日本囊對蝦G1群體生長性狀遺傳參數估計

鐘聲平，蘇永全，王 軍，劉洪濤，毛 勇

（廈門大學海洋與地球學院，福建 廈門361102）

日本囊對蝦（Marsupenaeus japonicus）俗稱：花蝦、竹節蝦，是具有重要經濟價值的養殖蝦類［1］，其廣泛分布于印度、西太平洋地區，在我國主要分布在長江口以南沿海，其肉質鮮嫩可口、適應性強、可活體運輸、銷售價格高［2］，是我國主要的養殖蝦類之一.相對于其他養殖對蝦種類，日本囊對蝦生長較慢、成活率較低，嚴重影響日本囊對蝦養殖產業的發展.

選擇育種是傳統、基本的育種方法，是水產養殖動物性狀改良、提高生長速度以及成活率的最重要途徑，自20世紀70年代以來，在水產動物育種領域得到廣泛應用，已在大西洋鮭魚（Salmo salar）、羅非魚（Oreochromis niloticus）和凡納濱對蝦（Litopenaeus vannamei）等種類中成功培育出養殖新品種［3］.有關日本囊對蝦遺傳育種理論較少，也還沒有日本囊對蝦新品種的報道.

早期的選擇育種通常以個體表型值的大小進行選種，但個體的表型值容易受到環境的影響，難以將各種環境效應、母系效應等非加性遺傳效應剔除，導致其生長選育進展較慢［4］.本文通過規模構建日本囊對蝦全同胞家系，并在高位池的養殖環境中進行生長性狀對比測試實驗，采用動物模型分析其遺傳方差組分，估算日本囊對蝦G1群體（第1世代選育群體）生長性狀遺傳力和遺傳相關，獲得了我國東南沿海日本囊對蝦基礎選育群體的生長遺傳參數，為采用家系選育結合家系內個體選育的綜合育種技術開展日本囊對蝦生長選育提供了理論依據.

1 材料與方法

1.1 親本交配及催產

實驗所用親本為課題組培育的臺灣海峽群體的日本囊對蝦基礎群體的后代，2009年6月，挑選生長較快的雌蝦和雄蝦（雌蝦體質量32～45g，雄蝦體質量24～39g），分成6個組合（每個組合雌雄各150尾）放入高位池中的6個圍網（24m3／網）中進行自然交尾.期間投喂“福星”牌親蝦強化飼料促進性腺發育.7月份參考孔杰等［5］日本囊對蝦家系構建方法挑選帶精莢、性腺III期的雌蝦，燙鑷法摘除單側眼柄后，每尾雌蝦單獨放入室內水泥池（5m3／池）催產，每尾雌蝦生產的后代為單獨一個家系，在一個月內構建了56個全同胞家系.

1.2 幼體培育及標記

參考中國明對蝦（Fenneropenaeus chinensis）幼體培育及標記的方法［6］略作修改.每個家系以燈誘法各選留1萬尾活力較好的無節幼體，以蝦片、輪蟲、豐年蟲等為餌料，培育到仔蝦第10天（P10）時，進行第1次標準化分苗，每個家系選留2 000尾仔蝦（P10），體長0.9～1.2cm；到仔蝦第25天（P25）進行第2次標準化分苗，每個家系選留600尾仔蝦（P25），體長2.4～3.2 cm，到仔蝦第40天（P40）時，每個家系隨機挑選300尾，體長4.2～5.1cm，在其腹節處注射不同組合的熒光物（美國西北海洋技術公司，紅、褐、綠、黃、紫、藍等6種顏色）作為家系標記.分別培育一周后，從56個家系中挑選存活率高且生長快的30個家系，放入室外180m3高位池混合養殖（50尾／m3），進行生長性狀測試對比試驗.

1.3 生長性狀數據采集

混養在高位池的30個家系，按高位池養殖管理操作投喂“福星”牌日本囊對蝦專用飼料，視情況潑灑“南水利生”牌益生菌、電解多維以改善水質保持良好的養殖環境.養殖至103d時，每個家系隨機取30尾，按照《日本對蝦親蝦標準（SC／T 2040—2011）》［7］，以刻度尺和電子天平（精度0.001g）測量其體長和體質量等數據.

