第六章 鱼类多倍体育种技术及应用

• 日本的四倍体关东鲫和大泥鳅也是天然种
群；
什么是三倍体？ 什么是二倍体？
三倍体
• 定义1： • 所属学科： • 定义2：
– 含有三组染色体的细胞或生物。三倍体生物因难以进行减数分 裂形成配子，故常不育。 – 海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋生物技 术（三级学科） – 具有3套染色体组的生物体。 – 水产学（一级学科）；水产生物育种学（二级学科） – 具有三套染色体组的细胞或个体。 – 细胞生物学（一级学科）；细胞遗传（二级学科） – 有三套染色体组的细胞或个体。
鱼类多倍体育种
技术及应用
三倍体品种
• 自1945年Sv rdson首先发现鲑科鱼类中存
在多倍体类型起，在做过染色体研究的
1600多种天然鱼类中，人们发现多倍体鱼 类至少有150种(或亚种)以上。
• 黑龙江流域与西伯利亚的银鲫的某些种群
为三倍体种群；
• 河南省的淇河鲫、美国的溪红点鲑等也是
天然三倍体；
提高养殖产量和效益，因此了解和掌握鱼类多倍 体育种技术具有十分现实的意义。
• 鱼类和虾蟹类的多倍体可以采用物理和化学的方
法由人工诱导而成。
• 目前利用染色体组操作技术生产人工多倍体水产
经济动物的研究已取得令人瞩目的成就。
• 已有20余种海洋经济贝类、近10种十足类甲壳动物
如
• 中国对虾Penaeus chinensis、 • 日本绒螯蟹Eriocheir japonicus • 中华绒螯蟹Eriocheir chinensis • 以及40余种鱼进行过人工诱导多倍体的研究并获得
结果就形成了染色体组加倍的细胞。
• 如果这时理、化因素消失，那么这个细胞再分裂
形成的细胞便有了加倍的染色体了。以这样的细
胞形成的组织、器官和由它产生的后代就是多倍
体了。
• 染色体的加倍也可以通过保留受精卵第二极体即
抑制卵子的第二次成熟分裂或抑制受精卵的第一
次卵裂来实现。
• 鱼类受精细胞学研究表明： • 鱼类精子入卵的时期是第二次减数分裂的中期，
第 二 次 分 裂 第 一 次 分 裂
A
A
A
A
A代表细胞中的一条染色体； A-A代表细胞复制后含有二条染色单体的一条染色体
A A
卵母细胞
卵母细胞的正常减数分裂示意 图
A A A-A A-A 阻止第一极体放出 A-A A-A
A A
A A
三倍体A A A
A A
经过减数分裂后的精子A
产生三倍体的示意图a
A A A-A A-A
A-A
阻止第二极体放出
A-A
阻止第二极体放出
A A
A A
三倍体A A A
A A
经过减数分裂后的精子A
产生三倍体的示意图b
A A
A-A A-A
阻止第一次有丝分裂
A A A A
A A
受精卵
四倍体产生的示意图
• 2 诱导多倍体鱼类的方法
人工诱导鱼类多倍体的方法主要有生
物、物理和化学方法三种。
二倍体鱼与三倍体鱼垂体细胞和 超微结构比较
• 2 种不同倍性鱼的垂体呈鸡心形或近圆形, 外形差
别不是很大, 白色, 位于间脑腹面, 以垂体柄与下 丘脑相连. 这些垂体都是由神经部和腺部两部分组 成. 垂体神经部由神经纤维微血管及神经胶质细胞 组成, 其神经纤维极其细微的分枝分布于垂体腺部 (腺垂体)的各个区域, 胶质细胞与微血管网紧密相 连.垂体腺部分为前腺垂体中腺垂体和后腺垂体
•
Leabharlann Baidu
2.1 生物学方法 远缘杂交、核移植及细胞融合是采用生物方 法诱导鱼类多倍体的有效途径。
• Marian等(1978)最早发现草鱼♀×鳙♂之间的杂
种是异源三倍体;
• （同源多倍体：各染色体组的内容相同，
来自同一物种（AA） （AAAA），同
源多倍体与原来的二倍体具有相同的遗传 物质，只是在数量方面加倍罢了；
二倍体鱼类作亲本时维持的时间要长。
• 4）增强抗逆性：一般多倍体鱼的抗病性、耐寒
性比相同的二倍体鱼类要强。
• 5）生理生化方面的变化明显：用药物处理，经
过诱变所得的异源多倍体的蛋白质含量显著提高。
• 当然也存在着一些不足：如某些种类制种和大批
量生产有难度，规模化生产的成本问题等。
• 显然，这些特性如果能为生产所用的话将有利于
