大菱鲆不同家系生長性能的比較

王新安,馬愛軍,雷霽霖,楊 志,曲江波,黃智慧,薛寶貴,3

(1.中國水產科學研究院黃海水產研究所 青島市海水魚類種子工程與生物技術重點實驗室,山東 青島266071;2.煙臺市開發區天源水產有限公司,山東 煙臺 264003;3.上海海洋大學 上海 201306)

大菱鲆(Scophthalmus maximusL.)為原產于歐洲的著名海水養殖特有良種,具有生長迅速、肉味鮮美、經濟價值高等優點,自然分布于大西洋東北部,北起冰島,南至摩洛哥附近的歐洲沿海[1-2]。中國水產科學研究院黃海水產研究所于1992年“跨洋引種”將其引入中國,突破苗種繁育的關鍵技術,并創建了“溫室大棚＋深井海水”的開放式工廠化養殖模式,使其成為中國北方沿海工廠化養殖業的主導品種之一[3-4]。近年來,由于引進原種數量較少,群體種類相對單一,并且育種過程中采用的親魚未經過專門選優處理,加之累代養殖和近親交配,以致造成種質退化現象比較嚴重,結果導致孵化率、成活率降低、生長速度減慢、抗逆性差、白化嚴重等系列種質退化現象不斷發生[5-7]。因此,有必要對大菱鲆進行遺傳改良,以選育出具有生長快、抗逆性強等性狀的新品種(系),為大菱鲆養殖業健康、可持續發展提供重要保證。

基于當前國際上運用大規模家系選育技術在水產養殖動物進行遺傳改良已取得重大成效[8-10],運用家系選育技術對大菱鲆進行遺傳改良,同樣具有重要意義。本課題組選取不同地理群體的大菱鲆,于2007年4月,在煙臺天源水產有限公司根據巢式設計已完成家系的構建和培育[5-11]。關于水產動物生長性能的比較研究,國內外文獻報道較多,如李思發[12-13]、Eknath[14]、羅相忠[15]、文春根[16]、王炳謙[17]等分別對不同品系或種群的鰱(Hypophthalnichthys molitrix)、羅非魚(Tilapia niloticaLinnaeus)、鱘魚(Acipenser gueldenstaedtiBrandt)、虹鱒(Oncorhynchus mykiss)等的生長性能進行了比較研究,Overturf[18]等對幾個品系虹鱒的生長性能、遺傳雜合度等進行了比較。有關大菱鲆不同群體后代生長性能的研究已有報道,于飛等[19]比較了群體間家系的生長性能。但其構建家系的基礎群體與本研究所用的基礎群體并不完全相同,即所研究的家系是不同的,其生長性能也必然存在差異。本試驗通過對所構建家系生長性能的比較,分析群體間及群體內家系的生長性能的差異,為大菱鲆家系選育提供基礎數據和理論依據。

1 材料與方法

1.1 親本來源

實驗地點在煙臺天源水產有限公司。實驗親本為煙臺天源水產有限公司所培育的英國(E)、法國(F)、丹麥(D)和挪威(N)4個不同地理群體的大菱鲆,其中英國群體為2002年8月11日從英國進海捕親本孵化成的約5cm的苗種;法國群體為2003年9月22日從法國進海捕親本孵化成的約5cm的苗種;丹麥群體為2003年4月4日從丹麥進口海捕親本孵化而成的約5cm的苗種;挪威群體為2002年6月10日從挪威進海捕親本孵化成的約5cm的苗種。

1.2 人工受精及孵化

各家系構建于2007年4月12日至7月19日在煙臺天源水產有限公司進行。選取體格健壯、體形完整、色澤正常、性腺發育成熟、狀態良好大菱鲆作為親魚,在群體內和群體間,根據巢式設計,按照1雄配2雌的原則,在產卵盛期,采用人工采卵受精的方法進行定向交配。受精卵放置在0.8 m×0.6 m×0.6 m長方形孵化箱(80～100目)內孵化,孵化溫度13～14℃。實驗采用了12種群體間組合及4種群體內組合的 32個全同胞家系進行實驗研究(見表2)。每一群體選擇10尾雄魚、20尾雌魚作為備選親本提前 1個月進行體外液氮金屬數字標記,以避免親本重復使用。

