鱼类遗传改良研究综述.pdf

第1 7 卷第l 期 2 01 0 年 1 月 中国水产科学 J o u r n a l o f F i s h e r y S c i e n c e s o f C h i n a V0 1 1 7 No 1 J a n u a r y 2 0 1 0 鱼类遗传改良研究综述 朱华平 卢迈新 黄樟翰 高风英 杨丽萍 中国水产科学研究院 珠江水产研究所 广东 广州 5 1 0 3 8 0 综述 摘要 本文对全世界范围内鱼类遗传改 良研究的概况及其有关问题进行了全面的介绍和评述 从选择育种 杂交育种 性别控制 多倍体诱导 细胞核移植和细胞融合 低温保存技术 D N A分子标记育种 转基因技术等方面系统介绍了鱼类 遗传改 良的方法 在水产养殖中的应用和已取得的成就 并对鱼类遗传改良今后的发展趋势进行了展望 旨在为今后进 一 步开展鱼类遗传改良研究提供参考 中国水产科学 2 0 1 0 1 7 1 1 6 8 1 8 1 关键词 遗传改良 选择育种 杂交育种 性别控制 多倍体诱导 D N A分子标记 转基因 中图分类号 9 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 5 8 7 3 7 一 2 0 1 0 0 1 0 1 6 8 1 4 回顾世界水产业 的发展 都是因 良种培育 的突 破 I生成果而获得发展和提高 遗传改 良在水产养殖 中发挥 了重要的作用 在各种遗传改 良方法 中 选 择育种是 目前应用最广泛的方法 主要应用于鱼类 种内遗传选育 而种 内种间杂交育种由于操作简单 成效快 效果明显 也广泛应用于水产动物的遗传育 种中 但杂交育种得到的仅仅是子一代的杂种优势 没有达到物种遗传改良的根本目的 在水产动物经 济性状存在相加效应 时 选择育种可以加快改 良的 进程 实现较高的遗传获得 其 中大西洋鲑 S a l m o s a l a r 的选育就是成功的例子 如果群体 中的经 济性状为非相加效应时 必须通过多种育种方法相 结合的途径才能达到物种遗传 改 良的 目的 随着 2 0世纪七 八十年代细胞1 二 程及基因工程等高新生 物技术的兴起 生物工程育种技术在水产动物改 良 中起到越来越重要的作用 逐步建立了细胞核移植 细胞融合 性别控制 染色体组操作 雌 雄 核发育 配子低温保存 转基因等育种技术 逐渐形成了常规 育种与生物工程育种相结合的多种育种技术综合配 套 的技术路线 取得 了十分显著的经济效益 促进了 世界水产养殖业的发展 1 选择育种 选择育种是鱼类育种工作 中最基本 的手段 其 将生物表现型作为育种指标 按照优中选优的原则 在群体中选择一定数量符合指标要求的优良个体 持续进行多代系统定向繁育 积累 加强与扩大生物 体优 良性状的变异遗传 或增加群体 内具有育种价 值的基因频率 G e n e f r e q u e n c y 降低无育种价值的 基 因频率 最终达到育成新 品系 新品种和对退化品 种或类群提纯复壮等多种 目的 中国早在南宋年问 就从鲫 C a r a s s i u s a u r a t u s 中选育 出金鱼 在范蠡 所著的 养鱼经 中就曾涉及到鲤 C y p r i n u s c a rp i o 的选育 配对 选择 选种 育种多以一些经济性状 和质量性状 如生长率 成活率 抗病力 抗逆力 捕 捞率 外型特征等为指标 选择的具体方法包括个体 选择 混合选择 家系选择和综合选择 回顾世界渔 业的发展史 对水产养殖生产影响最大的是鲤科 鲑 收稿 日期 2 0 0 9 0 3 2 5 修订日期 2 0 0 9 0 8 1 3 基金项目 国家科技支撑计划项 目 2 0 0 6 B A D O 1 A1 2 0 1 现代农业产业技术体系建设专项资金 广东省农业重点项 目 2 0 0 8 A 0 2 0 1 0 0 0 0 6 2 0 0 9 B 0 2 0 2 0 1 0 0 3 广东省 自然科学基金项 目 9 4 5 1 0 3 8 0 0 1 0 0 3 5 9 5 农业部公益性行业 农业 科研专项 3 4 9 广东省海洋渔业 科技推广专项 A 2 0 0 8 9 9 B 0 2 广东省重大科技兴渔项 目 A 2 0 0 6 0 1 B 0 3 B 2 0 0 7 0 1 A 0 6 作者简介 朱华平 1 9 7 7 一 男 博士 研究方向为水产动物遗传育种学 E m a i l z h h p i n g 2 0 0 0 1 6 3 c o m 通讯作者 卢迈新 T e l 0 2 0 8 1 6 1 7 8 4 3 E m a i l m x l u 1 6 3 c o 第l 期 朱华平等 鱼类遗传改 良研究综述 1 6 9 科鱼类以及 罗非鱼等种类 的开发和选育 鲤是世界性养殖 鱼类 2 0世纪 6 O年代 前苏 联经选择育种育成 了抗寒力强 生长快 的全鳞型鲤 新品种 罗普莎鲤 和对赤斑病有较强抵抗力 的 克拉斯诺达尔鲤 b 1 9 4 9年后 中国应用选择育种 的方法选育 出荷包红鲤 兴 国红鲤 鳞鲤 镜鲤等多 个优良品种 兴国红鲤的选育第 6 代与未选育的 1 冬龄鱼种相 比较 选育鱼当年可达商品规格 生长 优势率为 1 9 6 5 且套养选育后的兴国红鲤对主养 鱼无不 良影响 成活率在 