鄧陳茂 童銀洪 符 韶
摘要綜述了馬氏珠母貝的遺傳育種、插核育珠以及珍珠層的結(jié)構(gòu)、成分和成因等方面的研究進(jìn)展,以期為馬氏珠母貝的進(jìn)一步研究提供依據(jù)。
關(guān)鍵詞馬氏珠母貝;遺傳育種;插核育珠;珍珠
中圖分類號(hào) S966.24 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào) 1007-5739(2009)02-0204-03
馬氏珠母貝(Pinctada martensii(Dunker)),又稱合浦珠母貝,是培育海水珍珠的主要珍珠母貝。中國(guó)南珠,是指在中國(guó)南海海域用馬氏珠母貝養(yǎng)殖的海水珍珠。20世紀(jì)初,日本人利用改進(jìn)我國(guó)養(yǎng)殖佛像珍珠的方法進(jìn)行大規(guī)模海水有核珍珠的生產(chǎn),并全面系統(tǒng)地研究了珍珠的養(yǎng)殖與加工技術(shù),近100年來(lái),日本珍珠產(chǎn)量和質(zhì)量都居世界第一。20世紀(jì)50年代末,我國(guó)水產(chǎn)科技工作者開始了馬氏珠母貝資源的調(diào)查、人工育苗和養(yǎng)殖試驗(yàn)。在老一輩珍珠貝類專家張璽、熊大仁等教授的指導(dǎo)下,我國(guó)于1958年取得海水有核珍珠養(yǎng)殖試驗(yàn)的成功,開辟了人工養(yǎng)殖珍珠的新紀(jì)元。1965年又獲得了馬氏珠母貝人工育苗的成功,并通過(guò)對(duì)馬氏珠母貝的生理、生態(tài)、插核、育珠和病蟲害防治等方面的研究,解決了育珠母貝來(lái)源的難題,掌握了人工插核育珠技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)了海水珍珠的全人工培育,為珍珠養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)。廣東、廣西、海南屬熱帶、亞熱帶海洋性氣候,有幾千千米長(zhǎng)的海岸線及眾多的島嶼和港灣,常年海水溫度為15~30℃,海水鹽度穩(wěn)定,水質(zhì)良好,餌料生物豐富,非常適合利用馬氏珠母貝養(yǎng)殖海水珍珠。目前,我國(guó)的海水珍珠產(chǎn)業(yè)在南海部分地區(qū)已成為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支柱性產(chǎn)業(yè)和沿海群眾脫貧致富的重要門路[1]。近100年來(lái),馬氏珠母貝的的研究主要集中在遺傳育種、術(shù)前處理、插核育珠、珍珠層結(jié)構(gòu)、成分和成因等方面。
1馬氏珠母貝的遺傳育種
20世紀(jì)初,日本的御木本幸吉等取得海水珍珠養(yǎng)殖研究的成功,并促成了珍珠的商業(yè)化養(yǎng)殖生產(chǎn)。20世紀(jì)上半葉,小林新二郎等日本學(xué)者對(duì)珍珠的養(yǎng)殖從生物學(xué)的角度進(jìn)行了系統(tǒng)研究[2]。我國(guó)對(duì)馬氏珠母貝的研究開始于20世紀(jì)60年代,這期間我國(guó)的科技工作者對(duì)馬氏珠母貝的生理生態(tài)等方面做了深入細(xì)致的研究。張璽、熊大仁、謝玉坎等為代表的科學(xué)家解決了馬氏珠母貝的人工插核技術(shù)和人工育苗技術(shù),使海水珍珠的養(yǎng)殖得以大面積的推廣。1995年謝玉坎的《珍珠科學(xué)》對(duì)我國(guó)現(xiàn)代海水珍珠養(yǎng)殖和珍珠研究成果進(jìn)行了較為全面的總結(jié)[3]。2005年鄧陳茂和童銀洪編著的《南珠的養(yǎng)殖和加工技術(shù)》對(duì)馬氏珠母貝的養(yǎng)殖和加工技術(shù)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究和總結(jié)[4]。
