殼白長牡蠣家系幼體生長存活比較及生長性狀遺傳參數評估

趙宗武 李 琪, 2 張景曉 徐成勛

(1. 中國海洋大學海水養殖教育部重點實驗室, 青島 266003; 2. 青島海洋科學與技術國家實驗室,海洋漁業科學與食物產出過程功能實驗室, 青島 266200)

長牡蠣(Crassostrea gigasThunberg)又稱太平洋牡蠣, 自然分布于西北太平洋海域, 是一種廣溫、廣鹽性貝類, 具有適應性強、生長速度快、營養豐富、肥滿度高等優點。長牡蠣在我國北方沿海均有養殖, 但以遼寧、山東、江蘇較多, 2016年我國牡蠣產量4.83×109kg, 占海水貝類養殖產量的34.03%[1]。長牡蠣繁育所需苗種的主要來源是人工育苗, 而育苗親本大都來源于未經選育的野生型群體[2]。近年來養殖水域環境惡化, 長牡蠣出現了種質退化、生長緩慢、死亡率高、殼型不規則等問題, 嚴重制約著我國牡蠣產業的發展。因此, 進行長牡蠣的遺傳改良工作, 培育具有生長性能好、抗逆性高等特性的新品種, 對促進牡蠣產業的發展,打開牡蠣高端市場具有重要意義。

家系選育是開展遺傳育種工作的一種重要技術手段。群體中含有豐富的基因型, 通過建立家系,對經濟性狀進行選擇, 加快目的性狀基因的純化速度, 最終實現水產動物種質改良的目的[3]。在一些重要的經濟貝類, 如海灣扇貝(Argopecten irradians)[4, 5]、菲律賓蛤仔(Ruditapes philippinarum)[6, 7]、馬氏珠母貝(Pinctada martensii)[8]、青蛤(Cyclina sinensis)[9]等, 已有研究表明家系選育能夠對貝類的經濟性狀進行遺傳改良。

在動物遺傳改良過程中, 遺傳參數的準確評估對個體遺傳評定、選擇反應預測、育種方案設計以及選育策略制定有重要的指導意義[10]。關于長牡蠣遺傳參數的估計已有相關報道, Dégremont等[11, 12]、Langdon等[13]和Evans等[14]研究了長牡蠣不同生長階段生長、存活和產量等經濟性狀的遺傳參數。在國內, 王慶志等[15, 16]報道了長牡蠣幼體和成體生長性狀的遺傳參數, 王雪磊等[17]對殼金品系長牡蠣生長和殼色性狀的遺傳參數進行了關聯分析。

本研究以連續選育7代的殼白長牡蠣品系為素材, 利用巢式設計成功構建29個全同胞家系, 比較各家系幼體生長存活的差異, 以期篩選出生長和存活性能優良的家系材料, 同時進行殼白長牡蠣幼體生長性狀遺傳參數的評估, 旨在為殼白長牡蠣新品種的培育和選育策略的制定提供基礎資料。

1 材料與方法

1.1 家系構建

2017年5月從經過4代家系選育和3代群體選育的第7代(F7)殼白長牡蠣品系中, 挑選個體較大、殼型規整的個體作為親本, 于室內進行人工促熟。2017年6月, 殼白長牡蠣性腺發育成熟, 用解剖法辨別雌雄后, 采用平衡巢式設計, 一雄配三雌, 將適量的精卵在5 L塑料桶內混合, 共構建12個半同胞家系, 36個全同胞家系。同時選取3對未經選育的普通個體作為親本, 通過單對交配的方式建立對照組。實驗構建36個家系, 最終29個家系培育至稚貝。

