形态度量学研究以前翅斑点为依据,基于地标点法使用TPSdig选取地标点,然后应用MorphoJ开展地标点数据的主成分分析。【结果】外部形态学的比较研究证实下唇须和后足的性状能够较好地区分2种害虫的雄性个体,但雌性个体不易区分;几何形态度量学分析显示基于桃蛀螟和松蛀螟地标点数据的主成分分析可有效地将2个物种区分开来。【结果】几何形态度量学在区分农林业害虫相似种类具有较显著的优势和重要的应用价值。

珠江流域■和南方拟■的几何形态分析

为了解鲌亚科两种小型鱼类不同群体间及种间的形态差异,实验运用地标点法对珠江流域7个地理群体间的■(Hemiculter leucisculus)及5个地理群体间的南方拟■(Pseudohemiculte dispar)进行种间和种内形态性状差异比较分析。结果显示:■、南方拟■及两物种间的逐步判别分析的判别成功率分别为91.0%、98.6%、98.4%,交互验证分析的判别成功率分别为55.9%、75.7%和98.4%。■群体间的形态差异主要在头部、背鳍、腹鳍及尾部,南方拟■群体间的形态差异主要在头部、背鳍、胸鳍、臀鳍和尾部。结果表明,地标点法能有效区分两种鱼类及地理群体。

几何形态学方法区分短吻鲾地方种群的研究

运用传统形态测量方法和地标点方法对广东阳江和湛江两个短吻鲾的形态特征进行了分析。传统测量方法的主成分分析的前两个主成分(76.29%)能明显地区分出两个种群。相对扭曲主成分分析前3个主成分(64.03%)也能明显地区分出两个种群,但效果差于传统方法的主成分分析。网格变形图显示,两地短吻鲾的形态差异主要表现在头部。地标点法避免了传统的多变量形态测量方法的信息冗余、包含的形状信息不够完整等问题,并能够重建图形,突出局部的形变,能够直观地比较出研究对象之间的细微差别。研究亮点:地标点法是国外最新发展出并被广泛使用的形态测量方法,该方法以地标点的坐标来表示生物的形状信息,再通过旋转与重叠,用网格图形和相对扭曲分析样本间的形状差异。本文在国内首次使用该方法有效地区分了短吻鲾的不同地方种群。

长江和闽江水系野生中华绒螯蟹及其养殖子一代形态特征比较

为鉴别长江与闽江野生水系中华绒螯蟹(Eriocheir sinensis)及其养殖子一代,运用基于地标点法的几何形态测量学方法研究两群体野生个体及其养殖子一代头胸甲的形态特征差异。先通过地标点法提取头胸甲上特征点的坐标值,然后进行相对扭曲主成分分析和判别分析来区分4群体头胸甲,最后利用薄板样条分析和网格变形将头胸甲形态变异矢量可视化。结果表明:长江和闽江水系野生个体被完全分为两块较集中的区域,而两野生群体养殖子一代频繁交叉出现,各组不能形成较集中区域;网格变形图显示各群体头胸甲的形态差异主要为额刺和侧刺长度;逐步判别分析中两野生群体的判别准确率均为100%,而两野生群体养殖子一代判别准确率为40%~60%,存在明显的错判风险;聚类分析先将两野生群体养殖子代聚为一类,然后与长江野生个体聚为独立的一支,最终与闽江野生个体相聚。综上,长江与闽江野生中华绒螯蟹形态特征差异较大,但这些形态特征差异在人工养殖一代后基本消失,因此形态学特征不能区分长江与闽江野生中华绒螯蟹养殖子一代。