海湾扇贝自交系的构建及其生物学特性

海湾扇贝自交系的构建及其生物学特性

海湾银行有四个地理种子。换句话说，a.i.irrace（lamp）、a.i.consumer，a.i.mech，a.i.t）和a.i.t（筹备处）。海湾扇贝所有亚种的左壳(常为上壳)外部都具有橙、棕、黄、紫、灰、白色等色彩,使贝壳壳色呈多态性,右壳(常为下壳)由于缺乏色素而呈现为白色(Clarke,1965)。A.i.irradians作为海湾扇贝惟一的北部亚种,除左壳颜色呈多态性外,其右壳颜色也呈多态性,可能为白、黄或橙色(Adamkewiczetal,1988)。因此,海湾扇贝的壳色遗传研究也主要集中在这一亚种上,其壳色能够稳定地遗传,受环境因素影响较小(Kraeuteretal,1984;Elek,1985;Eleketal,1990;Adamkewiczetal,1988)。理论上,通过定向选育可培育出不同壳色的海湾扇贝新品种。我国于1982年从美国引进海湾扇贝(张福绥等,1986),首次在世界上形成了海湾扇贝养殖业,并成为我国海水养殖的支柱产业之一(张福绥,1993)。然而近十余年来,海湾扇贝在育苗与养殖过程中,病害频发、个体小型化(张福绥等,1997)。产生这些问题的原因与海区环境恶化、养殖结构不合理、病原生物增加等有关(张国范等,1999),也与其种质质量有关。海湾扇贝为雌雄同体,易于发生自交,加之引种时间长、引进的种贝数量少、长期连续多代的人工近亲繁殖和生产者的逆向选择等,可能会引起养殖群体遗传多样性水平降低、生产性状质量下降等。尽管,通过改进养殖技术和重复引种都能够使上述问题得到一定程度的解决,但非长久之计。只有深入研究海湾扇贝的种质遗传,并以此为基础,培育出新的良种,才能够从根本上解决这些问题(张福绥等,1997)。海湾扇贝是一种雌雄同体可自体受精的贝类(张国范等,2003),采用自交技术可使其等位基因快速纯化,因此可能在较短的时间内育成新品种。但是,此前国内对海湾扇贝的研究一直处在引种、育苗、养殖技术及繁殖生物学等方面(张福绥等,1986,1991,1997;何义朝等,1990,1999;周玮等,1999),尚无遗传育种研究的报道。作者从A.i.irradians(Lamarck)亚种的人工养殖群体中选择不同壳色的个体为种贝,建立了橙色、紫色、白色等3类共11个海湾扇贝的自交系,并对不同类型壳色的家系在生长、存活等方面进行了比较研究。1材料和方法1.1原种的引进所用的橙色(Orange)、紫色(Purple)和白色(White)等3种壳色的海湾扇贝种贝1998年河北农业大学水产学院从美国麻省和佛吉尼亚等2个地理群体分别引进的原种在中国已繁殖了3代的混交后代。2002年2月从河北省久一水产育苗场选取实验用种贝,然后在山东省红超水产集团的扇贝育苗车间进行性腺促熟。促熟过程按海湾扇贝生产技术流程(张福绥等,1986)操作。1.2成虫的催产、孵化和孵化在2002年3月中旬,种贝的性腺从外观上看已陆续发育成熟至第Ⅳ期(Sastry,1963)。每个个体被单独放在1个催产容器中,采用升温(从18—23℃)刺激的方法进行催产,当精、卵数量足够时,取出亲贝并使相同个体的精子和卵子进行自体受精。约5min后,用23℃的海水洗卵,并对受精卵进行计数和密度均等校正,使受精卵的密度为25—30个/ml。受精约30h后,D形幼虫孵出,对其计数,计算其孵化率。各自交系幼虫培育的初始密度为12个/ml。3月18日,建立了6个不同壳色的自交家系(橙、紫和白色家系各2个)。于3月19日和22日又分别建立了5个不同的自交家系(橙、白色各2个,紫色1个)。1.3苗种养殖技术所有家系的幼虫培育、稚贝保苗和养成都是在相同的环境条件下,严格按照海湾扇贝苗种生产和养殖技术的工艺流程(张福绥等,1986;张福绥等,20011))进行的。前期培育在青岛红超水产集团扇贝育苗场进行,后期养成在莱州金城扇贝养殖场进行。各家系间严格隔离。1.4密度效应的测定各家系取样时间都是自D形幼虫孵出之日起每2天取样1次(幼虫日龄一致),4%的甲醛溶液杀死幼虫,用带有目微尺的显微镜测量幼虫的壳长(幼虫前后端长轴距离),每次随机测量幼虫30个,利用回归方程求出幼虫的日生长速度;每3天对所有家系幼虫数量进行计数以计算幼虫的存活率,每个家系取样5次,每次2ml,计算幼虫密度后,利用外推法(Ibarraetal,1995;Cruzetal,1997)求出幼虫总数;每次测定幼虫密度后,再对各家系的幼虫密度进行均等校正,以消减密度效应的影响。第9—10天时,幼虫开始出现眼点。当30%—40%的幼虫出现眼点时,投放附着基(聚乙烯网片)进行采苗。