1.2 孵化及培育

在人工授精完成后, 將殼白家系各組受精卵轉移至100 L聚乙烯塑料桶中進行孵化, 3個對照組家系共同置于1個100 L聚乙烯塑料桶中進行孵化, 孵化密度控制在20—40個/mL。在孵化22h后, 發育至D形幼體, 用300目的篩絹網洗卵, 將各組篩選出的幼體轉移至孔徑300目、容積240 L的篩絹網筐中,放置在大池內培養。苗種培育方法參考王慶志等[15],并作適當調整, 幼體初始培育密度調整為10—12個/mL。在幼體培育過程中, 每天早晚各換水1次, 每次1/3; 根據幼體生長狀況, 投喂適量的等鞭金藻(Isochrysis galbana)和扁藻(Platymonassp.); 根據日常觀測大小, 將幼體適時轉移至230目和160目的篩絹網筐中; 每2天調整1次密度, 消除培育密度的影響; 控制水溫在23—25℃, 持續充氣。培育階段, 保持各組管理操作相同, 嚴格避免家系間交叉污染。

1.3 生長和存活數據測定

在受精卵發育至D形幼體后, 在第3、第7、第11、第15和第19天分別測定各組的幼體密度, 每組重復測量3次, 計算幼體的存活率; 同時, 從各組隨機選取30個個體, 用盧戈氏液固定, 在顯微鏡下測量其生長大小。

1.4 數據分析

采用Excel 2016和SPSS 20.0軟件對各組的生長和存活數據做初步統計處理后, 用單因素方差分析(ANOVA)和Tukey多重比較對數據進行分析, 以P＜0.05作為顯著性水平。生長和存活率相對提高率公式如下:

存活率相對提高率(%)=(實驗組存活率-對照組存活率)/對照組存活率×100

生長性狀相對提高率(%)=(實驗組生長性狀-對照組生長性狀)/對照組生長性狀×100

采用ASReml 3.0軟件中約束極大似然法(REML)進行遺傳參數評估[17], 根據軟件要求對數據進行整理排列, 建立多性狀個體動物模型:

式中,Yijk為性狀測量值,μ表示總體均值,aijk為加性遺傳效應,fijk為家系效應(包括共同環境效應),eijk為隨機殘差。

2 結果

2.1 幼體存活率比較

在3日齡, 殼白長牡蠣家系和對照組家系的存活率沒有顯著差異(P＞0.05); 隨著幼體培育時間的增加, 各家系存活率均呈現出下降趨勢, 部分家系在7日齡、11日齡出現明顯降低。在整個幼體培養階段, 所有殼白長牡蠣家系的平均存活均高于對照組1.11%—19.26%, 其中, G7、G9和G13家系在3日齡后, 存活率一直保持在較低水平, 其19日齡的存活率分別降低至13.88%、12.29%和13.64%; 而G1、G3、G4、G11、G15、G28、G32和G35家系保持著較高的存活率, 在19日齡時, 這些家系存活率分別為54.17%、31.58%、42.86%、33.33%、32.14%、30.77%、59.15%和36.40%, 并且顯著高于對照組(P＜0.05, 圖 1)。

2.2 幼體生長比較

應用單因素方差分析(ANOVA)發現, 不同日齡殼白長牡蠣幼體在父系間、母系間殼高和殼長的F檢驗均達到了極顯著水平(P＜0.01); 均方結果表明, 父系各組間殼高和殼長的生長存在較大差異,且隨著培育時間的增加, 差異性增大(表 1)。

利用Tukey多重比較分析發現, 在整個幼體培育階段, 殼白長牡蠣家系殼高性狀的平均值均高于對照組3.65%—14.58%。進一步分析發現, 在3、7、11、15和19日齡殼白長牡蠣家系組和對照組生長性狀存在較大差異, 不同家系在同一日齡下的累計生長量并不相同, 在不同日齡家系殼高均值的大小排序也存在不一致性, 其中G4和G21在培育階段生長緩慢, 殼高的累積生長量排在所有家系下游;但部分家系在不同日齡保持著較快生長速度, 排序位于前列, 其中G9、G10、G11、G15、G16和G35生長優勢明顯。在19日齡, 這些家系殼高的累積生長量比殼白長牡蠣家系均值分別高33.37%、22.35%、17.03%、11.87%、23.09%和 40.80%, 比對照組高52.81%、40.18%、34.09%、28.18%、41.03%和61.32%(表 2)。

