魚類性別控制技術研究進展

朱芷瑩 馬冬梅 樊佳佳 朱華平

摘要 控制魚類性別的能力是經濟魚類種群高效繁殖和生產的重要影響因素之一，通過對外源性性激素和芳香化酶抑制劑的使用、人工誘導三倍體、人工誘導雌核發育、環境因素的影響、種間雜交和性反轉等魚類性別控制方法，及魚類性別控制在生產上的應用的論述，探討控制魚類性別和生殖功能的研究現狀及發展前景，為魚類種群商業化和高效化繁殖及生產提供了參考。

關鍵詞 性別控制;性激素;三倍體;雜交

中圖分類號 S965文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）13-0004-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.002

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Research Progress of Sex Control Technology in Fish

Abstract The ability to control the sex of fish is one of the most important factors affecting the efficient reproduction and production of economic fish stocks. This paper discussed the methods of sex control in fish， including the use of exogenous sex hormones and aromatase inhibitors， artificially inducing triploid， artificially inducing gynogenesis， environmental factors， interspecific hybridization and sex reversal， and the application of sex control in fish production. The research status and development prospects of controlling fish gender and reproductive function were discussed， which provided a reference for the commercialization and efficient breeding and production of fish stocks.

Key words Sex control;Sex hormones;Triploid;Hybridization

魚類性別控制在水產養殖研究中，是最重要、最具有針對性的領域之一，具有重要的實用價值。一方面，由于羅非魚、烏鱧等許多魚類雌雄個體之間的生長速度、個體大小等的經濟性狀具有明顯差異，所以在漁業生產中，通過控制魚類性別，專門生產全雌性或全雄性苗種以進行單性群體養殖這一生物技術顯得極為重要，是提高養殖經濟效益的有力手段。另一方面，養殖魚類在養殖過程中如果成熟期早、繁殖力強，大量能量用于繁殖影響生長，同時池塘中亦會因其過度繁殖造成養殖密度過大，導致養殖個體太小或養殖個體質量下降，從而影響養殖的產量。可見誘導單性群體進行養殖，使得養殖密度得到控制，對養殖生產具有極大意義。所以，魚類性別控制可以做到延長有效生長期，大幅提高養殖產量;由于單性群體減少了生殖損耗，所以生長快、個體大，提高了商品魚質量;多種觀賞魚雄性個體比雌性個體的色彩更為艷麗，更加具有觀賞價值，利用性別控制技術來生產更多雄魚，可以使經濟效益得到有效的提高。

1 使用外源性激素和其他化學物質來控制性別

早在1969年，日本學者Yamamoto就提出了使用可以使用外源性激素來誘導魚類發生雄性化和雌性化的設想，這些年來國內外相繼有許多學者在各種不同的魚類進行了外源類固醇激素誘發性逆轉的試驗。現今在已知的控制魚類性別方法中，使用外源性激素可以說是最常見的方法[1]。通過對魚體進行性激素的處理，使魚群體由基因型的雄性或雌性轉變成為具有功能性的表現型雌性或雄性。一般通過飼喂、浸泡和注射性激素等方法對魚類性別進行性別控制[2]。

1.1 雄激素

外源激素如 17α-甲基睪丸酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睪酮（11-KT）、11β-羥雄烯二酮（OHA）等雄激素，具有雄性化效應，它們可以通過影響魚類性腺發育過程，改變魚體個體的內源激素表達水平，使雌魚轉換成雄魚，從而使得魚類群體性別比率發生改變[1]。例如，外源性雄激素17α-甲基睪丸酮的使用已被證明在約35種物種的基因雌性魚的雄性化中是有效的[3]。

1.2 雌激素

同樣，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素對魚類具有雌性化效應，能夠誘發魚類性腺向雌性化方向發育，導致雄魚發育成為功能性雌魚[4]。此外，激素處理不僅對不具有遺傳性別決定的物種有效，例如，蜂窩石斑魚[5]、紅斑石斑魚[6]、澳洲肺魚[7]，也證明了在具有明確的染色體性別決定系統的物種中是有效的，例如，大西洋鮭魚[8]、尼羅羅非魚[9]、虹鱒魚[10]。激素控制魚類性別必須在性別分化前進行，宜早不宜遲，早期處理有利于獲得較好的誘導效果，對于性別分化較晚的魚類可稍作推后。另外，環境等外界因素會對處理的結果產生很大的影響。

