長(zhǎng)牡蠣殼橙品系幼蟲和稚貝的生長(zhǎng)性狀遺傳參數(shù)評(píng)估*

方佳峰，李 琪,2**

(1.海水養(yǎng)殖教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(中國(guó)海洋大學(xué))，山東 青島 266003；2.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室，海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室，山東 青島 266237)

水產(chǎn)遺傳育種作為水生生物學(xué)、水產(chǎn)學(xué)和生物技術(shù)的一部分，在揭示水產(chǎn)生物遺傳變異的本質(zhì)和規(guī)律的基礎(chǔ)上，面向生產(chǎn)，挖掘利用野生種質(zhì)資源，進(jìn)行水產(chǎn)生物的遺傳改良，創(chuàng)造高產(chǎn)、抗病或抗逆等經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的水產(chǎn)新品種，在提高水產(chǎn)品的產(chǎn)量和質(zhì)量等方面起到重要的作用[1]。選擇育種作為一種常規(guī)育種手段，在水產(chǎn)動(dòng)物的遺傳改良中已取得成效，如通過長(zhǎng)期的繼代選育，紅海鯛(Pagrusmajor)[2]和紅爪鰲蝦(Cheraxquadricarinatus)[3]的生長(zhǎng)速度顯著提高，吉富羅非魚(GIFTOreochromisniloticus)的抗病能力得到加強(qiáng)[4]。

遺傳力評(píng)估是進(jìn)行選擇育種的基礎(chǔ)，是反映性狀遺傳能力大小的重要遺傳參數(shù)，在育種值估計(jì)、選擇指數(shù)確定、選擇反應(yīng)預(yù)測(cè)、選擇方法比較以及育種規(guī)劃決策等方面，起著十分重要的作用[5]。自1970年代以來，遺傳力評(píng)估被運(yùn)用于水產(chǎn)動(dòng)物的育種研究中[6-10]。在貝類中，國(guó)內(nèi)外對(duì)多種重要的經(jīng)濟(jì)性狀進(jìn)行了遺傳力評(píng)估，如加勒比扇貝(Argopectennucleus)幼蟲存活率[11]、卡特琳娜扇貝(Argopectencircularis)幼蟲生長(zhǎng)與存活[12]、耳鮑(Haliotisasinina)的生長(zhǎng)[13]及紫貽貝(Mytilusedulis)幼蟲和稚貝的生長(zhǎng)[14]等，且所測(cè)遺傳力均為中高等遺傳力。

長(zhǎng)牡蠣(Crassostreagigas)又稱太平洋牡蠣，由于生長(zhǎng)速度快、環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)、味道鮮美、營(yíng)養(yǎng)豐富的特點(diǎn)，成為了世界上養(yǎng)殖范圍最廣、產(chǎn)量最高的海產(chǎn)貝類。長(zhǎng)牡蠣的生長(zhǎng)、抗病等性狀是重要的經(jīng)濟(jì)性狀，通過研究其遺傳參數(shù)，制定合適的選育路線，可以提高長(zhǎng)牡蠣的產(chǎn)量，獲得更高的經(jīng)濟(jì)效益。目前長(zhǎng)牡蠣相關(guān)研究工作已取得較多成果，通過人工選育，長(zhǎng)牡蠣的夏季死亡率顯著降低[15-16]，生長(zhǎng)和出肉率也得到了提高[17-18]。近年來，長(zhǎng)牡蠣的殼色性狀逐漸得到了研究者的關(guān)注，并對(duì)殼色及外套膜邊緣色素沉著等性狀的遺傳力進(jìn)行評(píng)估[19-21]。