保苗期间,在第20、40和50天分别对各家系的稚贝大小用带有目微尺的体视显微镜进行活体测量,测量后稚贝再被放回原处,每个家系每次随机测量30个个体。稚贝进入暂养笼时的密度为每层100个,放入成养笼时密度为每层30个。每个家系测量的笼层做标记,以后每次测量均取该层,每月用游标卡尺(精度为0.02mm)测量大小1次,每次都记录标记层和其它层扇贝的存活个数,并对各笼层的扇贝作调整,使每层的扇贝个数一直保持30个。1.5同颜色家系间数据的分析比较采用SPSS10.0统计分析软件对不同颜色家系间数据进行分析比较,差异的显著性设置为P<0.05,孵化率和存活率在进行方差分析时已被转化为正弦函数值。2结果2.1不同孵化率测定三种颜色亲贝所产受精卵的平均大小、孵化率见表1。方差分析显示,受精卵大小和孵化率,在三个实验组间都没有显著性差异(P>0.05)(表2)。2.2各实验组幼虫生长情况根据幼虫的壳长对培养时间的线性回归求得幼虫的日平均生长速度,11个家系的回归方程见表3。橙、紫、白色三个实验组幼虫,平均生长速度分别为5.59、6.99和5.65μm/d(表1),三者间无显著性差异(P>0.05)(表2)。橙色、紫色、白色三个实验组幼虫在第4、7和10天的存活率见表4。方差分析表明,同一日龄时,幼虫存活率在三个实验组间没有显著性差异(P>0.05)(表5)。2.3色反压色反压20天和40天时,白色扇贝的平均壳长始终略大于橙色和紫色扇贝(表6),但差异不显著(表7);50天时,白色扇贝的平均壳长显著地大于紫色扇贝(表6、表7),橙色扇贝也比紫色扇贝大(表6),只是二者间没有显著性差异(表7)。2.4养成阶段各阶段的存活率不同贝壳颜色的海湾扇贝在养成的不同阶段表现出不同的生长速度,白色扇贝始终都比其它两种颜色的扇贝大(表6)。方差分析显示,在整个养成阶段,三种颜色的扇贝个体大小都存在显著性的差异(表7)。在养成阶段的7月、8月和9月,橙色扇贝的存活率都小于白色扇贝和紫色扇贝,尤以7、8月份最为明显(表4)。方差分析表明,在7月和8月,三种颜色扇贝的存活率存在显著性差异(P<0.05),而在9月却没有显著性差异(P>0.05)(表5)。3讨论和结论3.1壳色的稳定性经过幼虫培育、采苗、稚贝保苗和海上养成等环节,2002年10月份,3种壳色的11个海湾扇贝家系都已发育至性腺成熟(各家系的存活数量不等),而且自交子一代与各自的亲本具有同样的壳色。这些自交家系的培育成功既说明了海湾扇贝壳色能够稳定地遗传,受环境因素的影响较小(Kraeuteretal,1984),也表明海湾扇贝家系能否培养成功与其壳色无关。本文中的研究工作为以壳色为标记的海湾扇贝遗传育种奠定了初步基础。3.2壳色与表型性状的联系海洋双壳类贝壳的颜色过去仅被作为分泌产物而一直被忽视(Cain,1988)。事实上,双壳类贝壳的颜色不仅与它们的生态和行为有关(Yonge,1946;Smith,1975;McMahonetal,1983;Beukemaetal,1985),还与其生长、存活等表型性状有关(Smith,1975;Mitton,1977;Newkirk,1980;Wolffetal,1991;Alfonsietal,1998)。就作者的工作结果,在养成阶段,不同自交家系海湾扇贝的生长、存活(表5)等表型性状与壳色有着密切的联系;但在生活史早期,这种联系尚未表现,因此不同壳色的受精卵大小(表1)、孵化率高低(表1)、幼虫的生长(表1、表3)与存活(表4)以及早期稚贝的生长(表5)等生物学参数尚无显著性差异(P<0.05)。壳色作为一个可遗传的质量性状,它与表型性状的联系可能与贝类的遗传、生理特性以及生态环境等有关(Raffaelli,1979,1982;Newkirk,1980;Sokolovaetal,2000)。在养成阶段,相同日龄的不同壳色间,白色家系个体显著地大于橙色和紫色的(表5、表6);高温的7、8月份,白色家系的存活率最高(表4)。由于所有家系的亲本均来自同一混合交配的群体,子代在相同的环境条件下培育,因此,壳色间的差异更可能是由生理与生态协同作用引起的。因为白色的贝壳吸收的光和热要比橙色、紫色的贝壳吸收的少,更容易适应高温和强光的环境。Newkirk(1980)曾提出高温季节壳色浅贻贝Mytilusedulis比壳色深的个体生长快是因为前者比后者吸收的光和热少。作者发现,各家系贝壳的颜色在变态后才出现,幼虫的贝壳都是透明或半透明的,没有明显色彩。因此,在不同壳色繁殖的家系子代幼虫间不存在由贝壳颜色引起的生理生态差异。3.3壳色系表面系对贝类复配的理论中行为应用的意义颜色作为一个可稳定遗传的性状,早已在农业、畜牧业以及鱼类