朱芷瑩 馬冬梅 樊佳佳 朱華平

魚類性別控制在水產(chǎn)養(yǎng)殖研究中，是最重要、最具有針對(duì)性的領(lǐng)域之一，具有重要的實(shí)用價(jià)值。一方面，由于羅非魚、烏鱧等許多魚類雌雄個(gè)體之間的生長(zhǎng)速度、個(gè)體大小等的經(jīng)濟(jì)性狀具有明顯差異，所以在漁業(yè)生產(chǎn)中，通過(guò)控制魚類性別，專門生產(chǎn)全雌性或全雄性苗種以進(jìn)行單性群體養(yǎng)殖這一生物技術(shù)顯得極為重要，是提高養(yǎng)殖經(jīng)濟(jì)效益的有力手段。另一方面，養(yǎng)殖魚類在養(yǎng)殖過(guò)程中如果成熟期早、繁殖力強(qiáng)，大量能量用于繁殖影響生長(zhǎng)，同時(shí)池塘中亦會(huì)因其過(guò)度繁殖造成養(yǎng)殖密度過(guò)大，導(dǎo)致養(yǎng)殖個(gè)體太小或養(yǎng)殖個(gè)體質(zhì)量下降，從而影響?zhàn)B殖的產(chǎn)量?？梢?jiàn)誘導(dǎo)單性群體進(jìn)行養(yǎng)殖，使得養(yǎng)殖密度得到控制，對(duì)養(yǎng)殖生產(chǎn)具有極大意義。所以，魚類性別控制可以做到延長(zhǎng)有效生長(zhǎng)期，大幅提高養(yǎng)殖產(chǎn)量;由于單性群體減少了生殖損耗，所以生長(zhǎng)快、個(gè)體大，提高了商品魚質(zhì)量;多種觀賞魚雄性個(gè)體比雌性個(gè)體的色彩更為艷麗，更加具有觀賞價(jià)值，利用性別控制技術(shù)來(lái)生產(chǎn)更多雄魚，可以使經(jīng)濟(jì)效益得到有效的提高。

1 使用外源性激素和其他化學(xué)物質(zhì)來(lái)控制性別

早在1969年，日本學(xué)者Yamamoto就提出了使用可以使用外源性激素來(lái)誘導(dǎo)魚類發(fā)生雄性化和雌性化的設(shè)想，這些年來(lái)國(guó)內(nèi)外相繼有許多學(xué)者在各種不同的魚類進(jìn)行了外源類固醇激素誘發(fā)性逆轉(zhuǎn)的試驗(yàn)?，F(xiàn)今在已知的控制魚類性別方法中，使用外源性激素可以說(shuō)是最常見(jiàn)的方法[1]。通過(guò)對(duì)魚體進(jìn)行性激素的處理，使魚群體由基因型的雄性或雌性轉(zhuǎn)變成為具有功能性的表現(xiàn)型雌性或雄性。一般通過(guò)飼喂、浸泡和注射性激素等方法對(duì)魚類性別進(jìn)行性別控制[2]。

1.1 雄激素

外源激素如 17α-甲基睪丸酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睪酮（11-KT）、11β-羥雄烯二酮（OHA）等雄激素，具有雄性化效應(yīng)，它們可以通過(guò)影響魚類性腺發(fā)育過(guò)程，改變魚體個(gè)體的內(nèi)源激素表達(dá)水平，使雌魚轉(zhuǎn)換成雄魚，從而使得魚類群體性別比率發(fā)生改變[1]。例如，外源性雄激素17α-甲基睪丸酮的使用已被證明在約35種物種的基因雌性魚的雄性化中是有效的[3]。