2.3 遺傳參數

利用多性狀個體模型計算3、7、11、15和19日齡的幼體遺傳力, 結果顯示在不同日齡殼白長牡蠣幼體殼高和殼長的遺傳力不同。殼高的遺傳力的變化范圍是0.28—0.81, 殼長的遺傳力變化范圍是0.42—0.88, 均屬于中高遺傳力。殼高和殼長遺傳力的最大值分別在3日齡和15日齡, 為0.81±0.15和0.88±0.15; 遺傳力的最小值分別在7日齡和3日齡, 為0.28±0.09和0.42±0.11(表 3)。

根據軟件中的pin函數對生長性狀進行相關性分析, 在3、7、11、15和19日齡, 殼白長牡蠣幼體殼高和殼長的遺傳相關和表型相關存在差異, 遺傳相關和表型相關的范圍分別為0.35—0.81、0.57—0.85, 均為正相關(表 4)。

3 討論

3.1 殼白長牡蠣幼體的生長和存活

世界上主要水產養殖國家的育種方式主要以選擇育種和雜交育種為主[18]。其中通過選擇育種技術來提高選育生物的生長性狀、品質性狀和抗逆抗病性狀, 應對種質退化、環境惡化等問題, 是目前普遍采用的一種有效的遺傳改良技術。而家系選育作為選擇育種的重要方法, 能夠高效地利用家系間的遺傳變異, 使控制經濟性狀的主效基因和微效基因快速純合, 最終得到選育所需特征的育種材料[19]。

圖 1 長牡蠣幼體不同家系存活率的比較Fig. 1 The survival rate of different families at larval stage of C. gigas

表 1 殼白長牡蠣家系幼體不同生長時期表型變量組成的方差分析Tab. 1 Components of phenotypic variation of white shell families of C. gigas larvae at different stages

貝類具有繁殖力高、生殖周期短、群體遺傳變異大等特點[20], 特別適合開展選擇育種工作。生長和存活是評估生物體選育的2個重要指標, 直接影響著最終產量, 通過家系選育的方法, 可望獲得長牡蠣高產抗逆的家系。Langdon等[13]發現經過一代家系選育后, 長牡蠣的產量比未經選育的增加了9.5%; Taris等[21]通過建立30個全同胞家系, 發現長牡蠣生長性狀有較大遺傳變異, 選育潛力大, 選育組比對照組的生長提高了近10.0%, 發育至附著變態的時間減少12%, 死亡率低14.2%。Dégremont等[11]在夏季高溫時期建立43個長牡蠣全同胞家系,發現經過逐代篩選, 長牡蠣在高溫季節存活率得到改良; 王雪磊等[22]建立了25個殼金長牡蠣家系, 發現在幼體時期, 選育組比對照組生長和存活分別提高了2.27%—16.67%和1.72%—9.40%。本研究比較分析了殼白長牡蠣家系和對照組幼體的生長和存活, 發現在不同日齡, 殼白長牡蠣家系殼高的平均值均高于對照組, 且不同家系間差異顯著, G9、G10、G11、G15、G16和G35六個家系在整個幼體培養階段均表現出生長優勢; 同時, 殼白長牡蠣所有家系存活率的平均值比對照組有所提高, 其中G1、G3、G4、G11、G15、G28、G32和G35家系相較于家系均值和對照組保持著較高優勢, 表明殼白長牡蠣經過7代選育后, 其生長性狀和存活率都得到了一定程度的改良, 并具有較高的遺傳變異,作為一個新品系選育潛力較大。其中G11、G15和G35家系在生長和存活率方面均有較大優勢, 可以繼續觀測其稚貝和成體的生長情況, 作為良種培育的備選材料。

表 2 幼體期不同家系殼高生長的比較Tab. 2 The shell height of different families at larval stage of C. gigas

表 3 殼白長牡蠣幼體不同時期生長性狀的遺傳力Tab. 3 Heritabilities of growth traits in white shell C. gigas larvae at different stages

