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傅里叶分析在鱼类耳石形态学中的应用研究
作 者: 王英俊
导 师: 刘群；叶振江
学 校: 中国海洋大学
专 业: 渔业资源
关键词: 海洋鱼类 耳石形态 傅里叶分析 应用
分类号: S917.4
类 型: 博士论文
年 份: 2010年
下 载: 144次
引 用: 4次
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内容摘要
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耳石形状具有高度的物种特异性和显著的群系特异性,在耳石形态的鱼种识别及鱼类系统学研究方面有重要的研究价值,国际上许多学者近年来已就此开展大量基础研究。本文以近年来笔者在国家海洋局908专项、国家重点基础研究发展计划(973计划)研究过程中搜集的近万枚海洋鱼类耳石为标本,利用专业生物图像分析软件,采用数学傅里叶分析等手段,就鱼类耳石形态学研究涉及到的各个主要方向：鱼类耳石形态特征与量度、我国海洋鱼类耳石形态多样性、鱼类耳石形态学在鱼种及群系识别中的应用等进行了较系统的研究。主要研究结果如下：(1)根据矢耳石在内耳中的位置形态,为便于描述,将耳石靠在鱼体头部的方向称为前部,靠鱼体尾部的方向称为后部,靠鱼体背部的方向称为背部,靠鱼体腹部的方向称为腹部,朝向鱼体外侧的面称为外侧面,朝向鱼体内侧的面称为内侧面。对中国近海16目83科255种习见鱼类耳石形态进行了测量与记述。以鲈形目种数最多,此外包括鲱形目、仙女鱼目、鳗鲡目、鲇形目、颌针鱼目、鼬鳚目、鳕形目、金眼鲷目、鲻形目、鮋形目、鲽形目、鮟鱇目和海鲢目等部分鱼类。通过对各种鱼类的耳石形态量度特征：耳石长、耳石宽、周长、面积、矩形趋近率、充实度、密度指标等进行了测量分析,对耳石的外部轮廓以傅里叶谐值加以描述,初步建立数据库,然后进行统计分析,对以鱼类耳石形态来识别鱼种进行了初步研究。对255个鱼种的聚类分析和判别分析结果均表明,不同科之间耳石形态重叠严重,判别成功率仅有44.71%,不适合作为分类识别的单位,而对属和种的判别成功率分别为81.96%和86.44%,有一定的应用研究前景,据此推测,经过大量细致的研究,耳石形态对鱼种的识别有可能成为分类学的有效的辅助手段。(2)利用2007、2008年采自黄海五个海区斑尾复虾虎鱼群体标本,探讨了耳石形态的群体间差异,及环境对耳石形态的影响。使用耳石长、耳石宽、周长、面积、充实度、矩形趋近率及20个傅里叶分析得到的谐值描述耳石形态,为了去除体长对耳石形态的影响,文中采用标准化后的变量进行分析。结果显示,雌雄、左右及年际间耳石形态无显著差异,但是一年中春季和秋季的耳石形态间存在显著差异；耳石形态的地域间差异大于年间差异。群体间判别分析结果表明黄海五个区域间斑尾复虾虎鱼的耳石形态无显著差异,判别成功率在29.7%-77.4%之间,黄海北部的威海群体的判别成功率最高,且该群体与黄海中南部4个群体间差异较大,海区之间环境差异可能是形成这个结果的内在原因。(3)利用2009年7月采自南海北部湾的161尾斑鱚(Sillago maculata)和164尾多鳞鱚(Sillago sihama)标本,以形态学常规测量和傅里叶分析来描述耳石的外部形态特征,并采用判别分析法区分两个鱼种。统计分析时以传统的耳石形态一维、二维量度指标(耳石长、耳石宽、周长、面积、矩形趋近率及充实度)和傅里叶谐值相结合,经协方差分析表明部分变量(耳石长、耳石宽、周长、面积、密度、谐值3、4、5、13、15、16)跟体长显著相关。为了消除体长对耳石形态的影响,在统计时只选取了体长范围在90-140mm之间的标本,并对跟体长显著相关的变量进行转换,以残差来代替原始变量,纳入统计分析中。结果表明：两种鱼判别分析的准确率分别为97.8%和100%,如此高的判别准确率,说明耳石形态学分析手段是识别这两种鱼种的一种有效方法。(4)分析了中国近海的8种天竺鲷属鱼类的矢耳石形态特征。结果显示,8种鱼类矢耳石形态近似,前部较尖,后部略圆钝,背部呈折线状,腹部圆弧形,背部中央有缺刻,听沟宽阔。8种鱼耳石长宽比1.35～1.63,矩形趋近率0.67～0.77,充实度14.77～24.99。根据耳石听沟形态及外部轮廓特征,编制了上述8种天竺鲷属鱼类的检索表。