“中科2號”海灣扇貝(Argopecten irradians)幼蟲期殼長遺傳力的估計

張守都, 李 莉, 張國范

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“中科2號”海灣扇貝(Argopecten irradians)幼蟲期殼長遺傳力的估計

張守都1, 李 莉2, 張國范2

(1. 青島國家海洋科學研究中心, 山東青島 266071; 2. 中國科學院海洋研究所, 山東青島 266071)

基于全同胞組內相關法估計“中科2號”海灣扇貝()幼蟲期殼長的遺傳力。通過平衡巢式交配實驗設計構建了7個半同胞和21個全同胞“中科2號”海灣扇貝家系。在家系幼蟲期的第1天和第6天分別測定每個全同胞家系的30個幼蟲個體的殼長。利用SAS 9.0 軟件的一般線性模型(GLM)計算表型變量的原因方差組分, 估算殼長遺傳力。分析結果顯示, “中科2號”海灣扇貝幼蟲1日齡和6日齡殼長的遺傳力分別為0.51和0.58。檢驗顯示兩個日齡殼長遺傳力的估計值均不顯著(>0.05), 且6日齡雌性遺傳方差組分大于雄性遺傳方差組分, 說明雌性遺傳方差組分隨日齡增長可能存在較大母性效應。較大的加性遺傳方差表明選擇育種對于“中科2號”海灣扇貝的早期生長尚具有較大的改良潛力。

“中科2號”; 海灣扇貝(); 全同胞; 幼蟲期; 遺傳力

遺傳力概念的提出距今已有70多年的歷史, 它是反映親本性狀能夠遺傳給后代大小程度的指標, 在選擇指數確定、選擇反應預測、育種值估計、選擇方法比較以及育種規劃決策等方面, 均具有十分重要的參考作用[1]。遺傳力的研究和應用在農作物、畜牧中早已廣泛開展并取得了顯著的研究成果[2-5]。近年來, 隨著水產動物育種理論的進步, 貝類遺傳力的研究也越來越多, 主要包括牡蠣、扇貝、貽貝、合浦珠母貝以及鮑魚等的遺傳力研究[6-10]。由于貝類也同其他水產動物一樣, 具有高繁殖力這一特性, 在遺傳力估計時多采用同胞分析進行估計。同胞分析所采用的方差組分估計方法主要包括方差分析法、最小范數二次無偏估計和極大似然法。

海灣扇貝自1982年引入中國以后[11], 因其生長速度快、養殖效益高, 深受廣大養殖戶的歡迎, 并在世界上首次形成了海灣扇貝養殖產業[12], 且發展成為中國海水養殖的支柱產業之一[13], 為中國沿海經濟的發展做出了巨大的貢獻。然而, 自從20世紀90年代以來, 海灣扇貝在整個育苗與養殖產業中逐步暴露出現一些明顯的問題: 生長速度減緩、商品貝體個體小型化[14]; 育苗和養成過程中病害頻發、死亡率明顯升高、近交衰退嚴重、抗逆能力減弱[15]; 主要養殖群體的遺傳多樣性嚴重丟失[16-17]等。為此中國貝類育種工作者持續開展了海灣扇貝的品種選育工作。“中科2號”海灣扇貝就是在此背景下由中國科學院海洋研究所經過多年定向選育培育出的海灣扇貝新品種。“中科2號”海灣扇貝殼色鮮艷, 生長性狀優良, 具有很好的養殖潛力[18], 掌握該新品種的遺傳特性具有重要的科學和應用意義。本研究通過平衡巢式設計的全同胞組內相關法, 建立全同胞家系, 通過方差分析法, 對“中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長的遺傳力進行估計, 旨為“中科2號”海灣扇貝的推廣養殖和繼續選擇育種提供必要的理論依據和技術參考。

1 材料與方法

1.1 親貝的獲取和培養

實驗所用親貝為中國科學院海洋研究所培育的“中科2號”海灣扇貝養殖群體, 所有親貝均在青島市嶗東海珍品良種培育有限公司育苗車間進行性腺促熟, 培育方法參照張福綏[11]等, 整個促熟過程遵循無公害食品海灣扇貝養殖技術規范NY/T 5063— 2001。

