第五章 贝类的育种第一节 贝类育种的基础研究
染色体是生物遗传物质的载体。研究贝类的染色体,不仅对阐明其遗传变异,
繁殖发育的规律和机理有重大意义,而且也有助于对近缘物种的鉴定,群落结构分析,亲系关系及系统分类等有关问题的探讨,对育种及资源的开发利用都具有重要的意义。
1、染色体数目
关于贝类的染色体,很早以前就进行过研究 。
对腹足类染色体的研究可追溯到 1900年前后,
但直到 1930年报道仍然较少 。 由于固定方法不完善,贝类的染色体又比植物和昆虫的染色体小,所以几乎没有可信赖的结果 。 50年代压片法的发明对染色体的研究起了很大的促进作用 。
迄今已查明染色体数目的贝类约有 850余种,
包括双壳类,腹足类,多板和头足类四个纲的动物 。 关于无板纲,单板纲和掘足纲的染色体数目的研究尚无报道 。
在双壳类中,对 102科中的 22科进行了染色体的研究,其二倍体染色体数( 2n)
范围 14~ 480。这些 2n值有 3种典型情况:
2n= 20,均为牡蛎科所有; 2n= 28,均为珍珠贝科所有; 2n= 38是双壳类较常见的染色体数目,多见于古异齿亚纲和异齿亚纲。在已报道的双壳类中,中国不等蛤( Anomia chinesis)的染色体数目最少 2n= 14,染色体数目最多的是蚬科的 Corbicula leana,2n= 48。总的来说,隐齿亚纲和翼形亚纲的染色体数目少于古异齿亚纲和异齿亚纲。
在腹足类中,对 295科的 106科进行了研究,涉及到前鳃亚纲 3l科,后鳃亚纲 31科,
肺螺亚纲 44科,其 20范围为 10~ 88。该纲贝类染色体数目变化范围很大,特别以肺螺亚科最为明显。贝类中具有最多与最少染色体数目的种类都属该亚纲中的柄眼目。染色体数目最多的是无两栖螺科,2n= 88。琥珀螺科中的碗形琥珀螺亚科具有软体动物中最少的染色体数目( 2n= 10)。
在前鳃亚纲原始腹足目与中腹足目,二倍体染色体数目多在 24~ 36之间,新腹足目则多在 56~ 72之间,明显比前两者多,这表明进化与染色体的增加有关联性 。
多板纲染色体的数目较少,其 2n值的范围为 12~ 26,其中 2n= 24是该类中常见的染色体数 。 隐板石鳖科表现出的染色体数目变化有 3种,即 2n= 16,18及 24。
已报道的头足类数目很少,仅有 3种。它们具有较高的 2n值( 2n= 52,56)。
2、核型
大多数的双壳类整套染色体组中半数以上是中部 或 亚 中 部 着 丝 粒 ( m/sm ) 染色体 。
Solemydae,钳蛤科,牡蛎科,珍珠蚌科,蚌科以及帘蛤科的贝类几乎所有染色体都是 m/sm
型的,而扇贝科和船蛆科则是端部或亚端部
( t/st) 着丝粒染色体占多数 。 已研究过七种珍珠贝,其染色体数相同 ( 2n= 28),其中有 6
种总臂数 NF≥ 48,m/ sm型染色体所占比率超过 70% 。 企鹅珍珠贝的 14对染色体中有 12对属
t/st型,其 NF= 32。
已对约 60种双壳类的 NF值进行研究,其范围为
20~ 76,大部分在 36~ 62之间 。 中国不等蛤的
NF= 20是最低值,而珍珠蚌科,蚌科及帘蛤科的一些种类具有最高值 NF= 76。
关于腹足类核型研究的报道不太多 。 从已有的资料可以看出,较原始的种类如皱纹盘鲍,其染色体都是 m/sm型的,较进化的种类则出现
t/st型染色体 。 随着进化程度的增高,t/st型染色体所占比例逐渐增高 。
仅有 6种多板类的染色体有形态学的报道,除隐板石鳖科的染色体有几条 t/st型染色体外,其余大多数为 m/sm型染色体。
3,倍数性
与植物一样,自然生存的贝类中也存在着染色体自然条件下加倍形成 4倍体,6倍体或 8倍体等倍数性的情况
在扁卷螺亚科中,有染色体报道的 10个种中,
Gyraulus parvus n= 36,其余的种都是 n= 18,
前者是 4倍体。同科的サカフキガィモドキ亚科原种群 n= 18,而在埃及、中近东、利比尼亚等地分布着 4倍体种,埃塞俄比亚则生活着 6
