陳松林院士：海水魚育種空間大，有何突破？未來方向？

中國是一個有著14億多人口的大國，解決好吃飯問題、保障糧食安全，要樹立大食物觀，既向陸地要食物，也向海洋要食物，耕海牧漁，建設(shè)海上牧場、“藍(lán)色糧倉”。

數(shù)據(jù)顯示，我國居民需要的動物蛋白質(zhì)來源中，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)貢獻(xiàn)了三分之一，其中魚類作出了重要貢獻(xiàn)。據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織報告，為滿足居民優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)需求，到2030年我國魚類養(yǎng)殖產(chǎn)量要達(dá)到3400萬噸，較2022年2900萬噸產(chǎn)量將新增500萬噸。

新增500萬噸產(chǎn)量從哪里來？

鑒于目前陸地淡水養(yǎng)殖面積已很難再擴(kuò)大，近海養(yǎng)殖也近乎“觸頂”，要新增養(yǎng)殖魚類產(chǎn)量，就要更多地向海洋進(jìn)軍，也就是依靠設(shè)施類海水魚養(yǎng)殖進(jìn)行增產(chǎn)。設(shè)施類海水魚養(yǎng)殖，包括陸基工廠化養(yǎng)殖、深遠(yuǎn)海網(wǎng)箱和工船等養(yǎng)殖，將在魚類養(yǎng)殖產(chǎn)量提升上發(fā)揮重要作用。

進(jìn)軍深遠(yuǎn)海，良種是基礎(chǔ)。中國工程院院士、中國水產(chǎn)研究院黃海水產(chǎn)研究所研究員陳松林接受《瞭望》新聞周刊專訪時表示，我國科技工作者正加快現(xiàn)代生物技術(shù)在海水魚類繁育和良種創(chuàng)制方面的應(yīng)用，助推我國海水魚養(yǎng)殖業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，更好保障我國食品安全。

海水魚育種發(fā)展空間大

《瞭望》：是什么制約了我國海水魚養(yǎng)殖規(guī)模與產(chǎn)量？

陳松林：2022年我國水產(chǎn)品總產(chǎn)量6866萬噸，其中水產(chǎn)養(yǎng)殖產(chǎn)量5565萬噸；魚類養(yǎng)殖產(chǎn)量為2903萬噸，海水魚類養(yǎng)殖產(chǎn)量193萬噸，只占我國全部魚類養(yǎng)殖量的6.6%。數(shù)據(jù)顯示，水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)貢獻(xiàn)了中國人三分之一的優(yōu)質(zhì)蛋白來源，但其中海水魚的貢獻(xiàn)還不夠大。

影響我國海水魚類養(yǎng)殖規(guī)模擴(kuò)大、產(chǎn)量大幅增長的原因，一是我國海水魚養(yǎng)殖歷史短、從業(yè)人員少。相比淡水魚養(yǎng)殖歷史已有幾千年，我國海水魚養(yǎng)殖是從上世紀(jì)50年代才開始，到80、90年代方初成氣候；二是適合海水養(yǎng)殖的品種少、養(yǎng)殖模式比較單一。近海養(yǎng)殖已基本達(dá)到上限，不管是陸基工廠化養(yǎng)殖還是深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖，都屬于集約化養(yǎng)殖、設(shè)施養(yǎng)殖，投資大、成本高，都需要我們篩選培育出生長快、抗逆能力強(qiáng)、營養(yǎng)價值高的海水魚新品種。

《瞭望》：如何評價當(dāng)前我國海水魚良種創(chuàng)制水平？

 陳松林：我國海水魚良種培育工作起始于上世紀(jì)90年代，盡管起步晚，但近30年來也取得長足進(jìn)展。2010年全國水產(chǎn)原種和良種審定委員會首次審定了3個人工培育的海水魚新品種，到2022年，累計審定的海水魚新品種達(dá)到19個，發(fā)展速度非常快。