9 5 左右 鲑鳟鱼类是 欧美 国家重要 的养殖 品种 早在 1 9 2 5 年 E mb o d y和 Hy f 0 r d 就对溪红点鲑 S a l v e l i n u s f o n t i n a l i s 进行 了抗地方疮疖病的选择育种 通过 3 代 连续选育 使 其成活率从 2 上升到 6 9 美 国的 D o n a l d s o n和 O l s o n 从 1 9 3 2年起 对野生虹鳟 S a l m o g a i r d n e r i 进行 了 2 3年 的选择育种 育成 了 生长快 早产 怀卵量大的 超级虹鳟 又经过 3 0 多年 的培育 目前 已得到包括美 国在内的世界各地 虹鳟养殖者的认 可 使世界虹鳟养殖产量增长了 2 倍 达到年产 5 O 万 t 以上 2 0世纪 7 0年代后 科研工作者对 多种鱼类进 行 了系统的选择育种工作 如斑点叉尾鲴 I c t a l u r u s p u n c t a t u s 虹 鳟 臆 大 西 洋 鲑 银 大 麻 哈 鱼 O n c o r h y n c h u s k i s u t c h 尼罗 罗非 鱼 O r e o c h r 0 mi s n i l o t i c n 卜H 奥利 亚 罗非 鱼 0 0 n 橙 色 莫桑 比克罗非鱼 0 mo s s a mb i c u s o r a n g e 和荷那龙 罗非鱼 0 h o r n o r u m I 1 6 1 等 都取得 了较好 的选育结 果 平均选育 1 代有 1 0 2 0 的遗传获得 值得 一 提的是 国际水生生 物资源管理 中心 I C L A R M 会同有关科研机构 成功培育出吉富品系尼罗罗非 鱼 G I F T 其生长速度 比菲律宾一般 的商品性品系 快 6 0 成活率高 5 0 1 9 9 4年中国引进 了该品 系并经过多年选育 育成了 新吉富尼罗罗非鱼 品 系 具有较好的养殖性能 1 4 J 2 杂交育种 杂交育种 C r o s s b r e e d i n g 已经在 水产生物 的 品种改良和生产中发挥了巨大的作用 该方法运用 孟德尔的分离 自由组合规律和连锁互换规律等遗传 规律来重建生物的遗传性 创造理想的变异体 杂 交育种并不产生新基因 而是将现有生物资源 的基 因和性状进行重新组合 将分散于不 同群体 的基因 组合 在一起 建立符合人们 意愿 的基 因型和表型 杂交可以分为种内杂交和种间杂交 种内杂交是同 一 种 的不 同品系 不 同品种 不同生态类 型 不 同种 群的个体 间进行交配 繁育后代 种间杂交是指不 同种 的个体之间进行交配 又称远缘杂交 包括不 同 科 不 同亚科和不同属的种问杂交 2 1 种内杂交 种 内杂交一般以提 高生长速度为主要 目的 目 前只有少数几个种类在生长性能方面表现出不同程 度的杂种优势 其 中 鲤的种 内杂交主要是采用不 同地理品系间和家养系与野生种间的杂交 1 7 1 8 1 前 苏联从 2 0 世纪 4 0 年代起开展了鲤抗寒品种 的选育 他们用黑龙江野鲤 和欧洲镜鲤杂交 杂种再与黑龙 江野鲤回交 回交种再系统选育到 F 6 F 7 育成了抗 寒力强 生长快的全鳞型鲤新品种 罗普莎鲤 匈牙利是欧洲的养鲤国家之一 其 8 0 的鲤产量都 来 自于杂交育种的苗种 其中得到推广的 3 个品种 的生长 速度 比亲本 以及其他 品系快 2 0 以上 1 1 8 1 另外还有 以色列 的 Do 卜7 0 品系 日本 的大和 镜鲤 0 刚等都是通过杂交育种获得的新品种 中国从 2 0世 纪 7 0年代 开始就 把鲤 的种 内杂 交优势用于生产实践 并取得了巨大经济效益 推动 了养鲤业的发展 现 已推广应用的鲤杂交种有丰鲤 兴 国红鲤 早 散 鳞镜鲤 芙蓉鲤 散鳞镜 鲤 早 兴 国红鲤 荷元鲤 荷包红鲤 早 元江鲤 等 都表现出明显 的杂种优势 一般可 增产 1 0 3 0 另外 建鲤是通过杂交 荷包红 鲤 早 元江鲤 定向选育 雌核发育等综合 育种技术育成的遗传性状稳定的优良新品种 与其 他杂交鲤 比较 其生长更快 平均增重高2 7 倍以上 产量可提高 8 9 2 1 2 6 8 养殖周期短 当年养 成食用鱼 1 2 1 0 除鲤外 虹鳟 斑点叉尾鲴等也有种内杂交育种 的报道 2 0 世纪 7 0 年代 美国曾对来自3 个不同孵 1 7 0 中 国水 产 科 学 第1 7 卷 化场的银大麻哈鱼进行品系问杂交实验 结果发现 品系间异种配偶存在差异 由地理隔离造成的不 同 品系间杂交 杂种表现出杂交优势 如 G r e e n河品系 与 S k y k o m i s 品系问的杂种 产量可提高 3 0 2 2 远缘杂交 早在 1 6 世纪中叶 就有关于鱼类远缘杂交的记 载 目前 远缘杂交已在水产养殖中得到广泛的应用 并成功地获得了许多优良的养殖种类 2 7 1 它们 的杂交后代一般都在生长速度 成活率 抗病力和性 别比例等经济性状方面具有杂种优势 有时杂交后 代并不表现出任何经济性状方面的杂种优势 但遗传 整合了双亲的优 良性状 也具有一定的经济价值 自 2 0 世纪 5 0年代末开始 中国也进行 了大量的鱼类远 缘杂交实验 主要涉及 3个 目 鲤形 目 鲈形 目 鲇形 目 7 个科 鲤科 鳍科 鲡科 鲷科 鲇科 胡子鲇科 