1.2 雌激素

同樣，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素對(duì)魚類具有雌性化效應(yīng)，能夠誘發(fā)魚類性腺向雌性化方向發(fā)育，導(dǎo)致雄魚發(fā)育成為功能性雌魚[4]。此外，激素處理不僅對(duì)不具有遺傳性別決定的物種有效，例如，蜂窩石斑魚[5]、紅斑石斑魚[6]、澳洲肺魚[7]，也證明了在具有明確的染色體性別決定系統(tǒng)的物種中是有效的，例如，大西洋鮭魚[8]、尼羅羅非魚[9]、虹鱒魚[10]。激素控制魚類性別必須在性別分化前進(jìn)行，宜早不宜遲，早期處理有利于獲得較好的誘導(dǎo)效果，對(duì)于性別分化較晚的魚類可稍作推后。另外，環(huán)境等外界因素會(huì)對(duì)處理的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。

盡管用性激素誘導(dǎo)、控制魚類性別的技術(shù)在許多魚類中成功應(yīng)用，但是如果對(duì)養(yǎng)殖的商品魚直接使用性激素，可能會(huì)對(duì)養(yǎng)殖水體或消費(fèi)者產(chǎn)生不良影響，所以性激素用于魚類生產(chǎn)對(duì)環(huán)境和食品安全存在隱患。在歐洲，禁止將激素應(yīng)用于商業(yè)養(yǎng)成食用魚。如今，國(guó)際環(huán)境對(duì)食品質(zhì)量的要求越來(lái)越高，在養(yǎng)殖生產(chǎn)過(guò)程中，這種方法已不宜使用。

1.3 芳香化酶抑制劑

除了使用外源性激素來(lái)誘導(dǎo)魚類性別分化，其他化學(xué)物質(zhì)也可控制魚類性別分化。其中芳香化酶抑制劑（aromatase inhibitor，AI），如來(lái)曲唑（letrozole，LE），通常用于誘導(dǎo)魚類性別分化。P450芳香化酶（P450 aromatase）是細(xì)胞色素P450家族中的一員，催化某些雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素，是雌激素生物合成中的關(guān)鍵酶和限速酶[11]，抑制芳香化酶會(huì)使某些雌激素不能合成，有效誘使性未分化的、基因型為雌性的雌雄異體魚類發(fā)育成表型雄魚。對(duì)于已完成性分化的雌雄同體魚類，如赤點(diǎn)石斑魚[12]，AI同樣可有效促使其發(fā)生性逆轉(zhuǎn)，并獲得可用于繁殖的成熟個(gè)體[13]。但AI會(huì)對(duì)人類治療或妊娠造成影響，所以在生產(chǎn)上也不適宜使用該種方法。

2 人工誘導(dǎo)三倍體和人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育

2.1 人工誘導(dǎo)三倍體

行有性生殖的二倍體魚類，大多為體外受精。排出體外的卵，已發(fā)育到第二次減數(shù)分裂的中期，精子進(jìn)入后，繼續(xù)發(fā)育放出第二極體，完成第二次減數(shù)分裂。如果在精子入卵以后，放出第二極體以前，給受精卵以人為處理，阻止其第二極體的放出，此受精卵就會(huì)含有來(lái)兩套雌核的染色體和一套雄核的染色體而成為三倍體[14]。人工誘導(dǎo)魚類三倍體的方法很多種，概括起來(lái)有：①物理學(xué)方法：溫度休克、靜水壓法、電休克法;②化學(xué)方法：細(xì)胞松弛素B（CB）、秋水仙素、 6-二甲基氨基嘌呤（簡(jiǎn)稱6-DMAP）;③生物學(xué)方法：遠(yuǎn)緣雜交、核移植、細(xì)胞融合。自20世紀(jì)50年代以來(lái)，多倍體誘導(dǎo)技術(shù)已在魚類遺傳育種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，國(guó)內(nèi)外已先后在鯉、鰱、虹鱒、水晶彩鯽、三棘刺魚、牙鲆、黑鯛、真鯛、大黃魚等30多種魚類育種成功獲得三倍體[15]。三倍體魚類因具有不育或低育性，從而具有潛在的生長(zhǎng)速度快、肉質(zhì)好、抗逆性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，受到國(guó)內(nèi)外水產(chǎn)科研工作者的廣泛重視[16]。另外，三倍體不育不會(huì)對(duì)環(huán)境造成威脅，對(duì)魚類自然資源具有保護(hù)作用。劉蔓等[17]試驗(yàn)表明，三倍體雌性虹鱒性體指數(shù)（GSI）的變化幅度很小，17月齡時(shí)達(dá)到最大值（0.103%），35月齡時(shí)最?。?.032%）且三倍體雌性虹鱒的肝臟與卵巢之間不存在大量的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移，說(shuō)明可能有更多能量用于生長(zhǎng)，有利于商品魚的生長(zhǎng)。