我國科研人員在海水魚育種技術(shù)上實現(xiàn)諸多重大創(chuàng)新，一些新的分子育種技術(shù)，比如性別特異分子標(biāo)記和遺傳性別鑒定技術(shù)、抗病基因組選擇技術(shù)、抗病育種基因芯片以及基因組編輯技術(shù)等在海水魚上都實現(xiàn)了突破，并在育種中進(jìn)行了成功應(yīng)用，相關(guān)技術(shù)水平處于國際先進(jìn)行列，在個別方向甚至達(dá)到國際領(lǐng)先水平。不過這些技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用還很不平衡，像基因組編輯技術(shù)、抗病基因組選擇技術(shù)只在少數(shù)幾種海水魚上成功建立和應(yīng)用。

客觀來說，魚類育種周期長，培育一個魚類新品種至少需要十年時間。像我們團(tuán)隊20多年培育3個海水魚類新品種很不容易。

目前，我國人工養(yǎng)殖的海水魚類有60多種，僅有9種有新品種，其余絕大多數(shù)還沒有新品種，海水魚良種創(chuàng)制難以滿足我國海水魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展需求。

總體來說，最近二十多年來，盡管我國海水魚育種工作取得長足進(jìn)步，但是海水魚養(yǎng)殖業(yè)越是發(fā)展，對良種的需求就越高，海水魚育種工作有很大發(fā)展空間。

海水魚育種技術(shù)取得階段性突破

《瞭望》：你帶領(lǐng)團(tuán)隊培育了牙鲆“鲆優(yōu)2號”、半滑舌鰨“鰨優(yōu)1號”等多個品種，其中突破了哪些技術(shù)難題？

陳松林：二十多年來，我們先后突破了三項技術(shù)難題。

第一，建立了海水魚類種質(zhì)冷凍保存技術(shù)體系。種質(zhì)資源是水產(chǎn)養(yǎng)殖以及品種選育的基礎(chǔ)，從2000年到2005年，團(tuán)隊建立了海水魚精子超低溫冷凍保存技術(shù)，突破了海水魚類胚胎玻璃化冷凍保存技術(shù)，建立了我國第一個海水魚胚胎干細(xì)胞系和多個海水魚類組織細(xì)胞系，由此建立了海水魚類種質(zhì)冷凍保存的技術(shù)體系。

2006年，“魚類種質(zhì)低溫冷凍保存技術(shù)的建立與應(yīng)用”成果，獲得國家技術(shù)發(fā)明獎二等獎。這項技術(shù)突破，為我國魚類種質(zhì)資源的保護(hù)和創(chuàng)新利用奠定了重要基礎(chǔ)，也支撐了國家海洋漁業(yè)生物種質(zhì)資源庫的建設(shè)。

第二，在分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)上取得突破。在海水魚養(yǎng)殖中，許多魚類在個體大小和生長速率上存在明顯的雌雄差異。比如我國海水魚主導(dǎo)品種之一的半滑舌鰨，雌性比雄性生長快2至4倍。而且在人工繁育的種苗之中，長不大的雄魚比例高達(dá)80%。

從2003年開始，我們采用當(dāng)時最先進(jìn)的分子標(biāo)記技術(shù)——AFLP技術(shù)，掃描半滑舌鰨雄魚、雌魚的基因組，最終找到雌魚特有的AFLP分子標(biāo)記，發(fā)明了半滑舌鰨遺傳性別鑒定技術(shù)。此后，我們通過更進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，相當(dāng)一部分雌魚會性反轉(zhuǎn)為雄魚，這種魚被稱作偽雄魚，偽雄魚不僅自身長不大，而且其繁殖后代95%以上是長不大的雄魚，由此破解了半滑舌鰨在人工養(yǎng)殖過程中，長不大的雄魚比例高達(dá)80%的原因。

找到問題癥結(jié)后，我們先對半滑舌鰨親魚進(jìn)行遺傳性別鑒定，剔除其中的偽雄魚，使繁育的魚苗中的雄魚比例從80%降到50%左右，雌魚比例從20%增長到40%，成功培育出半滑舌鰨高雌苗種。