1.3 苗種培育

從仔魚孵化后到標記混養前,各家系分池培育,為盡量減小環境條件的差異,對家系個體采用環境條件標準化和數量標準化的方式進行培育。

1.3.1 環境條件標準化

從仔魚孵化后到標記混養前這一階段,盡量使每個家系在各階段的培育條件保持一致。主要包括各階段養殖空間的大小、水的鹽度、水溫、光照、充氣和餌料等條件。按照不同發育階段,各家系可放置在同一車間養殖管理。

1.3.2 數量標準化

在大菱鲆早期發育的不同階段,為消除放養密度的影響,對其進行 3次標準化處理(第一次標準化后,仍會有一定數量的苗種死亡,使放養密度發生變化,因此,需要進行第二次、第三次數量標準化)。依據本試驗點育苗車間培育池的規格,每次標準化的數量標準如下：

第1次數量標準化：即分苗一期標準化,孵化后第15天,選取生長狀態良好的仔魚10 000尾放置在4 m×1.5 m×1 m的水泥池內培育。

第2次數量標準化：即分苗二期標準化,孵化后第30天,選取生長狀態良好的稚魚5 000尾放置在4 m×1.5 m×1 m的水泥池內培育。

第3次數量標準化：即分苗三期標準化,孵化后第60天,選取最大等級且生長狀態良好的幼魚2 000尾放置在5 m×3 m×1 m的水泥池內進行中間培育。中間培育約需 1個月后,對幼魚進行熒光(VIE)標記,進行家系混養,以消除環境因素對各交配組合所造成的影響。

1.4 數據測量

從仔魚孵化后開始,每隔 3個月進行一次魚體質量測量(測量時同時進行混養池倒池),每個全同胞家系隨機取樣45尾。本實驗采用數據為3月齡至12月齡的體質量。

1.5 統計分析方法

本文數據用SPSS13.0軟件及Excel軟件對試驗數據進行處理。對不同生長階段全同胞家系間的體質量差異進行方差分析和Duncan多重比較分析,差異的顯著性設置為P＜0.05。對不同生長階段全同胞家系進行瞬時體質量增長率和絕對體質量增長率的計算。對不同生長時期家系的體質量以及不同生長階段家系的生長速度進行相關性分析。

生長率的計算公式[20]：

式中,W1,W2分別為時間t1和t2時的體質量;RIGW,RAGW分別表示瞬時體質量增長率、絕對體質量增長率。

相關系數的計算公式為：

式中,xi,yj為不同生長時期每一家系的體質量或不同生長階段每一家系的生長速度,,為相對應所有家系指標的平均值,i≠j,且i=3,6,9,12;j=3,6,9,12。

2 結果與分析

2.1 不同生長時期家系間體質量的差異分析

對不同生長時期各家系體質量進行方差分析的結果表明(表1),在3月齡、6月齡、9月齡和12月齡,家系間體質量差異均較大,F檢驗均為極顯著水平,4個生長時期家系間生長的一致性均較差。進一步進行多重比較分析結果表明(表2),3月齡：平均體質量較高的家系F♂1×F♀3,F♂1×F♀4 和F♂2×E♀3,與其他家系均達到差異顯著水平(P＜0.05),平均體質量較低的是 N♂1×N♀8,N♂2×E♀8,N♂1×N♀7三個家系,平均體質量最高的家系比最低的家系高出約478.12%;6月齡：平均體質量較高的家系是F♂1×F♀3,E♂1×E♀2,E♂4×N♀2,F♂4×N♀3,與其他大多數家系差異顯著(P＜0.05),平均體質量較低的是N♂2×E♀8,N♂1×N♀7,D♂4×N♀6,N♂4×D♀7,N♂4×D♀8五個家系,平均體質量最高的家系比最低的家系高出約167.10%;9月齡：平均體質量較高的家系是E♂1×E♀2,F♂4×N♀3,F♂1×F♀4,F♂2×E♀3,與其他大多數家系差異顯著(P＜0.05),平均體質量較低的家系是N♂2×E♀8,N♂1×N♀7,D♂4×N♀6,N♂4×D♀7,平均體質量最高的家系比最低的家系高出約185.24%;12月齡：平均體質量較高的家系是 E♂1×E♀2,F♂4×N♀3,F♂2×E♀4,E♂2×F♀1,與其他大多數家系差異顯著(P＜0.05),平均體質量較低的家系是N♂2×E♀8,N♂1×N♀7,N♂4×D♀7,N♂3×F♀7,D♂4×N♀6,F♂3×D♀4,平均體質量最高的家系比最低的家系高出約168.62%。通過上述結果發現,家系在 3,6,9,12月齡體質量排序上存在不一致性,為此對 4個生長時期的體質量進行了相關分析,結果表明(表3),除3月齡體質量和6月齡體質量間的相關系數顯著性檢驗達到顯著水平外(P＜0.05),其他月齡間的相關系數的顯著性檢驗均達到了極其顯著水平(P＜0.01),顯然,在3,6,9,12月齡,盡管各家系在體質量排序上并不完全一致,但對于大多數家系而言,家系的初始平均體質量對試驗終值體質量仍然有較大的影響。由表3還可以看出,在 1齡魚階段內,生長時期越長,家系的體質量對下一生長時期家系體質量的影響越大,相鄰兩個時期家系排序的一致性越好。