1.2 全同胞家系的建立

2012年5月上旬, 通過巢式平衡設計建立了7個父系半同胞家系和21個全同胞家系。從所培養親貝群體中隨機挑選30只性腺發育至第四期[19]的個體在空氣中陰干30 min, 然后對每只扇貝注射五羥色胺[8], 并將每一只處理好的扇貝逐一各放入一個加有22℃沙濾海水的1L燒杯中待產, 大約30 min后所處理扇貝會首先排放精子, 收集質量好的精子備用, 接下來在排卵前會出現一個10 min左右的暫停期, 此時將扇貝用新鮮海水沖洗幾遍后放回燒杯中, 待其進一步排放卵子。為了進一步防止自體受精, 第一次收集卵子棄之不用, 接下來每次收集卵子均用400目篩絹洗卵, 盡量減少自身精子污染機會, 然后將所收集卵子在顯微鏡下檢查, 選取未被污染的(即未自體受精)卵子備用, 實驗分別收集到28只扇貝足量的精子和未自體受精的卵子。

按照巢式實驗設計, 以其中7只扇貝為父本, 其余為母本, 每只父本扇貝的精子分別和3只母本扇貝的卵子配對交配, 共構建起7個父系半同胞家系和21個全同胞家系。

1.3 幼蟲培養

在受精卵孵化24 h后發育成為D形幼蟲, 用300目的篩絹對D形幼蟲進行選優, 幼蟲的起始培養密度被設置為 10個/mL, 各實驗組分別在80 L的白塑桶23℃沙濾海水中培養, 并盡可能使各組環境條件保持一致。幼蟲的前期餌料為金藻, 后期為金藻、扁藻和小硅藻等。投餌量和投餌次數隨幼蟲增長而增加, 確保每天全換水1次。10 d左右時幼蟲開始出現眼點。當30%左右的幼蟲出現眼點時開始投放附著基(聚乙烯網片), 每個塑料桶中投放網片數依幼蟲多少而定。

1.4 數據測量

對各個家系1日齡和6日齡幼蟲的殼長在顯微鏡下用目微尺進行測量, 每個家系測量個體為30個。

1.5 統計分析

由于實驗設計采取3水平經典巢式平衡設計, 即雄性親本內每個雌性親本的后代數目(1)、雄性親本間每個雌性親本的后代數目(2)和每個雄性親本后代數目都相等(3), 各個親本后代數不需要加權校正計算。各種數據通過SAS9.0軟件的GLM (General Linear Model)過程實現運算, 差異的顯著性都設置為<0.05。全同胞資料表型變量的方差組分見表1。

表1 表型變量組成的方差分析

注:分別為后代個體總數、雄性親本數、雌性親本數;: 父系半同胞方差;: 母系半同胞方差;: 全同胞個體間方差

父本和母本對后代表型性狀均值影響的方差分析通過下面的統計模型進行:

Y=+α+β+e

其中,Y是第父本與第母本交配而得的第個子女的觀察值,為共同均數,α為第父本的效應,β為與第父本交配的第母本的效應,e是歸因于個體的不可控環境方差和遺傳離差。

各部分方差組分的計算公式如下:

1.6 遺傳力的計算及顯著性檢驗

對各個計算所得遺傳力進行顯著性的檢驗:

2 結果與分析

2.1 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期的殼長統計數據

“中科2號”海灣扇貝1日齡和6日齡幼蟲期的殼長平均數、標準差和統計個數等見表2。

表2 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長的基本統計參數

2.2 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長數據的方差分析

“中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長數據的方差分析見表3, 結果表明在幼蟲期1日齡和6日齡, 父本間均表現差異顯著(<0.05), 而母本間均表現差異極顯著(<0.01)。

表3 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期表型變量組成的方差分析

注: *表示差異顯著(< 0.05), **表示差異極顯著(< 0.01)

