長牡蠣中國群體和日本群體雜交子代的雜種優勢分析?

余　勇， 李　琪， 于　紅， 孔令鋒， 于瑞海

(中國海洋大學海水養殖教育部重點實驗室，山東 青島 266003)

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長牡蠣中國群體和日本群體雜交子代的雜種優勢分析?

余勇， 李琪??， 于紅， 孔令鋒， 于瑞海

(中國海洋大學海水養殖教育部重點實驗室，山東 青島 266003)

摘要：為研究長牡蠣不同種群雜交的雜種優勢，本研究選擇長牡蠣中國群體(C)連續選育5代和日本群體(J)連續選育6代的個體作為親本，進行完全雙列雜交，比較分析了幼蟲期、稚貝期和養成期3個階段各實驗組的生長與存活情況。研究表明：在幼蟲期，雜交組的生長與存活性狀表現出微弱的雜種優勢，自交組JJ(J♀×J♂)和反交組JC(J♀×C♂)生長優勢明顯，而自交組CC(C♀×C♂)和正交組CJ(C♀×J♂)存活率較高，表明幼蟲期存在顯著的母性效應，正交組CJ存活率最高，雜種優勢率為4.67%～40.30%。在稚貝期及養成期，雜交組各生長性狀(殼高、殼長、殼寬和總重)表現出顯著的雜種優勢，總重的雜種優勢率最高，為13.61%～21.71%，其中正交組CJ各生長性狀的雜種優勢率均表現為正值。從整個生長階段來看，正交組CJ在幼蟲期存活率最高，在稚貝期和養成期各生長性狀均具有雜種優勢，表明正交組CJ是最適的雜交組合，具有很大的生產潛力。

關鍵詞：長牡蠣； 雙列雜交； 雜種優勢

YU Yong, LI Qi, YU Hong, et al. Heterosis of hybrid between Chinese and Japanese populations of the Pacific Oyster (Crassostreagigas)[J].Periodical of Ocean University of China, 2016,46(2)： 35-41.

長牡蠣(Crassostreagigas)俗稱太平洋牡蠣，自然分布于東亞海區,具有生長速度快、產量高、適應環境能力強等特點，自1840年代長牡蠣被引進到許多國家進行養殖，是世界上重要的經濟貝類[1]。中國是長牡蠣養殖大國，牡蠣養殖在中國海水養殖業中占有十分重要的地位，2012年中國牡蠣養殖產量395萬t，占世界牡蠣產量80%、全國貝類產量32.7%、全國海水養殖產量24%，主要養殖產區為山東、江蘇、遼寧等沿海地區[2]。隨著牡蠣養殖產業的快速發展，長牡蠣的產量得以大幅度提高，但卻出現人工育苗困難、死亡率升高、個體小、形態不規則等種質衰退的現象，因此培育產量高、品質好的長牡蠣優良品種成為養殖業的可持續發展的重要因素。

雜種優勢是指兩個遺傳背景不同的親本雜交產生的雜種F1在生長、存活、抗逆性等方面比親本的一方或雙親優越的現象[3]。因雜種優勢的存在，雜交育種成為動植物遺傳改良的重要手段，該技術廣泛應用于包括水產動物在內的動植物種質改良中[4-6]。目前，水產動物中，貝類亞種間、不同地理群體間及家系間雜交研究比較多：汪德耀等[7]對廈門的密鱗牡蠣(OstreadenselamellosaLischke)、僧帽牡蠣(OstreacucullataBorn)和福建南部的野生長牡蠣種間雜交,發現雜交苗具有一定的生長優勢；胡志國等[8]研究中國南方九孔鮑(Haliotisdiversicolorsupertexta)2個不同地理群體的雜交子代的生長優勢，結果表明增加野生群體在交配親本中的數量可有效提高九孔鮑生長性能；國外學者Hedgecock等[9-10]建立長牡蠣不同近交系，利用不同近交系間的雜交探討了基因的上位性在雜種優勢形成中重要作用。

