魚類的三倍體育種：三倍體技術(shù)在魚類育種中的應用研究及意義

自孟德爾1865發(fā)表《植物雜交試驗》和他的遺傳定律得到公認以后，100多年來選種、有性雜交就成了動植物遺傳育種的基本手段。例如種內(nèi)品種之間雜交產(chǎn)生的豐鯉、芙蓉鯉，不同屬間的遠緣雜交產(chǎn)生的湘鯽等，都表現(xiàn)出了明顯的雜種優(yōu)勢，并在生產(chǎn)上得到了應用，獲得了顯著的經(jīng)濟效益。

但是，這一傳統(tǒng)方法也存在著明顯的局限性，如世代周期長，產(chǎn)生的子二代性狀分離等。以豐鯉為例，在應用幾年以后，由于經(jīng)營管理不善，對雜交組合的親本沒有建立嚴格的管理制度，親本不純導致雜種優(yōu)勢衰退的現(xiàn)象已十分普遍。

為解決這些問題，國內(nèi)外學者開始致力于生物技術(shù)應用于魚類育種的研究，近年來研究十分活躍的三倍體誘導技術(shù)就是其中之一，并已取得一些顯著的成果。

（生物工程鯽）

1．三倍體育種的意義

從細胞遺傳學角度來看，三倍體是非偶數(shù)染色體組，故阻礙了生殖細胞正常的減數(shù)分裂，結(jié)果常常導致性腺不能發(fā)育。在雜交三倍體，即種間雜交受精卵通過三倍體誘導技術(shù)處理而培育出的三倍體，其不育性更高于普通三倍體。

不育的三倍體經(jīng)濟魚類因為沒有性成熟階段性腺發(fā)育的能量損耗，所以有以下優(yōu)點：

1.避免了性腺發(fā)育階段和產(chǎn)卵季節(jié)魚肉質(zhì)量下降并延長了上市時間；

2.避免了性腺發(fā)育階段的生長停滯和死亡率增加；

3.縮短了養(yǎng)殖周期，減少了養(yǎng)殖成本并可養(yǎng)成大型個體。

利用三倍體魚類不育性的優(yōu)點，人們可以達到這樣的目的：

①獲得生長速度較快的三倍體品種，提高魚類養(yǎng)殖的經(jīng)濟效益；

②控制養(yǎng)殖魚類的過速繁殖和防止對天然資源的干擾。

此外，有些種間雜交二倍體的生存率非常低，甚至不能成活，但雜交三倍體都能恢復生存性。這一特點大大提高了雜交三倍體的實用價值，這樣就可以通過誘導雜交三倍體來組合二倍體雜交不成功的兩個種類間的優(yōu)良性狀，如抗病性、溫度耐受性、快速生長等。

(湘云鯽)

2．三倍體產(chǎn)生的生物學原理

除少數(shù)種類外，自然界絕大部分魚類是以二倍體形式存在的，并以兩性融合的方式繁殖后代，需要人工誘導才能產(chǎn)生三倍體。

魚類染色體的特點之一，是具有較大的可塑性，易于加倍，可使單倍體形成二倍體，再由二倍體形成多倍體，這是人工誘導三倍體技術(shù)方法的理論基礎。

對二倍體魚來講，成熟卵處于第二次減數(shù)分裂的中期，此時存在著2組染色體，當具有1組染色體的精子入卵后，刺激卵子繼續(xù)完成第二次減數(shù)分裂，卵中原有的2組染色體中的1組作為第二極體排出卵外，留在卵內(nèi)的1組染色體和精子帶入的1組染色體結(jié)合，則受精卵成為正常的二倍體開始發(fā)育。

如果在精子入卵而第二極體尚未外排之時，對受精卵進行高溫、低溫、高壓或化學藥物等處理，阻止第二次減數(shù)分裂的進行，第二極體就不能排出卵外，則誘導產(chǎn)生出具有3組染色體的個體，稱之為人工誘導三倍體。這種染色體組的組合方式是二組染色體來源于母本，一組染色體來源于父本。

減數(shù)分裂的阻止是通過破壞分裂裝置紡錘絲而使核分裂停止，或是通過阻礙細胞表層收縮環(huán)、溝的形成而使細胞質(zhì)分裂停止而實現(xiàn)的。溫度、壓力和咖啡因等處理屬于前者，而細胞松弛素B處理則屬后者。

(芙蓉鯽)

3．人工誘導三倍體的方法

用人工的方法獲得三倍體可通過兩條途徑:

一條是直接途徑，即用物理或化學的方法對受精卵進行處理，阻礙第二極體外排。

另一條是間接途徑，即首先誘導獲得四倍體，待四倍體個體性成熟后再與二倍體個體自然交配，獲得三倍體。

從理論上講，第二條途徑有其優(yōu)越之處，一旦獲得四倍體個體后，就不需要再進行物理或化學誘導，避免了誘導過程對胚胎的損傷。

如果能建立穩(wěn)定的四倍體品系，獲得三倍體就變成一件非常容易的事情了。但目前人工誘導的三倍體絕大部分是采用第一條途徑獲得的，這是因為阻止第二極體外排的方法比較成熟。

四倍體的誘導是阻止第一次卵裂，這比誘導三倍體要困難得多，成功率很低，只在少數(shù)魚類如虹蹲和鯽，獲得過性成熟的四倍體。

(黃金鯽)

