李明棟 李吉濤 史鯤鵬 何玉英高保全 劉 萍 李 健

(1. 上海海洋大學(xué)水產(chǎn)科學(xué)國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 上海 201306；2. 中國(guó)水產(chǎn)科學(xué)研究院黃海水產(chǎn)研究所 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國(guó)家實(shí)驗(yàn)室海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過(guò)程功能實(shí)驗(yàn)室 青島 266071)

脊尾白蝦(Exopalaemon carinicauda)又稱小白蝦、迎春蝦，主要分布于黃渤海淺海低鹽水域，是我國(guó)重要的中小型經(jīng)濟(jì)蝦類(lèi)。脊尾白蝦為廣溫、廣鹽、廣布種，具有生長(zhǎng)速度快、繁殖周期短、適應(yīng)能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)已成為我國(guó)沿海地區(qū)的特色養(yǎng)殖品種(李新正等,2003; 梁俊平, 2013)。我國(guó)有低洼鹽堿水域4600萬(wàn)hm2，具有養(yǎng)殖潛力的鹽堿水面積可達(dá)667萬(wàn)hm2，鹽堿水由于具有高pH、高碳酸鹽堿度及離子組成復(fù)雜等特點(diǎn)，阻礙了鹽堿水資源的充分開(kāi)發(fā)利用。脊尾白蝦因環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，近年來(lái)在濱海型鹽堿水域養(yǎng)殖初獲成功。為進(jìn)一步提高脊尾白蝦耐鹽堿能力及其鹽堿水養(yǎng)殖產(chǎn)量，對(duì)其進(jìn)行種質(zhì)改良迫在眉睫。

遺傳力估計(jì)是水產(chǎn)動(dòng)物選擇育種的一項(xiàng)基礎(chǔ)工作，主要用于研究和揭示數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律，探討選育效果。遺傳力的準(zhǔn)確估計(jì)對(duì)正確評(píng)定育種值、制定和優(yōu)化育種方案、計(jì)算遺傳進(jìn)展具有重要指導(dǎo)意義(李吉濤等, 2013)。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外已報(bào)道的甲殼動(dòng)物抗逆性狀的遺傳參數(shù)主要集中在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)(王正等, 2015)、日本囊對(duì)蝦(Marsupenaeus japonicus)(鄭靜靜等, 2017)、中國(guó)明對(duì)蝦(Fenneropenaeus chinensis)(董麗君, 2018; 王明珠等, 2018)等物種，其抗逆性狀主要涉及耐低鹽、耐高氨氮、耐低溫和耐高溫等。目前，關(guān)于水產(chǎn)動(dòng)物耐鹽堿遺傳參數(shù)估計(jì)的研究較少，大多數(shù)研究集中于鹽堿脅迫對(duì)水生動(dòng)物的影響機(jī)制，如碳酸鹽堿度對(duì)尼羅羅非魚(yú)(Oreochromis niloticu) (趙麗慧等, 2013; 趙巖等, 2016)、異育銀鯽(Carassius auratus gibelio) (沈立等, 2014)、青海湖裸鯉(Gymnocypris przewalskii) (王卓, 2013)、縊蟶(Sinonovacula constricta) (葉博等, 2019)、凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeus vannamei) (楊富億等, 2008; 么宗利等,2010) 、 羅 氏 沼 蝦(Macrobrachium rosenbergii)(González-Vera et al, 2017)生長(zhǎng)和存活的影響等方面。史為良(1981)研究發(fā)現(xiàn)，魚(yú)類(lèi)中青海湖裸鯉的鹽堿適應(yīng)能力最強(qiáng)，其次為尼羅羅非魚(yú)、鯽魚(yú)(Carassius auratus)、瓦氏雅羅魚(yú)(Leucisus wαleckii)。另外，還有一些環(huán)境適應(yīng)性廣的甲殼類(lèi)，如凡納濱對(duì)蝦、脊尾白蝦等，也是開(kāi)展水產(chǎn)動(dòng)物鹽堿適應(yīng)性及耐鹽堿分子生理機(jī)制研究的理想材料。

水產(chǎn)動(dòng)物一般具有高繁殖的特性，因此，遺傳參數(shù)的估計(jì)方法多采用同胞分析進(jìn)行估計(jì)。同胞分析所采用的方差組分估計(jì)方法，主要包括方差分析法、最小范數(shù)二次無(wú)偏估計(jì)和極大似然法(盛志廉等, 2001)。本研究通過(guò)定向交尾構(gòu)建脊尾白蝦全(半)同胞家系，利用72 h 半致死堿度進(jìn)行脅迫實(shí)驗(yàn)，采用方差分析法對(duì)脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力和遺傳相關(guān)進(jìn)行估計(jì)，可為脊尾白蝦耐鹽堿性狀的選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