孔令鋒等[11]研究了中國和日本長牡蠣第1代選育群體間雜交后代的生長和存活情況，發現雜交后代殼高、殼長和存活率的雜種優勢均較為明顯。理論上，隨著群體選育代數增加，不同群體間的基因頻率差異越大，這樣的種群雜交后代可能產生更大的雜種優勢[12]。本文為了探索種內不同地理群體長牡蠣經過連續選育后，選育群體間的雜交子代在生長以及存活性狀上能否保持穩定的雜種優勢，利用中國長牡蠣第5代選育群體和日本長牡蠣第6代選育群體的一齡貝作為親本進行完全雙列雜交，比較各實驗組幼體和成體階段生長與存活情況，分析雜種優勢，篩選最優雜交組合，旨在為雜交育種提供理論和實踐依據。

1材料與方法

1.1 材料

長牡蠣中國群體和日本群體分別為2012年建立的中國乳山選育群體F5代和日本宮城選育群體F6代，實驗于2013年6月在山東省萊州市海益苗業有限公司苗種培育基地進行，親本均為一齡貝。

1.2 實驗設計

利用長牡蠣中國群體與日本群體進行4個組合的雜交與自交試驗。雜交實驗組：長牡蠣中國群體♀×長牡蠣日本群體♂(C♀×J♂,CJ)，長牡蠣日本群體♀×長牡蠣中國群體♂(J♀×C♂,JC)；自交實驗組：長牡蠣中國群體♀×長牡蠣中國群體♂(C♀×C♂,CC)，長牡蠣日本群體♀×長牡蠣日本群體♂(J♀×J♂,JJ)。

1.3 苗種培育與養成

1.3.1 人工授精與孵化采用解剖法，從2個群體中分別挑選出性腺發育良好的雌、雄個體各10個作為親本。將各群體的10個雌性親本的卵子均勻混合，用24℃的海水促熟約30min，之后將10個雄性個體的精子充分混勻，按照實驗設計進行人工授精。受精卵在100L的聚乙烯桶中孵化，穩定地充氣以提供充足的氧氣，水溫控制在23～24℃，孵化密度為30～50個/mL。實驗中所需的器材均進行徹底消毒與清洗，防止污染。

1.3.2 幼蟲培育受精卵經過大約22h的孵化后發育到D形幼蟲，用300目篩絹選優。幼蟲培育參照于瑞海等[13]的方法進行餌料的投喂、逐級篩選培養、密度控制以及附著基的投放。幼蟲培育階段，水溫控制在24℃左右，持續充氣。每天早、晚各換水1次，換水量為1/3～1/2，每周清底1次。每天觀察幼蟲攝食情況及水中殘餌量并調整餌料投喂量。各實驗組投餌、換水、充氣等操作一致，所用實驗器材每次使用后在淡水中浸泡5min并清洗干凈，以防各組之間出現污染。

1.3.3 稚貝培育及養成21d后，各實驗組幼蟲開始出現眼點，當30%左右的幼蟲出現眼點時，開始投放扇貝附著基。足量的幼蟲附著好后，先在沉淀池暫養一段時間，為適應自然水區環境提供緩沖時間，同時避過自然海區野生牡蠣產卵期，防止污染。時機合適時，在威海市劉公島海區進行籠式浮筏懸掛養殖。各組密度保持一致，并處于同一水深，11月后轉移至乳山海區養殖。養成期間，每月定期清理籠子上的附著物，并觀察生長情況，調整養殖密度。

1.4 數據測量

幼蟲期存活率=測量當天幼蟲密度/第1天幼蟲密度×100%。

幼蟲期，在受精后1、5、9、13、17天取樣，每組30個個體，用盧戈氏液固定。在100×的顯微鏡下，用目微尺測量樣本的殼高和殼長。取樣當天測量各組密度，并且調整至同一密度水平。稚貝和養成期，在受精后90、150、210、270天，每組取樣30個，用游標卡尺(精度0.02mm)測量殼高、殼長和殼寬，并用電子天平秤(精度0.1g)稱量體重。

