九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)耐低鹽與生長性狀的遺傳參數評估*

蔣 湘 劉建勇① 賴志服

(1.廣東海洋大學水產學院 湛江 524025;2.汕尾市紅海灣新海生養殖有限公司 汕尾 516600)

九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)又稱雜色鮑,自然分布于我國東南沿海海域,最北至日本、韓國海域,最南至菲律賓沿岸(Lindberg,1992),其營養價值與經濟價值高,為海產八珍之一。中國的九孔鮑人工育苗養殖技術研究始于20世紀 70年代(柯才煥等,2011),90年代中期由于陸地工廠化養鮑技術的引進,九孔鮑迅速成為中國南方海域主要水產養殖品種之一(Nieet al,2004)。但是伴隨著九孔鮑養殖業的發展,育苗和養成期暴發大規模病害,加之鮑魚養殖企業不注重親鮑選擇與育苗工藝改進,持續近親繁殖導致鮑魚品種種質下降,對環境的適應力降低等,都給九孔鮑養殖業造成巨大的經濟損失(宋振榮等,2000;徐力文等,2006;王江勇等,2007),嚴重制約了中國鮑魚養殖業的發展。目前已有很多關于九孔鮑遺改良的研究報道,如種間雜交(柯才煥等,2000;蔡明夷等,2006),群體間遠緣雜交(Youet al,2009;游偉偉等,2005),群體選育(Youet al,2010a)與分子標記輔助育種(Zhanet al,2009)。

估計遺傳參數是為了更好制定育種策略,開展遺傳育種研究。遺傳參數主要包括遺傳力、遺傳相關與重復力,尤其是遺傳力和遺傳相關,對個體育種值估計、育種規劃決策都起著十分重要的作用。有關水產動物遺傳力的估計研究較多(郭華陽等,2011;Lucaset al,2006;Youet al,2010b;鄧岳文,2005;孫長森等,2010),主要在一些數量性狀方面,而與抗逆性狀相關的遺傳參數估計研究不多,王曉清等(2009)通過建立大黃魚(Larimichthys crocea)15個半同胞家系,進行魚苗對低鹽、低溶氧和低pH值的抗性試驗,并估計家系耐環境因子遺傳力參數;張慶文等(2002)和楊翠華(2007)估計中國對蝦(Fenneropenaeus chinensis)抗病群體的遺傳參數,欒生等(2008)基于表型值和育種值對中國對蝦生長、抗逆性狀進行相關分析,國外學者研究凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)對桃拉綜合征病毒(TVS)抗逆性(Argueet al,2002),以及凡納濱對蝦(L.vannamei)對白斑綜合征病毒(WSSV)抗逆性(Gitterleet al,2005)。有關鮑的抗逆性遺傳參數估計研究未見報道,本研究根據不平衡巢式設計方法,建立 36個全同胞家系,利用線性動物模型與公母畜閾模型對九孔鮑生長與耐低鹽性狀的遺傳參數進行評估,為九孔鮑育種項目的后續選育工作提供基礎依據與參考。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

實驗所用的九孔鮑家系材料培育于2011年10月,在廣東省汕尾市紅海灣經濟開發區遮浪鎮新海生養殖有限公司基地進行。所選親鮑的表型性狀:殼長為(5.46±0.47)cm,殼寬為(3.37±0.32)cm,體質量為(20.64±4.45)g。

1.2 實驗設計

選擇健康、性腺發育良好的 100只個體進行實驗。選取性腺發育良好的12個雄性和36個雌性鮑,室內催產并采集精卵。通常雄鮑排精比雌鮑產卵要提前半個小時,將適量精卵混合進行授精,采用Comstock等(1952)建立的巢式交配設計,每個雄性鮑分別與3個雌性鮑交配,構建12個半同胞家系和36個全同胞家系,家系之間嚴格避免相互混雜,其它水質控制、養殖密度、餌料投喂和日常管理等操作,均按照標準化程序進行。當養殖到240日齡時,每個家系分別隨機選取 40個,測量殼寬、殼長和體質量等生長性狀。

耐低鹽預實驗,設定鹽度梯度20,18,16,14和12,一個海水對照組,得到九孔鮑低鹽度實驗適宜鹽度為16,選擇鹽度16來進行家系的耐低鹽遺傳參數估計。每個家系隨機取活力較好的九孔鮑 40只,分為2組,每組20只,置于四角磚下,裝入黑色塑料框(30cm×20cm×15cm)內,所有塑料框都做好標記避免混淆,全都置于大水泥池(7m×3m×1.35m)內養殖。保證養殖條件一致,提高實驗準確度,24h充氣,飼養48h。定時觀察九孔鮑的活力并統計存活率。

1.3 數據統計分析

記錄個體的性狀,并按順序排列。按照方差組分和遺傳參數估計所使用軟件 ASReml(Gilmouret al,2009)的要求,對數據進行整理和排列,系譜關系另建文件保存,表型參數由SPSS17.0軟件包計算獲得。