1.4 數據處理及統計分析

通過SAS軟件對體長、體質量數據進行正態分布檢驗［8］.采用約束最大似然法（REML）來估計方差組分，其遺傳參數評估的動物模型為：

式中Yij為個體性狀測量值，u為總體均值，b為混養前體長、體質量對收獲體長、體質量的回歸系數，dj為第j個家系混養前體長、體質量（協變量）；ai為第i尾對蝦的加性遺傳效應（隨機效應），eij為隨機殘差效應（隨機效應）.統計分析采用WOMBAT軟件［9］，生長性狀測量數據及系譜數據按照軟件要求的格式整理，迭代運行使得統計模型似然值及統計參數收斂，計算生長性狀的遺傳力及表型相關、遺傳相關.遺傳力（h2）的計算公式［10］為，表型相關及遺傳相關（rp／g（XY））的計算公式［10］為其中和e分別為加性方差和隨機誤差，σp／g（XY）為性狀X與性狀Y的協方差，σp／g（X）和σp／g（Y）分別為性狀 X 和性狀Y 的加性方差.

2 結果與分析

本研究中選育的G1世代日本囊對蝦體長、體質量遺傳力均屬于高遺傳力水平（h2＞0.3），通過家系選育能獲得較高的遺傳進展；其體長與體質量間呈高度遺傳相關（r＞0.75）并且統計檢驗結果顯著（p＜0.001），體長或者體質量均可作生長選育的評估性狀.

2.1 數據統計特征

將30個家系900個測量數據以SAS軟件整理，以體長、體質量測量數據的平均值、變異系數及數據正態性檢驗顯著性等描述統計指標，結果如表1所示，并按家系分組繪制體長、體質量數據的箱型圖（圖1和2）和體長、體質量散點圖（圖3）.結果顯示：日本囊對蝦不同家系、不同個體生長速度存在差異，體質量的變異系數大于體長的變異系數.體長與體質量的測量數據正態性檢驗顯著性p值大于0.05，顯示其測量數據呈正態分布，可用于下一步的遺傳參數的評估.體長與體質量測量數據的散點圖呈高度的線性關系，表明高位池養殖環境下，日本囊對蝦G1群體體長與體質量間存在很大的統計學關聯.

表1 選育日本囊對蝦體長、體質量數據統計特征Tab.1 Descriptive statistics traits of G1 M.japonicus

2.2 體長、體質量性狀遺傳參數

體長、體質量生長性狀的表型、遺傳參數值如表2所示.養殖103d（個體體質量（21.14±5.77）g）的日本囊對蝦G1群體已達到市售規格，此時的體長和體質量的遺傳力分別為0.43±0.11和0.44±0.12，均屬于高遺傳力（h2＞0.3），其統計模型的似然比檢驗結果也是顯著的（p＜0.05）.結果顯示：日本囊對蝦G1群體生長性狀為高遺傳力水平（0.43～0.44），可采用個體選擇的育種方法來改良生長性狀.同時，體長、體質量遺傳相關值為0.96±0.02，表型相關值為0.95±0.03，屬高度正相關（r＞0.75），可將體長或者體質量納入育種的目標性狀.

圖1 日本囊對蝦G1群體體長數據箱型圖Fig.1Box plots of body length for the G1 M.japonicus

圖2 日本囊對蝦G1群體體質量數據箱型圖Fig.2Box plots of body weight for the G1 M.japonicus

圖3 日本囊對蝦G1群體體長、體質量散點圖Fig.3Scatter diagram between body length and body weight for the G1 M.japonicus

3 討 論

20世紀80年代，挪威水產研究所（AKVAFORSK）首先使用線性混合統計模型來評估大西洋鮭魚的生長性狀遺傳參數，顯著提高了其生長遺傳進展［4］.至20世紀末，人工選育大西洋鮭魚的生長速度已經高于野生的2倍.本文采用線性混合統計模型，針對基于野生群體親本來源的基礎群體所開展的G1世代選育結果表明，日本囊對蝦生長性狀的狹義遺傳力的范圍是0.43～0.44，為高遺傳力.該結果與黃付友等［11］采用全同胞組內相關法評估中國明對蝦1個選育世代的體質量遺傳力的結果一致（0.44～0.53）均屬于高遺傳力.也與徐如衛等［12］使用全同胞組內相關法估計凡納濱對蝦1個選育世代的體質量遺傳力（0.46～0.52）及Kenway等［13］使用線性混合統計模型估計斑節對蝦（Penaeus monodon）體質量遺傳力 （0.45～0.56）結果一樣，同樣是高遺傳力.