结果表明,听沟是鱼类耳石形态分类的重要特征之一,耳石形态在鱼类系统分类上有良好的应用研究前景。(5)分析了中国近海的12种石斑鱼属鱼类的矢耳石形态特征。结果显示,12种鱼类矢耳石形态近似,耳石细长,呈三角形或梭形,由听沟开口处形成的前部凹刻“V”形或浅宽,形成显著或不显著的侧叶。大多种类在耳石外部轮廓、听沟形态方面区别甚微,充分体现出属内的近缘关系特点。耳石外部轮廓、边缘光滑度、听沟前部形态、凹刻类型等一些细节特征成为本属鉴定的主要参数依据,基于傅里叶系数的聚类分析也证明了这一点。结果表明,听沟是鱼类耳石形态分类的重要特征之一,耳石形态在鱼类系统分类上有良好的应用研究前景。
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全文目录
摘要 5-7
Abstract 7-16
引言 16-18
第一章 鱼类耳石形态学研究进展 18-24
1.1 耳石形态学研究概述 18-19
1.2 傅里叶变换在耳石形态研究中的应用 19-22
1.3 聚类分析和判别分析的应用 22-24
第二章 中国海洋鱼类耳石形态学多样性的分析 24-149
1 材料与方法 25-30
1.1 实验材料 25
1.2 耳石形态描述 25
1.3 耳石图像采集与测量 25-26
1.4 傅里叶分析 26-28
1.5 聚类分析 28-29
1.6 判别分析 29-30
2 实验结果 30-147
2.1 中国海洋鱼类耳石形态多样性的研究 30-136
2.1.1 海鲢目Elopiformes 30
2.1.1.1 北梭鱼科Albulidae 30
2.1.2 鲱形目Clupeiformes 30-38
2.1.2.1 鲱科Clupeidae 30-33
2.1.2.2 鳀科Engraulidae 33-37
2.1.2.3 宝刀鱼科Chirocentridae 37-38
2.1.3 仙女鱼目Aulopiformes 38-40
2.1.3.1 狗母鱼科Synodidae 38-40
2.1.4 鳗鲡目Anguilliformes 40-46
2.1.4.1 康吉鳗科Congridae 40-41
2.1.4.2 海鳗科Muraenesocidae 41-42
2.1.4.3 海鳝科Muraenidae 42-43
2.1.4.4 蛇鳗科Ophichthyidae 43-46
2.1.4.5 合腮鳗科Synaphobranchidae 46
2.1.5 鲇形目Siluriformes 46-47
2.1.5.1 海鲇科Ariidae 46
2.1.5.2 鳗鲇科Plotosidae 46-47
2.1.6 颌针鱼目Beloniformes 47-49
2.1.6.1 颌针鱼科Belonidae 47-48
2.1.6.2 飞鱼科Exocoetidae 48-49
2.1.6.3 鱵科Hemiramphidae 49
2.1.7 鼬鳚目Ophidiiformes 49-50
2.1.7.1 鼬鳚科Ophidiidae 49-50
2.1.8 鳕形目Gadiformes 50-51
2.1.8.1 长吻鳕科Macrouridae 50-51
2.1.9 金眼鲷目Beryciformes 51-52
2.1.9.1 金鳞鱼科Holocentridae 51-52
2.1.10 鲻形目Mugiliformes 52-53
2.1.10.1 鲻科Mugilidae 52-53
2.1.11 鲈形目Perciformes 53-119
2.1.11.1 马鲅科Polynemidae 53-55
2.1.11.2 双边鱼科Ambassidae 55
2.1.11.3 鮨科Serranidae 55-62
2.1.11.4 大眼鲷科Priacanthidae 62
2.1.11.5 天竺鲷科Apogonidae 62-66
2.1.11.6 弱棘鱼科Malacanthidae 66-67
2.1.11.7 鲹科Carangidae 67-73
2.1.11.8 石首鱼科Sciaenidae 73-78
2.1.11.9 鲾科Leiognathidae 78-82
2.1.11.10 银鲈科Gerridae 82-83
2.1.11.11 笛鲷科Lutjanidae 83-85