继科 4 0多种鱼类 1 0 0多个杂交组合 其 中大多数 是鲤科不同亚科之问以及属问和属内种问的杂交 从 2 0世纪 5 0年代起 至今 中国 前苏联和 日 本 已进行 了约 3 0种鲤科 鱼类 4 0余个杂 交组合 如 鲢 H y p o p h t h a l mi c h t h y s mo l i t r i x 和 鳙 A r i s t i c h y s n o b i l i s 杂 交 种 的成 活率 和产 量 比双 亲都 高 而 且 比较 温 顺 2 0世 纪 7 0 8 0年 代 在 以 色 列 广 泛 养殖 2 8 L 匈 牙利 在 2 0世 纪 7 0年 代 进 行 的 草鱼 C t e n o p h a r y n g o d o n i d e l l a 和鳙 杂交组合 其杂交种 为 倍体 由于其不可育而被美国鱼类生物学家 用于有效 控制水生植 物 3 0 o正是这种杂种j倍体 的出现 而使不育三倍体草鱼诱导技术得到了迅猛 发展 3 1 1 o中国进行 的鲤科鱼类 的杂交组合较多 如 亚科间杂交组合有草鱼 早 团头鲂 Me g a l o b r a m a a mb l y c e p h a l a 鳙 早 团头鲂 及其反 交 等 3 2 3 8 o亚科 问杂交一般都能得到发育正常的鱼 苗 但孵化率偏低 杂种通常没有表现 出可利用 的 杂种优势 却会出现多倍体现象如草鱼 早 角 鲂 鲫 早 鲢 及其反交 b 鲤科鱼类 属间杂交组合如方正银鲫 C a r a s s i u s 0 M r 口 t s g i b e l i 0 早 X兴国红鲤 b 红鲫 早 湘江野鲤 等 其中方正银鲫 兴国红鲤杂交诱导雌核发育产 生 的异育银鲫和红鲫 湘江野鲤杂交产生 的异源 四倍体鲫鲤 已在养殖生产中得到应用 属 内种问杂 交组合元江鲤 早 和柏氏鲤 的杂种发育正常 起捕率 比一般鲤高 接近父本 4 1 1 鲫 早 白鲫 的杂交子代生长速度 比母本快 1 2倍 比父本快 2 0 3 0 4 2 1 罗非鱼属内同时存在雄性异配 x x早 一 x Y 型 与雌性异配 Z W 早 一 Z Z 型 2种性别决定机制 进 行种 问杂交可产生全雄性后代 由于雄鱼生长速 度要 比雌鱼快 3 0 此种杂交组合极具生产应用价 值 已在生产上得到广泛应用的福寿鱼 莫桑 比克 罗非鱼 早 尼罗罗非鱼 的生长速度 比母本 快 1 0 0 比父本快 5 O 比反交种快 3 6 5 1 4 3 o 尼罗罗非鱼 和奥利亚罗非鱼的杂交种奥尼罗非鱼 雄性率为 9 0 以上 其抗寒能力 比尼罗罗非鱼强 而且有较好的耐盐性 橙色莫桑 比克罗非鱼 早 荷那龙罗非鱼 杂交子一代的生长速度 比 奥尼罗非鱼快 2 5 3 0 雄性率为 9 8 以上 而 且生长快 规格整齐 起捕率高 4 5 10但罗非鱼杂交 目前依然存在杂交子代雄性率达不到 1 0 0 且不稳 定等问题 可能是罗非鱼种质不纯造成 的 另 外 以期获得耐盐和生长性能兼优 的罗非鱼新 品种 的杂交实验正在进行之中 0 J 鲑鳟类的杂交一般没有表现出生长优势 如 果把它们诱导成三倍体 则能提高它们 的孵化率和 成活率 不过 有学者认为三倍体应用会阻碍鲑 鳟类遗传改良计划的进程 3 性别控制 性别控制能够防止鱼群过度繁殖 提高生产效 益 同时尽可能地减少引种或育种对当地 自 然种群 遗传多样性的负面影响 4 7 5 0 5 1 已成功的例子有通 过间接的雌性化技术和静水压或温度休克法诱导获 得 二 三 倍体全雌大麻哈鱼 0 n c o r h y n c h u 5 k e t b 在 美 国 已运用雌核发育和激素处理相结合的方法生 产 出商业化 的不育全雌i倍体 X X X 草鱼和青鱼 My l o p h a r y n g o d o n p i c e u s 1 5 3 1 0英 国 2 0世纪 8 0年代 中期养殖的鲑 多数为雌核发育的全雌虹鳟 b 该技 术在法国 加拿大和 日本也得到了广泛推广 5 5 5 8 第1 期 朱华平等 鱼类遗传改良研究综述 1 7 1 3 1 天然雌核发育与异育银鲫 鱼类 雌核发育可分为天然雌核发育 和人工雌 核发育 已确知的天然存在的雌核发育鱼有十多 种 如亚马逊花鳝 P o e c i l i a f o r mo s a 黑龙江方正银 鲫 滇池高背鲫 淇河鲫 彭泽鲫 普安鲫 A B c型 滁州鲫 克氏美洲原银汉鱼 Me n i d i a c l a r k h u b b s i 泥 鳅 Mi s g u r n u s a n g u i l l i c a u d a t u s 等 特别 是据此 培育出的异育银鲫 是 中国在鱼类 遗传改 良研究领 域 的特色与创新 可视为 中国鱼类雌核发育研究从 试验阶段进入实用 阶段的开始 为世界所 瞩 目 异 育银鲫是由中国科学院水生生物研究所的科研人员 在 2 0世纪 7 0年代 以黑龙江省方 正县双风水库天 然雌核发育的三倍体银鲫为母本 以江西省兴国红 鲤 为父本 进行人工授精而产生的异精雌核全雌性 后代 此后 在揭示银鲫雌核生殖和两性生殖双重 生殖方式的基础上 利用银鲫 的双重生殖方式 将高 体 型 D系 异育银鲫 早 与平背型 A系 异育银 鲫 交配所产后代进行选育 再经异精雌核生殖 