1 材料與方法

1.1 親本材料

脊尾白蝦全(半)同胞家系構(gòu)建的親本來(lái)源于山東省日照海辰水產(chǎn)有限公司的養(yǎng)殖群體，其中，雌蝦142尾，雄蝦45尾。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

1.2.1 親蝦定向交尾 2019 年4 月挑選性腺發(fā)育成熟的脊尾白蝦，采用1♂︰3～4♀進(jìn)行定向交尾。親蝦交尾后，將抱卵雌蝦撈出，進(jìn)行單獨(dú)孵化。5 月下旬，50 尾抱卵親蝦成功排幼得到子一代，即50 個(gè)全同胞家系，其中包括同一雄性親本不同雌性親本的半同胞家系42 個(gè)。

1.2.2 幼體的培育 每個(gè)家系各取300 尾Ⅰ期溞狀幼體，分別放入300 L 塑料桶進(jìn)行培育，各家系培育條件一致。在幼體培育過(guò)程中，以褶皺臂尾輪蟲(chóng)(Brachinonus plicatilis)和鹵蟲(chóng)(Artemia sinica)為主要餌料，每天換水10%，孵育溫度為24℃，連續(xù)充氣培育至仔蝦(李吉濤等, 2013)。

1.3 鹽堿脅迫實(shí)驗(yàn)

根據(jù)前期預(yù)實(shí)驗(yàn)，得到脊尾白蝦72 h 半致死堿度為8.26 mmol/L，利用72 h 半致死堿度對(duì)所有家系(全同胞和半同胞)進(jìn)行鹽堿脅迫實(shí)驗(yàn)。每個(gè)家系隨機(jī)挑選30 尾蝦，在50 L 整理箱中暫養(yǎng)24 h。每個(gè)家系分3 組，每組10 尾，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中各組鹽度保持一致，堿度用1 mol/L NaHCO3溶液調(diào)節(jié)，用酸堿滴定法檢測(cè)，每隔6 h 調(diào)整1 次水體堿度，保持水體碳酸鹽堿度穩(wěn)定，整個(gè)實(shí)驗(yàn)周期不投喂飼料。記錄每尾個(gè)體的存活時(shí)間及生長(zhǎng)性狀。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

對(duì)耐鹽堿性狀遺傳力的估計(jì)采用動(dòng)物模型：

式中，u 為總體平均數(shù)，αi和βj分別為A 因素的第i 個(gè)水平效應(yīng)與B 因素的第j 個(gè)水平效應(yīng)，(αβ)ij為A 因素的第i 個(gè)水平、B 因素的第j 個(gè)水平時(shí)的交互作用效應(yīng)，eijk為隨機(jī)誤差。通過(guò)SPSS 軟件的一般線性模型對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，全同胞資料表型變量的方差組成見(jiàn)表1。

因?yàn)槊總€(gè)雄性親本的后代數(shù)目不相等，所以需要加權(quán)矯正：

根據(jù)全同胞資料進(jìn)行二因素系統(tǒng)分組方差分析可得到3 個(gè)遺傳力估計(jì)值。半同胞家系的狹義遺傳力為組內(nèi)系數(shù)的4 倍，所以父系半同胞狹義遺傳力為：

母系半同胞狹義遺傳力為：

全同胞估計(jì)的狹義遺傳力為全同胞組內(nèi)相關(guān)系數(shù)的2 倍，即：

根據(jù)全同胞資料，利用二因素系統(tǒng)分組的方差、協(xié)方差分析，估計(jì)出相應(yīng)的方差組分和協(xié)方差組分，進(jìn)行遺傳相關(guān)的估計(jì)(盛志廉等, 2001)。

表1 全同胞資料表型變量的方差組成Tab.1 Analysis of variance for phenotypic variance

遺傳相關(guān)的計(jì)算公式為：

表型相關(guān)的計(jì)算公式為：

2 結(jié)果與分析

2.1 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力估計(jì)

2.1.1 脊尾白蝦鹽堿脅迫存活時(shí)間的方差分析 每個(gè)脊尾白蝦家系經(jīng)72 h 鹽堿脅迫后，運(yùn)用SPSS 軟件對(duì)其存活時(shí)間進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，各家系存活時(shí)間方差分析見(jiàn)表2。由表2 可知，對(duì)雄性親本間的存活時(shí)間進(jìn)行F 檢驗(yàn)，差異極顯著(P＜0.01)；對(duì)雄性親本內(nèi)雌性親本間存活時(shí)間進(jìn)行F 檢驗(yàn)，差異極顯著(P＜0.01)。雄性親本內(nèi)相配的雌性親本平均后代數(shù) K1=20，每個(gè)雌性親本的平均后代數(shù) K2=20、 K3每個(gè)雄性親本的后代數(shù)目 K3=47.21。