魚類人工誘導三倍體的方法可以分為物理學、化學和生物學方法3個方面：

（1）物理學方法

溫度休克和靜水壓休克是目前人工誘導三倍體魚最常用的物理學方法，溫度休克又可分為熱休克和冷休克兩種。

大多數(shù)魚類在精子入卵后8～10分鐘，就可完成第二次減數(shù)分裂，排出第二極體，45～50分鐘就可完成第一次有絲分裂。

如需獲得三倍體，就要在完成第二次減數(shù)分裂以前進行誘導處理；如需獲得四倍體，則必須抑制第一次有絲分裂。

無論采用哪一種方法誘導，都必須嚴格控制處理的起始時間和持續(xù)時間。如美洲紅點鮭，卵受精后15分鐘用28℃高水溫熱休克處理10分鐘，誘導出100％的三倍體，孵化率為42％。對蛙胡子鯰而言，在25±1℃下卵受精5分鐘后，放人5℃海水冷休克處理1小時，然后放入充氣海水中培育，結(jié)果獲得100％的三倍體仔魚，如果處理時間在1.5小時以上，則造成100％的死亡率。

用靜水壓誘導同樣也需要嚴格掌握處理時間。以水晶彩鯽為例，受精卵的壓力敏感期僅僅在受精后4～5分鐘，在此之前為卵子啟動期，施加壓力會破壞卵子的激動和修整過程，造成發(fā)育受阻。其后為壓力不應期，此時第二次減數(shù)分裂趨于明朗，壓力對保留第二極體體失去作用。因此，為了獲得三倍體水晶彩鯽，靜水壓誘導只能在受精后4～5分鐘進行。

（2）化學方法

用秋水仙素、細胞松弛素B等化學藥品在適當時刻處理魚類受精卵，可以抑制第二極體外排或抑制第一次有絲分裂．從而達到產(chǎn)生三倍體或四倍體的目的。

應用這一方法在國內(nèi)外都有成功的實驗報道，但由于這些化學物品價格較貴，且有毒性，故很少在生產(chǎn)上應用。

（3）生物學方法

通過魚類遠緣雜交，異源精子可以誘發(fā)受精卵產(chǎn)生多倍體，這種由于遠緣雜交染色體自然加倍的現(xiàn)象，稱為生物學方法。

利用這一方法可以獲得三倍體和四倍體魚類，如鯽（♀）×鯉（♂）雜交的雜種二代（F2）是二倍體，F(xiàn)2（♀）×F2（♂）自交后產(chǎn)生的F3是四倍體，往后的F4、F5乃至F6都是四倍體，已經(jīng)形成了穩(wěn)定的四倍體種群。利用這一四倍體種群與二倍體魚雜交，可以獲得具生長優(yōu)勢的三倍體鯉魚和三倍體鯽魚。

經(jīng)過實驗處理以后產(chǎn)生的個體是否是真正的三倍體或四倍體，還需要通過嚴格的鑒定。常用的鑒定方法有以下幾種：

（l）染色體計數(shù)和核型分析，這是最基本而且可靠的方法。

（2）紅細胞或紅細胞核大小測量，這一方法的理論依據(jù)是染色體數(shù)目倍增，細胞（核）體積也隨著變大，該法最大的優(yōu)點是簡便、快速。

（3）DNA含量測定，普通三倍體細胞的DNA含量是二倍體的1．5倍，四倍體細胞的DNA含量是二倍體的2倍．通過DNA含量的測量可以確定細胞的染色體倍數(shù)。

(先科巨鯽)

4．研究現(xiàn)狀及前景

三倍體育種的主要目的是利用其不育性這一特點。經(jīng)過各國科學家的不懈努力，已先后獲得了多種魚類的三倍體，如草魚、鯉、鯽、虹蹲、香魚、羅非魚、鮭、黑綢、胡子鰓、泥鰍、牙鲆等，在草魚、虹蹲、香魚等部分魚類已達到了批量生產(chǎn)的水平。

三倍體個體和二倍體個體的生長比較試驗證實了三倍體魚類的生長效應，且主要體現(xiàn)在性成熟期。如在相同條件下異池分養(yǎng)，三倍體鯉的生長速度超過普通二倍體野鯉25％～30％，三倍體鯽魚比二倍體生長速度快1～1.5倍。

在研究中也發(fā)現(xiàn)，有些魚類的三倍體雄性精巢發(fā)育，達不到預期不育的目的。如在人工培育的三倍體與自然二倍體香魚混合存在的場合下，三倍體雌魚完全沒有產(chǎn)卵行為，但三倍體雄魚與二倍體雄魚類似，出現(xiàn)第二性征，產(chǎn)生精子，有追尾現(xiàn)象。如果把人工培育的三倍體香魚放流到自然河川中，會影響天然二倍體香魚的繁殖。

為此，結(jié)合雌核發(fā)育、性別轉(zhuǎn)變和三倍體誘導技術(shù)培育全雌三倍體魚成為科學家研究的新領(lǐng)域。其方法是先通過雌核發(fā)育技術(shù)培育出全雌二倍體魚；再用雄性激素處理全雌二倍體魚，誘導出基因型不變、表型改變的生理雄性魚；這種雄魚與普通雌魚交配得到的受精卵，經(jīng)三倍體誘導，就可獲得全是雌性的三倍體個體。

目前，這一技術(shù)在培育全雌三倍體虹鱒和降海型馬蘇大麻哈魚上已達到了實用化水平。

既能提高經(jīng)濟效益，又能避免對天然資源的干擾，這是三倍體育種在基因工程技術(shù)不斷向魚類育種領(lǐng)域滲透的今天，仍具有強大生命力的主要因素之一。綜觀已有的研究成果，如果進一步優(yōu)化三倍體誘導的處理條件，提高魚苗的成活率，將會有更多的三倍體魚類在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)中應用。

（作者：薛良義，生物學通報，1996年第11期。西南漁業(yè)網(wǎng)配圖）

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