海蜇幼蜇生長性狀的遺傳力估計及相關性分析

李玉龍,張偉杰,田梅琳,孫 巍,陳百靈,張宸瑜,周遵春,李云峰

( 1.遼寧省海洋水產(chǎn)科學研究院,遼寧省分子生物學重點實驗室,遼寧 大連 116023; 2.大連海洋大學,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北方海水增養(yǎng)殖重點實驗室,遼寧 大連 116023 )

海蜇(Rhopilemaesculentum)屬刺胞動物門缽水母綱根口水母目根口水母科海蜇屬,主要分布于我國沿海近岸淺海海域,在日本西部、朝鮮半島西部和俄羅斯遠東地區(qū)也有少量分布,是食用價值與經(jīng)濟價值較高的一種大型食用水母[1-3]。海蜇已經(jīng)成為我國具有重要經(jīng)濟價值的海洋漁業(yè)資源和增養(yǎng)殖種類。目前國內(nèi)對海蜇的研究主要集中在基礎生物學[4-10]、人工繁育及增養(yǎng)殖[5-7,11-14]等方面。由于海蜇具有生長迅速、養(yǎng)殖周期短、成本低、見效快、收益高等優(yōu)點,海蜇養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展迅速,但在養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴大的同時,海蜇種質(zhì)研究工作嚴重滯后。多年來,由于累代繁殖而沒有對親本進行更新和選育,近親繁殖導致種質(zhì)退化,養(yǎng)殖海蜇出現(xiàn)生長緩慢、成活率低、抗逆性下降和病害頻發(fā)等問題,給產(chǎn)業(yè)和區(qū)域經(jīng)濟的發(fā)展造成重大損失,嚴重制約海蜇養(yǎng)殖業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。為改善這種狀況,實現(xiàn)海蜇產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展,對海蜇進行遺傳改良,提高海蜇種質(zhì)質(zhì)量,選育出抗逆性強、生長迅速的優(yōu)良新品種已成為海蜇養(yǎng)殖的迫切任務。

遺傳力估計是水產(chǎn)動物選擇育種的一項基礎工作,是開展育種工作的重要依據(jù),對育種方案的制定具有重要的指導意義[15]。國內(nèi)外學者對水產(chǎn)動物遺傳力評估的研究起始于20世紀70年代,迄今已對包括魚類[16-28]、甲殼類[29-39]、貝類[40-44]以及棘皮動物[45-50]在內(nèi)的經(jīng)濟種類進行了大量研究,如:國外學者主要對虹鱒(Oncorhynchusmykiss)[16-17]、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)[18-20]、大西洋鮭(Salmosalar)[21-22]等的體長和體質(zhì)量等生長性狀遺傳力進行了研究;國內(nèi)學者主要對褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)[24-25]、大黃魚(Larimichthyscrocea)[27-28]等魚類,中國明對蝦(Fenneropenaeuschinensis)[29-30]、三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)[35-36]等甲殼類,扇貝[40-41]、牡蠣[42-44]等貝類以及仿刺參(Apostichopusjaponicus)[45-47]、海膽[48-50]等棘皮動物的數(shù)量性狀遺傳參數(shù)進行了研究。對海蜇這一水母種類而言,國內(nèi)外尚未見有關遺傳力方面的研究報道。由于水產(chǎn)動物具有高繁殖性能的特性,因此遺傳參數(shù)的估計方法多采用同胞分析進行估計。筆者建立海蜇全同胞家系14個,采用雙性狀個體動物模型估計海蜇幼蜇體質(zhì)量和傘徑的遺傳力,旨在為建立海蜇優(yōu)良品種選育方法和策略提供必要的理論依據(jù)和技術參數(shù)。

1 材料與方法

1.1 親本材料

試驗用海蜇親本樣品300個,來自選育的基礎群體的親蜇,傘徑平均(48.50±8.56) cm,體質(zhì)量平均(9.58±2.56) kg。

1.2 試驗設計及處理

1.2.1 家系構(gòu)建及螅狀體培育

2019年9月,挑選性腺發(fā)育良好、大規(guī)格、健康的海蜇親本28個,按雌雄數(shù)量比1∶1的比例進行海蜇螅狀體苗種繁育,構(gòu)建14個海蜇全同胞家系。家系構(gòu)建在營口現(xiàn)代科技產(chǎn)業(yè)園育苗車間進行,培育用海水經(jīng)過砂濾,水溫20～22 ℃,pH 7.8～8.2,鹽度27～30,溶解氧質(zhì)量濃度5 mg/L以上。選擇體積為1 m3的圓形塑料桶作為孵化槽,親蜇經(jīng)自然排卵受精后進行孵化,受精卵發(fā)育為浮浪幼蟲后投放波紋板附著基,經(jīng)附著變態(tài)后成為早期螅狀體。餌料前期以褶皺臂尾輪蟲(Brachionusplicatilis)為海蜇螅狀體開口餌料,后期以褶皺臂尾輪蟲、鹵蟲(Artemiasalina)無節(jié)幼體為主要餌料。海蜇螅狀幼體發(fā)育到16觸手時,減少餌料量,當水溫低于5 ℃時進入冬眠,在螅狀體越冬期間停止投喂,定期換水,檢查pH、溶解氧質(zhì)量濃度、鹽度等理化指標,保障海蜇家系螅狀體苗種順利越冬。