1.5 數據分析

計算雜交子代各性狀的雜種優勢率(Heterosis，H),公式為:

H=(F1-P)/P×100%。

式中:F1為雜交子代性狀的平均值;P為兩自交組子代性狀的平均值[14]。

2結果與分析

2.1 幼蟲期生長及存活率的比較分析

本研究4個實驗組幼蟲期的生長及存活情況見表1。對于殼高性狀，自交組CC和JJ間大多存在顯著差異(P<0.05)，雜交組間(CJ和JC)差異不顯著(P>0.05)。具有相同母本的實驗組間(CC和CJ，JC和JJ)無顯著差異(P>0.05)，相同父本的實驗組間(CC和JC，CJ和JJ)則差異顯著(P<0.05)。對于殼長性狀，JC和JJ在不同的生長階段(5日齡除外)差異不顯著(P>0.05)，而9日齡后，JC和JJ的生長明顯快于CC和CJ。總體而言，4個實驗組在幼蟲期殼高和殼長具有相同的生長趨勢，即JJ>JC>CJ>CC。在存活率方面，CC、CJ和JC 3組之間無顯著差異(P>0.05)，CJ組存活率最高，而JJ組存活率最低，總體趨勢：CJ>CC>JC>JJ。

殼高性狀、殼長性狀、存活率性狀的變異系數分別為0.04～0.18、0.02～0.19和0.06～0.27。其中存活率的變異系數最大，說明此性狀有較大的改良潛力；殼高及殼長的變異系數變化不大，說明這些性狀的遺傳性能比較穩定。

2.2 幼蟲期生長和存活性狀雜種優勢率

幼蟲階段，雜交子代生長及存活性狀的雜種優勢率見表2。雜交組的殼高和殼長在9～17日齡時具有生長優勢，雜種優勢率分別為1.03%～3.52%和1.21%～3.86%；而雜交組的存活率在整個幼蟲階段都表現出優勢，雜種優勢率為0.80%～14.77%。相對于自交組，CJ組存活率具有顯著優勢，雜種優勢率為4.67%～40.30%；而JC組殼高、殼長分別在5和9日齡后具有明顯的雜種優勢率，分別為1.61%～6.14%和1.98%～8.74%。

2.3 稚貝期和養成期生長性狀的比較分析

稚貝及養成期，4個實驗組的殼高、殼長、殼寬及總重性狀的觀測值見表3。對于殼高和殼長性狀，90日齡時，4個實驗組表現為CC>CJ>JC>JJ；90日齡后，CJ表型觀測值最大，270日齡時各實驗組表現為CJ>JJ>CC≈JC。對于殼寬性狀，210日齡時，4個實驗組間不存在顯著差異(P>0.05)；270日齡時，CJ最大且與其他3組均存在顯著差異(P<0.05)。對于總重性狀，正交組CJ最大，270日齡時與其他3組存在顯著差異(P<0.05)。各性狀的變異系數為0.12～0.59，總重變異系數最大(0.29～0.59)，說明此性狀在稚貝及養成期改良潛力大。

2.4 稚貝期和養成期生長性狀的雜種優勢率

2個雜交組在稚貝及養成期生長性狀的雜種優勢率見表4。150日齡后，雜交子代在稚貝期和養成期的生長優勢明顯，殼高、殼長、殼寬和總重雜種優勢率的范圍分別為4.46%～11.56%、4.74%～8.30%、-4.71%～6.19%和13.61%～21.71%。其中正交組CJ的生長優勢突出，總重的雜種優勢率最大，范圍為38.10%～40.17%，而反交組JC的4個性狀并沒表現出雜種優勢，可見正、反交組間差異較大，這對雜交子代總體的雜種優勢影響較大。

表1　長牡蠣雜交群體幼蟲期生長和存活性狀

注：變異系數=標準差/平均值；同一行各組均值上標注不同小寫字母為差異顯著(P<0.05)。Coefficient of variation=standard deviation/mean. The values within the same line with different lowercase letters are significantly different at the levels of 0.05.

