魚類育種簡(jiǎn)介(上)：魚類育種、選擇育種、遠(yuǎn)緣雜交、雜交種優(yōu)勢(shì)

魚類育種是指按照人們的意愿，培育特定遺傳性狀（比如生長(zhǎng)迅速、抗病和耐低溫或耐高溫等）穩(wěn)定的魚類品種或品系。

一、魚類育種

養(yǎng)殖魚類的選擇與育種，在很長(zhǎng)的歷史年代里只是停留在依賴自然選擇的作用上。1558年瑞士的格斯納（C.Gesner）進(jìn)行的鯉與金魚的交配，是世界上制種的最早記載。直到18世紀(jì)末葉遺傳學(xué)理論初步建立后，才為養(yǎng)殖魚類個(gè)體間的雜交奠定了基礎(chǔ)。此后，隨著現(xiàn)代生物技術(shù)的發(fā)展，魚類的育種由個(gè)體間細(xì)胞水平，進(jìn)而走向分子水平，從而，突破了種間不可雜交的障礙。選種及雜交育種是個(gè)體水平；染色體倍數(shù)性育種和體細(xì)胞育種屬細(xì)胞水平；基因轉(zhuǎn)移育種乃是分子水平。在育種實(shí)踐中，這三個(gè)層次的手段往往相互結(jié)合，互為輔充。

1.選種

選種是魚類育種中最經(jīng)典的方法。鯉是養(yǎng)殖歷史最悠久的種，中國(guó)大約從農(nóng)漁時(shí)代就開始進(jìn)行自發(fā)的物種選留，挑選生長(zhǎng)快、個(gè)體大、體態(tài)健壯的魚作親本，淘汰含有不利特性的個(gè)體，使有利的遺傳基因得以保留并逐步穩(wěn)定，這種過(guò)程實(shí)際上就是種內(nèi)選育。在中國(guó)至今有20個(gè)適應(yīng)于不同養(yǎng)殖環(huán)境的鯉品種。

2.雜交育種

雜交育種是魚類育種中較有成效的手段之一，已由種內(nèi)擴(kuò)大到種間。絕大部分養(yǎng)殖魚類是體外受精，為人工雜交提供了十分有利的條件。人工雜交可以把兩個(gè)不同種類的優(yōu)良遺傳特性集中于同一個(gè)體，擴(kuò)大了遺傳特性的變化范圍。金魚是雜交與選擇相結(jié)合進(jìn)行育種最早的成功例子。長(zhǎng)期以來(lái)，金魚飼養(yǎng)者把不同形態(tài)和色彩的金魚進(jìn)行人工雜交，逐代選擇，使一些具有獨(dú)特性狀的遺傳特征趨于穩(wěn)定，形成新的品種，在中國(guó)已有一百多個(gè)金魚品種。

20世紀(jì)70年代初，蘇聯(lián)的基爾皮奇尼科夫（В.С.Кирничников）等用歐洲的鏡鯉和黑龍江野鯉雜交，經(jīng)過(guò)五代的選育，獲得抗寒力強(qiáng)的羅普莎鯉。中國(guó)培育的紅鏡鯉是從興國(guó)紅鯉與散鱗鏡鯉雜交后代中分離出的紅色、散鱗的個(gè)體中選留繁殖出來(lái)的。隨即又從野鯉和紅鯽的雜交后代中選出了四倍體的鯉鯽雜交種。

通常采用的雜交方式是親本確定以后，采用什么雜交組合方式直接關(guān)系育種的成敗，通常采用的有單交、復(fù)合雜交、回交等雜交方式。

①單交。兩個(gè)品種間雜交(單交)用x×y表示，其雜交種質(zhì)后代成為一代雜交種，例如方正銀鯽(雌)×興國(guó)紅鯉(雄)雜交的種質(zhì)。由于簡(jiǎn)單易行，好操作，所以生產(chǎn)上應(yīng)用最廣，一般主要是利用雜交種質(zhì)第一代，例如異育銀鯽、荷元鯉。

②復(fù)合雜交。兩個(gè)以上的品種，經(jīng)兩次以上雜交的育種方法。如果單交不能實(shí)現(xiàn)育種所期待的性狀要求時(shí)，往往就采用復(fù)合雜交，其目的在于創(chuàng)造一些具有豐富遺傳基礎(chǔ)的雜交種原始群體，才可能從中選出更優(yōu)秀的個(gè)體。