2.1.2 脊尾白蝦存活時(shí)間變量方差的分析 根據(jù)親本后代數(shù)目以及方差分析的結(jié)果，計(jì)算脊尾白蝦雄性親本、雌性親本和全同胞組分的方差見(jiàn)表3。

2.1.3 脊尾白蝦耐鹽堿性狀遺傳力估計(jì) 根據(jù)父系半同胞、母系半同胞以及全同胞家系的方差組分，估計(jì)脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力見(jiàn)表4。

表2 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的方差分析Tab.2 Analysis of variance of survival time of E. carinicauda

表3 存活時(shí)間組成的方差組分Tab.3 Analysis of causal components of the survival time in E. carinicauda

經(jīng)t 檢驗(yàn)，依據(jù)父系半同胞與母系半同胞的方差組分估計(jì)的遺傳力未達(dá)顯著水平，可認(rèn)為，依據(jù)全同胞方差組分估計(jì)的遺傳力是脊尾白蝦耐鹽堿性狀遺傳力的無(wú)偏估計(jì)值。

表4 脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力及t 檢驗(yàn)Tab.4 Heritability and t test of the tolerance to saline-alkali in E. carinicauda

2.2 脊尾白蝦耐鹽堿性狀與生長(zhǎng)性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)

脊尾白蝦50 日齡生長(zhǎng)性狀與耐鹽堿性狀的協(xié)方差分析見(jiàn)表5。根據(jù)計(jì)算的遺傳協(xié)方差分析和表型協(xié)方差分析見(jiàn)表6。估計(jì)50 日齡脊尾白蝦生長(zhǎng)性狀和耐鹽堿性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)見(jiàn)表7。

通過(guò)協(xié)方差分析可知，脊尾白蝦體長(zhǎng)與體重的相關(guān)系數(shù)為0.830～0.890，為極顯著正相關(guān)(P＜0.01)，而耐鹽堿性狀與生長(zhǎng)性狀的相關(guān)性較低，為不顯著的負(fù)相關(guān)；遺傳相關(guān)與表型相關(guān)變化一致，說(shuō)明抗逆性狀與生長(zhǎng)性狀間無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

表5 表型變量的協(xié)方差分析Tab.5 Covariance analysis for components of phenotypic variance

表6 表型變量間的原因協(xié)方差組分Tab.6 Causal component of phenotypic covariance

表7 脊尾白蝦生長(zhǎng)性狀和耐鹽堿性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)Tab.7 Genetic and phenotypic correlations between growth and saline-alkali resistance traits in E. carinicauda

