海水貝類增養(yǎng)殖學(xué)第五章 貝類育種

……提綱概述多倍體育種的應(yīng)用技術(shù)操作前景展望貝類的育種5—1概述貝類養(yǎng)殖具有食物鏈短、定居性強(qiáng)、育苗和養(yǎng)殖基礎(chǔ)好、成本相對(duì)較低等特點(diǎn)近幾年出現(xiàn)了嚴(yán)重制約產(chǎn)業(yè)發(fā)展的“瓶頸”問題，單產(chǎn)降低、品質(zhì)下降、大面積死亡現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，造成了嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)迫切需要生長(zhǎng)快、品質(zhì)優(yōu)、抗逆能力強(qiáng)的養(yǎng)殖貝類新品種，以推動(dòng)貝類養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。貝類的育種5—2

多倍體育種的應(yīng)用

應(yīng)用海洋生物技術(shù)培育海水養(yǎng)殖新品種是近年來的研究熱點(diǎn)。其中應(yīng)用染色體操作技術(shù)培育多倍體的研究是最活躍和最具應(yīng)用潛力的領(lǐng)域之一。多倍體培育具有投入相對(duì)少、目的性強(qiáng)、見效快、效率高等特點(diǎn)。貝類多倍體研究的主要目的是生產(chǎn)不育的三倍體。貝類的育種5—3

多倍體育種的應(yīng)用

多倍體的種類根據(jù)產(chǎn)生方法分為：天然多倍體和人工多倍體根據(jù)染色體來源分為同源多倍體和異源多倍體根據(jù)染色體數(shù)目分為三倍體四倍體、六倍體、八倍體,依次類推。貝類的育種5—4多倍體育種的應(yīng)用凡是體細(xì)胞中含有一套染色體組的生物稱為單倍體，用n表示，具有兩套染色體組稱為二倍體，用2n表示，自然界中存在的生物大部為二倍體。由于自然或人為因素使體細(xì)胞中染色體組增加，將形成多倍體。貝類的精子在排放前已完成了兩次減數(shù)分裂過程，形成單倍性的精子，而卵子尤其是瓣鰓綱的卵子在排放時(shí)一般停止在第一次減數(shù)分裂的前期或中期，在受精后或經(jīng)激活后再完成減數(shù)分裂，釋放出兩個(gè)極體后，雌雄原核融合或聯(lián)合，進(jìn)人第一次有絲分裂，即卵裂。這一延遲的減數(shù)分裂過程為貝類多倍體遺傳育種操作提供了有利的時(shí)機(jī)和條件。迄今為止，利用各種方法已在30余種貝類中進(jìn)行了多倍體的研究。貝類的育種5—5貝類多倍體技術(shù)操作

化學(xué)法

細(xì)胞松弛素B(cytochatginB，簡(jiǎn)稱CB)：真菌的一類代謝產(chǎn)物。CB處理可誘發(fā)一系列細(xì)胞學(xué)效應(yīng)，如細(xì)胞骨架的變化、多核化、破壞微絲等。一般認(rèn)為CB特異性破壞微絲，最終導(dǎo)致細(xì)胞分裂的由微絲構(gòu)成的收縮環(huán)解體，抑制細(xì)胞質(zhì)分裂，阻止極體的釋放，從而產(chǎn)生多倍體。CB是一種致癌劑，水溶性較差，一般溶解在1％的二甲基亞礬(DMSO)中，而且處理結(jié)束后需用含1DMSO的海水浸洗受精卵，去除殘留的CB。

貝類的育種5—6貝類多倍體技術(shù)操作

化學(xué)法

6—二甲基氨基嘌呤(6dimethylaminopurine，簡(jiǎn)稱6—DMAP)：嘌呤霉素的一種類似物，抑制蛋白質(zhì)磷酸化，通過作用于特定的酶，破壞微管的的聚合中心，使微管不能形成，從而抑制極體的形成和釋放。6—DMAP是一種非致癌性，具水活性。咖啡因(Caffeine)：其作用效果在于提高細(xì)胞內(nèi)的Ca2+。由于微管對(duì)Ca2+濃度敏感，當(dāng)Ca2+濃度極低或高于10—3時(shí)，會(huì)引起微管二聚體的解聚，阻止細(xì)胞分裂，從而形成多倍體。

貝類的育種5—7貝類多倍體技術(shù)操作

化學(xué)法

秋水仙素(Colchicine)：能抑制微管的組裝，使已有的微管解聚，從而阻止紡錘體的形成或破壞已形成的紡錘體，使細(xì)胞的染色體加倍而不分離。該種誘導(dǎo)劑在植物中的應(yīng)用較為廣泛且成功，在貝類及其他動(dòng)物中的應(yīng)用較少。