復(fù)合雜交可分為三交、雙交等。三交是一個(gè)單交種與另一品種的再雜交，可以表示為(x×y)×y。例如，(荷包紅鯉×元江鯉)×散鱗鏡鯉＝三交鯉；雙交是兩個(gè)不同的單交種的雜交，可表示為(a×b)×(c×d)或(a×c)×(b×c)。例如，(角羅非×尼羅非魚)×(莫桑比克非魚×尼羅非魚)。

③回交。雜交后代繼續(xù)與其親本之一再雜交，以加強(qiáng)雜交種世代某一親本性狀的育種方法。當(dāng)育種目的是企圖某一群體B的一個(gè)或幾個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀引入另一群體A種群，則可采用回交育種。比如鯪魚具有許多優(yōu)良性狀，但不能耐受低溫，需要進(jìn)行遺傳改良。可以用耐受低溫的湘華鯪進(jìn)行多次回交，對(duì)回交子代選擇的注意力必須集中在抗寒性這個(gè)目標(biāo)性狀上，從而最終育成一個(gè)具有抗寒性優(yōu)良的鯪魚新品種。

(異育銀鯽的兩種生殖方式異精雌核生殖示意圖)

3.染色體倍數(shù)性育種

包括多倍體育種和單倍體育種：

①單倍體育種。以雌核發(fā)育或雄核發(fā)育為手段，使發(fā)育后代的遺傳信息只由母本或父本的單套染色體提供。由于單倍體育種能在很短的時(shí)間獲得純合的個(gè)體，因而成為育種的主要方法之一。中國(guó)在鯉的人工雌核發(fā)育和人工控制性別的研究中，已獲得兩個(gè)紅鯉雌核發(fā)育系。對(duì)雄核發(fā)育的研究也獲得突破性進(jìn)展。

②多倍體育種。有同源多倍體和異源多倍體兩種。前者是體細(xì)胞中含有兩套以上同源染色體，后者含有兩套以上不同源的染色體（一般是兩個(gè)不同種的染色體）。多倍體一般有三倍體、四倍體、五倍體或更高的倍數(shù)。染色體倍數(shù)的增高，往往伴隨著生活力的提高和生長(zhǎng)速度的加快。異源多倍體是解決雜交種不育的有效途徑之一。中國(guó)在人工誘發(fā)三倍體、四倍體的研究方面，已獲得草鯉和鯉鯽雜交的可孕異源四倍體魚。

4.體細(xì)胞育種

應(yīng)用經(jīng)過(guò)誘變或篩選的、具有一定目的遺傳特性的體細(xì)胞系作原始材料，以培育魚類新品種，是魚類育種工作中目標(biāo)較為明確且較為快捷的途徑。世界上第一尾“試管魚”的實(shí)驗(yàn)成功，為魚類體細(xì)胞育種解決了技術(shù)上的主要障礙。

對(duì)魚類體細(xì)胞進(jìn)行修飾、誘變并篩選，培育出具有預(yù)定目的基因的體細(xì)胞系，以此細(xì)胞系為育種材料育成可繁殖后代的個(gè)體。體細(xì)胞潛能體細(xì)胞育種取決于體細(xì)胞系能否發(fā)育成性成熟的魚。有人將體外培養(yǎng)的成蛙的皮膚、肝、心、肺、淋巴等細(xì)胞的細(xì)胞核植入去核的成熟蛙卵中，結(jié)果僅能獲得攝食期前后的蝌蚪。因此認(rèn)為，成體化的體細(xì)胞核發(fā)生了某些不可逆轉(zhuǎn)的變化，只具有遺傳的多能性；有些基因不可能表達(dá)，遺傳上不具全能性。