在長(zhǎng)期的育種實(shí)踐中, 我們選育出金黃色、白色、黑色和紫色4種長(zhǎng)牡蠣殼色品系[22], 通過黑殼色和紫殼色長(zhǎng)牡蠣雜交形成紫黑殼色長(zhǎng)牡蠣個(gè)體, 并在紫黑殼色長(zhǎng)牡蠣個(gè)體的自交后代中發(fā)現(xiàn)橙殼色突變個(gè)體, 結(jié)合家系和群體選育技術(shù), 培育出穩(wěn)定遺傳的殼橙長(zhǎng)牡蠣品系, 具有重要的經(jīng)濟(jì)和研究?jī)r(jià)值[23]。由于殼橙品系由育種過程中獲得的少量突變個(gè)體作為親本選育獲得，其有效群體數(shù)量很小，這可能導(dǎo)致殼橙品系存在近交衰退[24]，Han等[25]研究發(fā)現(xiàn)橙殼色長(zhǎng)牡蠣幼蟲對(duì)于環(huán)境脅迫的適應(yīng)能力低于其它養(yǎng)殖群體，而在養(yǎng)殖過程中我們也發(fā)現(xiàn)殼橙品系生長(zhǎng)速度緩慢。為了確定殼橙長(zhǎng)牡蠣品系是否具有遺傳改良的可能性，需要對(duì)其生長(zhǎng)性狀的遺傳參數(shù)進(jìn)行評(píng)估。

在本研究中我們以長(zhǎng)牡蠣殼橙品系第7代選育群體為親本，建立全同胞家系，分析了長(zhǎng)牡蠣殼橙品系幼蟲及稚貝的生長(zhǎng)性狀，評(píng)估了生長(zhǎng)性狀相關(guān)指標(biāo)的遺傳力及其遺傳相關(guān)，旨在為長(zhǎng)牡蠣殼橙品系的遺傳改良提供參考資料。

1 材料和方法

1.1 親貝來源及實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)用親貝來自2017年建立的長(zhǎng)牡蠣殼橙品系第7代選育群體，從該選育群體中挑選10個(gè)雄性和30個(gè)雌性個(gè)體，通過平衡巢式交配方式建立30個(gè)全同胞家系。

1.2 親貝促熟和人工授精孵化

2018年5月，將從乳山采集的親貝運(yùn)至萊州市海益苗業(yè)有限公司育苗基地進(jìn)行室內(nèi)暫養(yǎng)。挑選性腺發(fā)育良好的親貝進(jìn)行人工授精。利用解剖法鑒別出10個(gè)雄性個(gè)體和30個(gè)雌性個(gè)體，利用250目篩絹獲得卵子，將30個(gè)雌性親貝的卵子分別置于盛有15 L海水的30個(gè)桶中，水溫保持25 ℃。利用300目篩絹獲取精子。按照1雄配3雌的方式將10個(gè)雄性親貝的精子與30個(gè)雌性親貝的卵子逐一充分混合。各組孵化密度保持在每毫升50～70個(gè)卵，并在孵化期間保持微充氣。為避免污染，各家系單獨(dú)使用實(shí)驗(yàn)器具，所有家系均在1天之內(nèi)建立完成。

1.3 選優(yōu)與幼蟲培育

受精卵經(jīng)過22 h的孵化，發(fā)育至D型幼蟲階段。將各家系幼蟲選優(yōu)至100 L聚乙烯桶中，并調(diào)節(jié)培育密度至10 ind/mL，海水溫度控制在24～26 ℃，持續(xù)充氣，每次換水量1/3。餌料以等邊金藻(Isochrysisgalbana)為主，后期補(bǔ)充輔助投喂扁藻(Platymonassp.)。所有家系充氣、投餌、換水等操作均保持一致，所有實(shí)驗(yàn)器具在使用后用淡水沖洗，避免家系之間發(fā)生交叉污染。

1.4 采苗和稚貝養(yǎng)成

幼蟲發(fā)育25 d出現(xiàn)眼點(diǎn)，眼點(diǎn)幼蟲達(dá)到總數(shù)的1/3時(shí)，投放櫛孔扇貝以供牡蠣幼蟲附著。在室內(nèi)繼續(xù)培養(yǎng)一段時(shí)間，直至幼蟲充分附著以后放于室外沉淀池暫養(yǎng)20 d，避免自然海域野生牡蠣幼蟲的污染，待幼蟲充分變態(tài)為稚貝且適應(yīng)大水體環(huán)境以后，轉(zhuǎn)移至榮成桑溝灣海域進(jìn)行吊籠浮筏養(yǎng)殖。吊籠每層養(yǎng)殖密度、養(yǎng)殖水深等各家系保持一致。

1.5 取樣觀測(cè)

浮游幼蟲階段，在選優(yōu)后的1、6、11、16和21日齡各家系隨機(jī)取樣30個(gè)幼蟲，用盧戈氏液固定，在100×的顯微鏡下，用目微尺測(cè)量殼高和殼長(zhǎng)。

