人工誘導(dǎo)動物多倍體的方法初探

張愛清

(湖北省武漢市第六中學(xué) 430016)

多倍體是指體細(xì)胞中含有三組或三組以上染色體的個體。多倍體在植物中較常見，但在動物中卻較為罕見。

盡管如此，在自然界還是發(fā)現(xiàn)一些多倍體動物。首先發(fā)現(xiàn)多倍體動物的是比利時生物學(xué)家凡·培內(nèi)登，他在研究馬蛔蟲后提出多倍體動物的存在。研究發(fā)現(xiàn)，渦蟲綱、寡毛綱中的多倍體常常為兩性同體；昆蟲綱中各個主要的目中都有多倍體種類存在，但總數(shù)不足百種；脊椎動物中也有多倍體被報道[1]，例如，魚、兩棲類、爬行類等；在小雞的胚胎中,約有0.9%的三倍體或四倍體, 但由于在鳥類、哺乳類中，倍性的改變是致死的，在發(fā)育早期就會導(dǎo)致死亡，故成體未見多倍體[2]。近年來，在水產(chǎn)動物培育方面，多倍體研究取得重大的進展，已先后獲得草魚、鯉魚、大西洋鮭、虹鱒等40 多種魚類的三倍體及四倍體，以及扇貝、中國對蝦、日本絨螯蟹等20 多種經(jīng)濟貝類和甲殼類的多倍體。這些多倍體以生長快、產(chǎn)量高、肉質(zhì)好、抗性強等優(yōu)勢在生產(chǎn)上得到應(yīng)用。

1 動物多倍體的產(chǎn)生機理

自然界中，多倍體產(chǎn)生的誘導(dǎo)因子往往是異常的環(huán)境條件，例如異常溫度( 極端高溫或低溫)、水分和養(yǎng)分的脅迫、創(chuàng)傷、雷電、射線等，尤其在2n 配子形成中這種影響作用更顯著。魚類中有天然存在的三倍體，如黑龍江水系的銀鯽、日本關(guān)東系銀鯽等，它們以雌核發(fā)育的方式繁殖后代。魚類遠緣雜交雜種一代自然產(chǎn)生的異源四倍體，可能是在兩性原核結(jié)合之后到第一次有絲分裂( 卵裂)之前，由于雙親染色體配對在時間上的延緩，導(dǎo)致染色體重復(fù)加倍后再進行有絲分裂，于是形成異源四倍體。此外，也不排除在兩性原核結(jié)合之前，雌性原核和雄性原核的染色體各自加倍后再進行結(jié)合的可能性[3]。

多倍體是由于細(xì)胞內(nèi)染色體加倍而形成的，人工誘導(dǎo)多倍體的機理就是利用極體排放時的條件控制，達到抑制第一極體或第二極體的排放，從而產(chǎn)生多倍體生物。在精卵結(jié)合后抑制卵母細(xì)胞第二極體的排出，可生成三倍體；若抑制二倍體受精卵的第一次卵裂，則可產(chǎn)生四倍體。

2 人工誘導(dǎo)動物多倍體的方法

人工誘導(dǎo)產(chǎn)生多倍體動物的方法主要包括物理學(xué)、化學(xué)和生物學(xué)三個方面[4]。

2．1 物理學(xué)方法 物理學(xué)誘導(dǎo)多倍體的方法包括溫度休克法、靜水壓法和電休克法等。

2．1．1 溫度休克法 溫度休克法包括略低于致死溫度的冷休克法(0℃～5℃)和略高于致死溫度的熱休克法(30℃左右)兩種。通常冷水性魚類(如鮭科類)宜采用熱休克法；而溫水性魚類(如鯉科類)宜采用冷休克法[5]。溫度休克法的作用機制是溫度的變化引起細(xì)胞內(nèi)酶構(gòu)型的改變，不利于酶促反應(yīng)的進行，導(dǎo)致細(xì)胞分裂時形成紡錘體所需的ATP供應(yīng)途徑受阻，使已完成染色體加倍的細(xì)胞不能分裂，從而誘導(dǎo)多倍體的產(chǎn)生。對受精卵進行處理時所選擇的時刻、處理持續(xù)的時間和處理時的溫度是三個關(guān)鍵因素。如果要阻止第二極體外排，應(yīng)該在受精后馬上進行處理；如果抑制第一次卵裂，應(yīng)該在第一次有絲分裂中期進行處理。