2.2 不同生長階段家系的生長速度分析

大菱鲆不同生長階段家系的生長速度分析見(表4,圖1)。結果表明,在3～6月齡,絕對體質量增長率較高的家系是 E♂1×E♀2,E♂4×N♀2,F♂1×F♀3,F♂4×N♀3,F♂4×N♀4,絕對體質量增長率較低的家系是N♂2×E♀8,N♂1×N♀7,D♂4×N♀6;在6～9月齡,絕對體質量增長率較高的家系是E♂1×E♀2,F♂4×N♀3,F♂2×E♀3,F♂1×F♀4,絕對體質量增長率較低的家系是 D♂2×E♀6,N♂1×N♀7,N♂2×E♀8,D♂3×F♀5;在9～12月齡,絕對體質量增長率較高的家系是 E♂2×F♀1,E♂1×E♀2,F♂2×E♀4,F♂4×N♀3,絕對體質量增長率較低的家系是N♂3×F♀7,N♂1×N♀7,N♂2×E♀8,F♂3×D♀4。上述三個不同生長階段,絕對體質量增長率最高的家系比絕對體質量增長率最低的家系分別快 163.16%,209.52%,176.20%。從表4中還可以看出,在每一生長階段,家系的瞬時體質量增長率的排序與絕對體質量增長率并不一致,顯然,使用絕對體質量增長率和瞬時體質量增長率來表達魚體的生長快慢有時會產生不一致的結果,但這兩種方法的同時使用和綜合分析有助于得出較為準確的結論。通過表4還發現,家系在3～6月齡、6～9月齡及9～12月齡絕對體質量增長率排序上存在不一致性,為此對 3個生長階段的生長速度(絕對體質量增長率)進行了相關分析(表5),結果表明,3～6月齡生長速度與 6～9月齡和 9～12月齡生長速度的相關系數分別為 0.392和 0.390,相關系數的顯著性檢驗均達到顯著水平(P＜0.05),6～9月齡與9～12月齡生長速度的相關系數為0.887,相關系數的顯著性檢驗達到極顯著水平(P＜0.01)。進一步進行3～6月、6～9月齡生長速度對9～12月齡生長速度影響的通徑分析(表6),結果表明,6～9月齡生長速度的通徑系數具有統計學意義(P=0.000＜0.05),對9～12月齡生長速度的效應大,綜合決定系數為0.759,3～6月生長速度的通徑系數不具有統計學意義(P=0.596＞0.05),對9～12月齡生長速度的效應小,綜合決定系數僅為 0.005,因此,3～6月齡生長速度對 9～12月齡生長速度的效應可以忽略不計。從表6還可以看出,3～6月齡生長速度和9～12月齡生長速度的方差膨脹因子都沒有超過經驗值(方差膨脹因子,VIF＜10),表明模型中的復共線性程度很小,擬合的線性統計模型及相應參數的估計可靠。顯然,盡管家系在 3～6月齡、6～9月齡及 9～12月齡的絕對體質量增長率在排序上存在不一致性,但對于大多數家系而言,不同生長階段家系的生長速度仍然具有一定的關系,其中6～9月齡家系的生長速度對 9～12月齡家系的生長速度的影響較 3～6月齡家系的生長速度對6～9月齡家系的生長速度大,9～12月齡家系的生長速度主要取決于6～9月齡家系的生長速度,即9～12月齡家系生長速度與6～9月齡家系生長速度在排序上的一致性比6～9月齡家系生長速度與3～6月齡家系生長速度在排序上的一致性好得多。

表1 大菱鲆32個全同胞家系組合不同生長階段的體質量方差分析Tab.1 Variance analysis of body weight among 32 full-sib families combinations at different stages