稚貝階段，在稚貝附著后的90、180、270日齡從各家系中隨機(jī)挑選30個(gè)個(gè)體，用電子游標(biāo)卡尺測(cè)量殼高和殼長(zhǎng)(精度0.02 mm)，并在270日齡用電子天平(精度0.01 g)測(cè)量濕重，并用游標(biāo)卡尺測(cè)量殼寬。

1.6 數(shù)據(jù)處理

通過R軟件(版本3.1.1)運(yùn)行ASReml 3.0 package，遺傳參數(shù)在pin()函數(shù)下運(yùn)行。采用個(gè)體模型，運(yùn)用單性狀分析法，計(jì)算不同生長(zhǎng)階段各性狀遺傳力；運(yùn)用雙性狀分析法，計(jì)算不同性狀之間的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)。個(gè)體模型如下：

yij=μ+aij+dk+eij。

式中：yij為第j個(gè)家系的第i個(gè)個(gè)體的性狀觀測(cè)值；μ為性狀平均值；aij第j個(gè)家系的第i個(gè)個(gè)體的性狀個(gè)體加性遺傳效應(yīng)；dk為第k個(gè)母本的母本效應(yīng)；eij為第j個(gè)家系的第i個(gè)個(gè)體性狀的隨機(jī)殘差。經(jīng)似然比檢驗(yàn)，母本效應(yīng)對(duì)所測(cè)性狀均不顯著(見表1和2)，故將母本效應(yīng)剔除，所以最終運(yùn)用模型如下：

表1 殼橙長(zhǎng)牡蠣幼蟲時(shí)期表型變量的原因方差組分

yij=μ+aij+eij。

利用個(gè)體模型在計(jì)算個(gè)體性狀狹義遺傳力(h2)時(shí)，采用公式(1)，估計(jì)遺傳相關(guān)(rG)和表型相關(guān)(rP)時(shí)采用公式(2)和公式(3)。計(jì)算公式：

(1)

(2)

(3)

式中：VA表示加性遺傳方差；Ve表示殘差方差；Covt1,t2表示生長(zhǎng)性狀兩指標(biāo)間的協(xié)方差；Vt1、Vt2表示兩指標(biāo)的遺傳方差；Ve1、Ve2表示兩指標(biāo)的殘差方差；Cove表示兩指標(biāo)間的殘差協(xié)方差。

以遺傳力h2<0.1記為低等遺傳力，0.1≤h2≤0.4記為中等遺傳力，h2>0.4為高等遺傳力[26]。

2 結(jié)果

2.1 幼蟲期和稚貝期的生長(zhǎng)性狀遺傳力

利用個(gè)體模型計(jì)算得到長(zhǎng)牡蠣殼橙品系幼蟲時(shí)期殼高和殼長(zhǎng)的遺傳力分別為0.19±0.08～0.36±0.11和0.17±0.08～0.28±0.10，并且隨著幼蟲日齡的增長(zhǎng)而逐漸降低(見表3)。

表2 殼橙長(zhǎng)牡蠣稚貝時(shí)期表型變量的原因方差組分

長(zhǎng)牡蠣殼橙品系稚貝在90、180、270日齡殼高和殼長(zhǎng)的遺傳力分別為0.13±0.07～0.40±0.12和0.11±0.06～0.37±0.12，殼寬和濕重在270日齡時(shí)的遺傳力分別為0.17±0.08和0.22±0.09(見表4)。除90日齡殼高的遺傳力為高等遺傳力以外，其余時(shí)期的各生長(zhǎng)性狀的遺傳力均為中等遺傳力。

2.2 幼蟲期和稚貝期的生長(zhǎng)性狀表型相關(guān)和遺傳相關(guān)

幼蟲期殼高和殼長(zhǎng)間的遺傳相關(guān)的和表型相關(guān)范圍分別為0.90±0.12～0.99±0.08和0.13±0.05～0.20±0.15，均為正相關(guān)，并且與日齡均無(wú)明顯關(guān)系(見表3)。

表3 殼橙品系長(zhǎng)牡蠣幼蟲時(shí)期生長(zhǎng)性狀的遺傳力、遺傳相關(guān)和表型相關(guān)