2．1．2 靜水壓法 靜水壓法就是利用水壓機產(chǎn)生較高的靜水壓來抑制第二極體的放出或第一次卵裂而產(chǎn)生多倍體。其作用機制是抑制紡綞體的微絲和微管的形成，阻止染色體的移動，從而抑制細(xì)胞的分裂。靜水壓法是進行魚類染色體組操作的有效方法，其優(yōu)點是：①休克的最佳條件易于掌握，處理程序易于標(biāo)準(zhǔn)化；②誘導(dǎo)率較高，一般能達到90%以上；③處理時間短，一般為3～5 min；④對受精卵的損傷小，成活率高。

2．1．3 電休克法 采用直流或交流電對受精卵進行刺激，一般電壓為10 v 左右。由于該法為近年來才開始采用，還沒有太多研究與成熟工藝，故未被廣泛采用。

2．2 化學(xué)方法 化學(xué)方法是指應(yīng)用某些化學(xué)藥品，如秋水仙素、細(xì)胞松弛素B (CB)、6 -甲基氨基嘌呤(6 -DMAP)、聚乙二醇(PEG)、咖啡因、N2O和CHClF2(二氟一氯甲烷)等，在適當(dāng)?shù)臅r候處理水產(chǎn)動物受精卵，可以抑制第二極體的排出或抑制第一次有絲分裂，從而達到產(chǎn)生三倍體或四倍體的目的。在貝類的多倍體誘導(dǎo)中較多應(yīng)用細(xì)胞松馳素B，通過其影響紡錘絲內(nèi)微管的形成，抑制減數(shù)分裂或有絲分裂紡錘體的正常收縮，使細(xì)胞分裂受阻。另外，可采用高pH 或高鹽誘導(dǎo)產(chǎn)生多倍體。

用化學(xué)方法誘導(dǎo)多倍體需注意處理的起始時間、持續(xù)時間和藥物使用的濃度?；瘜W(xué)方法在生產(chǎn)上并不常用，因為其成功率比物理學(xué)方法低；有些藥物如秋水仙素、CB 和聚乙二醇具有毒性，不僅會對其誘導(dǎo)的胚胎存活率有影響，還易對生產(chǎn)者產(chǎn)生影響，而且其誘導(dǎo)的多倍體往往是嵌合體。

2．3 生物學(xué)方法 生物學(xué)方法主要是將異源精子通過遠緣雜交誘發(fā)受精卵產(chǎn)生多倍體，該法在鯉科魚類中較常見。此外，還有細(xì)胞融合法，該法是指在自發(fā)或人工誘導(dǎo)下，兩個不同基因型的細(xì)胞或原生質(zhì)體融合形成一個雜種細(xì)胞。該方法主要誘導(dǎo)囊胚細(xì)胞與囊胚細(xì)胞、囊胚細(xì)胞與未受精卵、囊胚細(xì)胞與受精卵或受精卵與受精卵之間的細(xì)胞融合，但由于細(xì)胞內(nèi)染色體發(fā)生重排，實際得到的是各種不同數(shù)量染色體的細(xì)胞群；另一種生物學(xué)方法是核移植，但由于其精細(xì)和難度大，故通過該法獲得多倍體還處于初始階段。

3 動物多倍體育種的意義

多倍體的生長發(fā)育狀況主要表現(xiàn)在生活力、生長速度和繁殖力等方面。與傳統(tǒng)的育種方法相比，動物多倍體育種在很多方面顯示出其優(yōu)勢，主要表現(xiàn)在：①能夠增加雜種后代的成活率，提高生長速度，延長壽命；②延長水產(chǎn)動物的養(yǎng)殖周期，控制過度繁殖，提高經(jīng)濟性能；③培育出水產(chǎn)動物新品種，增加養(yǎng)殖動物種類，改善品質(zhì)；④有利于維持漁業(yè)生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)定。多倍體誘導(dǎo)及其特性研究是水產(chǎn)養(yǎng)殖研究領(lǐng)域的一個熱點，目前在魚類、貝類等水產(chǎn)動物的育種中已經(jīng)取得了一定的成就，具有廣闊的發(fā)展前景[6]。