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1、鱼类育种学概述摘要：鱼类遗传育种的途径和范围是非常广泛的，包括常规的选择育种、杂交育种、多倍体 育种以及新近发展起来的细胞工程育种和转基因育种。本文就这些方面对鱼类的育种进行综 述。关键词：选择育种 杂交育种 多倍体育种 细胞工程育种 转基因育种鱼类育种是对野生或现有品种进行遗传改造，创造自然界所未有的鱼类新品种，是对鱼 类多样性和物种进化的贡献。20 世纪 70 年代以后，鱼类育种与细胞工程和基因工程等新高 生物技术的结合，使这一研究领域很快出现生机，冲破了多年来常规的选择育种和杂交育种 在育种多样性和快速高效等方面的制约。我国较大规模开展鱼类遗传育种研究的历史仅有 20 多年。短短20 多
2、年来，不但在育种技术方面取得了重大进步，建立了杂交、倍性、细胞 工程以及基因工程等多种育种技术，并逐渐形成了多种技术综合配套的技术路线。通过传统 的育种技术和现代的育种技术成功地培育出新的鱼类品种，如工程鲫、工程鲤等，不断向社 会推出了许多具有重要经济价值的养殖新对象，大大提高了鱼类的生产力，丰富了鱼类的遗 传多样性。鱼类遗传多样性的丰富反过来又可增加鱼类生产量和改良鱼类品种，因此，保护 基因多样性和可持续的利用是人类维持基本的生命过程和生命支持系统的基础。1 选择育种 选择育种是育种工作的一个最基本的手段1,2。改变育种对象遗传性质的常规方法有两 种：一是挑选作为亲本用的个体，这就是选择。另
3、一个是控制亲本的交配方式，这就是遗传 操作。在鱼类生长发育的各个阶段，可以有目的地选择具有优良性状的个体，淘汰品质不良 的个体，这种方法可以避免由于鱼类人工繁殖所产生的近亲交配而随之引起的退化现象。目 前，系统选育的方法通常有4种：(1)混合选种(又称集团选种)，即从生产效果最好的池塘中 选出鱼群，这种方法在鱼类的各个发育阶段都可进行；(2)家系选种(又称窝选)，即从一雌一 雄选亲配合建立家系开始，在其后代中一代一代进行高度的近亲交配，以累代实行严格的全 同胞交配为基础，依据个体表型值，兼顾家系平均值，进行选择留种；(3)亲本选种，又称 后裔鉴定选种，即根据后代质量而对亲本作出评价的个体选择方
4、法，根据后裔鉴定结果决定 对亲本的取舍；(4)综合选种，即综合上述几种选种方法进行的选择育。2 杂交选育杂交选育就是将分类地位在两个不同品种以上或种以上两个亲本个体之间的交配，分为 种内杂交和远缘杂交。鱼类杂交的目的是利用杂交优势以产生所需的养殖新品种。我国是鲤 鱼品种最丰富的国家，20世纪70年代开始就已把鲤鱼品种间的杂交优势用于生产实践。目前 已进行过112个组合的杂交，包括3个目，5个科，32个种，其中以鲤品种间杂交效果为好， 如丰鲤、荷元鲤、岳鲤、芙蓉鲤和三杂交鲤等已通过鉴定并在生产上推广应用3，4。相对而 言，鱼类选育要比农作物选育要困难得多。主要是由于鱼类生殖周期长、生活在水中、容
5、易 混杂以及不便观察等客观条件的限制和影响。尽管如此，我国在鱼类选育方面仍进行了大量 工作，尤其是在人工繁殖技术成功之后，杂交育种在我国淡水养殖鱼类中广泛开展，获得了 一大批杂交鱼新品种。3 单倍体育种单倍体育种鱼类的单倍体育种包括人工诱导雌核发育和人工诱导雄核发育两个方面。我 国的鱼类人工雌核发育是70年代从淡水鱼开始的至于诱导雄核发育的研究，国内外都处于 初步阶段。鱼类人工雌核发育的原理就是模拟天然雌核发育原理，用遗传物质失活的精子去 与成熟卵子“受精”，激活卵子发育，并通过诱导使卵子染色体加倍而发育成个体。人工雌 核发育不仅能产生单性的后代，且能迅速建立纯系，对于鱼类杂种优势利用，选育种