在半滑舌鰨上找到的雌性特異AFLP分子標(biāo)記，是我國發(fā)現(xiàn)的第一個魚類性別特異分子標(biāo)記，它帶動了國內(nèi)科研團(tuán)隊在其他魚類上進(jìn)行性別特異分子標(biāo)記篩選研究。從2007年至今，我國成功在20多種魚類上篩選到性別特異分子標(biāo)記并實現(xiàn)性別控制，部分解決了我國海水魚個體大小和生長速率存在明顯雌雄差異的養(yǎng)殖難題。

第三，在魚類基因組解析和基因組育種技術(shù)上取得突破。從2009年開始，我們團(tuán)隊聯(lián)合深圳華大基因等單位歷經(jīng)4年多努力，完成半滑舌鰨的全基因組測序，這是我國第一次完成魚類全基因組測序。目前，我國科學(xué)家已在40余種海水魚上完成全基因組測序和精細(xì)圖譜繪制。

我們還找到了半滑舌鰨的性別決定基因，研究發(fā)現(xiàn)性別決定基因不僅決定其性別，還決定雄魚的大小。2017年我們采用基因編輯技術(shù)去除半滑舌鰨的雄性決定基因，使本身長不大的雄魚能長到與雌魚相似個頭，這比利用分子標(biāo)記技術(shù)剔除偽雄魚，更能從基因源頭端解決半滑舌鰨雄魚長不大的問題。

完成牙鲆全基因組測序后，2016年，我們基于牙鲆基因組信息，進(jìn)行了抗病性狀的遺傳解析，發(fā)現(xiàn)抗細(xì)菌病性狀由很多基因決定，基于此，我們建立了魚類抗病基因組選擇育種技術(shù)，在國內(nèi)率先研制出魚類抗病育種基因芯片“魚芯1號”，為培育抗病新品種提供了技術(shù)支持。

《瞭望》：“魚芯1號”的工作原理是什么？

陳松林：我們首先基于基因組重測序發(fā)現(xiàn)了牙鲆參考群體海量的SNP（單核苷酸多態(tài)性）位點，從中篩選出與牙鲆抗病性狀相關(guān)且均勻分布在基因組上的一組高效SNP位點，利用核酸互補(bǔ)配對的原理設(shè)計檢測探針，并將探針固定在不到1平方厘米的硅基芯片上，制作出牙鲆抗病育種基因芯片“魚芯1號”。之后只需要將待測個體的DNA點在基因芯片上，讓兩者發(fā)生雜交反應(yīng)，通過檢測雜交產(chǎn)生的熒光信號，就可以知道待測個體的基因型信息。

一個池塘幾千條魚，很難通過外表確定哪些魚具有抗病性。因此，首先利用基因芯片檢測每個個體的基因型信息；之后，利用獲得的基因型信息和基因組選擇技術(shù)預(yù)測每個個體的抗病潛力，即基因組育種值，基因組育種值越高，抗病力越強(qiáng)；最后，將基因組育種值高的個體選出來進(jìn)行繁殖，利用基因型選擇代替表型選擇，提高選擇效率，加快牙鲆抗病良種選育速度。采用上述技術(shù)流程，我們率先在國內(nèi)建立了魚類抗病基因組選擇技術(shù)，研制出的基因芯片已先后獲得中國及日本專利。

采用魚類抗病基因組選擇育種技術(shù)，我們先后培育出“鲆優(yōu)2號”“鰨優(yōu)1號”2個抗病高產(chǎn)海水魚新品種。更為重要的是，國內(nèi)一些科研團(tuán)隊正采用這一技術(shù)路線在海水魚、淡水魚上積極開展抗病新品種創(chuàng)制工作。

持續(xù)強(qiáng)化育種攻關(guān)

《瞭望》：推動海水魚類育種，國家開展了哪些工作？

陳松林：國家863、973項目和國家自然科學(xué)基金重點項目都對我們的研究工作起到了很大幫助。從2010年到去年，我們連續(xù)4次獲批國家自然科學(xué)基金重點項目。這些基礎(chǔ)研究項目幫助我們解決了半滑舌鰨雄魚為什么長不大，是否存在性別決定基因等問題，同時也為我們建立分子性控技術(shù)提供了基因資源，為建立基因編輯技術(shù)解決雄魚長不大的問題提供了理論依據(jù)，使我們的成果實現(xiàn)了理論創(chuàng)新、技術(shù)創(chuàng)建和產(chǎn)品創(chuàng)制的有機(jī)結(jié)合。

