多倍体技术在水产动物育种中的应用

多倍体技术在水产动物育种中的应用

摘要多倍体是指生物体的体细胞中含有超过2个染色体组的个体。多倍体育种是通过增加染色体组的方法来改造生物的遗传基础，从而培育出符合需要的优良品种。相对于同种的二倍体，多倍体具有个体大、产量高、抗病力强等特点。多倍体诱导及其特性研究是水产养殖研究领域的一个热点，目前在鱼类、贝类等水产动物的育种中已经取得了一定的成就，具有广阔的发展前景。本文主要介绍多倍体育种的基本原理和方法，以及在几种水产动物育种中的应用。

关键词多倍体；育种；水产动物；应用前景

1.多倍体产生的基本原理

多倍体是由于细胞内染色体加倍而形成的，即通过卵子第二极体的保留或受精卵早期有丝分裂的抑制而实现。

对于二倍体动物，成熟卵处于第二次成熟分裂中期，当具有一组染色体的精子入卵后，刺激卵子继续完成第二次分裂，卵中原有的二组染色体中一组作为第二极体排出，受精卵成为正常的二倍体。如果在精子入卵时，第二极体不能正常排出，则精卵原核结合成为三倍体受精卵。如果卵子受精后正常排出第二极体，并与单倍体精子结合形成二倍体受精卵，而受精卵的第一次卵裂受到抑制，则产生四倍体。

2.人工诱导多倍体的方法

人工诱导多倍体的方法主要有物理学、化学和生物学三种。

2.1物理学方法

2.1.1.温度休克法

温度休克法包括冷休克法(0- 5℃)和热休克法(30℃左右)两种，即用略高于或略低于致死温度的冷休克或热休克来诱导三倍体或四倍体的方法。进行温度处理最重要的必须确定处理的开始时间、持续时间以及温度高低。如果阻止第二极体外排，应该在受精后马上进行处理。如果抑制第一次卵裂，应该在第一次有丝分裂中期进行处理。

2.1.2静水压法

静水压法就是利用水压机产生较高的静水压来抑制第二极体的放出或第一

次卵裂而产生多倍体。它是进行鱼类染色体组操作的有效方法，休克的最佳条件易于掌握，处理程序易于标准化。

静水压法的优点在于：①诱导率较高，一般能达到90%以上。②处理时间短，一般为3-5分钟。③对受精卵的损伤小，成活率高。

2.1.3 电休克法

贾方钧(2001)电休克法诱导多倍体的最佳条件为：受精卵分别在非电解质的甘露糖溶液和电解质的含5％小牛血清的细胞培养液中接受电激，细胞的融合效率差别不大，但融合后胚胎发育成活率有明显差别，细胞在非电解质溶液中损伤较小，得到的多倍体后代成活率高。

由于电休克法是近年来才开始采用的多倍体诱导方法，目前还没有很多研究与成熟工艺，故尚未被广泛采用。

2.2化学方法

应用某些化学药品，在适当的时候处理水产动物受精卵，可以抑制第二极体的排出或抑制第一次有丝分裂，从而达到产生三倍体或四倍体的目的。例如，细胞松驰素 B 通过影响纺锤丝内微管的形成，抑制减数分裂或有丝分裂纺锤体的正常收缩，使细胞分裂受阻，在贝类的多倍体诱导中应用较多。诱导多倍体的其它化学试剂有聚乙二醇(PEG)、6-二甲基氨基嘌呤(6-DMAP)、咖啡因、N 2O 和CHClF 2 等麻醉剂。

2.3生物学方法

人工诱导的生物学方法主要是异源精子通过远缘杂交诱发受精卵产生多倍体。除此之外，还有核移植和细胞融合两种方法。

核移植是指应用显微操作技术，将某一特定细胞的核转移和嵌入到另一细胞中的过程。核移植技术精细、难度大，通过核移植获得多倍体的方法还处于初始阶段。

细胞融合是指在自发或人工诱导下，两个不同基因型的细胞或原生质体融合形成一个杂种细胞。该方法主要诱导囊胚细胞与囊胚细胞，囊胚细胞与未受精卵，囊胚细胞与受精卵或受精卵与受精卵之间的细胞融合，但由于细胞内染色体发生重排，实际得到的是各种不同数量染色体的细胞群。

核移植和细胞融合到目前为止并未成功地获得真正意义上的多倍体。

3.多倍体的鉴定方法

无论采用哪一种诱导方法，都不能达到百分之百的诱导率，诱导结果必须经过严格的鉴定。多倍体鱼类的鉴定方法分为直接法和间接法两种。直接法包括染色体计数和DNA含量测定等，间接法包括核体积测量、蛋白质电泳、生化分析以及形态学检测等。

