海蜇幼蜇生长性状的遗传力估计及相关性分析

李玉龙,张伟杰,田梅琳,孙 巍,陈百灵,张宸瑜,周遵春,李云峰

( 1.辽宁省海洋水产科学研究院,辽宁省分子生物学重点实验室,辽宁 大连 116023; 2.大连海洋大学,农业农村部北方海水增养殖重点实验室,辽宁 大连 116023 )

海蜇(Rhopilemaesculentum)属刺胞动物门钵水母纲根口水母目根口水母科海蜇属,主要分布于我国沿海近岸浅海海域,在日本西部、朝鲜半岛西部和俄罗斯远东地区也有少量分布,是食用价值与经济价值较高的一种大型食用水母[1-3]。海蜇已经成为我国具有重要经济价值的海洋渔业资源和增养殖种类。目前国内对海蜇的研究主要集中在基础生物学[4-10]、人工繁育及增养殖[5-7,11-14]等方面。由于海蜇具有生长迅速、养殖周期短、成本低、见效快、收益高等优点,海蜇养殖业发展迅速,但在养殖规模不断扩大的同时,海蜇种质研究工作严重滞后。多年来,由于累代繁殖而没有对亲本进行更新和选育,近亲繁殖导致种质退化,养殖海蜇出现生长缓慢、成活率低、抗逆性下降和病害频发等问题,给产业和区域经济的发展造成重大损失,严重制约海蜇养殖业健康可持续发展。为改善这种状况,实现海蜇产业的可持续发展,对海蜇进行遗传改良,提高海蜇种质质量,选育出抗逆性强、生长迅速的优良新品种已成为海蜇养殖的迫切任务。

遗传力估计是水产动物选择育种的一项基础工作,是开展育种工作的重要依据,对育种方案的制定具有重要的指导意义[15]。国内外学者对水产动物遗传力评估的研究起始于20世纪70年代,迄今已对包括鱼类[16-28]、甲壳类[29-39]、贝类[40-44]以及棘皮动物[45-50]在内的经济种类进行了大量研究,如:国外学者主要对虹鳟(Oncorhynchusmykiss)[16-17]、尼罗罗非鱼(Oreochromisniloticus)[18-20]、大西洋鲑(Salmosalar)[21-22]等的体长和体质量等生长性状遗传力进行了研究;国内学者主要对褐牙鲆(Paralichthysolivaceus)[24-25]、大黄鱼(Larimichthyscrocea)[27-28]等鱼类,中国明对虾(Fenneropenaeuschinensis)[29-30]、三疣梭子蟹(Portunustrituberculatus)[35-36]等甲壳类,扇贝[40-41]、牡蛎[42-44]等贝类以及仿刺参(Apostichopusjaponicus)[45-47]、海胆[48-50]等棘皮动物的数量性状遗传参数进行了研究。对海蜇这一水母种类而言,国内外尚未见有关遗传力方面的研究报道。由于水产动物具有高繁殖性能的特性,因此遗传参数的估计方法多采用同胞分析进行估计。笔者建立海蜇全同胞家系14个,采用双性状个体动物模型估计海蜇幼蜇体质量和伞径的遗传力,旨在为建立海蜇优良品种选育方法和策略提供必要的理论依据和技术参数。