培育出异育银鲫的第 3代新品种 中科 3 号 其为平背型和高体型异育银鲫 的核质杂种 2 0 0 5 年一 2 0 0 7年连续 3年的生长对 比实验结果 显示 异 育银鲫 中科 3 号 比已推广的高体型异育银鲫生 长快 1 3 7 3 4 4 出肉率高 6 以上 遗传性状稳 定 其体色银黑 鳞片紧密 不易脱鳞 与高体型异育 银鲫相 比 其碘泡虫病发病率低 已成为养殖潜力越 来越大 产量稳步持续增长的淡水养殖鱼类之一 1 1 5 1 0 3 2 人工雌核发育 人工雌核发育用遗传失活的精子激活卵 使 卵 仅靠雌核发育形成胚胎并经过染色体加倍发育成正 常个体的技术 它作为快速建立纯合系或克隆的有 效手段受到各 国学者的极大关注 迄今为止 研究人员 已应用人 工雌 核发育技 术成功地培育出 鲤 5 9 6 1 6 3 锦鲤 6 4 6 5 鲢 6 6 6 7 1 草鱼 等十多种经济 鱼类的克隆品系 但就现阶段而言 由于人工诱导雌 核发育二倍体出现的频率低 单靠人工诱导雌核发育 技术还不能满足实际生产 的需要 吴清江等 通过 人工性逆转将雌f生 散鳞镜鲤培育成为功能性的雄鱼 使之 与人工雌核发育纯系红鲤 8 3 0 5杂交产生全雌 鲤 其生成速度较普通杂交鲤快 4 5 这为利用人 工雌核发育技术培育全雌鱼提供了切实可行的方法 虽然人工诱导雌核发育在鱼类养殖中的应用已取得 了一定的进展 但要把鱼类的人工诱导雌核发育技术 应用于大规模 的生产实践 还有一定的距离 无论是 基础理论还是应用技术 均有待于进一步深入研究和 完善 3 3全雄罗非鱼的性别控制 目前在罗非鱼性别控制方面 应用较广泛且效 益显著的是尼奥罗非鱼 它的生长速度 比父本 奥 利亚罗 非鱼 快 1 7 7 2 比母本 尼罗罗非鱼 快 1 1 2 4 抗病力和抗寒力较强 而且制种较简 便 在池 中可 自然杂交育苗 4 4 1 0通过性转化和杂交 方法获得的超雄罗非鱼 Y Y 与雌性罗非鱼 X X 交 配能产生 1 0 0 的遗传雄性罗非鱼后代 这样可 以 有效地解决罗非鱼养殖过程中普遍存在的性早熟和 过度繁殖等问题 而且其产量有较大提高 6 9 7 1 1 相 似 的方法也应用于奥利亚罗非鱼 经 l生转化的雌性 奥利亚罗非鱼 遗传雄性 Z Z 与雄性奥利亚罗非鱼 z z 交配可以产生全雄子代 7 2 1 4 多倍体诱导 鱼类染色体 的特点之一 是具有较大的可塑 性 易于加倍 这是人工诱 导多倍 体技术方法的理 论基础 不育三倍体鱼生长快的主要原因是不育 由于其具有 3 套染色体 在减数分裂过程中 只有 1 2的机会产生染色体数为 n和 2 n的配子 所 以其 性腺发 育受 阻 不 能生育 7 3 7 5 o 目前 鱼类多倍体 的诱导方法主要有温度休克 包括冷休克或热休 克 药物处 理 包括 细胞松弛素 B 6 一 二 甲基氨基 嘌呤 6 d i me t h y l a m i n o p u r i n e 简称 6 D MA P 咖啡 因 C a ff e i n e 秋水仙素和聚2 二醇 水静压 杂交等 其 中温度休克 药物处理和水静压都是通过阻止或破坏 纺锤体的形成或破坏已形成的纺锤体 抑制染色体的 移动和分离 妨碍细胞分裂 从而达到染色体加倍的 目的 而鱼类远缘杂交产生多倍体的机制不同 主要 是由加倍后的四倍体精 卵 原细胞通过正常的减数 分裂得到染色体数 目不减半 的二倍体配子 再与二 1 7 2 中 国水 产 科 学 第1 7 卷 倍体或单倍体配子结合产生多倍体 1 这种远缘 杂交鱼生殖细胞染色体数加倍的现象可能与其遗传 物质的杂交不相容性有关 适度 的不相容性调节生 殖细胞在减数分裂前进行核内有丝分裂 P r e m e i o t i c e n d o m i t o s i s 使染色体数加倍 复制后的染色体通过 相同染色体 的两两配对越过原有的 不相容 不配 对 的减数分裂障碍 最终形成不减半的配子 1 7 6 1 许多 多倍 体鱼类 已应用 于生产 取 得 了明显 的经济效益 如 日本 已大规模诱导生产苏大麻哈鱼 0 1 n a s o u 全雌三倍体和牙鲆四倍体 俄罗斯 已进 行 了工业化培育鲤三倍体 加拿大的全雌三倍体虹 鳟已投入商品化生产 美国天然水域中放养三倍体 草鱼等 3 0 1 o中国 自2 0世纪 7 0年代 中期开始鱼类 多倍体育种工作 1 9 7 6年中国科学院水生生物研究 所通过温度休克法获得了 5 7 草鱼三倍体和 4 0 四倍 体 7 7 o迄今 已获得草 鱼 鲤 7 9 l 鲢 虹 鳟 腿 水晶彩鲫 C a u r 0 t u s t r a n s p a r e n t c o l o r e d 白鲫 大鳞 副 泥鳅 P a r a mi s g u r n d a b r y 0 n M s 旧 等2 0 余种鱼类的j倍体或四倍体试验鱼 其 中应用细胞 丁程与有性杂交相结合的技术 成功培 育 出全球首例遗传性状稳定且 能 自然繁殖 的异源 四倍体鲫鲤种群 并以此四倍体鱼与二倍体鱼杂交 培育出不育的三倍体鲫 湘云鲫 和三倍体鲤 湘云 鲤 目前均 已进入实用化生产阶段 9 6 9 8 1 o在异育银 鲫人工繁育群体中发现的复合 四倍体银鲫具有雌核 生殖和两性融合生殖 2种不同的生殖模式 其生长 速度明显快于一般 的雌核发育子代 