以上几种多倍体的鉴定方法各有优缺点。一般而言，间接法不够准确，绝大多数情况下都采用直接法。其中，DNA含量测定法较为有效，测定快速准确，并能测出嵌合体，但是需特殊的仪器设备，费用昂贵。而染色体计数法虽然费时，并且必须有好的染色体标本，但它是鉴定鱼类多倍体的最适合的方法，适合推广。在实际育种过程中，要综合考虑各种因素，选择合适的鉴定方法。

4.多倍体技术在水产动物育种中的应用

4.1多倍体技术育种的优点

与传统的育种方法相比，多倍体育种在很多方面显示出其优势，主要表现为以下几个方面：第一，能够增加杂种后代的成活率，提高其生长速度；第二，延长水产动物的养殖周期，提高经济性能；第三，培育出水产动物新品种，增加养殖动物种类；第四，有利于维持渔业生态环境的稳定。

4.2多倍体技术在水产动物育种中的应用

4.2.1贝类多倍体育种

贝类多倍体育种主要是采用物理、化学、生物学方法诱导产生三倍体, 对现有的养殖种类进行种质改良，以提高养殖群体的生长速度，改善养殖贝类经济性状、增强养殖生物的抗逆性。

三倍体的马氏珠母贝的生殖腺基本上不发育，在繁殖期呈透明状或怀有极少量的精卵。消耗在生殖腺发育上的能量将转向体细胞的生长，导致三倍体个体比二倍体大。三倍体组与二倍体组比较，其成珠率高3O.8％，留核率高 35.4％，珍珠平均重量高14.3％。由于三倍体生殖腺不发育或极少，可以延长插核期，减少插核过程中因损伤生殖腺而造成的污珠、尾珠和素珠。三倍体合浦母贝比二倍体生长快，其珍珠质分泌速度也比二倍体快。

三倍体珠母贝表现出明显的生长和育珠优势，在珍珠养殖中有较大的推广潜力。

4.2.2鲍多倍体育种

鲍是中国传统的珍贵海珍品，价格昂贵，被誉为“软黄金”。但因鲍的生长速度较慢、生长周期长及严重的病害，制约了其快速发展。三倍体鲍具有增产和降低稚鲍剥离死亡率的优点，具有很好的推广和应用前景。

4.2.3鱼类多倍体育种

鱼类性成熟会降低其商品价值,不仅死亡率提高,生长率降低，而且肉质和外观都很差。而性腺不育的三倍体鱼类在抗寒、抗病、生长和改善鱼肉品质方面表现出较大优势，诱导不育的鱼，把本来用于性腺发育的能量直接用于鱼类的生长, 可以提高饵料转化系数，从而提高产量。与此同时，三倍体育种对于控制某些鱼类过度繁殖、防止基因混杂、改良种质资源和培育新品种也具有十分重要的意义。

在鱼类人工诱导多倍体的研究中，三倍体是最常见的，并已取得实际成果。多倍体往往具有个体大及生活力强等优良性状，而异源四倍体则有可能解决远缘杂交不育的问题。

4.3多倍体技术育种的现状

诱导率、孵化率和成活率偏低，难以掌握其准确刺激时间和刺激强度，缺少准确有效的倍数鉴定方法。对水产动物三倍体、四倍体诱导的最佳参数还未完全弄清，多倍体的形成机制缺乏系统研究。

4.4多倍体技术育种的前景

多倍体技术育种对提高水产品产量、加快水产动物生长速度、延长水产动物寿命、控制过度繁殖、保持物种多样性和合理开发渔业资源等方面有着极其重要的作用。目前，世界上很多国家都十分重视多倍体技术在水产动物育种中的应用。日本应用静水压技术大规模诱导生产苏大马哈鱼全雌三倍体和牙鲆四倍体，俄罗斯已进行了工业化大规模培育鲤鱼三倍体；全雌三倍体虹鳟由于其不受性成熟影响而提高了商品规格，在加拿大已商品化生产；三倍体草鱼在美国天然水域中放养，既可以除草，又能阻止大量繁殖破坏生态平衡。

虽然目前多倍体育种中还存在一些尚未解决的难题，但是随着对多倍体生物的不断深入研究和现代生物技术的迅速发展，鱼类多倍体育种技术在不久的将来一定会走向成熟应用，为人类作出更大的贡献。

参考文献：