• 所属学科： • 定义3：
• 所属学科：
• 定义4：
• 所属学科：
– 遗传学（一级学科）；细胞遗传学（二级学科）
三倍体欲与二倍体鱼的形态区别
二倍体鲫鱼
• 三倍体鲫鱼
三倍体鱼与二倍体鱼形体上的差别：
1。成年三倍体鱼体积大于二倍体鱼 2。成年三倍体鱼的鳍、尾，头部的眼、 嘴都大于二倍体的鱼 3。三倍体的鱼鱼腹较大，鱼背较后而二 倍体则较薄
二倍体与三倍体在育种技术上的 区别
• 利用四倍体鱼精子与二倍体日本白鲫卵子
受精形成了三倍体湘云鲫
• 人工诱导鱼体三倍体基因 • 雌核发育二倍体的诱导
• 1.利用四倍体鱼精子与二倍体日本白鲫
卵子受精形成了三倍体湘云鲫。
• • 2.人工诱导鱼体三倍体基因 • 3. 雌核发育二倍体的诱导
图为用静水压力处理鱼类染色体的结果
了成功。
• 鱼类人工多倍体的研究--20世纪70年代后得到迅猛
发展。
• 三棘刺鱼、鲽、川鲽、大菱鲆、鲤鱼、鲢、虹鳟、
鳙、白鲫等20多种鱼类中获得多倍体试验鱼。
• 海水鱼仅进行了黑鲷、牙鲆三倍体，真鲷三倍体、
四倍体等的基础研究。
• 本章拟对鱼类多倍体产生的机制、人工诱
导方法、性状及应用前景作一综合性介绍。
成年二倍体鱼与三倍体鱼血液理 化指标分析
• 二倍体大黄鱼和三倍体大黄鱼三项血液血
细胞常数值测定结果 大黄鱼二倍体、三倍体8项血液生理指标 差异显著性分析
• 这些理化指标说明： • 1.鱼类的血液生理指标值的大小随着鱼类种类、年龄、性别、性周期、
营养状况、季节变化以及鱼类本身活动性等因素而有所变化。
• 但由于细胞内染色体发生重排，实际得到是含各
种不同数量染色体的鱼类细胞群。
• 但利用这一技术可以探索改良品种的可能性。
• • • • •
2.2 物理学方法
主要包括 温度休克法 静水压法， 高盐高碱法 电休克法。
卵子受精后放出第二极体。
• 如果设法抑制第二极体的放出即形成二倍体卵，
二倍体的卵原核与正常精原核结合就形成三倍体；
• 如果卵子受精后:
• 排出第二极体形成单倍体卵
• 单倍的卵原核与单倍的精原核结合形成二倍的受精卵 • 在这时再抑制受精卵的第一次卵裂，则产生四倍体。
• 三倍体育种的方法：
• 在减数分裂过程中处理卵母细胞，阻止减数分裂过
• 核移植诱导鱼类多倍体技术仍处于实验阶段，用
四倍体的草鱼培养细胞的细胞核作为供体移植到
泥鳅的去核卵内，获得心跳期的四倍体胚胎，该 技术的成熟很可能成为诱导四倍体鱼类的有效途
径之一
• 细胞融合主要诱导鱼类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者受精 卵与受精卵之间的细胞融合，
体(Chevassus 1983)。
• 用雌性草鱼(2n=48)与雄性三角鲂(2n=48)杂交，
获得子一代染色体数目为72的草鲂杂种三倍体(刘
思阳 1987) 。
• 用异育银鲫与兴国红鲤杂交获得复合四倍体(种间
杂交)，第二极体排放受到抑制从而产生多倍体，
而种内杂交很少有不排出第二极体的,其机理尚需 进一步探讨；
（营养体的生理性旺盛，不能等同于发育快）。 水生所的三倍体鲤生长快于杂交鲤，因此三倍体 鲤不仅有二倍体杂交鲤的杂交优势，而且生长速 度超过二倍体。
• 3）克服远缘杂交不育性：
• 异源多倍体能大大提高远缘杂交的受孕性，
• 异源多倍体的后代基本上没有分离现象。 • 用多倍体鱼类作杂交亲本，所产的杂种优势比用
程中第一极体或第二极体放出，阻止卵细胞的染色
体减半，从而产生2n的卵细胞。
• 2n的卵细胞与正常减数分裂产生的精子(1n)结合，
产生3n的受精卵，其结果可发育成三倍体个体。
• 四倍体育种的方法则是在合子进行第一次有丝分
裂时实施刺激，阻止第一次有丝分裂，结果可形
成四倍体
A A A-A A-A A-A A-A
• 所属学科： • 定义3：
• 所属学科：
• 定义4：
• 所属学科：
– 遗传学（一级学科）；细胞遗传学（二级学科）
二倍体
• 定义1： • 所属学科： • 定义2：