倍体和 8倍体种。这些多倍体的染色体与原种非常相似,可认为是异质 4倍体。
曲螺科可认为有明显的倍数性,埃塞俄比亚的 Ancylus sp.( n= 30),英国的
Ancylus fluviatilis( n= 60) 是美国曲螺类
Rhodacmea cahawbensis( n= 15) 的 4倍体和 8倍体,北美的曲螺科 ( Ancytidae)
的 Ferissia tarda和 F parallela也是 4倍体 。
此外,印度西部产的 Melampus coffeus n
= 19,其中在形态上差异很小的个体发现有 n= 38的。
4、性染色体
田螺亚科的 Tulotoma angulata的染色体有 13对,
其中有 12对常染色体和一对比较大型的染色体,
这对染色体对在卵母细胞中是亚中部着丝粒染色体对,而在精原细胞中,一个与卵母细胞相同,另一个则不同,因而这个种是 XY型性染色体 。 此外,蜒螺科的大部分种被确认为是
XO型性染色体,黑螺科也报道为 XO或 XY型性染色体 。 性染色体的分化,在贝类的遗传育种研究中已是一个有趣的问题 。
5、染色体的处理和观察贝类染色体的研究可用于分类鉴定 。 同一科不同种间的染色体数有所不同 —,从染色体数可区分不同种类;但有的同一科的染色体数相同,
如牡蛎科已知的 24种都是 2n= 20,这就要从核型区分不同种类,若核型相同,可进一步做带型来区分,以鉴定不同种类 。 贝类染色体的制备方法如下 。
①取材 选用生长旺盛的细胞。据种类不同可采用胚胎、幼虫、幼贝、鳃、生殖腺,肾脏、
肠等材料。为得到更多的中期分裂相,可对活体注射秋水仙素,浓度为 0.008%;也可在低渗过程中加入秋水仙素。
② 低渗 据材料不同,可使用不同的低渗液:
50% 生理盐水,50% 海水,0.075m KCI等 。 将材料放入低渗液中,0.5 h后倒出低渗液,时间长短随种类材料而定 。 还可将上述低渗液倒出后用蒸馏水进行第二次低渗 。 如制片观察到染色体分散不好,还可将固定的材料再放入低渗液中进行,后低渗,。
③固定 采用卡诺固定液,即甲醇加冰醋酸( 3:
1),将新配制的固定液倒入已去掉低渗液的材料中,30 min后去掉固定液,重新加入新固定液,l h后可染色。固定液的用量约是材料的
10倍。
④ 染色
1)吉姆萨染色 将材料捣碎,制成细胞悬浮液,
用滴管取悬浮液滴在事先准备好的干 净载片上,气干 24 h或吹干 。 1/10吉姆萨染液染色
10~ 15 min,流水洗去多余的染液,干后镜检 。
此法染色体易分散 。
2)卡宝晶红染色 取一小块固定好的材料放在染色盘中,用滴管加卡宝品红染液染色 3~ 5 min,
再将材料在干净涂片上涂抹,加盖片,用姆指压片或用铅笔,镊子敲片可使染色体分散更好 。
此外用醋酸地衣红、乳酸地衣红、富而根染色等,均可制备贝类染色体。
⑤ 镜检照像 在低倍镜下观察到好的分裂相再用高倍镜验证,数染色体数目 。 根据计数结果确定该种的染色体数目 。 一般要计数 50至 100
个细胞方可确定该种动物的染色体数目 。
计数染色体后,取 10个以上最佳分裂相,在油镜下显微照像。将底片用幻灯机投影在图画上,
描绘、测量,计算染色体的各个参数。然后选一最佳分裂相的照片,据测量结果将染色体排号、剪下,制备有丝分裂核型。
1,多态现象
对大量贝类染色体的研究表明:贝类同科内的种,各个种内部具有相当固定的染色体数,很少有分化 。 有 人 大 量 调 查 了 美 国 牡 蛎
( Crassostrea virginia) 个体,未发现多态现象 。
但贝类中有由于对地理的或季节的环境适应,
出现和保持染色体同种内的变异 。 如贻贝
( Mytilus edulis ) 和 加 州 贻 贝 ( Mytilus
californianus ) 就是多态的 。 日本沼知健一
( 1974,1976) 查明贻贝 14基因座位中有 7基因座位即 50% 为多态的 。 在多态中对立基因数多,杂合子率为 0.02左右,与其他种比较是相当高的值 。 这样高的变异性可能同潮间带和沿岸变动较大的环境条件与栖息场所的不同有关 。