盡管用性激素誘導、控制魚類性別的技術在許多魚類中成功應用，但是如果對養殖的商品魚直接使用性激素，可能會對養殖水體或消費者產生不良影響，所以性激素用于魚類生產對環境和食品安全存在隱患。在歐洲，禁止將激素應用于商業養成食用魚。如今，國際環境對食品質量的要求越來越高，在養殖生產過程中，這種方法已不宜使用。

1.3 芳香化酶抑制劑

除了使用外源性激素來誘導魚類性別分化，其他化學物質也可控制魚類性別分化。其中芳香化酶抑制劑（aromatase inhibitor，AI），如來曲唑（letrozole，LE），通常用于誘導魚類性別分化。P450芳香化酶（P450 aromatase）是細胞色素P450家族中的一員，催化某些雄激素轉化為雌激素，是雌激素生物合成中的關鍵酶和限速酶[11]，抑制芳香化酶會使某些雌激素不能合成，有效誘使性未分化的、基因型為雌性的雌雄異體魚類發育成表型雄魚。對于已完成性分化的雌雄同體魚類，如赤點石斑魚[12]，AI同樣可有效促使其發生性逆轉，并獲得可用于繁殖的成熟個體[13]。但AI會對人類治療或妊娠造成影響，所以在生產上也不適宜使用該種方法。

2 人工誘導三倍體和人工誘導雌核發育

2.1 人工誘導三倍體

行有性生殖的二倍體魚類，大多為體外受精。排出體外的卵，已發育到第二次減數分裂的中期，精子進入后，繼續發育放出第二極體，完成第二次減數分裂。如果在精子入卵以后，放出第二極體以前，給受精卵以人為處理，阻止其第二極體的放出，此受精卵就會含有來兩套雌核的染色體和一套雄核的染色體而成為三倍體[14]。人工誘導魚類三倍體的方法很多種，概括起來有：①物理學方法：溫度休克、靜水壓法、電休克法;②化學方法：細胞松弛素B（CB）、秋水仙素、 6-二甲基氨基嘌呤（簡稱6-DMAP）;③生物學方法：遠緣雜交、核移植、細胞融合。自20世紀50年代以來，多倍體誘導技術已在魚類遺傳育種領域得到廣泛的應用，國內外已先后在鯉、鰱、虹鱒、水晶彩鯽、三棘刺魚、牙鲆、黑鯛、真鯛、大黃魚等30多種魚類育種成功獲得三倍體[15]。三倍體魚類因具有不育或低育性，從而具有潛在的生長速度快、肉質好、抗逆性強等優點，受到國內外水產科研工作者的廣泛重視[16]。另外，三倍體不育不會對環境造成威脅，對魚類自然資源具有保護作用。劉蔓等[17]試驗表明，三倍體雌性虹鱒性體指數（GSI）的變化幅度很小，17月齡時達到最大值（0.103%），35月齡時最小（0.032%）且三倍體雌性虹鱒的肝臟與卵巢之間不存在大量的物質與能量轉移，說明可能有更多能量用于生長，有利于商品魚的生長。

但是有些魚類存在三倍體出現頻率低及結果不穩定等問題[18]，三倍體技術應用于常規生產中，很難得到100%的三倍體。誘導過程中，起始時間、休克溫度、持續時間和最佳休克模式等條件根據物種的不同，也會有相當大的差異。因此，在生產應用中必須單獨優化和精確處理條件，因為處理條件會敏感地影響三倍體誘導成功率的高低。據鄒遠超等[19]，烏鱧在熱休克持續時間為1、2、3、4 min時，三倍體率分別為58.36%、75.54%、87.69%、66.27%，在熱休克持續時間為3 min 時，三倍體率最高，且與其他處理組相比，三倍體率存在顯著差異。據王炳謙等[20]，虹鱒在孵化水溫為6.5 ℃，卵子受精后20 min經26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導率為86.67%;卵子受精后10 min經26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導率為100%。

四倍體與正常二倍體雜交，從理論上講可以產生100%不育的三倍體，實現大量、安全、方便、可靠地生產三倍體。這種方法具有可操作性、連續性和經濟性等優點，是生產的最佳方法。據李雅娟等[21]，利用湖北省洪湖市四倍體泥鰍與當地的二倍體泥鰍雜交能產生100%全三倍體。但是由于阻止第一次卵裂比起阻止極體的排出更為困難，因而獲得四倍體的難度會比誘導生產三倍體大得多，而且人工誘導所采取的處理措施對孵化率及成活率影響很大。

人工誘導三倍體在生產中，還有一個問題，即與二倍體相比，三倍體的存活率更低，畸形率更高。因此盡管三倍體魚具有生產上的優越性能，研究進展也較快，但與實際應用還有較大的距離。但隨著其研究的深入與問題的解決，這項技術必將能為水產養殖生產帶來極大的利益[15]。