1.2.2 幼蜇培育

2020年3月下旬,海蜇螅狀體越冬完成后移至中試基地進行幼蜇培育。培育用海水經(jīng)過砂濾,采用鍋爐升溫海水至15 ℃以上,螅狀體進入橫裂生殖期后,養(yǎng)殖池水溫維持在16～18 ℃,光照度控制在800 lx以下。培育池為圓形玻璃鋼水槽,玻璃鋼水槽面積為5.3 m2、高為0.8 m,槽底部向中央傾斜,排水口設置于槽底部中央,與池外溢水管連通。對海蜇家系進行單獨培育,保證培育過程中環(huán)境條件(水體體積、鹽度、溫度、光照度、充氣量、餌料投喂量等)的一致性,并在碟狀體階段和稚蜇階段進行2次養(yǎng)殖密度的均一化,碟狀體階段,標準化密度數(shù)量為1000個/m3,每個玻璃鋼水槽碟狀體數(shù)量為5000個;0.5～0.6 cm稚蜇階段,標準化密度數(shù)量為200個/m3,每個玻璃鋼水槽稚蜇數(shù)量為1000個,使所有家系維持在相同的密度進行養(yǎng)殖管理。螅狀體經(jīng)橫裂生殖產(chǎn)生碟狀體,經(jīng)稚蜇后發(fā)育至幼蜇階段。碟狀體至稚蜇階段,每日人工投喂1次鹵蟲無節(jié)幼體,發(fā)育至幼蜇階段后每日人工投喂2次鹵蟲無節(jié)幼體,每次投喂量的數(shù)量比為1∶100～1∶200,并根據(jù)幼蜇攝食量及時進行調(diào)整。每次投喂1 h后排水30%～50%,保持良好的養(yǎng)殖環(huán)境。每2 d測量1次溫度、鹽度、pH、溶解氧,維持溫度18～20 ℃,鹽度28～32,pH 7.8～8.2,溶解氧質(zhì)量濃度>5 mg/L。

1.3 生長性狀測量

海蜇從受精卵到幼蜇階段300日齡,進行幼蜇的生長性狀測量,測量數(shù)據(jù)前停食24 h,使用直尺測量幼蜇的傘徑,傘徑是指海蜇水母體在靜止狀態(tài)下,從其傘部邊緣一端至相對端的最大長度(圖1);電子天平稱量幼蜇的濕質(zhì)量,每個家系測量50個幼蜇。測量前每個幼蜇個體在濾紙上放置5 min以去除由于攜帶水分引起的測量誤差,體質(zhì)量數(shù)據(jù)精確到 0.01 g,傘徑數(shù)據(jù)精確到0.01 cm。由于海蜇在非繁殖季節(jié)難以辨別雌雄,因此進行幼蜇數(shù)據(jù)測量時未包含性別信息。

1.4 統(tǒng)計分析

根據(jù)家系的構(gòu)建、養(yǎng)殖和數(shù)據(jù)測量情況,采用雙性狀個體動物模型估計海蜇體質(zhì)量和傘徑的遺傳參數(shù),育種分析模型為:

Yi=μ+ai+ei

(1)

式中,Y為體質(zhì)量或傘徑,μ為群體均值,a為加性效應,e為隨機效應。

1.5 遺傳力計算及顯著性檢驗

利用ASReml 3.0軟件[51]計算海蜇體質(zhì)量、傘徑的遺傳力及二者間的遺傳相關和表型相關,對所估計的遺傳參數(shù)進行顯著性檢驗,所有分析顯著性水平設置為0.05,極顯著水平設置為0.01。

遺傳力(h2)計算公式為:

h2=σa2/(σa2+σe2)

(2)

遺傳相關(ra)計算公式為:

(3)

表型相關(rp)計算公式為:

(4)

式中,σa2為加性效應方差組分,σe2為隨機殘差效應方差組分,Va為加性效應協(xié)方差,Ve為隨機殘差協(xié)方差,σa(w)2為體質(zhì)量加性效應方差組分,σa(d)2為傘徑加性效應方差組分,σe(w)2為體質(zhì)量隨機殘差方差,σe(d)2為傘徑隨機殘差方差,σp(w)2為體質(zhì)量表型方差,σp(d)2為傘徑表型方差。

