1、海洋生物技術在魚類遺傳育種中的應用摘要：海洋生物技術是以現代生命科學知識為基礎來開發海洋、利用海洋的一門新興學科，是直接或間接利用海洋生物或其成分，來達到既定目標的一類技術。近年來，海洋生物技術在水產領域中的發展日益迅速，并體現出極高的應用價值和經濟價值。它對解決水產業中的技術難題、開拓新領域、改造傳統產業具有十分重要的作用。本文就海洋生物技術在魚類遺傳育種中的應用作一簡要綜述。關鍵詞：海洋生物技術; 水產養殖; 魚類; 遺傳育種隨著海洋在沿海國家可持續發展中的戰略地位的日益突出,以及多層面的開發利用海洋生物資源的社會需求日益增長,近20年來,海洋生物技術受到了高度的重視,這不僅表現在美國、日

2、本、挪威、澳大利亞、英國、德國等發達國家先后制定了國家發展計劃,把海洋生物技術確定為21世紀優先發展領域,而且發展中國家,如中國、韓國、墨西哥、印度及東南亞各國等,也不失時機地把海洋生物技術的研究提到國家發展的日程上來。中國在1996年把海洋生物技術研究正式納入國家高新技術研究發展計劃 (863計劃)1。隨著大部分陸地資源和海洋生物資源的充分甚至過度利用, 各國決策者已經或正在認識到,水產養殖業的健康發展既是確保全球糧食安全和促進經濟可持續發展的一個不可或缺的環節, 也是全球海洋開發浪潮中的一個重要活動領域2。海洋生物技術的全面發展給水產養殖學科的產生和發展提供了更為成熟的理論基礎，不僅解釋了

3、水產養殖中一些理論基礎，而且解決了很多水產養殖中困擾已久的難題。越來越多的自然科學技術被應用到水產動物遺傳育種、水產動物營養與飼料、疾病診斷、免疫防控、水質調控以及水產品質量安全檢測等方面3。漁業發展的基本問題是“種苗”。目前，我國開展的水產養殖動植物種類已有近百種，但是除了少數種類如海帶與紫菜外，基本上都沒有進行過比較系統的品種選育與改良工作，養殖品種的良種化已成為亟待解決的問題。海洋生物技術在品種培育上的應用主要有DNA分子標記技術、人工雌核發育技術、人工多倍體誘導技術、轉基因技術及細胞融合技術等 3-4。1 DNA分子標記技術DNA分子標記(DNA molecular marker)是以

4、生物大分子物質DNA的多態性為基礎的遺傳標記，它能夠穩定遺傳，且遺傳方式簡單，可以反映生物的個體和群體特征。與形態學標記、細胞學標記、生理生化標記相比，由于它具有標記位點多、特異性強、標記穩定可靠、遺傳信息量大、實驗重復性強、不受生物的年齡、發育階段、性別和養殖環境條件的影響等特性，因此，自問世以來DNA分子標記倍受遺傳學家和育種學家的青睞,特別是隨著PCR技術的興起和電泳技術的不斷完善，DNA分子標記技術在遺傳育種中的重要性日益明顯。目前,它已被廣泛地應用在基因定位、品種鑒定、資源評價、物種親緣關系和系統演化分析、分子標記輔助選擇等許多方面5。應用于海洋生物遺傳育種領域的DNA分子標記技術有

5、限制性酶切片段長度多態性技術(Restriction Fragment Length Polymorphism, RFLP)、DNA指紋圖譜技術(DNA Fingerprint)、擴增片段長度多態性技術(amplified fragment length polymorphism, AFLP)、隨機擴增多態性DNA技術 (Random amplified polymorphic DNA, RAPD)、序列特異性擴增區技術(Sequence Characterized Amplified Region, SCAR)、DNA測序以、SSLP (simple sequence repeat leng

6、th polymorphism)技術、線粒體DNA標記技術及聚合酶鏈式反應-單鏈構象多態技術(PCR-SSCP)等5-6。目前，一些常用的分子標記如RAPD、AFLP和微衛星等，已被廣泛地應用到魚類遺傳育種的研究中。孟憲紅7采用RAPD技術對真鯛野生群體及人工繁殖群體進行了DNA多態性檢測，認為真鯛野生群體及人工繁殖群體的遺傳多樣性較為豐富，但人工繁殖群體的遺傳多樣性低于野生群體。王志勇等8利用AFLP技術研究了我國沿海真鯛群體的遺傳變異，結果顯示：北部灣群體的變異量最低，它與威海群體的遺傳差異顯著，兩者明顯屬于相互獨立的不同亞種群。劉云國9應用10對微衛星引物對普通群體、感病群體、抗病群體3