2.2 人工誘導雌核發育

人工誘導的雌核發育是指用經過紫外線、X射線或γ射線等處理后的失活精子與卵細胞“受精”，再在適當時間施以冷、熱或高壓等物理處理，以抑制第二極體的排出，使卵子發育為正常的二倍體，通常來講雌核發育子代均為雌性個體[22]。人工雌核發育能夠在較短的時間內建立自交系或純系，固定選育群體中的優良基因，大大加快良種選育進程[23]。對二倍體魚類誘導人工雌核發育主要包含兩個步驟：一是用遺傳失活的精子激活卵子;二是使染色體加倍，使其恢復正常二倍體染色體組[24]。2011年選育的新品種全雌牙鲆“北鲆1號”，雌性比例約90%，生長比普通牙鲆快約20%;2014年，繼續選育出“北鲆2號”，比普通牙鲆生長快35%，全雌性，且個體間差異小。

3 環境因素誘導魚類性別分化

3.1 溫度誘導性別分化

環境因素影響魚類性別分化的現象已在包括野生型種群和實驗種群在內的39 種硬骨魚中發現。最主要的因素是溫度，其次是種群密度、鹽度、pH 值、光周期等。溫度依賴型性別決定的魚類與爬行類相似，可以劃分為3種類型[25]。第1種類型是高溫下生成較多的雄性低溫則生成較多的雌性，大多數性別決定溫度依賴型魚類屬于此種類型。據陳玉紅等[26]，在自然水溫（23～25）℃ 和較低水溫（22±1.0）℃ 中培育的幼魚，雄性率分別為（51.1±15）% 和（48.6±1.8）%，而培育于較高水溫[（27±1.0）℃，（32±1.0）℃ ]中的泥鰍，雄性率分別達到了（82.0±3.4）% 和（90.0±2.5）%。第2種類型則與之相反，高溫下為雌性，低溫為雄性。如舌齒鱸、斑點叉尾鮰、莫桑比克羅非魚等，發育時溫度升高，魚苗的雌性比率上升;如果發育時溫度降低，雄性比率上升[27]。性染色體為XY 的鯰魚，在其性別決定的關鍵時期（熱敏期），高溫使群體趨向雌性;大馬哈魚在溫度升高時群體發育也趨向雌性。第3種類型在高低溫均誘導出單性種群，中間溫度發育成為性比1∶1 的種群[25]。據程曉春等[28]，江黃顙魚幼魚在20 ℃試驗組中的雌、雄魚比例接近1∶1，兩者之間的雄性率差異不顯著。30 ℃試驗組中幼魚的雌、雄比例為1∶4.89，雄性率上升，達83.3%，與對照組比較，存在極顯著差異;34 ℃試驗組中幼魚的雌、雄比例為285∶1，雌魚數量是雄魚的近3倍，雄性率僅為26.4%;與對照組的雄性率相比也存在極顯著差異。泥鰍和大鱗副泥鰍性腺性別分化的早期受溫度的影響很大，高溫（25 ℃～30 ℃）處理能得到明顯的偏雄性群體，雄性比率達80% 以上，而在20 ℃條件下發育形成性比接近1∶1的種群[29]。

3.2 放養密度和pH對性別分化的影響

除了溫度之外，還有其他因素可以影響魚類的性別比例。例如，放養密度能對魚類性別分化產生較大的影響，這種現象在鰻鱺科中十分常見，洄游性鰻魚在高放養密度的情況下，會產生較多雄性[30]。另外，pH也能對魚類性別比例產生影響。例如，劍尾魚和黑腹泥鳉在酸性水中，分別能導致100%和90%的雄性種群[31]。對pH敏感在魚類中也很常見，例如像凱氏隱帶麗魚這樣的慈鯛，其中96%的雌性后代可以在pH 6.5下實現[32]。

環境因素對不同魚類性腺發育的影響存在很大差異，而各個物種對性別分化作用環境的敏感性也存在差異不同，這導致了控制環境因素誘導魚類性別分化十分有難度[33]。雖然控制環境因素較為復雜，但它不會造成不良影響，是一個對消費者極其友好的安全技術。

