利用貝殼顏色標記分析皺紋盤鮑苗種繁育中的無意識選擇

李加琦,劉 曉

(1.中國科學院 海洋研究所,山東青島266071; 2.中國科學院 研究生院,北京100039)

選擇育種是按既定目標、有意識地針對特定性狀開展的人工育種過程。然而,除方向明確、有意識進行的選擇操作外,實際生產和研究中也可能存在無意識的選擇行為。無意識選擇(unintentional selection)主要指生產和研究的日常管理、操作過程中存在的計劃外、無意識的篩選或淘汰行為[1-2],這種無意識的篩選可能影響研究結果的可信度。在長壽命果蠅的選擇[3]、放流魚類的野外生存能力[4]等研究中已證明確實存在無意識選擇。

皺紋盤鮑(Haliotis discus hannai)的貝殼顏色受遺傳控制[5-6],同時也受食物影響[6]。野生型皺紋盤鮑攝食底棲硅藻和紅藻期間形成的貝殼呈褐紅色,攝食褐藻、綠藻及添加有褐藻藻粉的配合餌料期間形成的貝殼呈綠色[6-7]。

皺紋盤鮑貝殼某個區域的顏色取決于該區域貝殼生成期間的食物類型,且貝殼生成之后色調不再改變。因此,在每個皺紋盤鮑的貝殼上記錄了該個體成長中的一些經歷: 貝殼的顏色體現了它在某個階段所攝取的食物類型,生長紋記錄了當時的食物供應、水溫、鹽度等環境情況。由于皺紋盤鮑的貝殼顏色可反映它攝食餌料的類型、且幼鮑對餌料轉換反應快速,據此,在本研究中我們將貝殼顏色作為形態標記,通過對投喂人工配合餌料后第3天與第30天這2個時間點幼鮑貝殼頂部褐紅色部位的殼長平均值進行比較,分析幼鮑在剝離后的第一次食物轉換期間是否受到無意識選擇。

l 材料與方法

1.1 繁育用親本

本實驗共使用3個選育群體(Pa、Pb、Pc)和1個雜交子一代(CJ-F1)作繁殖親本。其中,選育群體 Pa和 Pc從大連市水產研究所 1997年生產的苗種中向不同方向選育得到,Pb從該所1998年繁育的苗種中開始選育; 雜交子代(CJ-F1)是山東尋山漁業集團總公司以中國土著皺紋盤鮑為母本、日本皺紋盤鮑為父本繁殖的雜交F1。

1.2 交配方式

將親本Pa與Pc、Pb與Pc分別進行雙列雜交,共制備AA、BB、CC 等群體內交配的3個群體及AC、CA、BC、CB等群體間雜交的4個組合,加上以CJ-F1母本,Pc群體為父本的三元雜交子代,如上共繁育了8個群體。

1.3 繁殖

按常規流程進行: 將雌、雄親鮑分別放入催產槽中,使用預熱至 23℃的紫外線過濾海水刺激種鮑排放配子,分別收集精子和卵子,按表1的組配策略分別進行人工授精。受精卵按常規工藝孵化,約 12 h后選出擔輪幼蟲,培育60 h后將后期面盤幼體投放到1m×9 m的水泥池中,用預先培育底棲硅藻的透明波紋板采苗。

表1 群體來源和編號Tab.1 The genetic origin of the experimental populations

采苗后約 60 d,使用大蒜汁稀釋液刺激幼鮑將其從透明波紋板剝離下來,轉移到池底,以 20 cm×35 cm的瓦片作附著基繼續培育,從剝離次日開始投喂含海帶粉的人工配合餌料。

1.4 數據的采集及統計分析

幼鮑取食底棲硅藻時形成的貝殼顏色呈褐紅色,但攝食含海帶或裙帶菜粉的人工配合餌料時形成的貝殼呈綠色。從附著有硅藻的波紋板剝離下來、轉為投喂人工配合餌料3 d后,大部分幼鮑的前端可見有新生長的、呈鮮艷綠色的貝殼。

投喂配合餌料后第 3 天,從每個群體隨機取約100個個體,測量每個幼鮑貝殼頂部褐紅色部位的殼長值,統計分析每組樣本剝離時的殼長平均值及方差、變異系數等。

投喂人工配合餌料后 30 d,再次從每個群體中隨機取約100個幼鮑,測量它們的剝離時殼長。

分別計算每組幼鮑在3 d和30 d時的平均剝離殼長。采用 SAS 9.0的單因素方差分析(One-way ANOVA)檢驗每組樣本在這 2次測得的剝離殼長平均值之間是否存在顯著性差異。