稚貝期，不同日齡各生長(zhǎng)性狀間的遺傳相關(guān)均高于表型相關(guān)(見表4)。各性狀間遺傳相關(guān)范圍為0.26±0.35～1.00±0.09，表型相關(guān)范圍為0.19～0.69。其中，270日齡時(shí)的殼寬和殼長(zhǎng)的遺傳相關(guān)最低(0.26±0.35)，其次為同一日齡殼高和殼長(zhǎng)的遺傳相關(guān)(0.35±0.30)，其余遺傳相關(guān)值均較高。對(duì)于多次測(cè)量的殼高和殼長(zhǎng)，兩性狀間遺傳相關(guān)整體上呈現(xiàn)隨時(shí)間的增加而下降的趨勢(shì)。濕重與其余3個(gè)性狀的遺傳性狀值均較高(0.72±0.17～0.93±0.06)，各性狀間表型相關(guān)范圍為0.19±0.04～0.69±0.02。與遺傳相關(guān)相似的是，殼高和殼長(zhǎng)之間的表型相關(guān)同樣呈現(xiàn)隨時(shí)間下降的趨勢(shì)。

表4 殼橙品系長(zhǎng)牡蠣稚貝期生長(zhǎng)性狀的遺傳力、遺傳相關(guān)和表型相關(guān)

3 討論

遺傳力不僅是性狀本身獨(dú)有的特性，也是群體遺傳結(jié)構(gòu)和群體所在環(huán)境的綜合體現(xiàn)[27]。一般而言，在討論遺傳力時(shí)，除了需標(biāo)明是品種/品系的具體性狀以外，還需說明群體所處的環(huán)境[28]。本研究報(bào)道了長(zhǎng)牡蠣殼橙品系幼蟲和稚貝期的遺傳力以及各生長(zhǎng)性狀之間的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)，這將有利于為長(zhǎng)牡蠣殼橙品系制定合理的育種計(jì)劃。

本研究中，長(zhǎng)牡蠣殼橙品系幼蟲階段殼高和殼長(zhǎng)的遺傳力分別為0.19±0.08～0.36±0.11和0.17±0.08～0.28±0.10，均屬于中等遺傳力。王慶志等[26]采用全同胞組內(nèi)相關(guān)分析法，分析了長(zhǎng)牡蠣幼蟲階段殼高和殼長(zhǎng)的父系半同胞遺傳力分別為0.161～0.387和 0.139～0.398，均為中等遺傳力，高于本研究結(jié)果。這可能與殼橙品系存在近交衰退現(xiàn)象有關(guān)。近交提高了個(gè)體對(duì)環(huán)境的敏感性，導(dǎo)致環(huán)境方差增加，降低了加性方差在表型方差中的比重，最終降低了殼橙品系幼蟲期生長(zhǎng)性狀的遺傳力[29]。稚貝期相關(guān)生長(zhǎng)性狀的遺傳力范圍為0.11±0.06～0.40±0.12，同樣低于前人相關(guān)的研究結(jié)果，Cong等[30]利用全因子交配設(shè)計(jì)法構(gòu)建了45個(gè)家系，對(duì)12月齡的長(zhǎng)牡蠣成體的進(jìn)行了殼高、殼長(zhǎng)、殼寬和總重的遺傳力分析，各性狀的遺傳力介于0.3～0.5，屬于中高等遺傳力。Kong等[31]采用同樣的方法估計(jì)了長(zhǎng)牡蠣成體殼高、殼長(zhǎng)、殼寬和總重的遺傳力，各性狀遺傳力介于0.35～0.49，同樣屬于中高等遺傳力。在國(guó)外，Langdon等[18]利用長(zhǎng)牡蠣全同胞家系在不同環(huán)境條件下估計(jì)產(chǎn)量的現(xiàn)實(shí)遺傳力為 0.01～0.50。Evans和Langdon[32]利用34個(gè)全同胞家系在4個(gè)不同養(yǎng)殖環(huán)境下得到192、370和664日齡的存活率和產(chǎn)量的廣義遺傳力分別為0.360～0.712和0.218～0.539。