1 材料与方法

1.1 亲本材料

试验用海蜇亲本样品300个,来自选育的基础群体的亲蜇,伞径平均(48.50±8.56) cm,体质量平均(9.58±2.56) kg。

1.2 试验设计及处理

1.2.1 家系构建及螅状体培育

2019年9月,挑选性腺发育良好、大规格、健康的海蜇亲本28个,按雌雄数量比1∶1的比例进行海蜇螅状体苗种繁育,构建14个海蜇全同胞家系。家系构建在营口现代科技产业园育苗车间进行,培育用海水经过砂滤,水温20～22 ℃,pH 7.8～8.2,盐度27～30,溶解氧质量浓度5 mg/L以上。选择体积为1 m3的圆形塑料桶作为孵化槽,亲蜇经自然排卵受精后进行孵化,受精卵发育为浮浪幼虫后投放波纹板附着基,经附着变态后成为早期螅状体。饵料前期以褶皱臂尾轮虫(Brachionusplicatilis)为海蜇螅状体开口饵料,后期以褶皱臂尾轮虫、卤虫(Artemiasalina)无节幼体为主要饵料。海蜇螅状幼体发育到16触手时,减少饵料量,当水温低于5 ℃时进入冬眠,在螅状体越冬期间停止投喂,定期换水,检查pH、溶解氧质量浓度、盐度等理化指标,保障海蜇家系螅状体苗种顺利越冬。

1.2.2 幼蜇培育

2020年3月下旬,海蜇螅状体越冬完成后移至中试基地进行幼蜇培育。培育用海水经过砂滤,采用锅炉升温海水至15 ℃以上,螅状体进入横裂生殖期后,养殖池水温维持在16～18 ℃,光照度控制在800 lx以下。培育池为圆形玻璃钢水槽,玻璃钢水槽面积为5.3 m2、高为0.8 m,槽底部向中央倾斜,排水口设置于槽底部中央,与池外溢水管连通。对海蜇家系进行单独培育,保证培育过程中环境条件(水体体积、盐度、温度、光照度、充气量、饵料投喂量等)的一致性,并在碟状体阶段和稚蜇阶段进行2次养殖密度的均一化,碟状体阶段,标准化密度数量为1000个/m3,每个玻璃钢水槽碟状体数量为5000个;0.5～0.6 cm稚蜇阶段,标准化密度数量为200个/m3,每个玻璃钢水槽稚蜇数量为1000个,使所有家系维持在相同的密度进行养殖管理。螅状体经横裂生殖产生碟状体,经稚蜇后发育至幼蜇阶段。碟状体至稚蜇阶段,每日人工投喂1次卤虫无节幼体,发育至幼蜇阶段后每日人工投喂2次卤虫无节幼体,每次投喂量的数量比为1∶100～1∶200,并根据幼蜇摄食量及时进行调整。每次投喂1 h后排水30%～50%,保持良好的养殖环境。每2 d测量1次温度、盐度、pH、溶解氧,维持温度18～20 ℃,盐度28～32,pH 7.8～8.2,溶解氧质量浓度>5 mg/L。

1.3 生长性状测量

海蜇从受精卵到幼蜇阶段300日龄,进行幼蜇的生长性状测量,测量数据前停食24 h,使用直尺测量幼蜇的伞径,伞径是指海蜇水母体在静止状态下,从其伞部边缘一端至相对端的最大长度(图1);电子天平称量幼蜇的湿质量,每个家系测量50个幼蜇。测量前每个幼蜇个体在滤纸上放置5 min以去除由于携带水分引起的测量误差,体质量数据精确到 0.01 g,伞径数据精确到0.01 cm。由于海蜇在非繁殖季节难以辨别雌雄,因此进行幼蜇数据测量时未包含性别信息。

1.4 统计分析

根据家系的构建、养殖和数据测量情况,采用双性状个体动物模型估计海蜇体质量和伞径的遗传参数,育种分析模型为:

Yi=μ+ai+ei

(1)

式中,Y为体质量或伞径,μ为群体均值,a为加性效应,e为随机效应。

1.5 遗传力计算及显著性检验

利用ASReml 3.0软件[51]计算海蜇体质量、伞径的遗传力及二者间的遗传相关和表型相关,对所估计的遗传参数进行显著性检验,所有分析显著性水平设置为0.05,极显著水平设置为0.01。

遗传力(h2)计算公式为:

h2=σa2/(σa2+σe2)

(2)

遗传相关(ra)计算公式为:

(3)

表型相关(rp)计算公式为:

(4)

式中,σa2为加性效应方差组分,σe2为随机残差效应方差组分,Va为加性效应协方差,Ve为随机残差协方差,σa(w)2为体质量加性效应方差组分,σa(d)2为伞径加性效应方差组分,σe(w)2为体质量随机残差方差,σe(d)2为伞径随机残差方差,σp(w)2为体质量表型方差,σp(d)2为伞径表型方差。