具有较高的生 长优势和养殖潜力 9 9 1 0 0 o它们的繁育成功 说明中 国的鱼类多倍体育种技术无论在理论上还是在实践 上都取得 了创造性突破 并达到国际领先水平 三倍体操作似乎对鲑鳟类 的遗传 具有负面影 响 通过对同一母系繁殖的二倍体和三倍体褐鳟和 虹鳟的成活率和生长进行遗传分析表明 三倍体种 间杂交种 虹鳟 0 my k i s s 早 褐鳟 S t r u t t a 或虹鳟 早 X 美洲红点鲑 S a l v e l i n u s f o n t i n a l i s 的成活率和生长速度与双亲的选育没有相关性 因 此 这种异源三倍体 的遗传改 良需要对杂种后代进 行试验 这样严重地限制了鲑鳟类杂交种 的养殖应 用 4 9 o同时 B o n n e t 等 研究也表 明 由于褐鳟和 虹鳟多倍体与家族参数的相互作用 对雄陛二倍体生 长陛能的选育可能对其产生的三倍体后代没有效果 5 细胞核移植和细胞融合 细胞核移植技术是将细胞核 供体 移植到另一 去核细胞 的细胞质 受体 中 使受体细胞得 以继续 分裂和发育的生物技术 该技术是 2 0世纪 5 0年代 初由美国学者 B fi g g s 和 K i n g 发明 他们以豹蛙 R a n a p ip ie n s 为材料 将囊胚期的动物极细胞核移人本种 去核的卵子 获得正常发育的完整胚胎 1 1 0 2 1 中国在 鱼类细胞核移植技术的建立 理论和实际应用方面都 居世界领先地位 1 9 6 3年中国著名生物学家童第周 先生率先在金鱼和鲭皱 R h o d e u s s i n e n s i s 中进行同种 鱼的细胞核移植 经过 2年的摸索 证明细胞核移植 工作也可 以在鱼类中进行 1 0 3 1 o 1 9 7 3年 童第周等 M 在这 2 种鱼之间进行了不 同亚科之间的细胞核移植 并先后与美籍华人牛满江教授合作 进行鲫和金鱼的 细胞核移植研究 此后又与国内许多单位合作 以中 国养殖鱼类 为研究对象 进行种问细胞核移植 获得 了多种核质杂种鱼 成功地将该技术应用于探索鱼类 新品种培育的研究中 1 0 5 细胞核移植技术历经 3 0年科研实践的改进和 提高 已日臻成熟 并在育种中得到了一定的应用 由荷包红鲤细胞 核和鲫细胞质组合在一起 育成 的 的鲤鲫移核鱼 其子 3 代肌肉的蛋 白质含量 比荷 包红鲤高 3 7 9 脂肪含量低 5 8 8 水分和灰分 含量均略低于荷包红鲤 与鲫相 比 除蛋 白质含量 比鲫少 1 3 1 6 灰分少 1 2 4 外 脂肪和水分含量 均高于鲫 潘光碧等 1 9 8 9 还以鲤鲫移核鱼的 子 2 代为父本 与散鳞镜鲤杂交 获得 比双亲更优 越 的杂种子 l代颖鲤 当年个体增重平均比双亲快 4 7 群体增重平坶陕1 0 9 以上研究说明 用细 胞核移植方法获得远源杂种鱼是培养具有重要经济 价值的鱼类新品种的有效途径 然而 以细胞核移 植技术产生纯合二倍体的效率还很低 离实际应用 尚有一段距离 随着这项技术的不断深入开展 它 必将对鱼类育种发挥更大的作用 第1 期 朱华平等 鱼类遗传改良研究综述 1 7 3 细胞融合技术是一种将 2 个具有不同遗传物 质的细胞合并为 1 个杂种细胞 的技术 因此也称细 胞杂交技术 人工诱导细胞融合方法主要有病毒诱 导法 仙台病毒 聚乙二醇法 电融合法 激光法等 童第 周 n 1 9 7 3 和郑 瑞珍 等 n 1 9 8 6 先 后 用 灭活的仙台病毒为融合剂 使金鱼囊胚细胞互相融 合 刘沛霖等 1 9 8 8 和易泳兰等 1 9 8 6 采 用 电融合装置 使大鳞副泥鳅囊胚细胞和本种未受 精卵融合 使大鳞副泥鳅 早 鳗尾泥鳅 Mi s g u r n u s a n g u i l l i c a u d a t u s 杂种囊胚细胞 与大鳞副泥鳅 未受精卵融合 使鲤囊胚细胞与红鲫未受精卵融合 并培育出细胞融合的鱼苗 另外 草鱼 团头鲂囊胚 细胞与本种卵细胞以及青鱼体细胞和鲢卵等组合的 电融合鱼也有研究 但均未获得真正意义上的多倍 体 仅得到心跳期胚胎或嵌合体仔鱼 11 1 2 1 6 低温保存技术 鱼类精子和胚胎低温保存技术近 2 0年来发展较 快 1 1 3 1 1 6 尽管胚体保存技术不是十分严格的遗传改 良方法 但在水生野生动物资源或人工养殖动物资源 的遗传保存等方面表现出了一定的潜力 1 13 1 17 1 同时 也可用于特殊物种精子的保存或推广改良种 1 1 1 8 1 0可 以利用低温保存的精子通过雄核发育拯救濒危或者 已灭绝物种 4 0 1 1 9 当然充分利用这种技术 的前提是 建立精子库 目前 已经建立 了包括鲑在 内的一些 物种的精子库 1 2 1 1 0近几年来 中国在海水鱼类精子 和胚胎冷冻保存方面取得 了重大进展 在精子冷冻 保存方面 共建立了近 2 0 种海水鱼类精子冷冻保存 技术和海水鱼类精子库 并应用冷冻精子进行了杂交 育种实验 1 2 2 1 2 3 建立了海水鱼类胚胎玻璃化冷冻保 存技术 多次成功地在液氮中获得冷冻复活的牙鲆胚 胎 并孵化出鱼苗 1 2 4 1 o 虽然取得了上述成就 但与已经成熟并已商业 化的奶牛以及其他家畜精子冻存技术相比 鱼类精 子低温保存技术似乎刚刚起步 7 分子标记和分子辅助育种 2 0世 纪 8 0年代 中期 在 J e ff r e