7、個牙鲆群體進行了群體遺傳多樣性分析,結果表明：感病群體和抗病群體2個選擇性養殖群體的遺傳多樣性降低，為篩選和鑒定抗病牙鲆品系提供了依據。2 人工誘導雌核發育技術人工誘導雌核發育(artificially induced gynogenesis)是指采用物理或化學方法使精子遺傳失活，再以這種精子激活卵子，但精子不參與合子核的形成，卵子僅靠雌核而發育成胚胎的技術10。目前，已成功培育出紅鯉(Cyprinus carpio)、斑馬魚(Brachydanio rerio)、尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)、莫桑比克羅非魚(Oreochromis mossambicus)、稀有鮈

8、鯽(Gobiocypris rarus)等多個人工雌核發育品系，為研究魚類性別決定機制、單性養殖及養殖新品種的開發研究和生產實踐提供了極為寶貴的素材3。人工誘導雌核發育在快速建立純系、性別控制、性別遺傳機制分析及選育新品種中發揮著重要作用。2.1 建立純系吳清江等首先提出了以人工雌核發育與人工性別調控相結合的方法快速建立純系的新途徑，并以其創立的技術途徑僅用2代就培育出紅鯉8305純系11。Treisinger等和Yamamoto12也用相似的方法先后建立了斑馬魚和比目魚(Paalichthys olivaceus)的純系。王忠衛等13更是在結合人工雌核發育和人工性別控制的基礎上,通過分子遺傳

9、標記篩選方法,僅僅經過1個世代就建立了鰱(Hypophthalmichthys molirix)、鳙(Aristichthys nobilis)的純系。這無疑為建立生活周期較長的種類的純系節省了大量的時間和物質。2.2 性別控制在魚類養殖中，性別控制具有提高群體生長率、控制繁殖速度、延長有效生長期、提高商品魚的品質等重要意義。如羅非魚，因其雄魚比雌魚長得快，并且性成熟早，易繁殖，進行單性養殖，不僅可以提高單位面積產量，而且可以控制其繁殖速度，進而控制養殖密度。另外，單性養殖減少了生殖能量的消耗，從而提高上市商品魚的規格和肉質。雌核發育魚比普通魚具有明顯的生長優勢，這一點已經得到證實，因而人工誘

10、導雌核發育技術為控制魚類性別提供了一條具有潛在應用價值的新途徑10。吳清江等通過人工性逆轉將雌性散鱗鏡鯉(Cyprinu carpiovar)培育成為功能性的雄魚，使之與人工雌核發育純系紅鯉8305雜交產生全雌鯉，其生成速度較普通雜交鯉快45%。這為利用人工雌核發育技術培育全雌魚提供了切實可行的方法。目前我國科學家已應用雌核發育技術培育出了全雌牙鲆,并顯示出了良好的生長優勢和市場前景。2.3 性別遺傳機制分析魚類屬于低等脊椎動物，其性染色體異形的分化及性染色體機制尚處于低等階段，因而魚類遺傳性別的染色體決定機制就比較復雜。采用傳統的方法，對魚類，特別是對染色體細小，且數目眾多的魚類進行性別遺傳

11、機制的鑒定，存在一定的困難。人工雌核發育技術為確定魚類的性別遺傳機制提供了一條便捷的途徑。采用這一技術，只須確定人工誘導雌核發育所獲得的子代的性別就可以了。如果全是雌性，則表明該種群的雌性為配子同型；假如為全雄(假定WW超雌個體不能成活)，或是雌、雄個體數目大致相同，則可斷定該種的雌性為配子異型10。Galbusera等14就用這一方法確定非洲鯰魚(Clarias gariepinus)的性別決定機制是雌性同配。另外，Campos-Ramos等15應用人工雌核發育技術并結合性轉換和熒光原位雜交技術來研究莫桑比克羅非魚的性別決定機制，發現常染色體對其性別決定有影響作用。2.4 選育新品種雖然減數

12、雌核發育的子代是雜合體，但Arai16認為通過連續2代、3代甚至更多代的減數雌核發育能培育出等基因的品系，這種雌核發育魚，因其體內基因的高度相似性而不易發生同種移植的排斥反應。Kobayashi16通過連續進行減數雌核發育培育出了等基因虹鱒，并使其保持了快速生長的性能。魚體中難免含有一些有害的隱性基因或致死基因，這些不利基因均以雜合型存在而不表現在外。通過人工誘導雌核發育，可使其有害的隱性基因和致死基因顯現出來，從而加以淘汰，選育出抗病能力強的新品系。另外，異源精子生物學效應的存在使得利用人工雌核發育技術通過種內或種間的基因交換來培育新的優良品種成為可能。3人工多倍體誘導技術魚類多倍體育種屬于