应用电泳法对酶分子变异,蛋白质遗传的多态研究,导致群体遗传学和群体分子遗传学的发展。在进入 70年代以后,特别是 1975年以后,
贝类及其他海产无脊椎动物酶遗传的多态研究才活跃起来。日本藤野和男( K.Fujino,1978)
对日本岩手县越喜来半岛水域的野生皱纹盘鲍
( Haliotis discus hannai)群体进行了消化盲囊中酪酶多态频度分析,在基因座位上发现了多态现象。藤野还根据野生群体观察结果提出:
为增加生产。,选择构成单一野生群体的复数个体,进行反复选择、近交,实现同态接合,
保存具优良性状个体,形成品种,通过优良品种间的交配,最后可能育出均质的优良杂交种。
2、数量性状
是品种优劣的重要性状。个体间的变异是连续的,只能作为量和数来测定的性状为数量性状,如体长(高)、体重、
生长速度、产卵量等。在经济上、生产上重要的性状多为数量性状。对于海产贝类数量性状扩经济性状的讲究,只有日本今井丈夫和蓝南( J,E.Lannan)对长牡蛎的研究以及日本的和田 g彦对合浦珠母贝的研究。
3、遗传率 是表示某一性状的遗传性质,
同时也表示群体性。遗传率高的性状,
在人为选择时效果出现得快,适用于个体的选择育种。一般认为具有 0.2以上遗传率的性状有选择的价值。和田 g彦用完全同胞的分散分析法对合浦珠母贝,纽柯克( G,F,Newkirk)等用完全伺胞和半同胞分散分析法对美国牡蛎,进行过遗传率分析,所得遗传率大部分在 0.2以上。
和田克彦还连续进行了合浦珠母贝壳宽的选择实验,第一代的结果同用遗传率预测的第一代遗传反应大体一致。
4、杂交研究 从 60年代开始,人们对贝类的杂交研究做了大量的工作。认为同类中染色体数相同的种类可以进行杂交,
如在 Bulimidae类中有台湾、菲律宾等 4个种( 2n= 26),进行杂交试验时,无论哪个组合 F1都能得到完全杂种,染色体也无异常。但是染色体数不同的种属是不能杂交的,与 Bulinus相近的
Pomatiopsis lapidaria( 2n= 34)杂交是不成功的。另外,被认为是异质多倍体的
Bulinus,2倍体( 2n=36)与 4倍体,6倍体,8倍体各种杂交,F代都是不育的。
第二节 贝类的育种
育种的方法很多,如选择育种,杂交育种,辐射育种,化学诱变,单倍体育种,多倍体育种,
体细胞杂交,核移植等 。 目前在贝类育种方面使用较多的首推多倍体育种 。
1,选择育种 ( Selective breeding)
可以从优中选优,即从一个具有优良性状的个体后代,选育出一个新的优良品种 。 也可以挑选表现型优良的一些贝类作种用,对其繁殖的后代,从中选择优良个体作种,连续几代,就能培育出一个新的品种 。 我国养殖的贝类至今未有选择培育的新品种,应该扭转,只养贝,
不育种,的陈旧观点 。
2、杂交育种( Cross breeding)
两个不同性状的物种彼此交配,称之杂交 。 由杂交得来的后代,称为杂种 。 杂交育种是最基本的育种方法,也是易于推行的措施 。 贝类远缘杂交做得较多的是牡蛎,已有 10余个组合,
如美国牡蛎 ( Crossostrea virginica) 雌与长牡蛎 ( Crassostrea gigas ) 雄;棘刺牡蛎
( Crassostrea echinata ) 雄 与 花 缘 牡 蛎
( Crassostrea circumpita) 雌以及花缘牡蛎与大连湾牡蛎 ( Crassostrea talienw hanensis) 等杂交 。 在国外,美国曾用产于大西洋和墨西哥的硬壳蛤 ( Mercenaria mercenaria) 进行杂交 。
在我国曾报导贻贝与厚壳贻贝 ( Mytilus
coruscus) ;大珠母贝 ( Pintada maxima) 与合浦珠母贝 ( Pinctada matensis) 的杂交均具有成效 。 在扇贝的杂交方面曾于 1986年在我国进行过栉孔扇贝 ( Chlamys (Azumapecten) farreri)