但是有些魚類存在三倍體出現(xiàn)頻率低及結(jié)果不穩(wěn)定等問(wèn)題[18]，三倍體技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)生產(chǎn)中，很難得到100%的三倍體。誘導(dǎo)過(guò)程中，起始時(shí)間、休克溫度、持續(xù)時(shí)間和最佳休克模式等條件根據(jù)物種的不同，也會(huì)有相當(dāng)大的差異。因此，在生產(chǎn)應(yīng)用中必須單獨(dú)優(yōu)化和精確處理?xiàng)l件，因?yàn)樘幚項(xiàng)l件會(huì)敏感地影響三倍體誘導(dǎo)成功率的高低。據(jù)鄒遠(yuǎn)超等[19]，烏鱧在熱休克持續(xù)時(shí)間為1、2、3、4 min時(shí)，三倍體率分別為58.36%、75.54%、87.69%、66.27%，在熱休克持續(xù)時(shí)間為3 min 時(shí)，三倍體率最高，且與其他處理組相比，三倍體率存在顯著差異。據(jù)王炳謙等[20]，虹鱒在孵化水溫為6.5 ℃，卵子受精后20 min經(jīng)26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導(dǎo)率為86.67%;卵子受精后10 min經(jīng)26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導(dǎo)率為100%。

四倍體與正常二倍體雜交，從理論上講可以產(chǎn)生100%不育的三倍體，實(shí)現(xiàn)大量、安全、方便、可靠地生產(chǎn)三倍體。這種方法具有可操作性、連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)性等優(yōu)點(diǎn)，是生產(chǎn)的最佳方法。據(jù)李雅娟等[21]，利用湖北省洪湖市四倍體泥鰍與當(dāng)?shù)氐亩扼w泥鰍雜交能產(chǎn)生100%全三倍體。但是由于阻止第一次卵裂比起阻止極體的排出更為困難，因而獲得四倍體的難度會(huì)比誘導(dǎo)生產(chǎn)三倍體大得多，而且人工誘導(dǎo)所采取的處理措施對(duì)孵化率及成活率影響很大。

人工誘導(dǎo)三倍體在生產(chǎn)中，還有一個(gè)問(wèn)題，即與二倍體相比，三倍體的存活率更低，畸形率更高。因此盡管三倍體魚具有生產(chǎn)上的優(yōu)越性能，研究進(jìn)展也較快，但與實(shí)際應(yīng)用還有較大的距離。但隨著其研究的深入與問(wèn)題的解決，這項(xiàng)技術(shù)必將能為水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)帶來(lái)極大的利益[15]。

2.2 人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育

人工誘導(dǎo)的雌核發(fā)育是指用經(jīng)過(guò)紫外線、X射線或γ射線等處理后的失活精子與卵細(xì)胞“受精”，再在適當(dāng)時(shí)間施以冷、熱或高壓等物理處理，以抑制第二極體的排出，使卵子發(fā)育為正常的二倍體，通常來(lái)講雌核發(fā)育子代均為雌性個(gè)體[22]。人工雌核發(fā)育能夠在較短的時(shí)間內(nèi)建立自交系或純系，固定選育群體中的優(yōu)良基因，大大加快良種選育進(jìn)程[23]。對(duì)二倍體魚類誘導(dǎo)人工雌核發(fā)育主要包含兩個(gè)步驟：一是用遺傳失活的精子激活卵子;二是使染色體加倍，使其恢復(fù)正常二倍體染色體組[24]。2011年選育的新品種全雌牙鲆“北鲆1號(hào)”，雌性比例約90%，生長(zhǎng)比普通牙鲆快約20%;2014年，繼續(xù)選育出“北鲆2號(hào)”，比普通牙鲆生長(zhǎng)快35%，全雌性，且個(gè)體間差異小。