國家海水魚產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系（下稱“體系”）在引領(lǐng)我國海水魚類苗種繁育、良種選育、種質(zhì)創(chuàng)制及養(yǎng)殖模式升級等方面起到很好作用。該體系是農(nóng)業(yè)農(nóng)村部、財政部2008年首批啟動并在“十三五”期間擴(kuò)容建設(shè)的50個現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系之一。2017年我進(jìn)入體系主持半滑舌鰨遺傳育種研究工作。正是得益于體系支持，我們培育半滑舌鰨“鰨優(yōu)1號”新品種的進(jìn)程大幅加快。

體系的成功之處就在于，它搭建了一個跨部門、多學(xué)科合作的平臺，將不同部門、學(xué)科、專業(yè)的科研人員聚合在一起。比如體系內(nèi)的育種崗位有9個，分別針對9種海水魚開展遺傳改良和良種創(chuàng)制工作；體系內(nèi)還有營養(yǎng)飼料崗位，專門針對9種海水魚研制適合的飼料。這一機(jī)制可以將多學(xué)科、多專業(yè)科技工作者集中起來，群策群力解決全產(chǎn)業(yè)鏈上的具體問題。例如，此前我們在天津一家海水魚養(yǎng)殖公司調(diào)研時發(fā)現(xiàn)，企業(yè)養(yǎng)殖的半滑舌鰨魚苗大量生病。我們馬上上報體系，體系迅速安排病害防控崗位的科學(xué)家到天津會診，幫忙解決產(chǎn)業(yè)問題。可以說，體系在海水魚種業(yè)科技創(chuàng)新、加快新品種創(chuàng)制上發(fā)揮了重要作用。

《瞭望》：未來海水魚育種的攻關(guān)方向有哪些？

陳松林：我國海水魚類養(yǎng)殖潛力巨大、前景廣闊，但在種業(yè)發(fā)展上還存在一些短板和不足，需要我國魚類生物技術(shù)和遺傳育種工作者，加強(qiáng)現(xiàn)代生物技術(shù)在海水魚類繁育和種質(zhì)創(chuàng)制上的應(yīng)用，培育突破性新品種，助推我國海水魚種業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，建好藍(lán)色糧倉，更好保障我國食品安全。具體需要在如下幾個方面發(fā)力：

一是加強(qiáng)海水魚類種質(zhì)資源收集、評價與保存，挖掘優(yōu)異種質(zhì)資源，為良種培育提供種質(zhì)基礎(chǔ)。

二是加強(qiáng)育種原創(chuàng)性理論研究，鑒定具有重要育種價值的基因和分子標(biāo)記，揭示重要性狀形成的分子基礎(chǔ)與調(diào)控機(jī)制，為良種培育提供理論依據(jù)。

三是加強(qiáng)海水魚類分子育種技術(shù)原創(chuàng)性研究，加大基因組編輯、基因組選擇、分子設(shè)計育種等研發(fā)力度，建立高通量表型測定技術(shù)，突破智能育種技術(shù)，實現(xiàn)魚類育種技術(shù)從3.0走向4.0。 

四是加快海水魚類突破性新品種研發(fā)進(jìn)程，采用基因編輯、基因組選擇、分子設(shè)計等前沿技術(shù)，結(jié)合傳統(tǒng)育種技術(shù)，創(chuàng)制抗病高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)海水魚類突破性新品種，促進(jìn)養(yǎng)殖業(yè)綠色高質(zhì)量發(fā)展。

五是加強(qiáng)適合陸基工廠化和深遠(yuǎn)海養(yǎng)殖的海水魚類繁育和良種選育，推動深遠(yuǎn)海網(wǎng)箱、工船等設(shè)施養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展。