由于馬氏珠母貝種質(zhì)資源存在一定程度的退化,20世紀(jì)80年代以來(lái)我國(guó)在遺傳育種方面開展了大量的工作。普遍認(rèn)為馬氏珠母貝的染色體數(shù)目為N=14,2N=28[5]。雜交是動(dòng)植物遺傳改良的重要手段,其作用主要是直接利用雜種優(yōu)勢(shì)。雜種優(yōu)勢(shì)是指2個(gè)遺傳背景不同的親本雜交產(chǎn)生的雜種F1在生長(zhǎng)勢(shì)、生活力、生殖力、抗逆性、產(chǎn)量和品質(zhì)上比親本的一方或雙親優(yōu)越的現(xiàn)象。魏貽堯等(1983)和姜衛(wèi)國(guó)等(1983)對(duì)馬氏珠母貝進(jìn)行了屬內(nèi)的雜交育種工作,對(duì)F1代進(jìn)行了染色體的觀察研究[6-7],并對(duì)馬氏珠母貝、長(zhǎng)耳珠母貝(P.chernnitzi)和大珠母貝(P.maxima)3種同屬珠母貝屬的海水珍珠貝進(jìn)行了種間雜交,結(jié)果不理想。李茂照等(1981)用企鵝珠母貝與馬氏珠母貝進(jìn)行人工雜交,并獲得了子代[8]。王愛(ài)民等(2003)用廣西北海野生種的馬氏珠母貝(BW)、廣東大亞灣野生馬氏珠母貝(DW)和海南三亞野生馬氏珠母貝(SW)進(jìn)行了種群間的雜交和種群內(nèi)的自繁,并對(duì)這些系列進(jìn)行了連續(xù)2代的選擇[9-10]。結(jié)果表明,不同地理種群內(nèi)連續(xù)選擇的系列BB2、DD2、SS2的殼長(zhǎng)和殼高的生長(zhǎng)速度與未經(jīng)選擇的對(duì)照組相比,未呈現(xiàn)顯著的雜種優(yōu)勢(shì)。他們認(rèn)為要減少這種人工選擇帶來(lái)的負(fù)作用,就要在每一代選留足夠數(shù)量的親本,以保證有效的繁殖群體。王愛(ài)民等(2005)還以三亞野生的馬氏珠母貝和印度養(yǎng)殖貝進(jìn)行了雜交試驗(yàn)[11]。結(jié)果表明,雜交組合在殼高和總體重方面表現(xiàn)出了明顯的雜種優(yōu)勢(shì),同時(shí)改善了殼寬指數(shù)和殼重指數(shù)。三亞貝(♀)×印度貝(♂)雜交子代插核育珠表現(xiàn)出了優(yōu)良的育珠效果。在多倍體育種方面,何毛賢等(2000)開展了三倍體誘導(dǎo),隨后又開展了誘導(dǎo)四倍體的研究[12-13]。盡管三倍體和二倍體比較,在養(yǎng)殖生產(chǎn)性能方面表現(xiàn)出一些優(yōu)勢(shì),如三倍體個(gè)體大,生長(zhǎng)速度快,抗逆性強(qiáng),不育,珍珠層較厚,核位較大利于插大核,培育大珍珠等。但從誘導(dǎo)三倍體的技術(shù)本身來(lái)看,一些關(guān)鍵步驟尚未完全解決,因此三倍體技術(shù)至今無(wú)法在珍珠養(yǎng)殖生產(chǎn)上推廣和應(yīng)用。