表 4 殼白長牡蠣幼體不同時期生長性狀的遺傳相關和表型相關Tab. 4 Genetic and phenotypic correlations of growth traits in white shell C. gigas larvae at different stages

3.2 殼白長牡蠣幼體生長性狀的遺傳參數

遺傳力是生物性狀所特有的遺傳特性, 反映了性狀遺傳能力的大小。研究建立了29個殼白長牡蠣全同胞家系, 利用多性狀動物模型, 評估了殼白長牡蠣幼體殼高和殼長在3、7、11、15和19日齡的遺傳力, 結果顯示分別為0.28—0.81、0.42—0.88,屬于中高遺傳力, 與之前的研究報道相似[15]。國內外學者對長牡蠣經濟性狀遺傳參數評估的報道較多, Hedgecock等[23]估算了長牡蠣收獲時肉重的狹義遺傳力約為0.20; Lannan[24]利用11—15個全同胞家系評估了18月齡長牡蠣生長性狀的遺傳力, 結果顯示殼高、總重、殼重和肉重的遺傳力依次是0.15、0.33、0.32和0.37; Dégremont等[11]利用巢式設計建立了43個全同胞家系, 結果表明6—8月齡長牡蠣存活率的狹義遺傳力為0.47—1.08; Kong等[25]的研究結果表明, 12月齡長牡蠣殼高、殼長、殼寬和總重的遺傳力分別為0.49±0.25、0.36±0.19、0.45±0.23和0.35±0.17; 王慶志等[16]利用連續兩年建立的24個和36個全同胞家系, 對360日齡長牡蠣生長性狀的遺傳參數進行了評估, 發現殼高和總重的遺傳力為中高遺傳力, 繼續進行群體選育, 預期會得到較好的選育效果。

生物體的數量性狀之間大多相互關聯, 這種情況的根本原因可能是生物體在長期的系統發育過程中由基因連鎖和基因的多效性引起的, 也可能是各性狀受到相同的環境因素的影響。因此可以利用性狀間的相關性, 在選擇育種工作中進行間接選擇, 提高選種的效率。然而, 我們通常觀測到的性狀間的表型相關, 是由遺傳相關和環境相關共同作用產生的, 因此只有性狀間的遺傳相關較大時, 才會得到比較好的相互選擇效果[10]。Losee[26]報道了美洲牡蠣(Crossostrea virginica)幼體和成體的生長速度之間存在顯著的遺傳正相關; Newkirk和Haley[27]的研究結果表明歐洲牡蠣(Ostrea edulis)幼體和1齡稚貝的殼長存在顯著的遺傳負相關; Collet等[28]對長牡蠣變態前后的生長速度做了相關性分析, 結果顯示存在顯著的遺傳正相關; Ernande等[29]的研究結果表明長牡蠣幼體生長速度與附著規格存在遺傳正相關, 并且提出選育可以優化附著的時間和大小。本研究得到的殼白長牡蠣幼體在不同日齡殼高和殼長的遺傳相關范圍在0.35—0.81, 均為正相關, 表明二者之間可以相互選擇。但隨著時間發展,發現遺傳相關有逐漸降低的趨勢, 這可能是殼白長牡蠣后期生長差異大的原因之一。

4 結論

本研究通過比較分析殼白長牡蠣家系和對照組幼體時期的生長、存活情況, 發現G11、G15和G35家系具有突出的生長和存活優勢, 在19日齡, 其殼高的累積生長量與殼白家系平均值相比提高11.87%—30.32%, 與對照組相比提高28.18%—49.31%; 存活率水平較家系均值和對照組提高了30%以上。因此, G11、G15和G35家系可以作為良種培育的備選育種材料。進一步對殼白長牡蠣幼體殼高和殼長的遺傳力進行了評估, 發現均屬于中高遺傳力, 有較大的遺傳改良潛力, 可以進行進一步的選育工作。本研究為培育生長性能優良和存活率高的殼白長牡蠣品系提供了基礎材料。