3 環(huán)境因素誘導(dǎo)魚類性別分化

3.1 溫度誘導(dǎo)性別分化

環(huán)境因素影響魚類性別分化的現(xiàn)象已在包括野生型種群和實(shí)驗(yàn)種群在內(nèi)的39 種硬骨魚中發(fā)現(xiàn)。最主要的因素是溫度，其次是種群密度、鹽度、pH 值、光周期等。溫度依賴型性別決定的魚類與爬行類相似，可以劃分為3種類型[25]。第1種類型是高溫下生成較多的雄性低溫則生成較多的雌性，大多數(shù)性別決定溫度依賴型魚類屬于此種類型。據(jù)陳玉紅等[26]，在自然水溫（23～25）℃ 和較低水溫（22±1.0）℃ 中培育的幼魚，雄性率分別為（51.1±15）% 和（48.6±1.8）%，而培育于較高水溫[（27±1.0）℃，（32±1.0）℃ ]中的泥鰍，雄性率分別達(dá)到了（82.0±3.4）% 和（90.0±2.5）%。第2種類型則與之相反，高溫下為雌性，低溫為雄性。如舌齒鱸、斑點(diǎn)叉尾鮰、莫桑比克羅非魚等，發(fā)育時(shí)溫度升高，魚苗的雌性比率上升;如果發(fā)育時(shí)溫度降低，雄性比率上升[27]。性染色體為XY 的鯰魚，在其性別決定的關(guān)鍵時(shí)期（熱敏期），高溫使群體趨向雌性;大馬哈魚在溫度升高時(shí)群體發(fā)育也趨向雌性。第3種類型在高低溫均誘導(dǎo)出單性種群，中間溫度發(fā)育成為性比1∶1 的種群[25]。據(jù)程曉春等[28]，江黃顙魚幼魚在20 ℃試驗(yàn)組中的雌、雄魚比例接近1∶1，兩者之間的雄性率差異不顯著。30 ℃試驗(yàn)組中幼魚的雌、雄比例為1∶4.89，雄性率上升，達(dá)83.3%，與對(duì)照組比較，存在極顯著差異;34 ℃試驗(yàn)組中幼魚的雌、雄比例為285∶1，雌魚數(shù)量是雄魚的近3倍，雄性率僅為26.4%;與對(duì)照組的雄性率相比也存在極顯著差異。泥鰍和大鱗副泥鰍性腺性別分化的早期受溫度的影響很大，高溫（25 ℃～30 ℃）處理能得到明顯的偏雄性群體，雄性比率達(dá)80% 以上，而在20 ℃條件下發(fā)育形成性比接近1∶1的種群[29]。

3.2 放養(yǎng)密度和pH對(duì)性別分化的影響

除了溫度之外，還有其他因素可以影響魚類的性別比例。例如，放養(yǎng)密度能對(duì)魚類性別分化產(chǎn)生較大的影響，這種現(xiàn)象在鰻鱺科中十分常見(jiàn)，洄游性鰻魚在高放養(yǎng)密度的情況下，會(huì)產(chǎn)生較多雄性[30]。另外，pH也能對(duì)魚類性別比例產(chǎn)生影響。例如，劍尾魚和黑腹泥鳉在酸性水中，分別能導(dǎo)致100%和90%的雄性種群[31]。對(duì)pH敏感在魚類中也很常見(jiàn)，例如像凱氏隱帶麗魚這樣的慈鯛，其中96%的雌性后代可以在pH 6.5下實(shí)現(xiàn)[32]。