耐低鹽性狀的表示方法:實驗結束后,以二進制數據來表示個體的存活狀態,1為存活,0為死亡。做好記錄,并統計家系存活率(?deg?rdaet al,2007)。

1.4 統計分析模型

建立無重復觀測值的個體動物模型,對于每一個體生長性狀的觀察值y均可剖分為:

其中,i,j,k分別表示池號、全同胞組號、個體編號,yijk為性狀觀測值,u為總體平均值,Hi為池固定效應,fj為全同胞家系效應,ak為個體隨機效應,eijk為隨機殘差效應,殼長(L)、殼寬(d)與體重(w)的遺傳力計算公式為:

抗逆性實驗結束后,統計所有實驗個體的存活情況,得到各家系存活率,應用閾模型與廣義線性混合模型分析方法(GLMM)估計存活性狀的方差組分(logistic分布),育種分析模型為公母畜模型:

其中,l表示全同胞組號,yijkls為第s個體的存活狀態,(1為存活,0為死亡),Nijkls為潛在變量,如果Nijkls＞0,那么yijkls=1,如果Nijkls≤0,那么yijkls=0,Hi為池固定效應,Sj為公畜遺傳效應,dk為母畜遺傳效應。

存活性狀遺傳力計算公式:

在Restricted Maximum Likelihood Method(REML)迭代過程中,選擇不同的方差初始值重復計算,以保證達到整體而不是局部的最大化,收斂標準為 2次迭代所得估計值的方差小于1×10-6。比較最大似然函數在收斂后的似然函數值,取其中似然函數值最大的一次結果作為遺傳方差組分估計值。

2 結果與分析

2.1 生長和耐低鹽性狀的描述性統計量

4個性狀的變異系數(標準差與平均數的比值)范圍為0.12—0.52,其中的耐低鹽性狀變異系數為0.52,變異系數較大;殼長,殼寬與體重變異系數較少,分別為0.13、0.12和0.35(表1)。圖1以箱線圖的形式給出九孔鮑36個家系的殼長,殼寬與體重的最大值、最小值、中位數、第一四分位數、第三四分位數與奇異值,同時列出各家系存活性狀的條形圖,由圖可以看出家系之間生長性狀的中位數差異較大,一般線性模型(GLM)分析表明家系間生長性狀存在極顯著差異(P＜0.01);存活性狀變化范圍為0—0.83,家系間的差異極大。上述分析表明,九孔鮑養殖群體生長性狀與耐低鹽性狀存在豐富的遺傳變異,選擇潛力高。

2.2 遺傳參數估計

據統計 240日齡時九孔鮑在低鹽度下生長性狀遺傳力與方差組分,殼長,殼寬,體重與耐低鹽性狀的遺傳力分別為 0.18±0.04,0.13±0.06,0.18±0.15,0.056±0.022。在低鹽度環境中,九孔鮑養殖群體耐低鹽性狀遺傳力要低于生長性狀的遺傳力(表2)。

表1 日齡為240d的九孔鮑生長性狀的表型參數Tab.1 Phenotypic parameter of growth traits of H.diversicolor supertexta

圖1 九孔鮑各家系主要生長性狀的箱線圖(a—c)與耐低鹽存活率條形圖(d)Fig.1 Box plots of growth traits(a—c) and bar charts of salinity tolerance survival rate(d) in all H.diversicolor aquatili falimiles

表2 九孔鮑家系生長與耐低鹽性狀的方差組分與遺傳力Tab.2 Heritability and variance components of growth and low salinity tolerance traits of H.diversicolor supertexta

2.3 表型性狀間的表型相關與遺傳相關

殼長,殼寬與體重3個主要生長性狀與耐低鹽性狀的表型相關與遺傳相關系數分別見表3、表4,殼長,殼重與體重之間的相關系數為 0.76—0.91,為極顯著正相關(P＜0.01),但它們與耐低鹽性狀之間都呈不顯著的負相關;遺傳相關與表型相關變化一致,表明抗逆性狀與生長性狀間無顯著的相關關系,從殼長,殼寬與體重3個性狀中任意一個進行選擇都不能達到間接選育群體抗逆性的目的。

表3 九孔鮑各性狀間的表型相關Tab.3 Phenotypic correlations among all traits of H.diversicolor supertexta

表4 九孔鮑各性狀間的遺傳相關Tab.4 Genetic correlations among all traits of H.diversicolor supertexta

3 結論

由表1可見,九孔鮑殼長,殼寬與體重的變異系數均較大,其中低鹽條件下存活率變異系數最大,達到0.52。實驗中各家系均在相同環境下養殖,造成成活率差異的原因主要是個體的遺傳效應,這表明耐低鹽性狀具較高選育潛力。許多研究表明,貝類的主要經濟性狀在不同家系間存在著顯著的差異,如 Liu等(2011)在相同養殖環境下對海灣扇貝 12個同胞家系進行養殖,家系間的體重,殼長與存活表現出顯著差異,Wang等(2010)通過巢式設計建立36個墨西哥灣扇貝(Argopecten irradians concentricus Say)全同胞家系,研究結果發現家系間體重差異顯著,他們認為造成這種現象的原因主要是個體的遺傳效應。