y s 等 发 现 物 种的基因组在 D N A水平上存在高度变异之后 D N A 分子标记便取代 同工酶成为遗传研究 中一种主要的 研 究手段 1 2 6 1 o 2 0世 纪 9 O年代水产动 物基 因组 和 基 因图谱研究发展迅速 新的以 D N A为基础的遗传 研究方法得 到了发展和应用 其 中包括种质鉴定以 及种系的遗传追踪 无性繁殖和染色体组操作 后期同质鉴定 I 3 2 1 3 3 连锁 图分析 数量性状位 点 Q u a n t i t a t i v e t r a i t l o c i Q T L s 的鉴定 以及其 他遗传育种研究 H 等 第 1 个鱼类遗传连锁图谱 是P o s fl e t h w m t 等 引 在模式鱼类斑马鱼 B r a c h y d a n r e d o 上建立的 随着 A 兀P A m p l i fi e d f r a g m e n t l e n g t h p o l y mo r p h i s m 微 卫 星 和 S N P s S i n g l e n u c l e o t i d e p o l y mo r p h i s m 等分子标记技术 日益成熟 目前 国外 学者除了构建 了斑马鱼 删 NN 0 y z i l a t ip s 1 4 5 1 河 纯 T a k if u g u r u b r i p e s 1 4 6 1 剑 尾鱼 0 p h e U e r i 三棘刺鱼 G a s t e r o s t e u s a e u l e a t u s 等 5种 模式鱼类遗传连锁图谱外 还构建了罗非鱼 1 3 4 1 3 8 虹鳟 等十多种经济鱼类 的遗传连锁 图谱 1 5 0 1 6 1 在国内 目前主要处于筛选分子标记阶段 已经在草 鱼 鲤 鲢 鳙 银鲫 大菱鲆 真鲷 P a g r o s o m u s m a j o r 等鱼类上分离了大量 的微卫星标记 并筛选到与 鲤抗寒性状相关的分子标记 1 6 3 0而构建遗传连锁 图谱的研究起步较晚 目前 已构建 了鲤 和大黄鱼 P s e u d o s c i a e n a c r o c e a 的遗传连锁图谱 虽然分子标记辅助育种具有推动育种快速发展 的巨大潜力 但 目前筛选得到的重要水产养殖 动物 微卫星标记 其绝大部分都来源于基 因组 中的微卫 星标记 只有部分是功能性分子标记 来 自表达序列 标签 的微卫星 E S T S S R 1 6 5 1 6 6 S N P s 由于应用于 水产 动物研究起 步较晚 尚缺乏足 够的 S N P s 位点 来构建遗传图谱或进行关联分析 值得一提的是 在鲑的单l生 别控制研究中 通过 D N A探针鉴定出了 基 因型为 Y Y的超雄鲑 1 6 7 1 0最近 加拿大科学家克 隆出 1 个大鳞大麻哈鱼 0 ts h a w y t s c h a Y染色体特 异的D N A探针 用此探针能很容易地鉴别出遗传性 别 1 6 8 0这一技术的开发成功为大麻哈鱼单I生 苗种的 生产提供了一条行之有效的检测手段 在鱼类性别控 制和单 苗种生产上具有重要意义和应用潜力 1 7 4 中 国 水 产 科 学 第 1 7 卷 8 转基因技术 8 1 转基因鱼研究及其商品化趋势 中 国科学 家朱 作言 先生 于 1 9 8 5年成功 地完 成了世界上第一例转基因鱼的研究 u 从此以后 掀起了世界各 国对转基 因鱼的研究热潮 在鱼类 转基 因领域 中 研究较多的有生长激素 抗冻蛋白 抗菌肽和溶菌酶等基 因 其主要 目的是促进生长 提高抗逆性 最终提高其品质和经济价值 17 0 1 D u 等 1 9 9 2 用美洲大绵鲥 Z o a r c e s a me r i c a n u s 抗 冻蛋 白基因启动子和大鳞大麻哈鱼生长激素基 因构 建 了全鱼转基 因大西洋鲑 经 1 年 的试养 转基 因 鱼平均生长快 2 6倍 最快者 比对照组的非转基 因鱼快 1 2 倍 R a h m a n等 1 7 2 1 1 9 9 9 将大鳞大麻哈 鱼生长激素基因与美洲大绵鲥抗冻蛋白基因调节序 列拼在一起 转入罗非鱼 产生的转基因鱼平均体重 是对照组的 3 倍 随着转基 因技术的发展和成熟 目前进行过转基因鱼研究 的有鲤 大西洋鲑 虹鳟 尼罗罗非鱼 金鱼 鲮 C i r r h i n u s mo l i t o r e l l 0 蓝太 阳 鱼 L e p o mi s c y a n e l l u s 斑点叉尾鲴 非洲鲶 C l a r i a s g a r i e p i n u s 白斑狗鱼 E s 0 l u c i s 等 1 7 3 1 7 5 规模化 养殖实验也在进行中 从转基冈鱼类的商品化研究 现状来看 新加坡的邱才 良 n 刮和 D e v l i n h 实验室 获得具有商业化应用潜力的转抗冻蛋 白基 因大西 洋鲑 但迄今尚无转基 因鱼商品化实例 朱作言 等 建立 了鱼类转基 因模型 培育出快速生长的 转 全鱼 基因黄河鲤 子一代群体生长速度比对照 快 4 5 饵料利用率提高 1 8 o并 且从 外源基因 整合的动力学过程 作用机制 转基因鱼的能量学 生化组成 食品安全 养殖和生态安全等各方面都进 行了系统的研究 技术上已经做好了市场化的准备 