環(huán)境因素對(duì)不同魚類性腺發(fā)育的影響存在很大差異，而各個(gè)物種對(duì)性別分化作用環(huán)境的敏感性也存在差異不同，這導(dǎo)致了控制環(huán)境因素誘導(dǎo)魚類性別分化十分有難度[33]。雖然控制環(huán)境因素較為復(fù)雜，但它不會(huì)造成不良影響，是一個(gè)對(duì)消費(fèi)者極其友好的安全技術(shù)。

4 種間雜交

早在1960年，Hickling使用雌性莫桑比克羅非魚和雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，得到的后代全是雄性個(gè)體[34]。在1965年，Pruginin對(duì)各種羅非魚進(jìn)行種間雜交，也可獲得比例極高或全雄性雜種一代[35]。Hickling認(rèn)為產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是：莫桑比克羅非魚為XX/XY型，而霍諾魯姆羅非魚為ZW/ZZ型，雌性莫桑比克羅非魚與雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，子一代雜種的基因型全部為XZ型[36]。Z染色體上的雄性決定基因要比X染色體上的雌性決定基因強(qiáng)，因而子代XZ為雄性。利用羅非魚的種間雜交技術(shù)獲得全雄后代的種類較多，但是在商品生產(chǎn)上應(yīng)用得很少，許多組合的后代魚因個(gè)體小、生長(zhǎng)速度慢失去了食用價(jià)值，還有一些對(duì)低溫的抵抗能力下降，在養(yǎng)殖中不易推廣，因此限制了其性別控制技術(shù)的使用。但種間雜交可以提高魚類生長(zhǎng)率、存活率、對(duì)不良環(huán)境的抵抗能力[37-39]等，還可使子代的雄性率或雌性率比例升高，而且操作簡(jiǎn)單，所以目前在國(guó)內(nèi)外種間雜交還是培育全雄羅非魚的主要方法。

5 性反轉(zhuǎn)技術(shù)

性反轉(zhuǎn)技術(shù)就是雜交和雌激素誘導(dǎo)相結(jié)合，又稱三系配套技術(shù)。三系配套技術(shù)原理與工藝流程所謂“性別三系”，就是性別原系（XX♀，XY♂）、轉(zhuǎn)化系（XY♀，YY♂）和雄性純合系（YY♂）三系。性別三系配套技術(shù)就是根據(jù)魚類生理遺傳學(xué)原理，通過(guò)性逆轉(zhuǎn)和雜交組合技術(shù)，先將原系雄魚XY♂（基因型）在幼苗階段人工誘導(dǎo)成轉(zhuǎn)化系雌魚XY♀（表現(xiàn)型），再將轉(zhuǎn)化雌魚XY♀與原系雄魚XY♂交配，從子代中測(cè)交選出雄性純合系（YY♂），即YY超雄魚;將超雄魚YY♂與轉(zhuǎn)化雌魚XY♀雜交，對(duì)其子代幼苗再次人工誘導(dǎo)成轉(zhuǎn)化系雌魚（XY♀和YY♀），從中測(cè)交篩選出YY♀;將此YY♀轉(zhuǎn)化雌魚再與已篩選出的YY♂超雄魚交配繁殖，即可獲得大量的全YY♂超雄魚;最后將此全YY♂型超雄魚直接與正常雌魚（XX♀或WZ♀）群體交配，就可大規(guī)模地繁育全雄魚[40]。三系配套技術(shù)的最大優(yōu)勢(shì)是生產(chǎn)的魚苗雄性率更高，均為遺傳上的雄性，未經(jīng)過(guò)激素藥物處理，對(duì)環(huán)境友好，對(duì)食用者無(wú)藥物殘留，符合無(wú)公害健康養(yǎng)殖的要求。三系配套技術(shù)也因前期研究時(shí)間較長(zhǎng)、制種工藝復(fù)雜、技術(shù)操作嚴(yán)格、前期研究要有一定的財(cái)力和科技實(shí)力、回報(bào)較遲等因素而具有一定難度。據(jù)劉漢勤等[41]，已成功生產(chǎn)出YY超雄黃顙魚，大規(guī)模生產(chǎn)全雄黃顙魚已進(jìn)入應(yīng)用階段，可見(jiàn)在其他魚類上，該項(xiàng)技術(shù)亦有應(yīng)用前景。2017年，珠江所陳昆慈研究員鱧育種團(tuán)隊(duì)以超雄斑鱧作為父本，以烏鱧為母本進(jìn)行雜交，成功獲得雄性率100%的全雄雜交鱧，這是世界上首個(gè)全雄雜交鱧品種，標(biāo)志著為產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)掃清了技術(shù)障礙[42]。