在分子標(biāo)記輔助育種方面,李剛等(1983)應(yīng)用8種同工酶和肌漿蛋白研究了馬氏珠母貝和解氏珠母貝的F1生化遺傳[14];李廣麗等(2001)和杜曉東等(2002)用形態(tài)特征比較與同工酶電泳分析相結(jié)合的方法,對(duì)產(chǎn)于我國(guó)北部灣和大亞灣的野生合浦珠母貝的遺傳多樣性進(jìn)行了研究[15-16]。結(jié)果表明,在貝殼形態(tài)方面,北部灣種群的平均殼長(zhǎng)與殼高都略大于大亞灣種群,殼高與殼長(zhǎng)呈乘冪相關(guān),殼寬與殼長(zhǎng)呈對(duì)數(shù)相關(guān)。大亞灣種群的殼寬指數(shù)、殼重指數(shù)和肥滿度指標(biāo)都大于北部灣種群。王愛(ài)民等(2003)采用RAPD技術(shù)對(duì)海南三亞、洋浦、廣西圍洲島3個(gè)野生種群和廣東雷州人工養(yǎng)殖群體開展了研究[17-18],結(jié)果表明,野生種群的地理位置相距越遠(yuǎn),遺傳距離越大;長(zhǎng)期的人工養(yǎng)殖降低了馬氏珠母貝的遺傳多樣性。王梅芳等(2004)利用垂直板狀聚丙烯酰胺悌度凝膠電泳分離技術(shù),對(duì)馬氏珠母貝和企鵝珍珠貝的鰓、后閉殼肌2種組織的5種同工酶進(jìn)行了檢測(cè)[19],結(jié)果表明,不同種間的個(gè)體酶譜表型有穩(wěn)定的差異,篩選出的鰓組織過(guò)氧化物歧化酶(SOD)、酯酶(EST)及閉殼肌組織的蘋果酸脫氫酶(MDH)、蘋果酸酶(ME1)葡萄糖-6-磷酸脫氫酶(G6PDH)等同工酶,具有種特異性,這些酶帶清晰穩(wěn)定,可作為區(qū)別種的分子標(biāo)記。馬氏珠母貝的選育工作在日本開始較早,Wada 等(1990、1994、1996)對(duì)日本馬氏珠母貝的選育試驗(yàn)結(jié)果顯示,選擇育種對(duì)提高生長(zhǎng)速度、增加殼厚指數(shù)和提高貝殼白色珍珠質(zhì)的頻率是非常有效的[21-22]。在中國(guó),何毛賢等(2006)對(duì)馬氏珠母貝養(yǎng)殖群體進(jìn)行了選育研究[23-24]。他們用通過(guò)選擇培育獲得的大亞灣養(yǎng)殖群體的選育子一代(DDS)和大亞灣養(yǎng)殖群體作對(duì)照(DDC),經(jīng)過(guò)對(duì)比分析他們發(fā)現(xiàn),經(jīng)過(guò)一代的選育,DDS在殼長(zhǎng)、高、寬和總重上均大于DDC,且存活率提高了9.18%。研究表明,通過(guò)對(duì)親本的大小進(jìn)行定向選擇,能夠提高其后代的生長(zhǎng)率和個(gè)體大小,他們預(yù)測(cè),假如再經(jīng)過(guò)多代的連續(xù)選擇,定能培育出適合我國(guó)海區(qū)養(yǎng)殖的馬氏珠母貝優(yōu)良品種。何毛賢等(2006)采用家系育種技術(shù)培育出了10多個(gè)馬氏珠母貝家系[25]。其中1個(gè)家系殼表色表現(xiàn)為紅色,且珍珠層外緣殼質(zhì)為紅色。經(jīng)傳代后,建立了4個(gè)第2代分離家系,分離家系的紅殼比例出現(xiàn)了較大差異,其中自交家系紅色比例最高達(dá)到96%,且后代的紅殼特征更為明顯,而對(duì)照組家系紅殼比例只有10%。他們將其命名為“南科珍珠紅”品系。王梅芳等(2006)對(duì)馬氏珠母貝成體的性腺進(jìn)行了外觀和切片的觀察[26],她們把馬氏珠母貝雌雄同體的個(gè)體分為A、B 2種類型,采用人工解剖授精的方法對(duì)雌雄同體個(gè)體進(jìn)行了自體授精,建立自交家系,并對(duì)其早期胚胎發(fā)育進(jìn)行了研究。結(jié)果發(fā)現(xiàn)自體授精的受精率低于異體授精,同時(shí)在發(fā)育過(guò)程中有較多的卵裂球解體,但仍有部分胚胎可以發(fā)育成D型幼蟲??梢?,通過(guò)自體受精的方法可以加速馬氏珠母貝良種純化的進(jìn)程。