此外，聚乙二醇(PEG)、氰化鈣(CL)]等化學(xué)試劑對(duì)抑制細(xì)胞分離，使染色體加倍也有一定的作用。貝類的育種5—8

貝類多倍體技術(shù)操作物理法溫度休克；其作用機(jī)制是溫度的變化引起細(xì)胞內(nèi)酶構(gòu)型的改變，不利于酶促反應(yīng)的進(jìn)行，導(dǎo)致細(xì)胞分裂時(shí)形成紡錘體所需的ATP的供應(yīng)途徑受阻，使已完成染色體加倍的細(xì)胞不能分裂。所用的溫度因種類不同而有所差異。

靜水壓：即利用專門的靜水壓設(shè)備產(chǎn)生的壓力施加于處理對(duì)象。其作用機(jī)制是抑制紡錘體的微絲和微管的形成，阻止染色體的移動(dòng)，從而抑制細(xì)胞的分裂，形成多倍體。

此外，電脈沖也可誘導(dǎo)多倍體。貝類的育種5—9貝類多倍體技術(shù)操作生物學(xué)方法

四倍體(T)與二倍體(D)雜交生產(chǎn)貝類三倍體，三倍體率可高達(dá)100％，該方法簡(jiǎn)單，操作方便，避免了理化處理對(duì)胚胎發(fā)育的影響，能提高胚胎的孵化率和幼蟲的存活率，適合于生產(chǎn)性養(yǎng)殖。

此外，利用四倍體與異種二倍體雜交可產(chǎn)生異源三倍體。目前，太平洋牡牡蠣四倍體與近江牡蠣二倍體雜交已成功地培育出異源三倍體后代。貝類的育種5—10前景展望

如何運(yùn)用高效、經(jīng)濟(jì)的方法培育三倍體苗種，具有生產(chǎn)價(jià)值，這是人們所關(guān)心的。當(dāng)前，誘發(fā)貝類三倍體主要是使用CB。此藥非常有效但價(jià)格昂貴，具有多種強(qiáng)烈效應(yīng)，使用時(shí)必須特別謹(jǐn)慎。在使用過程對(duì)工作人員及其廢液對(duì)環(huán)境的可能影響，目前尚無法預(yù)測(cè)未來會(huì)出現(xiàn)問題的可能性。因此，尋找一種能高效產(chǎn)生三倍體的新方法是今后研究的一個(gè)重要課題。

貝類的育種5—11前景展望三倍體研究中，采用雜交、種間雜交或精子融合等生物學(xué)方法進(jìn)行發(fā)培育的較為少見，而開展這方面的研究，在理論和實(shí)踐上均很有意義。四倍體能與二倍體雜交產(chǎn)生l00％的三倍體，這在太平洋牡蠣中已得到證實(shí)。因此，同源四倍體貝類的培育技術(shù)已成為目前多倍體研究的熱點(diǎn)之一；四倍體與二倍體雜交、方法簡(jiǎn)便，能高效、穩(wěn)定地生產(chǎn)三倍體，是實(shí)現(xiàn)三倍體產(chǎn)業(yè)化的最佳途徑。但迄今為止只在太平洋牡蠣、貽貝等少數(shù)貝類中誘導(dǎo)出可成活的四倍體，對(duì)其它貝類誘導(dǎo)出成活四倍體的難度很大、而同源四倍體的繁殖能力如何，能否建立穩(wěn)定的四倍體品系，是今后貝類多倍體育種必須解決的問題：另外，異源多倍體的研究也是今后多倍體研究的發(fā)展方向。理論上異源多倍體的誘發(fā)有可能綜合雜交育種和多倍體育種的優(yōu)勢(shì)，擴(kuò)展多倍體育種研究的領(lǐng)域，培育出滿足人們需要的新品種。由于異源四倍體的高度可育性，可以克服同源四倍體育性較差及親本群體的自繁殖問題，可望有效地實(shí)現(xiàn)四倍體與二倍體雜交解決生產(chǎn)中三倍體苗種來源的途經(jīng)。貝類的育種5—12前景展望在人工誘發(fā)貝類三倍體的各種方法中，冷刺激與CB處理相比，在三倍體誘導(dǎo)率相近的情況下，冷刺激也存在一些缺陷，即胚胎的死亡宰較高，孵化率較低，非整倍體出現(xiàn)率較高，而且非整倍體數(shù)量隨著低溫處理強(qiáng)度的增強(qiáng)而增加。但是，冷刺激所需要的成本較低而且操作簡(jiǎn)便，如果進(jìn)一步提高多倍體誘導(dǎo)率，則此法適于在生產(chǎn)實(shí)踐中大規(guī)模應(yīng)用。因此，很有深入研究探討的必要。貝類的育種5—13前景展望貝類三倍體的不育性是人們所期待的，但有些種類。(如長(zhǎng)巨蠣和華貴櫛孔扇貝)三倍體的性腺發(fā)育處于受抑制狀態(tài)，少數(shù)個(gè)體仍有精母細(xì)胞和卵母細(xì)跑的發(fā)育和精、卵的形成，并伴有生卵和排精現(xiàn)象。因此，需要進(jìn)一步研究三倍體不育或抑制性細(xì)胞產(chǎn)生的機(jī)制，把握不育的“程度”以及性細(xì)胞形成的