雌与海湾扇贝 ( Argopecten irradians) 雄,栉孔扇贝与虾夷扇贝 ( Pantinopecten
(Mizuhopecten) yessoensis) 杂交试验,均获得初步结果 。 但栉孔扇贝雌与海湾扇贝雄杂交,
胚胎发育至壳顶后期即滞育 。
3,辐射育种 ( Radiation breeding)
它是用各种辐射线作为诱变因素,如 x射线,γ
射线,α射线,β射线以及中子射线和紫外线残等 。 近几年来,还应用了激光,微波和超声波等 。 辐射育种能提高突变频率,扩大变异范围,
适于晶种修缮 。 它可以只改变品种某一缺点 。
可以缩短育种年限,方法简便,易于开展群众性选育 。
4,化学诱变育种 ( Chemical mutation
breeding)
是指采用化学诱变剂处理生物体以诱发基因突变,进而引起性状的变异,然后进行培育和选择,最后育成新品种的育种途径 。
5,单倍体育种 ( Haploidbreeding)
Haploid是指体细胞中含有一个染色体组的个体 。
单倍体育种就是利用各种途径产生单倍体以获得优良品种的一种育种方法 。 单倍体育种与多倍体育种一样都是属于染色体组工程的范畴 。
所不同的是单倍体是削减染色体组,使细胞中的染色体单倍化 。 单倍体生物的显著特点是体弱与不育 。 因此但被体育种在生产上使用很少 。
6,体细胞杂交 ( Somatic hybridizition)
亦称细胞融合 ( cellfusion) 。 它是用细胞融合的方法,使原来不能进行杂交的两种生物,经过细胞融合使两者的染色体和基因共存于一个杂交细胞中 。
7,核移植 ( Nucleartransfer)
应用显微技术,将一个细胞的核移植于另一个细胞中去的精细技术称为核移植 。
所得杂种称核质杂种 。 核移植所用的受体细胞,通常是成熟的卵细胞 。
辐射育种,化学诱变,单倍体,体细胞杂交以及核移植等育种技术至今在国内外均未有开展或取得成功的先例 。
8,多倍体育种 ( Polyploid breeding),
是通过增加染色体组的方法来改造生物的遗传基础,从而培育出符合需要的优良品种,达到人类利用的目的 。 因此,多倍体育种属于,染色体组工程,的范围 。
多倍体( Polyploid)一词是马卡特( Marchat,
1907)和温 克 勒( Winkler,1916)诱发植物多倍体成功后首先提出来的。它是指每个细胞中含有 3个或更多个染色体组的个体而言。根据日本牧野( S,Makino)和小岛吉雄( Ojima)
等( 1943)所进行的细胞学研究表明,多倍体的产生需要卵子第二极体的保留或第一次有丝分裂的抑制,据此原理,目前人工诱导多倍体的方法不外乎以下三种。
( 1) 生物学方法:采用杂交,尤其是种间杂交的方法来导致卵子极体的保留 。
( 2) 物理学方法:利用水静压,温度休 g,来抑制第二极体的排出或抑制第二次成熟分裂 。
( 3)化学方法:通过化学药品如细胞松驰素,
B( Cytochalasin B)、秋水仙素( Colchicine)、
富民隆(甲苯硫酸苯胺基苯尿)、聚乙烯乙二醇( Polyethylene,glyeol)、咖啡碱和三氯甲烷等药剂处理受精卵,同样可以达到获得多倍体的目的。
1981年美国斯坦利 ( J.G.Stanley) 利用美国牡蛎作试验,用 0.5 ppm的细胞松驰素 B处理受精卵获得多倍体以来,贝类多倍体育种发展很快 。
1987年美国唐宁 ( Downing) 用 1 ppm的细胞松驰素 B处理长牡蛎,在 25℃ 条件下,以受精后
30~ 45 min处理的效果为最佳,诱发的多倍体可高达 88土 9% 。 已知用 0.1ppm浓度的细胞松驰素 B处理珠母贝受精卵 1.5~ 30 min,多倍体的诱发率可达 77% 。 日本荒井 g俭 ( Katsutashi,
Arai) 等 ( 1986) 用低温,声温和水静压处理虾夷盘鲍,获得了多倍体,于受精后 。 12 min