6、及育种 基础理论的研究皆有重要的意义。近二十年来，我国在鱼类雌核发育的研究方面取得了骄人 成绩。已弄清了鱼类天然雌核发育的机理，包括雌核发育鱼类个体特征、细胞学、遗传学、 生物化学、免疫学、种群生物学等方面的基础。人工诱导鱼类雌核发育已在鲫、红鲫、兴国 红鲤、荷包红鲤、草鱼、鲢鱼、杂交鲤和建鲤等鱼类上获得成功。利用天然雌核发育的方正 银鲫与兴国红鲤雄鱼。4 多倍体育种多倍体是指体细胞中含有三个或三个以上染色体组的个体。世界上已研究过染色体的 1100余种鱼类中，至少有60多种多倍体。多倍体鱼类对控制过度繁殖、提高生长速度、延长 寿命和改善鱼肉质等都有效果诱导鱼类多倍体的原理与人工诱导雌核发育有
7、相似之处，主要 是利用理化因素破坏纺缍丝、抑制极体的排出或抑制卵裂的进行，从而形成三倍体或四倍体 鱼类。远缘杂交也能产生多倍体鱼类。我国在淡水鱼类的多倍体育种中进行了不懈的摸索。 主要采用了温差处理、水压处理、药品处理和种间杂交方法获得多倍体目前已报导的多倍体 (三倍体和四倍体)鱼有：草鱼、鲢鱼、鳙鱼、团头鲂、荷包红鲤、泥鍬、兴国红鲤X草鱼、 荷包红鲤X白鲫、草鱼X团头鲂、白鲫X红鲫、草鱼X鳙鱼、草鱼X三角鲂等。其中荷包红 鲤X白鲫已被证。4.1 三倍体产生的生物学原理一般来说，大多数鱼类为二倍体(2n)，体细胞中含有3个以上染色体组的则称为多倍体。 在鱼类中研究最多的就是三倍体。人工三倍体的
8、诱导可以通过保留受精卵第二极体来现。鱼 卵成熟排出体外，精子进入鱼卵，卵子正处于第二次减数分裂的中期，精子入卵数分钟后即 放出第二极体。如果以某种措施抑制第二极体的外排，受精卵中就保留了两套雌核的染色体 和一套雄核的染色体而成为三倍体。如果在正常受精卵处于第一次有丝分裂的中期抑制卵 裂，即可获得四倍体。抑制第二极体的外排或抑制第一次有丝分裂，都可阻止纺锤丝或细胞 隔膜的形成。4.2 人工诱导鱼类三倍体的方法人工诱导鱼类三倍体的方法很多，概括起来有物理学方法、化学方法、生物学方法等 4.21 物理学方法鱼类受精卵的物理学处理方法已被广泛地用来抑制第二次成熟分裂而获得三倍体。主要 有温度处理、静水
9、压处理、电休克和高盐高碱法等，温度处理和静水压处理效果较好，是目 前人工诱导三倍体最常用的物理学方法。421.1 温度处理 又称温度休克，包括热休克和冷休克，一般用略高于或略低于致死温 度来诱导三倍体其作用机制是温度的变化引起细胞内酶构型的改变，不利于酶促反应的进 行，导致细胞分裂时形成纺锤体所需的ATP的供应途径受阻。使已完成染色体加倍的细胞不 能分裂温度休克的关键是开始处理时间、处理的持续时间以及温度的高低一般来讲，温 度休克敏感性与遗传背景和卵子的成熟度有关为了加强刺激强度，冷水性鱼类宜用热休克， 温水性鱼类宜用冷休克，温度范围不可超过该鱼致死温度，最好选用其亚致死温度进行短期 处理。s
10、warup(1959)报道了采用受精3min后的三棘刺鱼卵，0C休克1.53h,结果获得三倍 体，而且饲养至性成熟5。Ojima等报道对受精10min后的鲤鱼卵采用0C休克10min,结果 获得三倍体成鱼6。尤锋(1993)曾进行单因子梯度实验及正交试验，并作方差分析获得了 黑鲷冷休克处理最佳诱导条件为受精后5min用45C水处理1015min，培育水温为17-20，若延长处理时间，则孵化率下降。而PeterF等在诱导溪鳟三倍体是则采用28C 的休克温度在其受精后1 Omin,持续1 Omin,结果得到98% 100%的三倍体，相对存活率达 到42 一1008。温度处理所需条件、设备简单，处理
11、量大，但诱导率低，而且死亡率较高所以温度休 克方法在批量生产上不是很实际，推广有一定的难度，不过作为一种诱导三倍体的方法还是 值得研究4.2. 1. 2静水压法即利用专门的静水压设备产生较高的静水压(一般为650kg / cm )施加于 处理对象。其作用机制是抑制纺锤体的微丝和微管的形成，阻止染色体的移动，从而抑制细 胞的分裂，形成多倍体。用静水压法处理诱导鱼类多倍体的作用效果主要受处理时间、压力 强度、处理持续时间影响。以水晶彩鲫为例，受精卵的压力敏感期仅仅在受精后45min, 在此之前为卵子启动期，施加压力会破坏卵子的激动和修整过程。造成发育受阻，其后为压 力不应期，此时第二次减数分裂趋于