①體細(xì)胞潛能。體細(xì)胞育種取決于體細(xì)胞系能否發(fā)育成性成熟的魚。有人將體外培養(yǎng)的成蛙的皮膚、肝、心、肺、淋巴等細(xì)胞的細(xì)胞核植入去核的成熟蛙卵中，結(jié)果僅能獲得攝食期前后的蝌蚪。因此認(rèn)為，成體化的體細(xì)胞核發(fā)生了某些不可逆轉(zhuǎn)的變化，只具有遺傳的多能性；有些基因不可能表達(dá)，遺傳上不具全能性。20世紀(jì)70年代，英國(guó)戈登（Gurdon）將爪蟾經(jīng)培養(yǎng)的攝食蝌蚪的腸上皮細(xì)胞核移植入爪蟾的去核成熟卵中，獲得成熟個(gè)體。因此，有些學(xué)者又認(rèn)為，體細(xì)胞核具有遺傳的全能性，細(xì)胞分化并未發(fā)生不可逆轉(zhuǎn)的變化。80年代初，中國(guó)用鯽囊胚細(xì)胞的繼代培養(yǎng)細(xì)胞、短期培養(yǎng)腎細(xì)胞及尾鰭細(xì)胞的細(xì)胞核連續(xù)移植獲得了成魚。證明魚類已分化的體細(xì)胞核具有發(fā)育的全能性。為在細(xì)胞水平上進(jìn)行各種遺傳操作與加工、篩選、分離各種突變體細(xì)胞進(jìn)行育種提供了依據(jù)。

②細(xì)胞融合。魚類細(xì)胞融合是魚類細(xì)胞工程的一個(gè)重要組成部分。它可以把兩個(gè)遺傳特性各異的體細(xì)胞融合成一個(gè)細(xì)胞，從而建立一個(gè)具有特異性狀的細(xì)胞系；也可以借助融合的方法獲得多倍體的細(xì)胞系。

早期，哺乳類的細(xì)胞融合都采用仙臺(tái)病毒作為融合劑。現(xiàn)代大多采用分子量為400～1000左右的聚乙二醇（PEG）。二甲亞礬（DMSO）能顯著提高聚乙二醇誘導(dǎo)魚類細(xì)胞的融合效率。在45%PEG-400中加入最終濃度為10%的DMSO，融合率可提高22%；在45%PEG-1000中，最終濃度為10%的DMSO可提高融合率14%。電脈沖引起細(xì)胞膜破裂進(jìn)而誘發(fā)細(xì)胞融合的方法已在植物及動(dòng)物細(xì)胞中獲得成功。這種電融合的方法也可能成為魚類細(xì)胞融合的重要手段。激光誘導(dǎo)魚類卵細(xì)胞融合也有成功的報(bào)道。

③細(xì)胞克隆和篩選。用單細(xì)胞顯微操作法把單個(gè)細(xì)胞分別接種于96孔或24孔的微量培養(yǎng)板的培養(yǎng)孔內(nèi)進(jìn)行培養(yǎng)，每個(gè)微孔生長(zhǎng)出的細(xì)胞稱為一個(gè)細(xì)胞克隆。因是由單個(gè)細(xì)胞分裂繁殖而來(lái)，同一個(gè)克隆的所有細(xì)胞的遺傳特性是高度同一的。把一個(gè)細(xì)胞克隆再進(jìn)行培養(yǎng)的細(xì)胞就稱為亞克隆或次級(jí)克隆。

克隆培養(yǎng)液為加有“三抗”和20%小牛血清的TC-199。在TC-199培養(yǎng)液中加入谷氨酰胺或維生素B6后，克隆率可提高到20%；加入條件培養(yǎng)液或用小鼠脾細(xì)胞作飼養(yǎng)層后，克隆率可高達(dá)30%左右。采用非鯽細(xì)胞作飼養(yǎng)層，一般可使克隆率達(dá)到50%以上，最高可達(dá)92%。有了大量的細(xì)胞克隆，即可對(duì)其進(jìn)行誘變處理，同時(shí)可對(duì)這些克隆進(jìn)行遺傳分析和篩選出具有目的基因（如抗性基因等）的細(xì)胞克隆，作為體細(xì)胞育種的原始材料。

④試管魚。或稱細(xì)胞工程魚。由于作為供體的體細(xì)胞首先是在試管或微孔培養(yǎng)板中培養(yǎng)的，因此由這種體細(xì)胞核發(fā)育出來(lái)的魚就稱為試管魚。世界上第一尾試管魚是1980年中國(guó)科學(xué)院水生生物研究所研究人員用囊胚細(xì)胞的繼代培養(yǎng)細(xì)胞（53～59代）發(fā)育而成的鯽。繼后1982年和1984年又分別獲得鯽腎培養(yǎng)細(xì)胞和金魚腎培養(yǎng)細(xì)胞的試管魚。試管魚的培養(yǎng)成功，為在細(xì)胞水平上進(jìn)行遺傳操作與加工，為魚類體細(xì)胞育種開辟了一條新途徑，也為縮短育種周期創(chuàng)造了條件。

(未完待續(xù))

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