近年來(lái),劉志剛等(2007)采用通徑分析方法研究了不同養(yǎng)殖海區(qū)馬氏珠母貝各分性狀對(duì)體重的決定效應(yīng)[27],基于決定效應(yīng)大小及性狀易測(cè)性,育種目標(biāo)性狀的選擇策略為首選殼長(zhǎng),二選殼高,三選殼寬。殼寬對(duì)加大軟體部重量具有最大的決定效應(yīng),加大殼寬選擇強(qiáng)度,可以培育大顆粒珍珠。鄧岳文等(2008)按照生長(zhǎng)目標(biāo)對(duì)馬氏珠母貝子一代群體進(jìn)行持續(xù)選擇,子二代群體早期的生長(zhǎng)比對(duì)照提高了15.55%[28]。鑒于目前我國(guó)海水珍珠養(yǎng)殖的現(xiàn)狀和國(guó)內(nèi)外在馬氏珠母貝選育上所取得的成就,以增加貝殼的凸度和顏色為選育目標(biāo),是馬氏珠母貝選育的方向。
2馬氏珠母貝的插核育珠
在馬氏珠母貝手術(shù)貝的術(shù)前處理方面,日本人植本東彥認(rèn)為術(shù)前處理就是要把母貝調(diào)整到適合插核手術(shù)的狀態(tài),避免母貝在手術(shù)時(shí)發(fā)生過(guò)量的機(jī)體防衛(wèi)反應(yīng),導(dǎo)致吐核率高,造成手術(shù)貝的過(guò)度衰竭,甚至死亡[29]。鄧陳茂(1995)和勞贊等(2003)先后進(jìn)行馬氏珠母貝手術(shù)貝的術(shù)前處理試驗(yàn)[29-30],分別用控制海水流量、餌料等抑制馬氏珠母貝的生殖腺發(fā)育,或者促進(jìn)生殖腺發(fā)育并誘導(dǎo)產(chǎn)卵排精的方法,對(duì)手術(shù)貝進(jìn)行術(shù)前處理。試驗(yàn)研究和生產(chǎn)結(jié)果表明:經(jīng)過(guò)術(shù)前處理,珍珠產(chǎn)量和質(zhì)量得到明顯提高。
在馬氏珠母貝的插核育珠方面,20世紀(jì)70年代以來(lái),熊大仁(1975)、龔源海(1975)和符韶等(2001)從生產(chǎn)的各個(gè)方面、各個(gè)階段和各個(gè)環(huán)節(jié),不斷地對(duì)馬氏珠母貝插核育珠進(jìn)行有效的技術(shù)改進(jìn)[31-33]:包括用PVP處理外套膜細(xì)胞小片,可加速珍珠囊的形成;術(shù)后休養(yǎng)可降低育珠貝的排異能力,提高留核率;通過(guò)養(yǎng)殖籠具的改進(jìn),如用片狀籠代替錐形籠吊養(yǎng)育珠貝,用塑料筐代替錐形籠進(jìn)行育珠貝的術(shù)后休養(yǎng),可以提高育珠貝的成活率、留核率和成珠率。這些技術(shù)對(duì)于提高南珠產(chǎn)量和質(zhì)量起到了重要作用。
臺(tái)風(fēng)、淡水、低溫等自然災(zāi)害和海洋敵害生物的侵襲,使育珠貝大量死亡,對(duì)海水珍珠養(yǎng)殖生產(chǎn)影響極大。為避免上述影響,鄧陳茂等從1978~1985年開展了5次馬氏珠母貝工廠化培育海水珍珠的試驗(yàn),取得了一定進(jìn)展[34]。但由于生產(chǎn)成本較高,貝病不可避免,工廠化育珠至今未能實(shí)現(xiàn)規(guī)模化生產(chǎn)。