2.1.11.12 无齿鲳科Ariommatidae 85
2.1.11.13 双鳍鲳科Nomeidae 85-86
2.1.11.14 鲳科Stromateidae 86-87
2.1.11.15 长鲳科Centrolophidae 87
2.1.11.16 (?)科Kyphosidae 87
2.1.11.17 裸颊鲷科Lethrinidae 87-88
2.1.11.18 鲷科Sparidae 88-90
2.1.11.19 锥齿鲷科Pentapodidae 90-91
2.1.11.20 金线鱼科Nemipteridae 91-92
2.1.11.21 眶棘鲈科Scolopsidae 92-93
2.1.11.22 石鲈科Pomadasyidae 93-95
2.1.11.23 鯻科Theraponidae 95-96
2.1.11.24 羊鱼科Mullidae 96-100
2.1.11.25 白鲳科Ephippidae 100
2.1.11.26 蝴蝶鱼科Chaetodontidae 100-102
2.1.11.27 赤刀鱼科Cepolidae 102-103
2.1.11.28 鹦嘴鱼科Scaridae 103-104
2.1.11.29 拟鲈科Parapercidae 104-105
2.1.11.30 鰧科Uranoscopidae 105-106
2.1.11.31 鳄齿鱼科Champsodontidae 106-107
2.1.11.32 (?)科Callionymidae 107-109
2.1.11.33 隆头鱼科Labridae 109
2.1.11.34 蓝子鱼科Siganidae 109-111
2.1.11.35 镰鱼科Zanclidae 111
2.1.11.36 刺尾鱼科Acanthuridae 111-113
2.1.11.37 带鱼科Trichiuridae 113
2.1.11.38 鲭科Scombrida 113-114
2.1.11.39 鰕虎鱼科Gobiidae 114-117
2.1.11.40 帆鳍鱼科Histiopteridae 117
2.1.11.41 金钱鱼科Scatophagidae 117
2.1.11.42 乳香鱼科Lactariidae 117-118
2.1.11.43 (?)科Sillaginidae 118
2.1.11.44 眼镜鱼科Menidae 118-119
2.1.11.45 玉筋鱼科Ammodytidae 119
2.1.12 鮋形目Scorpaeniformes 119-128
2.1.12.1 鮋科Scorpaenidae 119-121
2.1.12.2 毒鮋科Synanceiidae 121-122
2.1.12.3 鲂鮄科Triglidae 122-124
2.1.12.4 六线鱼科Hexagrammidae 124
2.1.12.5 鲬科Platycephalidae 124-127
2.1.12.6 豹鲂鮄科Dactylopteridae 127
2.1.12.7 疣鮋科Aploactinidae 127-128
2.1.13 鲽形目Pleuronectiformes 128-135
2.1.13.1 牙鲆科Paralichthyidae 128-129
2.1.13.2 鲽科Pleuronectidae 129-130
2.1.13.3 鳎科Soleoidae 130-131
2.1.13.4 舌鳎科Cynoglossidae 131-134
2.1.13.5 鲆科Bothidae 134-135
2.1.14 鮟鱇目Lophiiformes 135-136
2.1.14.1 鮟鱇科Lophiidae 135
2.1.14.2 躄鱼科Antennaridae 135-136
2.1.14.3 蝙蝠鱼科Ogcocephalidae 136
2.2 耳石形态的聚类分析 136-142
2.3 耳石形态的判别分析 142-147
2.3.1 以科为分组变量的判别分析 142-143
2.3.2 以属为分组变量的判别分析 143-146
2.3.3 以种为分组变量的判别分析 146-147
3 讨论 147-149
3.1 耳石形态特征的研究意义 147
3.2 耳石形态在鱼类分类学中的应用与研究前景 147
3.3 耳石形态在鱼种自动识别中的应用 147-149