有可能成为世界上首例商品化的转基因经济性鱼 类 1 8 0 o另外 冯浩等 研制 的转 全鱼 基 因三 倍体鲫鲤养殖实验结果证实其不育 在推广养殖上 具有生态和遗传安全性 除了经济鱼类外 其他一 些小型模式动物如斑马鱼 青鳝 金鱼 泥鳅 和观赏 性鱼类金鱼和唐鱼 T a n i c h t h y s a l b o n u b e s 也成功地 进行 了转基因研究 1 7 5 1 7 8 1 8 2 1 8 3 1 新加坡研制的转红 色荧光蛋白基 因斑马鱼 2 0 0 4 年初获准进入美国 加 利福尼亚州除外 宠物市场 成为世界上首例实现 商品化的转基因鱼 8 2 转基因鱼食用安全问题仍存在争议 尽管转基因技术对水产动物养殖品种的遗传改 良起到了很大作用 但同时可能带来食品安全及生态 安全问题 转入 的外源基因可能会导致转基因鱼在 外型 功能和健康等方面发生改变 这与其他一些转 基 因动物研究相似 1 7 0 1 8 4 1 8 5 转基因鱼的食 品安全 评估也必须同化学药品等其他 口服或注射药物一样 严谨 1 8 6 1 8 7 不过 有学者认为随着科技的高速发展 转基因鱼在不久的将来会逐渐被接受 18 8 18 9 因此具 有巨大的发展潜力 9展望 尽管一些养殖种类如鲤 大西洋鲑 虹鳟 斑点 又尾鲴 罗非鱼等得到了遗传改良 但更多种类有待 关注 甚至许多养殖鱼类目前尚未得到遗传改良 近几年来 用于改 良的水产动物种类越来越多 而且 通过选择育种 杂交育种 性别控制 多倍体育种等 方法获得的 良种在养殖生产 中的作用也越来越 明 显 快速发展的现代生物技术又为鱼类基因工程育 种和分子育种提供 了有效 的技术手段 通过这些技 术可以获得 鉴定 保存大量的鱼类自然资源 并能 对这些资源进行合理的评估 保护和利用 这些都推 动了鱼类遗传改 良的进程 随着人类基因组研究计 划的完成 未来几年一些重要鱼类 的基 因组全序列 测定工作也将相继完成 将获得大量与生长 生殖 抗病 抗逆及性别等重要经济性状相关的功能基因 以及基 因标记和分子标记 通过研究控制鱼类重要 经济性状的基因的结构 功能和调控关系 阐明鱼类 重要经济性状的遗传基础 针对 目 前鱼类病害的频 繁发生 中国众多宜渔盐碱水域 的综合利用 以及鱼 类抗逆能力有待提高等现状 在充分利用现有种质 资源条件下 可采用基因标记或分子标记辅助育种 技术 基 因重组或基 因转移技术与常规育种相结合 的方法 综合不同生物的优 良性状 按人类的意志定 向培育新的物种或种类 从而形成新的育种技术体 第1 期 朱华平等 鱼类遗传改 良研究综述 1 7 5 系 在提高主要养殖鱼类的生产效率 满足人类 日益 增长的需求的同时 也丰富了物种多样性 就 目前基 因标记 以及 分子标记辅助 育种技术 的研究 和应用状况来看 尽管它们具有非常广泛 的 应用前景 也吸引了大量资金投入 但目前仍然难以 对水产业形成较大 的影响 在转基 因技术领域 中 国经过近 3 0多年的努力 已处于国际的前列 但转 基因鱼的商 品化生产应用也 因生态 遗传和食品安 全等悬而未决 的问题而受到影响 因此 把现代生 物技术应用到生产实践 中 无论是基础理论研究还 是应用技术 均有待于进一步深入 和完善 目前鱼 类的遗传改良已受 到广泛的关注和重视 随着鱼类 遗传改良研究的进一步加强 现有生物技术的不断 改进以及新技术的出现 鱼类遗传育种研究必会将 有新的成就和突破 参考文献 1 G i e d r e m T S e l e c t i v e b r e e d i n g t o i mp r o v e a q u a c u l t u r e p r o d u c t i o n W o r l d Aq u a e 1 9 9 7 28 3 3 4 5 2 桂建芳 鱼类品种改良的遗传和发育基础研究的现状和将来 J 生命科学 2 0 0 5 1 7 2 1 1 2 1 1 8 3 K i r p i c h n i k o v V S I l y a s o v J I S h a r t L A e t a1 S e l e c t i o n o f k r a s n o d a r c o m mo n c a r p C y p r i n u c a r p i o L f o r r e s i s t a n c e t o d r o p s y p ri n c i p a l r e s u l t s a n d p r o s p e c t s 1 1 A q u a c u l t u r e 1 9 9 3 1 1 1 7 2 0 4 程汉 良 潘黔生 马 国文 等 鲤 鱼育种研 究 J 内蒙古 民族大 学学报 2 0 0 1 1 6 1 4 6 4 8 5 E m b o d y G C Ha y for d C O T h e a d v a n t a g e o f r e a r i n g b r o o k t r o u t ri n g e d i n g s f r o m s e l e c t e d b r e e d e r s J T r a n s A m F i s h S o c 1 9 2 5 5 5 1 3 5 1 4 2 6 Do n