12、明朗，压力对保留第二极体失去作用.因此为了获得水 晶彩鲫三倍体，静水压诱导只能在受精后45min进行。我国楼允东等用静水压诱导杂合 二倍体雌核发育与三倍体虹鳟也获得成功，国外近几年采用静水压诱导三倍体较多10。 LinhartO等在欧洲鲶鱼受精后3min以600kg / cm的压力持续4min,结果得到97.8% 1.8% 三倍体胚胎。存活率为33. 7% 16. 9%11。虽然静水压法需要专门的设备如水压机，成本较高，样本室容量小，处理卵数不多，不 适于大规模生产.但是其处理的最佳条件易于掌握，处理程序易于标准化，对受精卵的损伤 比温度处理小，诱导率高，因而广受众多学者的青睐，是进行三倍体诱
13、导的有效方法.4.2. 1. 3电休克法Teskeredjic等在1993年用热休克与电休克相结合的方法诱导银大麻哈 鱼三倍体获得成功他们发现交流电(AC)诱导三倍体比直流电(DC)更有效将受精后4 0min 的卵置于26C并给以10rain的交流电休克可得到100%的三倍体，而直流电休克和只有热休 克而无电流休克处理的对照组分别为7O%和15%，交流电和直流电的电压皆为10Vii。4.2. 2 化学方法化学方法主要是利用一些能够抑制细胞分裂的化学物质.来干扰细胞正常的分裂过程， 阻止第二极体的排出或受精卵的有丝分裂而产生三倍体或四倍体.主要的诱导剂有以下几 种。(1) 细胞松弛素B(简称CB
14、).细胞松弛素是真菌类某些菌种的代谢产物，其中细胞松弛素B 用途最广。CB对于活细胞具有干扰细胞质分裂的特殊效应，如细胞骨架的变化、多核化、破 坏微丝等。一般认为CB特异性破坏微丝，最终导致细胞分裂由微丝构成的收缩环解体，抑制 细胞质分裂。阻止极体的释放，从而产生多倍体。CB处理虽然成功率较高，而且可以诱导产 生高比例的三倍体，但毒性较大，且有致癌性，水溶性较差，价格昂贵，不适合生产。 CB 一般溶解在0. 1%的二甲基亚砜(DMSO)中，而且处理结束后需用含DMSO的海水浸洗受精卵， 去除残留的CB。(2) 秋水仙素.秋水仙索是从秋水仙器官中提取的一种植物碱，极毒，它能抑制微管的组 装，使已
15、的微管解聚从而阻止纺锤体的形成或破坏已形成的纺锤体，使细胞的染色体加倍而 不分离.秋水仙素在植物中的应用较为广泛且成功，但在动物中应用较少，主要是动物细胞 经过秋水仙索处理后容易形成育种实践上没有价值的镶嵌体且成活率较低.(3) 6一二甲基氨基嘌吟(简称6一DMAP). 6一DMAP是一种蛋白激酶抑制剂，是影响磷酸激 酶作用的嘌呤毒索类似物，通过作用与特定的酶，破坏微管的聚合中心，使微管不能形成， 动而抑制极体的形成和释放.6一DMAP与CB相比诱导率相差无几。但其毒性弱，不具致癌性， 水溶性较好，孵化率高于CB处理，具有较好的应用前景，目前趋向于用它处理来达到大规模 生产的目的。此外，聚乙二
16、醇(PEG)、氯化钙、咖啡因等对抑制细胞分离，使染色体加倍也有一定的 作用。必须指出的是化学诱导剂虽然诱导效果较好，但一般较贵，且具有毒性，再加上所诱 导的多倍体往往是二倍体与四倍体的嵌合体而限制了它们的使用。423 生物学方法生物学方法主要有远缘杂交、核移植、细胞融合3种途径尤其是远缘杂交报道的比较多 4231 远缘杂交 异源精子可以诱发受精卵产生多倍体，这种由于远缘杂交染色体自 然加倍产生异源三倍体或四倍体的现象，在理论与实践上均有重要意义目前，国际科技界 对杂交鱼三倍体工作甚为重视，其中研究最多的是鲑科鱼类杂交种和鲤科鱼类杂交种。 Marian(1978)最早发现草鱼早乂鳙之间的杂种是异源三倍体。刘思阳(1987)也证实草鱼早 X三角鲂之间的杂种是异源三倍体，其中草鱼提供了两套染色体，三角鲂提供了一套染色 体。种间杂交所产生三倍体的机理比较复杂，还有待于进一步的