2 結果

2.1 幼鮑剝離后不同培育時間的貝殼形態和顏色

圖1示幼鮑剝離后攝食配合餌料不同時間的貝殼形態與顏色。圖1-A示幼鮑剝離時的貝殼顏色,幼鮑在攝食硅藻期間生成的貝殼呈褐紅色; 圖 1-B為投喂配合餌料后第 7 天的幼鮑,貝殼頂部呈褐紅色,是剝離前攝食硅藻期間生成的,貝殼前端邊緣呈綠色的部分是攝食配合餌料后新生長形成的,新生成的貝殼前緣綠色部分與該個體貝殼頂部原攝食底棲硅藻期間形成的褐紅色部分差異顯著且界限清晰;圖1-C為投喂配合餌料后30 d的幼鮑,貝殼的綠色部分較7 d時顯著增大且貝殼的厚度增加、顏色加深,但貝殼頂部剝離前攝食硅藻期間生成的褐紅色部分仍保持生成當時的形態和顏色; 圖1-D是7月齡的幼鮑,在它剝離后,曾數次投喂過添加紅藻粉的配合餌料,取食紅藻粉時在殼面上形成褐紅色環紋。由圖1-D可見在攝食配合餌料的5個月期間,個體生長迅速,綠色部分占據了貝殼的大部分區域,但貝殼頂部的褐紅色部分仍然清晰可見。

圖1 不同培育時間幼鮑的貝殼形態和顏色Fig.1 The morphology and shell color variations in Pacific abalone seeds

綜合圖 1中 4個階段幼鮑的貝殼形態與顏色,可見: (1)皺紋盤鮑的貝殼呈右旋生長,生長區域主要在貝殼的前端; (2)幼鮑貝殼的顏色可快速反映所攝取食物類型的變化; (3)攝食不同餌料生成的貝殼色調不同,但貝殼在形成之后,色調將終身不變。

2.2 剝離后3 d和30 d幼鮑褐紅色部位殼長的統計分析

8組供試樣本在攝食配合餌料3 d與30 d所測的幼鮑剝離時殼長及其統計數據如表2示。由表2可見所有組合在投喂配合餌料后30 d時測得的褐紅色部位殼長平均值均大于換餌后3 d時的測定值。統計分析表明,BB、CC、AC、BC、CB、F1-C組在換餌后 2個時間的初始殼長平均值差異達到極顯著水平(P< 0.001),AA組換餌后不同時間初始殼長平均值差異顯著(P< 0.05),僅CA組的2次測量間差異未達顯著水平(P> 0.05)。除BB和CA組外,其他6組在轉換餌料后30 d的極差都低于換餌后3 d; 除BB組外,其余組在轉換餌料后30 d時的變異系數均低于換餌后3 d,表明至剝離后30 d時,存活幼鮑的貝殼褐紅色部位殼長更趨于一致。

剝離后30 d存活幼鮑的褐紅色部位殼長平均值大于同組3 d時的平均值,且剝離后30 d時存活幼鮑的貝殼褐紅色部位殼長離差變小。綜合前述 2項結果可推知: 在剝離后的第3天至第30天期間,剝離規格小的幼鮑被淘汰的比例高于剝離規格大的。這可能是皺紋盤鮑人工繁育工藝該階段日常管理操作中“無意識選擇”的結果。

表2 攝食人工配合餌料不同時間幼鮑殼頂褐紅色部位殼長及其方差、極差及變異系數Tab.2 The variance,range and coefficient of variation of the brownish shell length after feeding the artificial diets for 3 and 30 days