①Coefficient of variation

表2　幼蟲期各雜交組生長和存活的雜種優勢率

表3　稚貝期和養成期各實驗組生長性狀

注：變異系數=標準差/平均值；同一行各組合均值上標注不同小寫字母為差異顯著(P<0.05)。Coefficient of variation =standard deviation/mean. The values within the same line with different lowercase letters are significantly different at the levels of 0.05.

①Coefficient of variation

表4　稚貝期和養成期各雜交組生長和存活的雜種優勢率

3討論

3.1 母性效應對雜交的影響

母性效應主要包括細胞質遺傳、母體營養(通過卵或者產前產后的食物供給)、模仿行為、通過母體與同胞間的互相作用[15]，對雜交個體的早期生長與存活性狀的影響尤為突出[16]。國外學者在研究海灣扇貝(Argopectenirradiansirradians)群體間[17]、牡蠣種間[18]以及群體間[19-20]雜交時發現，幼蟲期雜交后代的生長和存活均存在顯著的母性效應，并且隨著個體生長而消失。本研究發現各實驗組在幼蟲期殼高、殼長大小總體表現為JJ>JC>CJ>CC，存活率表現為CJ>CC>JC>JJ，母性效應表現明顯。

軟體動物中，以脂質的形式儲存的能量對幼蟲早期的生長發育具有重要影響[21]。Newkirk等[22]研究美洲牡蠣(Crassotreavirginica)時發現母性效應的產生可能是因為親本在產卵前所處的水區環境不同而導致營養積累不一樣。而本研究采用的中、日群體在同一海區養成，并同一時間轉移至室內暫養，人工投喂相同的餌料促熟，產前水體環境一致。國外學者[23]發現遺傳或者母性環境適應上的差異將導致不同群體中雌性個體的卵粒大小以及質量不一致，這可能是本研究中生長發育早期母性效應產生的原因。本研究選用的日本群體的選育代數多于中國群體，理論上認為選育代數較多則優良基因型的純合度更高，生長更具優勢，儲存能量可能更豐富，因此以日本群體為母本的實驗組在幼蟲期生長優勢明顯；然而，在存活率方面，以中國群體為母本的子代優于日本群體為母本的子代，究其原因可能在于實驗在中國水域環境中進行，雖然日本群體已經選育到了第6代，但長期積累的地理環境適應性差異無法短時間內消除。

3.2 雜種優勢

雜種優勢即雜交子代在生長、存活、抗性等方面優于雙親平均表現的現象。本研究中，雜種優勢在幼蟲期、稚貝及養成期都存在，并且存活性狀比生長性狀的雜種優勢更顯著。這一結論與海灣扇貝不同群體雜交實驗結果一致[24]。幼蟲期，由于母性效應的存在，生長性狀在9日齡后開始顯現雜種優勢，而且殼高的雜種優勢隨著日齡的增加逐漸增大；存活性狀的雜種優勢率在13日齡后明顯大于生長性狀的雜種優勢率。雖然母性效應對幼蟲期有重要影響，但并未完全掩蓋雜種優勢，這可能是因為經過連續多代的選育，兩親本群體的基因頻率差異變大。但在幼蟲期，反交組JC表現出明顯的雜種優勢；稚貝及養成期，正交組CJ在生長上具有顯著的雜種優勢，而JC總體上沒有表現出雜種優勢。JC和CJ分別在幼蟲期和稚貝及養成期表現出雜種優勢的現象在孔令鋒等[11]的研究中也存在，這種現象是環境和遺傳因素共同作用的結果。因此在生產實踐中除了選擇親本群體外，挑選合適的父母本組合才能充分利用雜種優勢。綜上所述，長牡蠣中國群體和日本群體的雜交子代表現出明顯的生長與存活優勢，尤其是正交組CJ在幼蟲期存活優勢顯著，在稚貝及養成期生長優勢明顯，均強于最好的自交組。因此中國群體為母本(C♀)和日本群體(J♂)為父本的雜交組合具有更高的應用價值。這與宋盛亮等[25]的研究結果基本一致，表明以中國和日本的選育群體為核心群體，隨著中、日群體選育代數增加，C♀×J♂的雜交組合能穩定地提高長牡蠣的生長性能，這為進一步開展雜交育種奠定了基礎。