6 展望與結(jié)論

大多數(shù)魚類性染色體分化程度較低，從染色體形態(tài)上難以識(shí)別;而且魚類性別易受環(huán)境因素特別是溫度的影響，導(dǎo)致性別生理表型與基因型不一致。因此，尋找到可以快速識(shí)別魚類性別遺傳組成的簡(jiǎn)捷方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有十分重要的意義。隨著魚類分子標(biāo)記技術(shù)如擴(kuò)增片段長(zhǎng)度多態(tài)性技術(shù)（AFLP）、單核苷酸多態(tài)性技術(shù)（SNP）、 隨機(jī)擴(kuò)增多態(tài)性 DNA 標(biāo)記技術(shù)（RAPD）、微衛(wèi)星標(biāo)記技術(shù)（SSR）和數(shù)量性狀位點(diǎn)技術(shù)（QTL）等的進(jìn)步，成功篩選出性別特異的或性染色體連鎖的位點(diǎn)和 DNA標(biāo)記[37]，這讓人們對(duì)魚類性別決定遺傳基礎(chǔ)的了解更加詳細(xì)和深入，而且開(kāi)闊了魚類性別決定及控制育種技術(shù)的研究前景。最近發(fā)現(xiàn)，決定魚類性別的潛在機(jī)制可能不僅僅與性別特異性基因（或等位基因）有關(guān)，事實(shí)上也與表觀遺傳修飾有關(guān)，這拓寬了我們看待DNA的視角。另外，基因組定位、表觀遺傳學(xué)和改變性別比選擇這三個(gè)互補(bǔ)的領(lǐng)域可能加深我們對(duì)如何有效控制和控制魚類性別分化的理解。魚類性發(fā)育是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，并且每個(gè)物種都有差異，因此，成功控制一個(gè)物種性別的技術(shù)未必能控制另一個(gè)物種的性別，盡管如此，性別控制技術(shù)也在許多物種中做到了商業(yè)應(yīng)用。由于現(xiàn)在能夠容易地進(jìn)行全基因組測(cè)序和轉(zhuǎn)錄組研究，我們?nèi)缃駥?duì)與性腺發(fā)育有關(guān)的基因以及環(huán)境因素誘導(dǎo)性別表型改變的機(jī)制的認(rèn)識(shí)也在迅速增加。魚類的性別控制對(duì)于魚類增養(yǎng)殖業(yè)有著重要的作用，能夠提高單位水體產(chǎn)量，提高群體的生長(zhǎng)率，控制繁殖速度，延長(zhǎng)有效生長(zhǎng)期提高水產(chǎn)品質(zhì)量，可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來(lái)極大的經(jīng)濟(jì)效益，所以魚類性別控制技術(shù)具有重要的研究?jī)r(jià)值。

參考文獻(xiàn)

[1] 單紅，周國(guó)勤，陳樹(shù)橋，等.人工誘導(dǎo)對(duì)魚類性別分化和性別決定的影響綜述[J].江蘇農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，42（1）：197-199.

[2] 于建華，任紹杰，李樹(shù)國(guó)，等.魚類性別決定及其控制技術(shù)的研究進(jìn)展[J].黑龍江畜牧獸醫(yī)，2017（1）：69-71.

[3] BEARDMORE J A，MAIR G C，LEWIS R I.Monosex male production in finfish as exemplified by tilapia：Applications，problems，and prospects[J].Aquaculture，2001，197（1/2/3/4）：283-301.