a l d s o n L R Ol s o n P R De v e l o p me n t o f r a i n b o w t r o u t b r o o d s t o c k b y s e l e c t i v e b r e e d i n g I 1 T r a n s A m F i s h S o c 1 9 5 5 8 5 9 3 1 01 7 Du n h a m R A B r u mme t t R E R e s p o n s e o f t w o g e n e r a t i o n s o f s e l e c t i o n t o i n c r e a s e d b o d y we i g h t i n c ha n ne l c a t f i s h I c t al u r u s p u n c t a t u s c o mp a r e d t o h y b ri d i z a t i o n w i t h b l u e c a t f i s h f u r c a t u s m a l e s 叫 J Ap p l A q u a e 1 9 9 9 9 3 7 4 5 8 G j e r d e B Gr o w t h a n d r e p r o d u c t i o n i n f i s h a n d s h e l l f i s h J J Aq u a c u l t u r e 1 98 6 57 3 7 5 5 9 My e r s J M He g g e l u n d P O Hu d s o n G e t a 1 Ge n e t i c s a n d b r o o d s t o e k ma n a g e me n t o f c o h o s a l mo n 1 1 1 Aq u a c u h u r e 2 0 0 1 1 9 7 4 3 6 2 1 0 F l e mi n g I A G r o s s M R B r e e d i n g s u c c e s s o f h a t c h e r y a n d w i l d e c h o s al l o n On c o r h y n c h u s k i s u t c h i n c o mp e t i t i o n叫 E c o l A p p 1 1 9 9 3 3 2 2 3 0 2 4 5 1 1 E k n a t h A E T a y a me n M M P a l a d a d e V e r a M S e t a 1 G e n e t i c i mp r o v e me n t o f f a r me d t i l a pi a s t h e g r o wt h e r f o r ma n e e o f e i g h t s t r a i n s o f O r e o c h r o mi s n i l o t i c u s t e s t e d i n r e n t f a r m e n v i r o n me n t s叫 Aq u a c u l t u r e 1 9 9 3 1 11 1 71 1 8 8 1 2 L o n g al o n g F M E k n a t h A A B e n t s e n H B R e s p o n s e t o b id ir e c t i o n al s e l e c t i o n f o r fre q u e n c y o f e a r l y ma t u r i n g f e ma l e s i n Ni l e t i l a pi a O r e o c h r o mi s n i l o t i c u s L Aq u a c u l t u r e 1 9 9 9 1 7 8 1 3 2 5 1 3 P o n z o n i R W Ha mz a h A T a n S e t a 1 Ge n e t i c p a r a m e t e r s a n d r e s p o n s e t o s e l e c t i o n for fi v e we i g h t i n t h e GI F T s t r a i n o f Ni l e t i t a p i a O r e o c h r o mi s n i l o t i c u s J 1 Aq u a c u l t u r e 2 0 0 5 2 4 7 2 0 3 2 1 0 1 4 颉晓勇 李思发 蔡完其 吉富品系尼罗罗非鱼选育过程中遗传 变异的微卫星分析 I 1 水产学 报 2 0 0 7 3 1 3 3 8 5 3 9 0 1 5 桂建芳 鱼类性别 和生殖的遗传基础及其 人工控制 M 北京 科学 出版社 2 0 0 7 1 6 6 1 6 7 1 6 朱华平 卢迈新 黄樟翰 等 橙色莫桑 比克罗非鱼 O r e o c h r o mi s m o s s a m b i c u s 和荷那龙 罗非鱼 0 h o r n o r u m 的选育效果评价