表2 大菱鲆不同生長階段全同胞家系體質量平均數的Duncan多重比較Tab.2 Duncan multiple range test for comparisons of multi-average of body weight at different stages

表3 大菱鲆不同生長階段家系體質量間的相關系數Tab.3 Correlation coefficients of body weight of families of Scophthalmus maximus at different growth stages

表4 大菱鲆不同生長階段32個全同胞家系的體質量增長率Tab.4 Growth rates of body weight of 32 families of Scophthalmus maximus at different stages

圖1 各月齡大菱鲆不同家系生長速度離差Fig.1 Residuals of growing rate of different full-sib families of scophthalmus maximus of 3～6 (above),6～9 (middle) and 9～12(below) months

表5 大菱鲆不同生長階段家系生長速度間的相關系數Tab.5 Correlation coefficients of growing rate of families of Scophthalmus maximus at different growth stages

表6 3～6月齡、6～9月齡生長速度對9～12月齡生長速度影響的通徑分析Tab.6 Path analysis of RAGW/(g/d) of 3～6 and 6～9 months on that of 9～12 months

3 討論

本文對來自不同地理群體大菱鲆親魚的群體間家系和群體內家系進行了生長性能的比較和分析。不同生長時期家系體質量的差異分析和不同生長階段家系的生長速度分析均表明,家系生長性能的排序存在不一致性,生長時期(生長階段)越長,相鄰兩個生長時期(生長階段)家系生長性能的相關性越高,家系排序的一致性越好。綜合不同生長時期家系的體質量差異分析和不同生長階段家系的生長速度分析,在1齡魚階段內,從整體上看來自英國群體和法國群體家系的生長性能比丹麥群體和挪威群體家系的生長性能更為優良。這表明在實際生產中應用法國群體和英國群體進行群體間和群體內交配進行繁育,可取得相對于應用丹麥群體和挪威群體較高的經濟效益。然而,盡管丹麥群體和挪威群體群體內家系的生長性能較弱,但部分英國群體和法國群體與丹麥群體與挪威群體的群體間家系存在著較為優良的生長性能,如F♂4×N♀3、N♂2×E♀7等雜交家系,這可能是群體間雜種優勢的體現。有關大菱鲆群體間雜種優勢的研究已有報道[21],盡管未涉及本文所采用的大菱鲆群體,作者仍然認為英國、法國群體與丹麥、挪威群體間部分家系存在的優良生長性能,是不同群體間雜交優勢的結果。不同生長時期(生長階段)家系生長性能排序的不一致性,表明培育生長性能穩定的大菱鲆品種,實現大菱鲆種質改良,具有極其重要的經濟和理論意義。不同生長時期(生長階段)家系生長性能均有較大的差異,表明群體生長性狀遺傳變異豐富,這有利于富集優良的生長基因,從而為運用選擇育種技術對大菱鲆進行遺傳改良提供了重要保證。

大菱鲆群體間和群體內家系在早期的構建和培育過程中,家系未標記混養前,各家系分池培育,為消除環境條件的差異,對這一生長階段的家系個體采用標準化(包括環境條件標準化和數量標準化)的方式進行培育,然后進入標記混養階段。因此,大菱鲆不同生長時期(生長階段)家系生長性能的差異及大多數家系排序的不一致性,主要應由家系自身的遺傳基礎決定,受環境因素的影響較小。由于大菱鲆不同生長時期體質量的相關系數中,9月齡和12月齡之間的相關性最強,相關系數為 0.965,不同生長階段生長速度的相關系數中,6～9月齡和 9～12月齡的相關性最強,相關系數為 0.887,決定系數為 0.756,盡管這兩個生長時期(生長階段)大多數家系生長性能的排序仍然不一致,但相對于其他生長時期(生長階段)家系生長性能排序的一致性較好。因此,在采用選擇育種技術對大菱鲆進行遺傳改良時,進行個體選擇的時期應不低于9月齡,否則,選擇的效率和可信度會十分有限。于飛等(2008)對其他大菱鲆不同群體雜交后代25 d和80 d的生長差異研究發現[19],個體的生長速度差異較大,不適合于早期選擇,這與本文的研究相一致。本研究進一步發現,在對大菱鲆選擇育種時,進行個體選擇的時期不應低于9月齡。至于最為適合的選擇時間點,有待于進一步研究。

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