為了尋求新的育珠方法,根據(jù)珍珠囊形成的原理,運(yùn)用現(xiàn)代組織培養(yǎng)技術(shù)及生物工程技術(shù),體外培養(yǎng)珍珠囊,插囊育珠,進(jìn)一步進(jìn)行體外培育珍珠,也許是從根本上提高海水珍珠產(chǎn)量和質(zhì)量的最佳方案。日本馬氏珠母貝外套膜組織培養(yǎng)已獲得成功,王愛(ài)民等(1995)初步研究了馬氏珠母貝外套膜組織培養(yǎng)的條件和方法[35-36],為體外培養(yǎng)珍珠囊邁出了關(guān)鍵的一步。但要實(shí)現(xiàn)體外培育珍珠的目標(biāo),尚需很長(zhǎng)時(shí)間艱難的努力。
3珍珠層的結(jié)構(gòu)、成分和成因
珍珠層的結(jié)構(gòu)研究隨著電子顯微鏡技術(shù)的發(fā)展,也逐漸取得進(jìn)展。20世紀(jì)50年代,日本學(xué)者開始使用電子顯微鏡觀察珍珠層的微結(jié)構(gòu),礦物學(xué)家也從礦物學(xué)角度較系統(tǒng)地研究了珍珠層的物質(zhì)構(gòu)成。1977年Curry對(duì)珍珠層的力學(xué)性質(zhì)的研究和系統(tǒng)總結(jié),極大地提高了材料學(xué)家對(duì)珍珠層的研究興趣,為材料學(xué)家參與珍珠層的研究打下了基礎(chǔ)[37]。20世紀(jì)80年代開始,清華大學(xué)生物材料組對(duì)珍珠層的組織結(jié)構(gòu)和晶體學(xué)取向等進(jìn)行了較深入的研究[38-39]。周佩玲(1995)認(rèn)為馬氏珠母貝養(yǎng)殖珍珠中的有機(jī)質(zhì)含量與珍珠質(zhì)量成反比,且系統(tǒng)地總結(jié)了海水養(yǎng)殖珍珠的寶石學(xué)特征和鑒定特征[40]。袁奎榮等(1999)運(yùn)用極圖法測(cè)定了珍珠中文石特定晶面排列分布的統(tǒng)計(jì)規(guī)律,對(duì)珍珠中晶體定向問(wèn)題進(jìn)行了探討[41]。鄧燕華等(2001)總結(jié)了中國(guó)馬氏珠母貝養(yǎng)殖珍珠的微觀形貌特征[42]??纵淼龋?002)發(fā)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)馬氏珠母貝珍珠中文石含量明顯高于劣質(zhì)珍珠,而劣質(zhì)珍珠中方解石含量較高[43]。
杜曉東等(1991)利用掃描電鏡的景深大、立體感強(qiáng)和可直接觀察珍珠細(xì)微結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì),對(duì)馬氏珠母貝珍珠的表面和斷面進(jìn)行了觀察,以探討珍珠的形成過(guò)程及其細(xì)微結(jié)構(gòu)[44]。結(jié)果表明,珍珠的最內(nèi)層是不定形的有機(jī)基質(zhì),一般厚5~10μm,最厚可達(dá)100μm,往往還含有一些結(jié)晶顆粒;緊鄰有機(jī)基質(zhì)層的是或厚或薄的方解石結(jié)晶層,一般厚20~50μm,最厚可達(dá)結(jié)晶層厚度的1/2,有些珍珠的方解石結(jié)晶層不完整;外圍是較厚的霰石(文石)結(jié)晶層。在一些區(qū)域,方解石結(jié)晶層與文石結(jié)晶層可交替出現(xiàn)。文石結(jié)晶層的單元晶體為長(zhǎng)3~5μm、寬2~3μm和厚0.2~0.5μm的不規(guī)則多邊形板塊,板塊的大小由珍珠囊上皮細(xì)胞的表面積決定。