4 種間雜交

早在1960年，Hickling使用雌性莫桑比克羅非魚和雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，得到的后代全是雄性個體[34]。在1965年，Pruginin對各種羅非魚進行種間雜交，也可獲得比例極高或全雄性雜種一代[35]。Hickling認為產生這種結果的原因是：莫桑比克羅非魚為XX/XY型，而霍諾魯姆羅非魚為ZW/ZZ型，雌性莫桑比克羅非魚與雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，子一代雜種的基因型全部為XZ型[36]。Z染色體上的雄性決定基因要比X染色體上的雌性決定基因強，因而子代XZ為雄性。利用羅非魚的種間雜交技術獲得全雄后代的種類較多，但是在商品生產上應用得很少，許多組合的后代魚因個體小、生長速度慢失去了食用價值，還有一些對低溫的抵抗能力下降，在養殖中不易推廣，因此限制了其性別控制技術的使用。但種間雜交可以提高魚類生長率、存活率、對不良環境的抵抗能力[37-39]等，還可使子代的雄性率或雌性率比例升高，而且操作簡單，所以目前在國內外種間雜交還是培育全雄羅非魚的主要方法。

5 性反轉技術

性反轉技術就是雜交和雌激素誘導相結合，又稱三系配套技術。三系配套技術原理與工藝流程所謂“性別三系”，就是性別原系（XX♀，XY♂）、轉化系（XY♀，YY♂）和雄性純合系（YY♂）三系。性別三系配套技術就是根據魚類生理遺傳學原理，通過性逆轉和雜交組合技術，先將原系雄魚XY♂（基因型）在幼苗階段人工誘導成轉化系雌魚XY♀（表現型），再將轉化雌魚XY♀與原系雄魚XY♂交配，從子代中測交選出雄性純合系（YY♂），即YY超雄魚;將超雄魚YY♂與轉化雌魚XY♀雜交，對其子代幼苗再次人工誘導成轉化系雌魚（XY♀和YY♀），從中測交篩選出YY♀;將此YY♀轉化雌魚再與已篩選出的YY♂超雄魚交配繁殖，即可獲得大量的全YY♂超雄魚;最后將此全YY♂型超雄魚直接與正常雌魚（XX♀或WZ♀）群體交配，就可大規模地繁育全雄魚[40]。三系配套技術的最大優勢是生產的魚苗雄性率更高，均為遺傳上的雄性，未經過激素藥物處理，對環境友好，對食用者無藥物殘留，符合無公害健康養殖的要求。三系配套技術也因前期研究時間較長、制種工藝復雜、技術操作嚴格、前期研究要有一定的財力和科技實力、回報較遲等因素而具有一定難度。據劉漢勤等[41]，已成功生產出YY超雄黃顙魚，大規模生產全雄黃顙魚已進入應用階段，可見在其他魚類上，該項技術亦有應用前景。2017年，珠江所陳昆慈研究員鱧育種團隊以超雄斑鱧作為父本，以烏鱧為母本進行雜交，成功獲得雄性率100%的全雄雜交鱧，這是世界上首個全雄雜交鱧品種，標志著為產業化開發掃清了技術障礙[42]。

6 展望與結論

大多數魚類性染色體分化程度較低，從染色體形態上難以識別;而且魚類性別易受環境因素特別是溫度的影響，導致性別生理表型與基因型不一致。因此，尋找到可以快速識別魚類性別遺傳組成的簡捷方法在水產養殖中具有十分重要的意義。隨著魚類分子標記技術如擴增片段長度多態性技術（AFLP）、單核苷酸多態性技術（SNP）、 隨機擴增多態性 DNA 標記技術（RAPD）、微衛星標記技術（SSR）和數量性狀位點技術（QTL）等的進步，成功篩選出性別特異的或性染色體連鎖的位點和 DNA標記[37]，這讓人們對魚類性別決定遺傳基礎的了解更加詳細和深入，而且開闊了魚類性別決定及控制育種技術的研究前景。最近發現，決定魚類性別的潛在機制可能不僅僅與性別特異性基因（或等位基因）有關，事實上也與表觀遺傳修飾有關，這拓寬了我們看待DNA的視角。另外，基因組定位、表觀遺傳學和改變性別比選擇這三個互補的領域可能加深我們對如何有效控制和控制魚類性別分化的理解。魚類性發育是一個復雜的過程，并且每個物種都有差異，因此，成功控制一個物種性別的技術未必能控制另一個物種的性別，盡管如此，性別控制技術也在許多物種中做到了商業應用。由于現在能夠容易地進行全基因組測序和轉錄組研究，我們如今對與性腺發育有關的基因以及環境因素誘導性別表型改變的機制的認識也在迅速增加。魚類的性別控制對于魚類增養殖業有著重要的作用，能夠提高單位水體產量，提高群體的生長率，控制繁殖速度，延長有效生長期提高水產品質量，可以為水產養殖帶來極大的經濟效益，所以魚類性別控制技術具有重要的研究價值。

參考文獻

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