利用基于R语言的AAfun程序包[51]计算各参数估计值的显著性。

2 结 果

2.1 海蜇家系间表型性状差异比较

经300 d养殖,14个海蜇家系表型性状的统计值见表1。14个家系海蜇幼蜇伞径为(2.77±0.41)～(5.05±0.60) cm,平均为(4.04±0.86) cm,变异系数为10.94%～20.65%;其中有7个家系平均伞径超过(4.04±0.86) cm,家系12平均伞径最大,家系4平均伞径最小。14个家系幼蜇体质量为(2.54±0.90)～(15.18±5.74) g,平均为(8.37±5.46) g,变异系数为33.29%～54.97%;有7个家系平均体质量超过(8.37±5.46) g,同样家系12平均体质量最大,家系4平均体质量最小。

表1 海蜇各家系的伞径和体质量数据Tab.1 The umbrella diameter and body weight data of every family of jellyfish R. esculentum

2.2 海蜇幼蜇生长性状的遗传力和遗传相关估计

以14个海蜇全同胞家系幼蜇阶段的生长性状测定值为依据,对海蜇伞径和体质量性状进行狭义遗传力估计及相关性分析(表2、表3)。海蜇伞径和体质量表型性状的方差组分构成见表2,根据这些组分的关系进行遗传力估计。由表3可见,估算的300日龄海蜇幼蜇伞径和体质量性状的狭义遗传力和生长性状的遗传相关和表型相关,幼蜇伞径狭义遗传力的估计值为0.426±0.098,体质量狭义遗传力的估计值为0.843±0.198,均属于高度遗传力。显著性检验表明,所估算的伞径和体质量遗传力均达到极显著水平(P<0.01)。体质量和伞径2个生长性状间,无论是表型相关还是遗传相关都呈高度正相关。

表2 伞径和体质量性状的方差组分估计Tab.2 Variance component estimates of umbralla diameter and body weight

表3 遗传力、遗传相关和表型相关Tab.3 Heritability, genetic correlation and phenotypic correlation

2.3 生长性状间的相关关系

根据海蜇幼蜇阶段伞径和体质量2个生长性状测定值,通过拟合方程可知,体质量(y)与伞径(x)关系呈指数方程,为y=0.1624x2.7291(r2=0.8815)(图2)。

图2 海蜇幼蜇体质量与伞径的关系Fig.2 The relationship between umbrella diameter and body weight of juvenile jellyfish R. esculentum

3 讨 论

3.1 海蜇生长性状遗传力的估计及重要意义

遗传力对水产动物的选择育种工作十分重要,准确可靠的遗传力是制订准确、完善的育种方案的前提[36]。目前对水产动物遗传力的研究结果表明,不同物种、不同性状的遗传力差别较大,但多数水产动物的外部形态性状和体质量等数量性状的遗传力估计值低于0.4,如鱼类中虹鳟体质量狭义遗传力的估计值为0.17～0.38[16],尼罗罗非鱼早期生长性状的狭义遗传力为0.04～0.10[21],大黄鱼40日龄体质量和体长的狭义遗传力估计值分别为0.29、0.31[27];甲壳类中利用混合家系材料估计的中国明对虾145日龄体质量狭义遗传力的估计值为0.14[29];贝类中合浦珠母贝(Pinctadafucata)幼贝生长性状狭义遗传力的估计值为0.200～0.204[52],钝缀锦蛤(Tapesdorsatus)壳长、壳高、壳宽、体质量狭义遗传力分别为0.14±0.16、0.10±0.08、0.49±0.28、0.29±0.14[53];而大于0.4的高度遗传力的结果相对较少,红鳍东方鲀(Takifugurubripes)210日龄和360日龄体长和体质量狭义遗传力的估计值分别为0.52～0.54、0.44～0.46[23];通过一般线性模型估算的80日龄和120日龄三疣梭子蟹全甲宽、甲长、体高等生长性状的狭义遗传力分别为0.53～0.60和0.45～0.50[36];仿刺参耳状幼体初、中期体长的狭义遗传力估计值分别为0.74和0.75[45];凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei)生长性状的狭义遗传力为0.84[54]。笔者基于全同胞资料估算的300日龄海蜇幼蜇体质量、伞径狭义遗传力的估计值分别为0.843±0.198和0.426±0.098,均属于高度遗传力,与所报道的仿刺参、海胆及一些贝类幼体的生长性状遗传力范围相当。