3 討論

生長(zhǎng)速度快、繁殖力強(qiáng)、抗逆性強(qiáng)是水產(chǎn)動(dòng)物選育的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)，這些性狀遺傳參數(shù)的估計(jì)是制定育種計(jì)劃的依據(jù)和進(jìn)行遺傳改良的基礎(chǔ)。在選育過(guò)程中，遺傳力越高的性狀，其后代重現(xiàn)性狀的可能性就高，當(dāng)水產(chǎn)動(dòng)物某個(gè)性狀的遺傳力大于0.4時(shí)，屬高程度遺傳力，適合個(gè)體或群體表型選擇法來(lái)選種。當(dāng)水產(chǎn)動(dòng)物某個(gè)性狀的遺傳力小于0.2時(shí)，后代重現(xiàn)性狀的可能性較低，適用于家系選擇或家系內(nèi)選擇(趙存發(fā)等, 2010)。多數(shù)水產(chǎn)動(dòng)物都未達(dá)到高程度遺傳力的標(biāo)準(zhǔn)，李吉濤等(2013)應(yīng)用全同胞組內(nèi)相關(guān)法估計(jì)得到脊尾白蝦50日齡時(shí)體長(zhǎng)的遺傳力為0.170～0.330，體重的遺傳力為0.140～0.330，為中度遺傳力。李祥孔等(2017)通過(guò)對(duì)已建立的牙鲆(Paralichthys olivaceus)核心群體進(jìn)行性狀測(cè)試，得到牙鲆180、240和360日齡體長(zhǎng)、體重、體高遺傳力分別為0.290～0.320、0.130～0.350和0.350～0.390，均為中度遺傳力。高保全等(2016)研究估計(jì)得到三疣梭子蟹80和120日齡生長(zhǎng)性狀的遺傳力為0.530～0.600和0.450～0.500，屬于高度遺傳力。水產(chǎn)動(dòng)物抗逆性狀的遺傳力一般較低，如九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)耐低鹽遺傳力為(0.056±0.022)(蔣湘等, 2014)，屬低度遺傳力；董麗君(2018)通過(guò)對(duì)中國(guó)明對(duì)蝦3個(gè)世代進(jìn)行低溫脅迫實(shí)驗(yàn)，估 計(jì) 其耐 低 溫性 狀 遺傳 力 為(0.054±0.074)～(0.223±0.101)；張嘉晨等(2016)對(duì)凡納濱對(duì)蝦耐低氧性狀的遺傳力進(jìn)行估計(jì)，得到其遺傳力為0.070±0.030，屬于低度遺傳力；斑節(jié)對(duì)蝦(Penaeus monodon)耐氨氮、耐低鹽性狀的遺傳力為(0.110±0.040)和(0.290±0.080)(周發(fā)林等, 2019)；中國(guó)明對(duì)蝦耐低溫性狀的遺傳力為(0.169±0.078) (王明珠等, 2018)；Charo-Karisa等(2005)估計(jì)尼羅羅非魚(yú)幼魚(yú)的耐低溫性狀的遺傳力為(0.080±0.190)，屬于低度遺傳力。王正等(2015)通過(guò)對(duì)三疣梭子蟹進(jìn)行低鹽脅迫，估計(jì)Ⅱ期幼蟹耐低鹽性狀遺傳力為0.180，80日齡稚蟹的耐低鹽性狀遺傳力為0.200，均屬低度遺傳力。本研究利用全同胞組內(nèi)相關(guān)法估計(jì)脊尾白蝦耐鹽堿性狀的遺傳力0.180～0.600，為中度遺傳力，與其他水產(chǎn)動(dòng)物抗逆性狀的遺傳力相比較高，說(shuō)明脊尾白蝦耐鹽堿能力較強(qiáng)，以耐鹽堿性狀作為選育指標(biāo)可選育出耐鹽堿能力強(qiáng)的新品種。脊尾白蝦的生長(zhǎng)性狀與耐鹽堿性狀均達(dá)到中度遺傳力，可為脊尾白蝦耐鹽堿新品種的選育提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

在水產(chǎn)動(dòng)物育種工作中，抗逆性狀與生長(zhǎng)性狀間的遺傳相關(guān)與表型相關(guān)參數(shù)通常用來(lái)進(jìn)行輔助選擇，當(dāng)通過(guò)直接選育的方法難以達(dá)到要求，或無(wú)法直接對(duì)某一性狀進(jìn)行選育時(shí)，可選擇另外一個(gè)與目標(biāo)性狀有高度遺傳相關(guān)的性狀來(lái)完成選育(蔣湘等, 2014)。一般水產(chǎn)動(dòng)物的抗逆性狀與生長(zhǎng)性狀之間的遺傳相關(guān)都很低。Krishna 等(2011)估計(jì)斑節(jié)對(duì)蝦體重與存活率的相關(guān)系數(shù)僅為0.050 (P＞0.05)；劉寶鎖等(2011)研究表明，大菱鲆(Scophthalmus maximus)耐高溫性狀與體重的表型相關(guān)僅為0.040，遺傳相關(guān)為–1.000；蔣湘等(2014)通過(guò)對(duì)九孔鮑家系進(jìn)行低溫脅迫實(shí)驗(yàn)，得到其殼長(zhǎng)、殼寬、體重與耐低鹽性狀的表型相關(guān)為–0.040～0.156，遺傳相關(guān)系數(shù)為–0.030～0.140，呈不顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系；日本囊對(duì)蝦耐低溫性狀與生長(zhǎng)性狀之間的表型相關(guān)系數(shù)為(0.043±0.054)～(0.126±0.046)，遺傳相關(guān)系數(shù)為(0.100±0.442)～(0.159±0.441)，均為低度正相關(guān)(鄭靜靜等, 2017)。本研究發(fā)現(xiàn)，脊尾白蝦耐鹽堿性狀與生長(zhǎng)性狀的表型相關(guān)和遺傳相關(guān)系數(shù)分別為0.033～0.127 和–0.401～0.196，與以上研究結(jié)論一致。因此，在脊尾白蝦選育過(guò)程中，可對(duì)耐鹽堿性狀進(jìn)行一定的加權(quán)，制定多性狀綜合選擇指數(shù)，據(jù)此評(píng)估和選擇優(yōu)秀的留種親本，可加快育種進(jìn)程。