張剛生等(2000,2003)研究了我國(guó)主要育珠貝貝殼珍珠層微結(jié)構(gòu)[45-46],在掃描電鏡下觀察到:馬氏珠母貝貝殼珍珠層的小板片呈規(guī)則六邊形,直徑為13~17μm,粒徑均勻,厚度為0.35~0.42μm;珍珠層和棱柱層呈突變關(guān)系;珍珠層文石晶體表現(xiàn)為強(qiáng)烈的擇優(yōu)取向,其面網(wǎng)平行貝殼層面,即C軸垂直貝殼層面,這與大部分學(xué)者的觀點(diǎn)吻合。張剛生等(2000)總結(jié)了貝殼珍珠層的成因理論,主要有外套膜外上皮細(xì)胞年齡決定論、細(xì)胞內(nèi)結(jié)晶細(xì)胞外組裝說(shuō)、隔室說(shuō)、礦物橋說(shuō)和模板說(shuō)等,其中,模板說(shuō)是比較完善和流行的理論[45]。傳統(tǒng)認(rèn)為珍珠棱柱層是由柱狀方解石組成,馬紅艷(2003)提出了馬氏珠母貝珍珠棱柱層的新認(rèn)識(shí)[47],珍珠棱柱層除了方解石棱柱外,還有文石棱柱以及方解石和文石共同組成的棱柱,以及文石呈方解石假像構(gòu)成的棱柱層。
此外,對(duì)馬氏珠母貝還開展了細(xì)胞生物學(xué)和組織化學(xué)等方面的研究。杜曉東(1997)研究了馬氏珠母貝的外套膜小片表皮細(xì)胞的超微結(jié)構(gòu),分析了3種不同細(xì)胞在珍珠形成物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)過(guò)程中的作用[48]。柱狀表皮細(xì)胞是貝殼和珍珠的主要合成者和運(yùn)轉(zhuǎn)者,黏液細(xì)胞和嗜酸性粒分泌細(xì)胞的主要功能是參與物質(zhì)運(yùn)轉(zhuǎn)。人工養(yǎng)殖珍珠需要向馬氏珠母貝體內(nèi)插核和輸送外套膜小片。貝殼和珍珠都是貝類進(jìn)行鈣代謝,最終以碳酸鈣結(jié)晶形式沉積而成的。珍珠主要在內(nèi)臟團(tuán)附近的珍珠囊袋中外套膜分泌碳酸鈣結(jié)晶形成,貝殼是外套膜分泌物在外套膜與貝殼內(nèi)表面之間沉積而成。在軟體動(dòng)物中,機(jī)體防御反應(yīng)是由細(xì)胞免疫和體液免疫共同完成,體液免疫主要是依靠血清中的一些非特異性免疫因子來(lái)進(jìn)行。這些非特異性免疫因子的高低表明了機(jī)體的免疫狀態(tài)。周暢等(2001)對(duì)插核手術(shù)前后馬氏珠母貝血清的超氧化歧化酶(SOD)活力、溶菌酶(LSZ)活力和抗菌活力以及血細(xì)胞的吞噬活性進(jìn)行了比較研究[49]。焦鈺等(2007)研究了珍珠囊發(fā)育中馬氏珠母貝血清的非特異性免疫因子的活性變化[50],結(jié)果表明,在珍珠囊發(fā)育初期(插核后3~10d),育珠貝血清的免疫因子酸性磷酸酶(ACP)、堿性磷酸酶(AKP)、過(guò)氧化氫酶(CAT)和超氧化歧化酶(SOD)均比對(duì)照組(未經(jīng)插核的馬氏珠母貝)顯著性增大(p<0.05),溶菌酶(LSZ)在插核后1~3d比對(duì)照組LSZ活性顯著性增大(p<0.05);在珍珠囊發(fā)育中期(插核后15~20d),各種免疫酶活性都逐漸降低;珍珠囊發(fā)育后期(插核后30d),育珠貝血清的各種免疫酶活性都已恢復(fù)到對(duì)照組水平。這些基礎(chǔ)研究將進(jìn)一步揭示珍珠層成因,有利于指導(dǎo)插核育珠的生產(chǎn)實(shí)踐。
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