遗传力是亲代的性状变异遗传给子代的能力,对于遗传力高的性状,子代重现性状的可能性就高,选择越易成功,反之则容易失败。一般认为,遗传力>0.4为高度遗传力,遗传力<0.2为低度遗传力,介于两者之间为中度遗传力;高度遗传力早代性状选择效果较好,适用于个体或群体表型选择法来选种,低度遗传力早代性状选择效果较差,适用于家系选择或家系内选择[55]。本试验中,估计的海蜇幼蜇阶段体质量、伞径的遗传力较高且均达到极显著水平,因此对海蜇伞径、体质量生长性状的选择可以通过个体或群体表型选择法进行,并可结合家系选择或家系内选择。但对于生长性状而言,一般幼体的生长性状遗传力较高,而养成期相对较低,这种现象在贝类如牡蛎[44]、鱼类如尼罗罗非鱼[56]等水产动物中均有报道,其原因可能是幼体阶段受母体效应影响较大。其次,基于全同胞资料估计的遗传力,由于包含显性效应和母性效应,其估计值一般偏高。此外,在进行水产动物数量性状的遗传力估计时,试验材料处于相同的生长环境是进行遗传力准确估计的前提,因为环境因素会错误地放大个体间的差异,有可能导致遗传力的估计值产生较大误差。本试验中,因海蜇的个体标记尚未解决,各家系幼蜇只能分开饲养在同样大小的水槽内,虽然试验过程中尽量保证环境条件的一致性,但即便如此也难以避免环境效应引起的误差。因此,笔者基于全同胞资料估计的海蜇2个生长性状的遗传力有可能较真实值偏大,但据此进行海蜇选择育种、提高其生产性能仍具有一定的参考价值,可供海蜇育种工作者参考。

3.2 海蜇的遗传相关及表型相关

生物作为一个有机整体,其生长性状之间通常存在一定的相关关系。在实际生产过程中,表型性状相关分析有利于制定合理的多性状选育方案,性状间的遗传相关对于间接选择、多性状选择和比较不同环境下的选择效果具有重要意义。伞径和体质量是海蜇最为明显的2个生长性状,已有学者对不同阶段海蜇幼体的体质量与伞径的相关关系进行了研究,发现海蜇幼体阶段体质量与伞径呈显著正相关关系[57]。本试验中,利用14个海蜇全同胞家系资料对300日龄时幼蜇体质量和伞径2个生长性状间相关关系进行的分析也表明,无论是表型相关还是遗传相关,两者间均呈高度正相关关系,这与其他水产生物如鱼类体质量和体长[23],贝类体质量和壳长[42-43]等性状间的高度正相关一致,表明以伞径和体质量为目标性状进行海蜇选育时,均可达到改良生长性状的效果。

4 结 论

利用14个海蜇全同胞家系资料对300日龄海蜇幼蜇估算的体质量和伞径2个生长性状的狭义遗传力分别为0.843±0.198、0.426±0.098,属于高度遗传力,说明这两个性状在选择育种方面具有较大的选育潜力。但相较于其他水产动物,如一些鱼类及贝类等的遗传力相关研究而言,海蜇遗传力的研究是初步的,且本试验中因受海蜇样本所限,并未估计海蜇主要生长阶段(如碟状体阶段、稚蜇阶段、养成阶段)的体质量和伞径等生长性状的遗传力,今后有必要构建并获得更多海蜇全同胞或半同胞家系,利用多种模型对海蜇各生长阶段的生长性状进行全面的遗传力估计,从而为海蜇新品种培育奠定基础。