利用基于R語言的AAfun程序包[51]計算各參數(shù)估計值的顯著性。

2 結(jié) 果

2.1 海蜇家系間表型性狀差異比較

經(jīng)300 d養(yǎng)殖,14個海蜇家系表型性狀的統(tǒng)計值見表1。14個家系海蜇幼蜇傘徑為(2.77±0.41)～(5.05±0.60) cm,平均為(4.04±0.86) cm,變異系數(shù)為10.94%～20.65%;其中有7個家系平均傘徑超過(4.04±0.86) cm,家系12平均傘徑最大,家系4平均傘徑最小。14個家系幼蜇體質(zhì)量為(2.54±0.90)～(15.18±5.74) g,平均為(8.37±5.46) g,變異系數(shù)為33.29%～54.97%;有7個家系平均體質(zhì)量超過(8.37±5.46) g,同樣家系12平均體質(zhì)量最大,家系4平均體質(zhì)量最小。

表1 海蜇各家系的傘徑和體質(zhì)量數(shù)據(jù)Tab.1 The umbrella diameter and body weight data of every family of jellyfish R. esculentum

2.2 海蜇幼蜇生長性狀的遺傳力和遺傳相關估計

以14個海蜇全同胞家系幼蜇階段的生長性狀測定值為依據(jù),對海蜇傘徑和體質(zhì)量性狀進行狹義遺傳力估計及相關性分析(表2、表3)。海蜇傘徑和體質(zhì)量表型性狀的方差組分構(gòu)成見表2,根據(jù)這些組分的關系進行遺傳力估計。由表3可見,估算的300日齡海蜇幼蜇傘徑和體質(zhì)量性狀的狹義遺傳力和生長性狀的遺傳相關和表型相關,幼蜇傘徑狹義遺傳力的估計值為0.426±0.098,體質(zhì)量狹義遺傳力的估計值為0.843±0.198,均屬于高度遺傳力。顯著性檢驗表明,所估算的傘徑和體質(zhì)量遺傳力均達到極顯著水平(P<0.01)。體質(zhì)量和傘徑2個生長性狀間,無論是表型相關還是遺傳相關都呈高度正相關。

表2 傘徑和體質(zhì)量性狀的方差組分估計Tab.2 Variance component estimates of umbralla diameter and body weight

表3 遺傳力、遺傳相關和表型相關Tab.3 Heritability, genetic correlation and phenotypic correlation

2.3 生長性狀間的相關關系

根據(jù)海蜇幼蜇階段傘徑和體質(zhì)量2個生長性狀測定值,通過擬合方程可知,體質(zhì)量(y)與傘徑(x)關系呈指數(shù)方程,為y=0.1624x2.7291(r2=0.8815)(圖2)。

圖2 海蜇幼蜇體質(zhì)量與傘徑的關系Fig.2 The relationship between umbrella diameter and body weight of juvenile jellyfish R. esculentum

3 討 論

3.1 海蜇生長性狀遺傳力的估計及重要意義

遺傳力對水產(chǎn)動物的選擇育種工作十分重要,準確可靠的遺傳力是制訂準確、完善的育種方案的前提[36]。目前對水產(chǎn)動物遺傳力的研究結(jié)果表明,不同物種、不同性狀的遺傳力差別較大,但多數(shù)水產(chǎn)動物的外部形態(tài)性狀和體質(zhì)量等數(shù)量性狀的遺傳力估計值低于0.4,如魚類中虹鱒體質(zhì)量狹義遺傳力的估計值為0.17～0.38[16],尼羅羅非魚早期生長性狀的狹義遺傳力為0.04～0.10[21],大黃魚40日齡體質(zhì)量和體長的狹義遺傳力估計值分別為0.29、0.31[27];甲殼類中利用混合家系材料估計的中國明對蝦145日齡體質(zhì)量狹義遺傳力的估計值為0.14[29];貝類中合浦珠母貝(Pinctadafucata)幼貝生長性狀狹義遺傳力的估計值為0.200～0.204[52],鈍綴錦蛤(Tapesdorsatus)殼長、殼高、殼寬、體質(zhì)量狹義遺傳力分別為0.14±0.16、0.10±0.08、0.49±0.28、0.29±0.14[53];而大于0.4的高度遺傳力的結(jié)果相對較少,紅鰭東方鲀(Takifugurubripes)210日齡和360日齡體長和體質(zhì)量狹義遺傳力的估計值分別為0.52～0.54、0.44～0.46[23];通過一般線性模型估算的80日齡和120日齡三疣梭子蟹全甲寬、甲長、體高等生長性狀的狹義遺傳力分別為0.53～0.60和0.45～0.50[36];仿刺參耳狀幼體初、中期體長的狹義遺傳力估計值分別為0.74和0.75[45];凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei)生長性狀的狹義遺傳力為0.84[54]。筆者基于全同胞資料估算的300日齡海蜇幼蜇體質(zhì)量、傘徑狹義遺傳力的估計值分別為0.843±0.198和0.426±0.098,均屬于高度遺傳力,與所報道的仿刺參、海膽及一些貝類幼體的生長性狀遺傳力范圍相當。