國內外關于鮑數量性狀遺傳參數估計研究報道較多,Lucas 等(2006)、You 等(2010b)、鄧岳文,(2005)等分別估計了耳鮑(Haliotis asinina)、雜色鮑(Haliotis diversicolor)與皺紋盤鮑(Haliotis discus hannai)不同生長階段主要生長性狀的遺傳力,其估計值為0.14—0.48.本研究中殼長、殼寬與體重的遺傳力分別為 0.18±0.04,0.13±0.06,0.18±0.15,明顯低于上述近緣類群的估計值。同一物種不同性狀間遺傳力差別較大;而對于同一性狀,不同的研究群體、不同的遺傳評估方法或遺傳模型均會對遺傳力的評估結果造成影響。本研究在遺傳評估模型中考慮了共同環境效應,且發現該效應所占總方差組分較高,平均達到11.38%,這可能是造成本研究中遺傳力估計值偏低的主要原因。由于實驗條件限制,許多水產動物的家系在進行標記前,是單獨培育的,共同環境效應是由全同胞家系單獨養殖而引起的環境效應,屬非加性遺傳,在遺傳分析中應當從加性效應中剔除。

有關水產動物抗逆性狀遺傳力的報道較少,極端條件(如高溫、高鹽等)下的存活率或存活時間常被作動物抗性大小的指標(Argueet al,2002;Gitterleet al,2005;欒生等,2008)。存活性狀在遺傳學上被劃分為閾性狀,是一類表型符合二項分布(存活和死亡),但在遺傳上由多基因決定的復雜性狀,其遺傳參數的估計有多種,已在水產動物中應用的有線性動物模型、公母畜閾模型與方差分析等方法(王曉清等,2009;欒生等,2012),殷宗俊等(2005)認為線性思想下閾性狀遺傳分析得不到理想效果,利用廣義線性混合模型(GLMM)方法和公母畜閾模型進行分析更為合適(Nielsenet al,2010;?deg?rdaet al,2007;?deg?rdet al,2010)。本實驗利用公母畜閾模型估計了九孔鮑養殖群體耐低鹽性狀的遺傳力,估計值為0.056±0.022,屬低遺傳力。許多水產動物抗逆性狀的遺傳力估計值均較低,如:尼羅羅非魚(Oreochromis niloticus)(Rezket al,2009;Charo-Karisaaet al,2006),存活性狀遺傳力的估計值分別為 0.12±0.0346,0.03—0.14;王曉清等(2009)估計了大黃魚(Larimichthys crocea)耐環境因子的遺傳參數,耐低鹽、低溶氧和低pH值的遺傳力分別為0.23,0.10,0.23;在中國對蝦(欒生等,2008),凡納濱對蝦(L.s vannamei)(Argueet al,2002;Gitterleet al,2005)的抗逆性選育研究中,存活率性狀的遺傳力范圍為 0.03—0.16,都表現為中低遺傳力水平,這些結果與本研究相類似。高遺傳力的性狀適宜用群體選育的方法來進行育種,而對于低遺傳力性狀則用家系選育較為合適,可見,九孔鮑耐低鹽性狀選育宜采用家系選育方法,另外,低遺傳力意味著進行遺傳改良時,需要更多的世代和家系,每個家系測定更多的個體。

在育種工作中,性狀間的遺傳相關與表型相關參數常用來輔助選種過程,當通過直接選育難以達到要求,或不方便直接對某一性狀進行選育時,可以選另外一個與目標性狀有著高遺傳相關性狀來完成選種。本研究結果表明九孔鮑生長性狀與抗逆性狀的相關關系不顯著。許多研究結果表明,水產動物的生長與抗逆性狀的相關性較小或沒有相關關系,如:Krishna等(2011)在斑節對蝦(Penaeus monodon)的遺傳參數估計中,發現收獲體重與存活率的相關系數為 0.05(P＞0.05),劉寶鎖等(2011)大菱鲆(Scophthalmus maximus)生長和耐高溫性狀的相關系數僅為 0.04(P＞0.05),欒生等(2008)對中國對蝦的抗逆性和生長性狀進行相關分析,發現二者無顯著相關關系,張天時(2010)對中國對蝦育種分析模型與遺傳參數評估,發現抗 WSSV存活性狀與生長性狀遺傳相關系數僅為 0.038,且不顯著。以上研究結果與本研究相類似,可見,在進行九孔鮑育種規劃時,有必要采用經濟加權系數或百分比賦值方式,對抗逆性狀進行一定的加權,制定多性狀綜合選擇指數,據此評估和選擇優秀的留種親本,以加快育種進程。

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