3 討論

按我國北方現行的皺紋盤鮑苗種培育工藝,催產、授精、孵化等培育環節在相對小、便于移動的容器中進行。受精后第3天,發育到匍匐幼體階段后被投放到水泥池中,用預先培育有底棲硅藻的透明波紋板采苗。受精后約1周,完成變態成為圍口殼幼體,并開始攝食。完成變態的幼體攝食舟形藻、卵形藻等底棲單細胞硅藻。6~10周后,殼長3~6 mm的幼鮑從透明波紋板轉移下來,這個過程稱剝離,生產上用“剝離規格”描述剝離時幼鮑的殼長。剝離后的幼鮑轉而投喂人工配合餌料,配合餌料中含海帶、裙帶菜等褐藻、或江蘺等紅藻的藻粉[8]。因此,幼鮑的餌料在剝離后發生了改變,從硅藻改換成配合餌料。而攝食配合餌料3 d后,幼鮑的貝殼就呈現褐紅色與綠色2種顏色: 褐紅色的在殼頂部位,是剝離前攝食硅藻時生成的; 綠色的在貝殼的前緣部位,是攝食配合餌料后新生成的。

投喂配合餌料后 2~3 d幼鮑的貝殼前緣即已形成肉眼可見的綠色,表明幼鮑在攝食配合餌料后很快停止分泌褐紅色相關物質到貝殼中,因此,每個個體貝殼頂部褐紅色部位的殼長可反映該個體剝離時的殼長。而如圖1-B、1-C、1-D所示,幼鮑貝殼上褐紅色與綠色區域界限分明,這給我們測量貝殼頂部的褐紅色區域殼長提供了便利; 且在我們的研究中已證明貝殼形成后,已生成的貝殼表面積不再擴展[9],比如每個個體剝離前攝食底棲硅藻期間形成的褐紅色部位的范圍在幼鮑、成鮑等階段都不再改變,這使通過測量貝殼頂部褐紅色區域的殼長來追蹤幼鮑剝離時的規格成為可能。

在以往的生產中已觀察到剝離時間是影響幼鮑存活率的一個關鍵因素。為此,在 10多年前,生產中已普遍采用轉板等工藝延長幼鮑攝食底棲硅藻的時間,推遲剝離[10]。該項工藝改革大幅提高了幼鮑的生長速度和存活率,但以往的數據無法確定該工藝提高幼鮑存活率的主要原因是由于剝離時幼鮑的日齡增長還是剝離時幼鮑的規格增大,或者這兩者各占多少比重。本研究的結果明確了其中的一個問題,即相同日齡的幼鮑,剝離時規格大則存活率高。

本研究的初步實驗表明,在皺紋盤鮑的人工繁育中存在無意識選擇: 剝離后的一個月內,同批次繁育的苗種中剝離規格小的幼鮑的淘汰率高于剝離規格大的苗種; 而在實際生產中,在剝離后這個階段,任何育苗廠家都沒有淘汰某些特定苗種的意圖,也沒有任何操作流程去有意實施該項選擇。因此,這不是一個有目的、有意識的選擇,而是實施現階段育苗工藝的自然結果——按該工藝操作時,無意間對幼鮑在食用硅藻期間的生長速度進行了一次較強的選擇,這種無意識選擇行為使早期生長速度快的幼鮑有更多的存活機會。對于以生長速度快為目標的選擇育種而言,這種無意識選擇對研究結果不會產生顯著的不良影響; 但對于一些基礎研究而言,繁育工藝中的這種無意識選擇將導致研究結果偏離真實數值,因此在相關研究中應引起重視、設法避免。

一些無意識的定向選擇可能在確定親本和培育過程中即已發生,比如在果蠅的培養中發現,性早熟果蠅相對于晚熟果蠅所產的卵更可能被收集、保留并進入下一輪繁殖,這在不經意間給了性成熟時間早的親本更多的繁衍機會,無意間對果蠅的產卵時間這一性狀進行了定向選擇,該并非出自本意的操作可能影響果蠅產卵期相關研究的結果[3]。而在鮑繁育過程中,也存在類似現象,比如我們在實際生產中觀察到規格大、鮑齡高則生殖腺發育成熟所需的有效積溫相對更高,同時催產過程中配子排放所需的時間也相對更長。因此,如果不特別注意防范,則生產中體型大、鮑齡高的親本反倒不如體型小、相對年輕的親本貢獻的配子多,甚至前者可能沒有機會參與繁殖,若如此,則這些生長速度快、壽命長的親本將在無意間被淘汰。我們雖已注意到這些現象,但相關的實驗性研究尚很欠缺,希望本文的嘗試性研究工作能引起對海洋動物生產和研究中無意識選擇行為的關注。

致謝：本研究繁育相關工作在榮成海洋珍品有限公司和榮成億祥水產養殖有限公司進行,特表謝忱。

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