兩性狀間的表型相關(guān)由基因連鎖和基因多效性以及環(huán)境因素共同決定，如果兩性狀的遺傳力均比較低，表型相關(guān)主要由環(huán)境因素決定；相反，表型相關(guān)則主要由遺傳因素決定[33]。如果兩個(gè)性狀間呈正遺傳相關(guān)，則對(duì)一個(gè)性狀的選育會(huì)對(duì)另一性狀帶來間接的協(xié)同選育效果；反之，則會(huì)對(duì)另一性狀產(chǎn)生拮抗作用。并且當(dāng)兩個(gè)性狀間的遺傳相關(guān)越接近1或-1，表明通過對(duì)一個(gè)性狀的選育產(chǎn)生的對(duì)另一個(gè)性狀的相關(guān)反應(yīng)越高[34]。因此，在選育過程中，遺傳相關(guān)對(duì)了解每個(gè)性狀的遺傳背景，掌握對(duì)目標(biāo)性狀的選育是否有影響以及對(duì)其他性狀影響的大小非常重要[26]。

本研究中，殼橙長(zhǎng)牡蠣幼蟲階段，殼高和殼長(zhǎng)指標(biāo)間的遺傳相關(guān)較高，均高于0.90，而在稚貝期，各性狀間的遺傳相關(guān)差異較大，但均為正相關(guān)，說明通過對(duì)某一性狀的選育可以間接對(duì)其它相關(guān)性狀起到促進(jìn)作用。在選擇育種過程中，可以通過直接選擇易于度量且遺傳力較高的性狀獲得較滿意的選育效果，對(duì)不易度量或遺傳力較低的性狀可以利用性狀間的相關(guān)性進(jìn)行間接選育[35]。在本研究中，對(duì)于遺傳力相對(duì)較低的性狀(殼長(zhǎng)和殼寬)，可以通過對(duì)殼高和濕重的選育間接達(dá)到對(duì)殼長(zhǎng)和殼寬的選育目的。需要注意的是，不同時(shí)期不同環(huán)境下相同性狀的遺傳相關(guān)可能存在較大差異[6]。在對(duì)牡蠣的育種研究中，Newkirk等[36]和 Loose[37]的研究表明美洲牡蠣(Crossostreavirginica)幼體生長(zhǎng)速度和成體生長(zhǎng)速度存在顯著的遺傳正相關(guān)，但是Ernande等[38]的研究表明長(zhǎng)牡蠣的生長(zhǎng)性狀在幼體期和稚貝期沒有顯著的遺傳相關(guān)，但變態(tài)期和稚貝期存在顯著的遺傳相關(guān)。近年來，有學(xué)者研究了長(zhǎng)牡蠣殼色相關(guān)性狀和生長(zhǎng)性狀之間的相關(guān)性，但結(jié)果不盡相同。Wan等[21]發(fā)現(xiàn)在殼金品系中生長(zhǎng)性狀與殼色性狀之間的遺傳相關(guān)較低，為-0.02～0.11，而邢德等[39]報(bào)道了殼白長(zhǎng)牡蠣殼色參數(shù)與生長(zhǎng)性狀之間的遺傳相關(guān)范圍為-0.09～0.91, 并且不同性狀間的遺傳相關(guān)差異很大。這些研究結(jié)果表明，對(duì)于遺傳參數(shù)的評(píng)估只能應(yīng)用于特定環(huán)境下的特定群體[10，40]。

4 結(jié)語(yǔ)

長(zhǎng)牡蠣殼橙品系在不同生長(zhǎng)階段各生長(zhǎng)性狀之間均存在正遺傳相關(guān)，說明對(duì)其中一個(gè)性狀的選育可以對(duì)其它性狀起到協(xié)同提高的作用。其生長(zhǎng)性狀的遺傳力均為中高等遺傳力，具有一定的育種價(jià)值，如果能在以后的育種過程中制定適宜的育種計(jì)劃，可以進(jìn)一步提高該品系的育種價(jià)值，例如可以將殼高或濕重作為直接選育的性狀，或者在保持殼橙性狀穩(wěn)定的情況下，通過雜交引入外源基因，改良?xì)こ绕废档纳L(zhǎng)性狀，同時(shí)結(jié)合分子標(biāo)記輔助育種等技術(shù)，加快長(zhǎng)牡蠣殼橙品系的選育進(jìn)程。