第三章 鱼类耳石应用研究实例 149-183
(一) 黄海不同群体间斑尾复虾虎鱼耳石形态差异的研究 149-159
1 材料与方法 149-152
1.1 标本采集 149-150
1.2 耳石的制备和描述 150
1.3 耳石形态 150-151
1.4 傅里叶分析 151
1.5 统计分析 151-152
2 结果 152-157
2.1 变量分析 152-153
2.2 耳石形态用于不同群体间鉴别 153-154
2.3 青岛春季和秋季斑尾复虾虎鱼耳石形态的判别分析 154-155
2.4 斑尾复虾虎鱼不同群体间的判别分析 155-157
3. 讨论 157-159
(二) 斑鱚(SILLAGO MACULATA)和多鳞鱚(SILLAGO SIHAMA)耳石形态的比较研究 159-167
1 材料与方法 159-164
1.1 标本采集 159-160
1.2 耳石的制备和描述 160
1.3 耳石的形态学描述 160-161
1.4 傅里叶分析 161
1.5 数据分析 161-164
2 结果 164-165
2.1 变量分析 164
2.2 体长对耳石的影响 164
2.3 判别分析 164-165
3. 讨论 165-167
(三) 中国习见天竺鲷属鱼类的矢耳石形态特征 167-174
1 材料与方法 167-169
1.1 材料 167-168
1.2 耳石形态描述 168-169
1.3 数据处理 169
2 结果 169-172
2.1 矢耳石形态特征 169-171
2.1.1 黑边天竺鲷Apogon ellioti 169
2.1.2 斑鳍天竺鲷Apogon carinatus 169
2.1.3 黑鳃天竺鲷Apogon arafurae 169-170
2.1.4 宽条天竺鲷Apogon siriatus 170
2.1.5 细条天竺鲷Apogon lineatus 170
2.1.6 四线天竺鲷Apogon quadrifaosciatus 170
2.1.7 半线天竺鲷Apogon semilineatus 170-171
2.1.8 垂带天竺鲷Apogon cathetogramma 171
2.2 聚类分析 171
2.3 天竺鲷属的系统检索 171-172
3 讨论 172-174
3.1 天竺鱼属鱼类耳石的形态差异 172
3.2 耳石系统分类的量度特征 172-174
(四) 中国习见石斑鱼属鱼类的矢耳石形态特征 174-183
1 材料与方法 174-176
1.1 材料 174-175
1.2 耳石形态描述 175-176
1.3 傅里叶分析 176
1.4 数据处理 176
2 结果 176-181
2.1 石斑鱼耳石形态 176-180
2.1.1 双棘石斑鱼Epinephelus diacanthus 176-177
2.1.2 宝石石斑鱼Epinephelus areolatus 177
2.1.3 六带石斑鱼Epinephelus sexfasciatus 177
2.1.4 宽带石斑鱼Epinephelus latifasciatus 177
2.1.5 青石斑鱼Epinephelus awoara 177-178
2.1.6 橙色石斑鱼Epinephelus bleekeri 178
2.1.7 点带石斑鱼Epinephelus coioides 178
2.1.8 蜂巢石斑鱼Epinephelus merra 178-179
2.1.9 鲑点石斑鱼Epinephelus fario 179
2.1.10 褐石斑鱼助inephelus brunneus 179
2.1.11 花点石斑鱼Epinephelus maculates 179
2.1.12 巨石斑鱼Epinephelus tauvina 179-180
2.2 耳石形态的聚类分析 180
2.3 耳石形态检索 180-181
3 讨论 181-183
3.1 石斑鱼属鱼类耳石的形态特点、量度与识别 181
3.2 耳石形态在鱼类系统分类方面的应用前景 181-183
第四章 结论 183-184
参考文献 184-190
附图 190-250
致谢 250-251
个人简历 251
博士论文工作期间发表主要论文及成果 251
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