人工誘導動物多倍體的方法初探

張愛清

(湖北省武漢市第六中學 430016)

多倍體是指體細胞中含有三組或三組以上染色體的個體。多倍體在植物中較常見，但在動物中卻較為罕見。

盡管如此，在自然界還是發現一些多倍體動物。首先發現多倍體動物的是比利時生物學家凡·培內登，他在研究馬蛔蟲后提出多倍體動物的存在。研究發現，渦蟲綱、寡毛綱中的多倍體常常為兩性同體；昆蟲綱中各個主要的目中都有多倍體種類存在，但總數不足百種；脊椎動物中也有多倍體被報道[1]，例如，魚、兩棲類、爬行類等；在小雞的胚胎中,約有0.9%的三倍體或四倍體, 但由于在鳥類、哺乳類中，倍性的改變是致死的，在發育早期就會導致死亡，故成體未見多倍體[2]。近年來，在水產動物培育方面，多倍體研究取得重大的進展，已先后獲得草魚、鯉魚、大西洋鮭、虹鱒等40 多種魚類的三倍體及四倍體，以及扇貝、中國對蝦、日本絨螯蟹等20 多種經濟貝類和甲殼類的多倍體。這些多倍體以生長快、產量高、肉質好、抗性強等優勢在生產上得到應用。

1 動物多倍體的產生機理

自然界中，多倍體產生的誘導因子往往是異常的環境條件，例如異常溫度( 極端高溫或低溫)、水分和養分的脅迫、創傷、雷電、射線等，尤其在2n 配子形成中這種影響作用更顯著。魚類中有天然存在的三倍體，如黑龍江水系的銀鯽、日本關東系銀鯽等，它們以雌核發育的方式繁殖后代。魚類遠緣雜交雜種一代自然產生的異源四倍體，可能是在兩性原核結合之后到第一次有絲分裂( 卵裂)之前，由于雙親染色體配對在時間上的延緩，導致染色體重復加倍后再進行有絲分裂，于是形成異源四倍體。此外，也不排除在兩性原核結合之前，雌性原核和雄性原核的染色體各自加倍后再進行結合的可能性[3]。

多倍體是由于細胞內染色體加倍而形成的，人工誘導多倍體的機理就是利用極體排放時的條件控制，達到抑制第一極體或第二極體的排放，從而產生多倍體生物。在精卵結合后抑制卵母細胞第二極體的排出，可生成三倍體；若抑制二倍體受精卵的第一次卵裂，則可產生四倍體。

2 人工誘導動物多倍體的方法

人工誘導產生多倍體動物的方法主要包括物理學、化學和生物學三個方面[4]。

2．1 物理學方法 物理學誘導多倍體的方法包括溫度休克法、靜水壓法和電休克法等。

2．1．1 溫度休克法 溫度休克法包括略低于致死溫度的冷休克法(0℃～5℃)和略高于致死溫度的熱休克法(30℃左右)兩種。通常冷水性魚類(如鮭科類)宜采用熱休克法；而溫水性魚類(如鯉科類)宜采用冷休克法[5]。溫度休克法的作用機制是溫度的變化引起細胞內酶構型的改變，不利于酶促反應的進行，導致細胞分裂時形成紡錘體所需的ATP供應途徑受阻，使已完成染色體加倍的細胞不能分裂，從而誘導多倍體的產生。對受精卵進行處理時所選擇的時刻、處理持續的時間和處理時的溫度是三個關鍵因素。如果要阻止第二極體外排，應該在受精后馬上進行處理；如果抑制第一次卵裂，應該在第一次有絲分裂中期進行處理。

2．1．2 靜水壓法 靜水壓法就是利用水壓機產生較高的靜水壓來抑制第二極體的放出或第一次卵裂而產生多倍體。其作用機制是抑制紡綞體的微絲和微管的形成，阻止染色體的移動，從而抑制細胞的分裂。靜水壓法是進行魚類染色體組操作的有效方法，其優點是：①休克的最佳條件易于掌握，處理程序易于標準化；②誘導率較高，一般能達到90%以上；③處理時間短，一般為3～5 min；④對受精卵的損傷小，成活率高。

2．1．3 電休克法 采用直流或交流電對受精卵進行刺激，一般電壓為10 v 左右。由于該法為近年來才開始采用，還沒有太多研究與成熟工藝，故未被廣泛采用。

2．2 化學方法 化學方法是指應用某些化學藥品，如秋水仙素、細胞松弛素B (CB)、6 -甲基氨基嘌呤(6 -DMAP)、聚乙二醇(PEG)、咖啡因、N2O和CHClF2(二氟一氯甲烷)等，在適當的時候處理水產動物受精卵，可以抑制第二極體的排出或抑制第一次有絲分裂，從而達到產生三倍體或四倍體的目的。在貝類的多倍體誘導中較多應用細胞松馳素B，通過其影響紡錘絲內微管的形成，抑制減數分裂或有絲分裂紡錘體的正常收縮，使細胞分裂受阻。另外，可采用高pH 或高鹽誘導產生多倍體。

用化學方法誘導多倍體需注意處理的起始時間、持續時間和藥物使用的濃度。化學方法在生產上并不常用，因為其成功率比物理學方法低；有些藥物如秋水仙素、CB 和聚乙二醇具有毒性，不僅會對其誘導的胚胎存活率有影響，還易對生產者產生影響，而且其誘導的多倍體往往是嵌合體。

2．3 生物學方法 生物學方法主要是將異源精子通過遠緣雜交誘發受精卵產生多倍體，該法在鯉科魚類中較常見。此外，還有細胞融合法，該法是指在自發或人工誘導下，兩個不同基因型的細胞或原生質體融合形成一個雜種細胞。該方法主要誘導囊胚細胞與囊胚細胞、囊胚細胞與未受精卵、囊胚細胞與受精卵或受精卵與受精卵之間的細胞融合，但由于細胞內染色體發生重排，實際得到的是各種不同數量染色體的細胞群；另一種生物學方法是核移植，但由于其精細和難度大，故通過該法獲得多倍體還處于初始階段。

3 動物多倍體育種的意義

多倍體的生長發育狀況主要表現在生活力、生長速度和繁殖力等方面。與傳統的育種方法相比，動物多倍體育種在很多方面顯示出其優勢，主要表現在：①能夠增加雜種后代的成活率，提高生長速度，延長壽命；②延長水產動物的養殖周期，控制過度繁殖，提高經濟性能；③培育出水產動物新品種，增加養殖動物種類，改善品質；④有利于維持漁業生態環境的穩定。多倍體誘導及其特性研究是水產養殖研究領域的一個熱點，目前在魚類、貝類等水產動物的育種中已經取得了一定的成就，具有廣闊的發展前景[6]。