– 含有两组染色体的细胞或生物。雌、雄配子结合后发育而来 的生物为二倍体。 – 海洋科技（一级学科）；海洋技术（二级学科）；海洋生物 技术（三级学科） – 具有2个染色体组的生物个体。 – 水产学（一级学科）；水产生物育种学（二级学科） – 含有两套同源染色体的细胞或个体。以2n表示。 – 细胞生物学（一级学科）；细胞遗传（二级学科） – 具有两套染色体组的细胞或个体。
• 2. 人工诱导的三倍体大黄鱼, 具有三套完整染色体组, 比正常大黄鱼
二倍体多一套, 结果导致三倍体大黄鱼细胞核体积增大、细胞体积也变 大, 结果也使其具有大黄鱼二倍体所没有的诸多优良性状。
• 3. 人工诱导的大黄鱼三倍体平均红细胞体积MCV、平均红细胞血红蛋白
MCH 和平均红细胞血红蛋白浓度MCHC均高于大黄鱼二倍体, 分别是二倍 体的1124倍、2112倍和1179倍, 表明大黄鱼三倍体红细胞性状优于大 黄鱼二倍体。鱼类白细胞机能与免疫、抗疾病能力有关, 在白细胞血液 生理指标上大黄鱼三倍体的白细胞数WBC高于大黄鱼二倍体的白细胞数 WBC, 是二倍体的1132倍, 表明三倍体的大黄鱼抗病性优于二倍体的大 黄鱼。 • 4. 从血液学的倍性效应看, 大黄鱼三倍体与大黄鱼二倍体比较, 血液 中红细胞血红蛋白总量不变, 红细胞体积的变大, 红细胞数目的减少, 白细胞数目增多。这与其它三倍体品种鱼类血液学的倍性效应相同 [ 5~ 9]。我们进行生物学测量时(受惊扰) 观察到三倍体大黄鱼比二倍体大 黄鱼体色稍微苍白, 原因可能是三倍体鱼红细胞的体积增大和数目减少, 引起了红血球在末梢血管系统流动的速度缓慢, 在过激运动后身体恢复 速度要比二倍体缓慢, 所以在养殖生产三倍体鱼类要注意少惊扰。
• 1 鱼类多倍体产生的机制
• 原理：细胞正常的有丝分裂特点：当细胞进行有
丝分裂时，染色体组经过复制加倍，被纺锤丝拉
向两极，中间形成隔膜，使一个细胞分裂变成染
色体组与原来相同的两个细胞。
• 如果我们利用某些理化因素，在细胞分裂中期阻
止纺锤和中间隔膜（细胞板）的形成，而使已复
制的染色体不能分向两极，不能在中间形成隔膜，
讨论
• 二倍体育种为我国传统鱼苗育种方式，其方法一般为野生鱼体杂交——挑选优良品
• •
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•
•
种——再次培育（包括少量杂交）——保留优良品种。 而三倍体作为改革开放以来大力研究，大量推广的一种新型鱼苗方法，它有如下几种 方式： 人工雌核(雄核)发育二倍体的诱导。二. 人工诱导鱼体三倍体基因 三.二倍体与四倍体 杂交得到 从两者的方法上来看二倍体养育方法单一而三倍体方法多样,但是前者方法简单易于掌 握而后者却需要大量的人工研究与探索,即使技术成熟也要较高素质的人员来完成这一 系列的步骤,难度较大且耗时耗力. 此外,从两者培育出的鱼种来看,同种鱼不论在身体结构,外形特征,抗病能力还是各项血 液指标来看三倍体鱼均优于二倍体,但是三倍体鱼不孕不育,不能保留自身优良的品种 基因.所以,每一代三倍体鱼苗都要通过上段所述方法重新育苗,这当中就存在一定风险, 基因也因此无法有效控制.而正因为三倍体鱼无法生育,所以鱼体本身的一些生长激素 也不同于正常鱼类,而这些影响是否会对人体有一定影响也没有深入研究. 所以,三倍体育苗技术固然有值得赞赏的地方,但我们也应理性的认识里面的利害关系, 合理开发,合理运用,让科技真正作用于人类.
• 人工多倍体是用人工的方法诱导形成的，
通过多倍体育种可培育出新的品种，是现
代育种的一种新方法，目前已在生产上广
泛应用。
• 多倍体鱼类与二倍体鱼类不同的特性： • 生长快、个体大、性腺发育异常、寿命延
长和遗传特性改变等。
• 可概括为： • 1）巨型性：细胞容积大于二倍体，因此个体较
大；
• 2）速生性：生长快，提前达到商品鱼的规格
异源多倍体：染色体组内容不相同，来自不同物种
（AA） × （BB） （AA） × （BB） 杂种不育。 （AABB） 也称双二倍体。 （AB） + （ AB）
• 异源四倍体是可育的，而不加倍的（AB）可能是
• 异源四倍体或是同源四倍体，也具有可育性）。
（AAAA） × （BBBB） （AABB）
• 鱼类的远缘杂交可能产生单倍体、二倍体和多倍