2.3 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長的遺傳力估計

各個原因方差組分構成見表4, 其中在6日齡雌性親本的方差要大于雄性親本的方差, 說明同1日齡相比較, 在此時已經體現出較為明顯的母性效應。

表4 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期方差組分估計值

根據表4的各個方差組分估計值, 計算了“中科2號”海灣扇貝幼蟲期1日齡和6日齡殼長的遺傳力并進行了檢驗(表5)。其中1日齡殼長的遺傳力為0.499~0.514, 6日齡殼長的遺傳力為0.583~0.784。

表5 “中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長遺傳力及其t檢驗

注: *表示差異顯著(< 0.05)

對所計算各個遺傳力按上述公式進行了檢驗結果表明: 以母系半同胞資料估計的遺傳力均達到顯著水平(<0.05), 而以父系半同胞資料和全同胞資料估計的遺傳均未達到顯著水平(>0.05)。

3 討論

遺傳力是選擇育種中最常用到的指標, 遺傳力的大小能直接反映可供選擇的加性遺傳方差占總體方差的比例, 即可以預測選擇育種的效果并指導采取合適的選擇育種的方法。當某個群體遺傳力大于0.4時一般將其劃分為高遺傳力, 則其性狀選擇有較大的可靠性, 適合用于個體或群體表型選擇法進行選擇育種, 而當遺傳力低于0.2時將其劃分為低遺傳力, 認為該性狀選擇效果較差, 適合用于家系選擇或提高選擇的強度等[20]。在很多貝類的選擇育種項目中均已經開展了遺傳力的研究。Loose[21]估計美洲牡蠣()7日齡、14日齡和21日齡幼蟲殼長的半同胞遺傳力分別為0.44、0.40和0.55。Lannan等[22]利用11～15個全同胞家系估計了18月齡長牡蠣殼高、總重、殼重、肉重的廣義遺傳力, 依次為0.15、0.33、0.32、0.37。Toro 等[23]報道了歐洲牡蠣()24個家系生長率的遺傳力估計值從0.112到0.243。Mallet等[24]利用同胞分析技術估計了加拿大貽貝()幼蟲殼長的遺傳力為0.11。鄧岳文[10]利用巢式平衡設計估計皺紋盤鮑10日齡、20日齡和30日齡殼長的半同胞遺傳力從0.232 到0.365、全同胞遺傳力從0.175 到0.747、平均遺傳力從0.202 到0.489; 殼寬的半同胞遺傳力從0.181到0.316、全同胞遺傳力從0.104到0.604、平均遺傳力從0.142到0.428。王慶志等[25]估計了長牡蠣5到25日齡幼蟲殼長及殼高的狹義遺傳力, 其遺傳力估計值分別為從0.139到0.814 和從0.161到0.771。鄭懷平[26]利用巢式平衡設計估計了“中科紅”海灣扇貝在1日齡、10日齡和40日齡殼長的半同胞遺傳力從0.439到0.639, 全同胞遺傳力從0.325到0.432, 半同胞與全同胞的平均遺傳力從0.413到0.536; 殼高的半同胞遺傳力從0.433到0.539, 全同胞遺傳力從0.268到0.433, 半同胞與全同胞的平均遺傳力從0.404到0.433。梁冰冰[27]等采用部分因子設計構建了23個全同胞家系, 應用單性狀及兩性狀動物模型對文蛤稚貝階段的生長性狀進行遺傳力分析, 結果表明, 附著變態期文蛤殼長和殼高的遺傳力估計值為0.11和0.34, 遺傳力研究已經成為貝類遺傳育種一項必不可少的基本工作。