表2 日本囊對蝦體長、體質量性狀表型和遺傳參數Tab.2 Phenotypic and genetic parameters for body length and body weight of M.japonicus

實際上，在對蝦科中凡納濱對蝦、斑節對蝦和中國明對蝦的遺傳力研究中發現，不同物種或同一物種在不同的養殖環境中，其體質量的遺傳力并不完全相同，遺傳力的評估結果不僅與育種工作者采用的統計模型和評估方法密切相關，而且也與評估物種生物學特性、評估群體的遺傳背景、養殖環境緊密關聯.在日本囊對蝦的生長選育的研究中，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（CSIRO）對蝦育種團隊 Hetzel等［14］估計日本囊對蝦經過1代群體選育后其G1群體的體質量的現實遺傳力范圍是0.17～0.32，為中、高度遺傳力.相比陸生動物而言，水產動物生長性狀存在較高的遺傳變異［15］，在甲殼類中可高達（20%～35%）［4］，遠超陸生動物生長性狀的遺傳變異（7%～10%）.與對蝦科其他物種相似，本研究中我國東南沿海的日本囊對蝦生長性狀的遺傳力水平也較高，反映了其選育的野生群體均具有較高的生長遺傳變異，其高的遺傳力水平有利于生長性狀的選育，維持穩定的生長選育進展.孔杰等［5］研究結果顯示家系選育利用了個體的親屬信息，采用該選育技術來評估遺傳參數比群體選育的方法更加準確、可靠，采用家系選育技術進行個體選擇的可信度較高.本研究通過構建家系評估了日本囊對蝦G1群體的體長、體質量遺傳參數，具有較高的可靠性，利用家系選育技術的個體選擇可信度較高.

動物的許多性狀之間因為內在的遺傳機制往往存在著一定的相關性，被稱之為表型相關［16］.在數量遺傳學中，表型相關從相關的機理角度同樣剖分為遺傳相關和環境相關兩部分［4］.遺傳相關是間接選種和早期選種乃至多性狀復合育種的重要基礎依據.本研究中，日本囊對蝦G1群體的體長與體質量性狀間為高度正相關（0.96±0.02），與田燚等［6］研究中國明對蝦生長性狀間的遺傳相關結果一致（0.82～1.00）.凡納濱對蝦生長性狀間也屬于高度遺傳正相關（0.75～0.97）［12］，其中體長與體質量間遺傳相關為0.94，與本研究的結果相近.本研究中日本囊對蝦體長與體質量高度遺傳正相關的結果提示：控制日本囊對蝦體長、體質量性狀的基因可能相同或緊密連鎖，生長性狀間存在類似的調控機制.在生長選育的育種項目中可根據數據測量的難易程度，在保證數據準確性、精確性的前提下，選擇體質量或者體長作為目標性狀均可達到生長改良的目的.相比較而言，對蝦中體質量性狀比體長性狀更容易受到環境因素的影響，其選種的穩定性較差.所以在日本囊對蝦多性狀復合育種項目中，可將體質量作為生長改良的重點性狀并對體長性狀進行加權評估，同時考察存活率與耐溫性等性狀，提高其生產性能的遺傳進展.

相比其他經濟種類如凡納濱對蝦中廣泛開展的品種改良的研究而言［17］，日本囊對蝦在我國育種進展較慢，其苗種基本是未經選育的海捕親蝦的后代，生長較慢和成活率低等難題長期困擾著日本囊對蝦養殖產業的健康發展.鑒于凡納濱對蝦中優良品種對產業推動的巨大示范效應［18］，基于高遺傳力的家系選育技術，開發日本囊對蝦快速生長的新品種，將有效解決長期困擾日本囊對蝦的生長率慢、成活率低等產業技術難題.本文的研究結果為日本囊對蝦的生長改良提供了重要的遺傳參數數據，為開展多代生長選育，富集生長相關的優良基因并穩定遺傳，最終推出新品種奠定了重要的理論基礎.

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