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責任編輯朱寶象

Heterosis of Hybrid Between Chinese and Japanese Populations of the Pacific Oyster (Crassostreagigas)

YU Yong, LI Qi, YU Hong, KONG Ling-Feng, YU Rui-Hai

(The Key Laboratory of Mariculture, Ministry of Education, Ocean University of China, Qingdao 266003, China)

Abstract:The Pacific oyster, Crassostrea gigas, which originated from Asia and was introduced to many countries, has had the highest production of any aquatic species for the past several years. Selection and cross-breeding programs for genetic improvement in C. gigas have initiated in several countries. In order to promote the development of cross-breeding, a complete diallel cross between Chinese and Japanese populations of the Pacific oyster (Crassostrea gigas) was carried out. With the increase in breeding algebra of the population, gene frequency differences between groups may be larger, hybrids may have a greater heterosis. In the study, Chinese population (C) was mass selected for five generations while Japanese population (J) was done so for six generation. Growth and survival performances were compared among hybrid and pure populations in different growth stages. Heterosis of growth traits was analyzed. The results indicated that the growth and survival of the two reciprocal crosses showed weak heterosis in larval stage. The pure bred group (JJ) and hybrid cross JC showed significant growth advantage, but pure bred group (CC) and the cross (CJ) lived well, indicating that there were significant maternal effects. Japanese population has been breeding more years, thus it may provide better growth vigor. But Chinese population has better adaptability in Chinese water, so it may provide better viability. In larval stage, the CJ cross had the highest survival rate with the heterosis ranging from 4.67% to 40.30%. In spat and adult stages, growth of the two reciprocal crosses showed heterosis comparable with the pure bred groups. Among the four traits (shell height, shell length, shell width and body weight), 2body weight had the highest heterosis, which varied between 13.61% and 21.71%. Besides, growth of the cross CJ showed positive heterosis in the whole spat and adult stages. In practice, besides the parent population, the selection of suitable parent combinations will take full advantage of heterosis. In a word, the results suggested that the CJ cross was the best with meaningful productive potential. When CC and JJ have been used as the core breeding populations, the cross C♀×J♂ can stably improve growth and survival performance of C. gigas with the increase of selective breeding algebra.

Key words:Crassostrea gigas; diallel cross; heterosis

DOI：10.16441/j.cnki.hdxb.20140365

中圖法分類號：S961.5

文獻標志碼：A

文章編號：1672-5174(2016)02-035-07

作者簡介：余勇(1990-)，男，碩士生。E-mail: yuyong421127@163.com??通訊作者： E-mail: qili66@ouc.edu.cn

收稿日期：2014-11-19；

修訂日期：2015-04-03

基金項目：? 國家高技術研究發展計劃項目(2012AA10A405)；國家自然科學基金項目(31372524)；山東省自主創新專項(2013CXC80202)資助

引用格式：余勇， 李琪， 于紅， 等. 長牡蠣中國群體和日本群體雜交子代的雜種優勢分析[J]. 中國海洋大學學報(自然科學版)， 2016, 46(2)： 35-41.

Supported by National High Technology Research and Development Program (2012AA10A405); National Natural Science Foundation of China (31372524)； Shandong Province Independent Innovation Projects(2013CXC80202)