本研究中估計的“中科2號”海灣扇貝1日齡和6日齡的狹義遺傳力分別為從0.483到0.514和從0.583到0.784。該遺傳力估計相對其他貝類遺傳力研究結果偏大, Davis等[28]發現受過選擇的美洲牡蠣()幼蟲殼長的半同胞遺傳力為0.44, 而未選擇群體為0.14。雖然本研究未設置未受選擇群體作為對照, 但導致本研究中遺傳力較大的原因亦有可能是由長期選擇引起。本研究結果中(表5)基于1日齡父系半同胞資料估計的遺傳力(0.514)要大于基于1日齡全同胞資料估計的遺傳力(0.499)。而基于6日齡父系半同胞資料估計的遺傳力(0.583)小于基于6日齡全同胞資料估計的遺傳力(0.683)。以上結果表明基于半同胞資料和全同胞估計的資料估計的遺傳力結果并不完全一致。一般認為, 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, 較真值偏大。但是本研究在1日齡基于父系半同胞資料估計的遺傳力反而大于基于母系半同胞資料估計的遺傳力, 可能與該群體經過多年選育而親本間有一定的親緣關系, 不同父系間全同胞個體的一致性增加, 組間變異或下降, 導致基于全同胞資料所估計遺傳力偏低。Kanis 等[29]發現虹鱒()母系半同胞遺傳力受到母性效應的顯著影響。在本研究中6日齡的母系半同胞遺傳力相比1日齡母系半同胞遺傳力有明顯增大趨勢且大于基于6日齡父系半同胞資料估計的遺傳力, 這跟海灣扇貝中一開始并不表現出較強母性效應相一致[30], 而據此推斷在后期遺傳力的值還會隨著母性效應的變化而變化。雖然本研究采用完全平衡巢式設計和父系半同胞組內相關分析法, 克服了用全同胞資料估計遺傳力偏大的缺點, 但該研究結果的母性半同胞遺傳力值還是受到母性效應的明顯影響。檢驗顯示在“中科2號”海灣扇貝1日齡和6日齡母系半同胞遺傳力均達到顯著水平(<0.05), 而父系半同胞遺傳力雖未達到顯著水平(>0.05), 但因未受母性效應影響仍較母系半同胞遺傳力為準, 所以本研究中認為父系半同胞估計的遺傳力是“中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長遺傳力的無偏估計。

本研究結果表明, 基于“中科2號”海灣扇貝幼蟲期殼長的加性遺傳方差較大, 個體選擇育種對于“中科2號”海灣扇貝幼蟲期的生長仍具有較大的改良潛力。

致謝: 感謝青島嶗東海珍品良種培育有限公司為本研究提供了實驗所用的場地以及所有設施。

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Heritability of larval shell length for Zhongke No. 2 bay scallop ()

ZHANG Shou-du1, LI Li2, ZHANG Guo-fan2

(1. National Oceanographic Center, Qingdao 266071, China; 2. Institute of Oceanology, Chinese Academy of Sciences, Qingdao 266071, China)Received：Apr.6, 2015

; Zhongke No. 2; full-sib; larvae; heritability

In this study, we estimated the heritability of the shell length of the Zhongke No. 2 bay scallop,by performing an intra-group correlation of full-sibs at 1 day and 6 days after hatching. Each sire was mated with three dams in a balanced nested design, and 7 half-sib groups and 21 full-sib families were produced in total. We calculated the causal components of the phenotypic variance using the general linear model (GLM) procedure and SAS 9.0 software. The results showed that the heritabilities of shell length of 1 day and 6 days were 0.51 and 0.58, respectively. The heritabilities of both these stages failed to reach their prominent level bycheckout. Maternal genetic variance was significantly greater than paternal genetic variance in 6 days, which indicates the existence of greater maternal effect. The estimated heritability indicated great additive variation in growth at the larval stage. This additive variation suggests a reasonable potential for the improvement of larval growth of the Zhongke No. 2 bay scallop for further selective breeding.

S917.3

A

1000-3096(2016)07-0054-06

10.11759/hykx20130406002

2015-04-06;

2015-09-24;

國家高技術研究發展計劃(863計劃, 2012AA10A410); 國家重點基礎研究發展計劃資助(973計劃項目, 2010CB126401); 貝類產業技術體系(CARS-48); 泰山學者及泰山攀登計劃

[Foundation: National High Technology Research and Development Program(863 Program, no. 2012AA10A410); National Basic Research Program of China (973 Program, no. 2010CB126401); Modern Agro-industry Technology Research System (CARS-48); Taishan Scholars Climbing Program of Shandong and Oversea Taishan Scholar Program of Shandong]

張守都(1984-), 男, 山東日照人, 博士研究生, 主要從事貝類遺傳育種研究, 電話: 0532-82898712, E-mail: shouduzhang@163.com;張國范,通信作者, E-mail: gfzhang@qdio.ac.cn

(本文編輯: 張培新)