13、“染色體組工程”的范疇。由于三倍體在生長優勢、群體產量及抗病力等各方面都有二倍體所無法比擬的優勢，因此多倍體育種研究對水產養殖具有重大的意義。同時，由于三倍體魚具有不育的特性，三倍體的培育對控制養殖魚類的過度繁殖和保護天然種質資源也具有極其重要的意義17。早在 20 世紀 70 年代中期，我國就開展了魚類多倍體育種研究，至今，已在鳙、鯽、草魚、鰱、大黃魚、真鯛、斑馬魚、團頭魴等魚中獲得了四倍體魚和三倍體魚18。4轉基因技術轉基因技術是指將外源基因或體外重組的基因結構轉移到動物受精卵內成一個新的融合基因，使其在動物體內整合和表達，產生具有新的遺傳特征或性狀的動物，并能將新的遺傳信息穩定遺傳給后代

14、，獲得轉基因系或轉基因群體；或者將外源基因在特定調控元件作用下在某些宿主組織中進行獨立的復制，并在一定時間內表達外源蛋白。前一種是一種永久性地表達，又稱為整合表達，這種表達可以遺傳，對改變動物的性狀意義重大；后一種是一種暫時性表達，不能遺傳給后代，只在當代表達19。世界上第一批轉基因魚問世以來, 以提供優質食品蛋白來源為目的, 迄今已成功研制了 30 多種轉基因魚, 這些轉基因魚包括了世界水產養殖的許多重要品種, 如鯉魚(Cyprinus carpio Linnaeus)、羅非魚(Tilapia mossambica Peters)、鲇類(Silurus asotus Linnaeus)及鮭鱒

15、魚類(Salmo salar Linnaeus)等。 經遺傳改良后的轉基因魚具有生長速度快、餌料轉化效率高、抗凍耐寒、抗病能力強等優良性狀20。5 雜交育種技術雜交是育種廣泛采用的一種手段，雜交不僅能夠豐富遺傳結構，使不同類型的親本優良性狀得以結合，提高雜交后代的生活力，還能產生親本從未出現過的優良性狀，獲得雜種優勢，雜交育種周期短，效果明顯，一般在子代即可表現出雜種優勢21。在水產領域，雜交育種在品種改良、新品種培育等生產實踐中發揮著非常重要的作用。Steffens 等22使用鰉(Husohuso)×小體鱘(Acipenser ruthenus)進行雜交、回交，獲得的雜交鰉鱘魚完全

16、可育，可在咸淡水生活，易于養殖，可提前性成熟且不需要溯河產卵； 美國的 Dunham 等23用長鰭鮰(Ictalurus frucatus)×斑點叉尾鮰(I.punctatus)雜交，獲得的雜種具有明顯的雜交優勢，其生長速度要比雙親快 30% 以上; 我國在 20 世紀 50 年代以來，進行了大量的魚類屬間及種間雜交育種的研究工作，獲得了“豐鯉”、“荷元鯉”、“三雜交鯉”等雜交種，具有明顯的雜交優勢，并育成“建鯉”和“松浦鯉”等新品種，取得了較為顯著的經濟效益24雜交育種在海水魚類的研究中起步較晚，但隨著繁育技術的不斷完善，海水魚類的雜交工作也取得了較大的進展。例如，美國利用白鱸(M

17、orone chrysops) × 條紋鱸(M.saxatilis) 進行正反交培育出的雜交種均具有明顯的雜交優勢，生長較親本快，在抗逆和抗病能力上均高于親本，此雜交種已在美國開展了大規模的人工養殖25。單保黨26用真鯛(Pagrosomus major) × 黑鯛(Sparus macrocephalus) 進行正反交，其雜交仔魚的發育速率均比對照組(真鯛×真鯛、黑鯛×黑鯛) 快。6 展望海洋生物技術研究的快速發展得益于基礎生命科學技術的創新和進步，全基因組測序與結構基因的分析及生物技術應用、DNA提取純化和分子分析的自動化等無疑大大提高和擴展了海洋生

18、物技術的研究水平和應用范圍1。在我國海洋生物技術還是一門年輕的學科，需要加強研究力度。另外，目前我國的水產養殖業基本上還處于傳統型，養殖品種的良種化仍是亟待解決的問題。將海洋生物技術應用于水產動物遺傳育種的研究，不僅有利于防止種質退化、選育優良品種和對養殖品種的遺傳改良，而且還有利于野生種質資源的恢復、保護，從而使水產動物健康養殖走上可持續發展的道路。參考文獻1 唐啟升, 陳松林. 海洋生物技術前沿領域研究進展J. 海洋科學進展, 2004, 22(2): 123-129.2 王光輝, 余云軍, 于會國. 水產養殖發展與生物多樣性保護J. 海洋開發與管理, 2007, 24(5): 110-1

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