或 32 min用 3℃ 低温处理 15 min,获得三倍体可达 70~ 80%,于受精后 7和 22 min高温 35℃ 处理
3min,获得的三倍体分别 50~ 70% 和 60~ 80%,
用水静压 ( 200kg/ cm2) 于受精后 7或 22min处理 5min,获得 60% 三倍体 。
1984年美国学者 C.L.Tabazini利用 CB处理海湾扇贝的受精卵也获得了海湾扇贝的多倍体。卵受精 10min后,用 CB处理
20min,用 0.05 mg/L和 0.1mg/L两种浓度的细胞松驰素 B处理,对改变倍体都有效。
用 0.05mg/L处理组的有 66%的扇贝是三倍体,0.1mg/L处理组的 94%的扇贝是三倍体。
1986年日本古明丸利用细胞松驰素 B处理华贵栉孔扇贝,获得了多倍体的扇贝 。 其处理方法是在华贵栉孔扇贝受精后 15min,水温 26℃,
用细胞松驰素 B( CB) 处理 15min后,把受精卵放进 DMSO( 二甲亚砜 ) 海水中浸渍 15min,
洗净 CB收集于正常的海水中 。 待发育到 D形幼虫时,把上浮的 D形幼虫收集于水槽中 。 按照常规人工育苗方法进行培育 。 待壳长达 2mm左右时,移入网笼中进行海上养殖管理,5个月后,
稚贝达 2~ 3cm,进行对照组 ( 未处理的 ) 和
CB处理组 ( 处理浓度为 0.1mg/L,0.5mg/L) 的倍性判断,结果如表 2l。 对照组全部是二倍体,
CB浓度为 0.1mg/L处理也没有发现三倍体稚贝,
但 CB浓度为 0.5mg/L处理的出现了较高比例的三倍体 ( 66.1%) 。
1990年法国的 Gendreau用 CB诱导了食用牡蛎 ( Ostrea edulis) 产生三倍体 。 在
20℃ 水温下,卵受精后 30~ 35min和 90~
100min,甩 1mg/L的 CB处理 20min,其三倍体率分别达到 70% 和 68% 。
1992年英国的 Uttiing等使用 CB诱导马尼拉蛤 ( Tapes philippinarum) 产生三倍体 。
1992年法国的 Cadoret研究了使用电脉冲刺激诱导贻贝 ( Mytilus galloprovincialis)
和长牡蛎产生三倍体,均获得了成功 。
孙振兴等 (1990)试验,皱纹盘鲍卵受精后
8 ~ 10min,以 3℃ 低水温处理 5,8,
10min,三倍体诱导率分别为 33.3%,
35.7% 和 53.3% 。
姜卫国等( 1987)以合浦珠母贝为材料,用剖取法取精卵,在 0.06%氨海水中受精,受精卵以 CB和低水温处理。在含有 0.033%二甲亚砜的海水中,将 CB配成 0.3,0.6,0.9,1.2,1.5
和 2.0mg/ L等不同浓度。处理起始时间为受精后 0,3,17和 33min,处理持续时间分别为 10、
15,20和 30min。处理后用吸管吸去处理液,
将受精卵置于 0.033%二甲亚砜海水中浸洗 2次,
每次 10min,对照组用 0.033%二甲亚砜海水处理。结果:处理起始时间 3min,持续时间
15min,CB浓度为 1.2~ 2.0mg/L,三倍体诱导率高达 40.7~ 47.2%,孵化率为 7.3~ 7.8%。低温处理 30,40,60,80,90和 100min,结果:
处理温度 12℃,持续时间 60和 90min,三倍体诱导率较高,但胚胎孵化率下降。
王子臣等 (1990年 )报导了栉孔扇贝和虾夷扇贝三倍体实验结果 。 栉孔扇贝在水温 17℃ 下,受精后 17 min开始处理,冷休克以 1℃,热休克以
30℃,处理时间为 12min的处理组倍化频率最高,达 27.6% 。 虾夷扇贝在水温 1℃ 下,受精后
46min,开始热休 g处理,结果以 29℃,处理持续时间为 11min,倍化频率为 26.7% 。
王汝才等在 1988~ 1991年利用 CB和温度休克诱导栉孔扇贝和大连湾牡蛎产生三倍体均获得了成功,并总结了利用低温休克产生三倍体的最佳方法,在生产上可以推广。