遺傳力是親代的性狀變異遺傳給子代的能力,對于遺傳力高的性狀,子代重現(xiàn)性狀的可能性就高,選擇越易成功,反之則容易失敗。一般認為,遺傳力>0.4為高度遺傳力,遺傳力<0.2為低度遺傳力,介于兩者之間為中度遺傳力;高度遺傳力早代性狀選擇效果較好,適用于個體或群體表型選擇法來選種,低度遺傳力早代性狀選擇效果較差,適用于家系選擇或家系內(nèi)選擇[55]。本試驗中,估計的海蜇幼蜇階段體質(zhì)量、傘徑的遺傳力較高且均達到極顯著水平,因此對海蜇傘徑、體質(zhì)量生長性狀的選擇可以通過個體或群體表型選擇法進行,并可結(jié)合家系選擇或家系內(nèi)選擇。但對于生長性狀而言,一般幼體的生長性狀遺傳力較高,而養(yǎng)成期相對較低,這種現(xiàn)象在貝類如牡蠣[44]、魚類如尼羅羅非魚[56]等水產(chǎn)動物中均有報道,其原因可能是幼體階段受母體效應影響較大。其次,基于全同胞資料估計的遺傳力,由于包含顯性效應和母性效應,其估計值一般偏高。此外,在進行水產(chǎn)動物數(shù)量性狀的遺傳力估計時,試驗材料處于相同的生長環(huán)境是進行遺傳力準確估計的前提,因為環(huán)境因素會錯誤地放大個體間的差異,有可能導致遺傳力的估計值產(chǎn)生較大誤差。本試驗中,因海蜇的個體標記尚未解決,各家系幼蜇只能分開飼養(yǎng)在同樣大小的水槽內(nèi),雖然試驗過程中盡量保證環(huán)境條件的一致性,但即便如此也難以避免環(huán)境效應引起的誤差。因此,筆者基于全同胞資料估計的海蜇2個生長性狀的遺傳力有可能較真實值偏大,但據(jù)此進行海蜇選擇育種、提高其生產(chǎn)性能仍具有一定的參考價值,可供海蜇育種工作者參考。

3.2 海蜇的遺傳相關及表型相關

生物作為一個有機整體,其生長性狀之間通常存在一定的相關關系。在實際生產(chǎn)過程中,表型性狀相關分析有利于制定合理的多性狀選育方案,性狀間的遺傳相關對于間接選擇、多性狀選擇和比較不同環(huán)境下的選擇效果具有重要意義。傘徑和體質(zhì)量是海蜇最為明顯的2個生長性狀,已有學者對不同階段海蜇幼體的體質(zhì)量與傘徑的相關關系進行了研究,發(fā)現(xiàn)海蜇幼體階段體質(zhì)量與傘徑呈顯著正相關關系[57]。本試驗中,利用14個海蜇全同胞家系資料對300日齡時幼蜇體質(zhì)量和傘徑2個生長性狀間相關關系進行的分析也表明,無論是表型相關還是遺傳相關,兩者間均呈高度正相關關系,這與其他水產(chǎn)生物如魚類體質(zhì)量和體長[23],貝類體質(zhì)量和殼長[42-43]等性狀間的高度正相關一致,表明以傘徑和體質(zhì)量為目標性狀進行海蜇選育時,均可達到改良生長性狀的效果。

4 結(jié) 論

利用14個海蜇全同胞家系資料對300日齡海蜇幼蜇估算的體質(zhì)量和傘徑2個生長性狀的狹義遺傳力分別為0.843±0.198、0.426±0.098,屬于高度遺傳力,說明這兩個性狀在選擇育種方面具有較大的選育潛力。但相較于其他水產(chǎn)動物,如一些魚類及貝類等的遺傳力相關研究而言,海蜇遺傳力的研究是初步的,且本試驗中因受海蜇樣本所限,并未估計海蜇主要生長階段(如碟狀體階段、稚蜇階段、養(yǎng)成階段)的體質(zhì)量和傘徑等生長性狀的遺傳力,今后有必要構(gòu)建并獲得更多海蜇全同胞或半同胞家系,利用多種模型對海蜇各生長階段的生長性狀進行全面的遺傳力估計,從而為海蜇新品種培育奠定基礎。