三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)低鹽耐受性和體重的遺傳參數估計及其相關分析*

盧少坤 李榮華 母昌考 宋微微 鄭維兵 王春琳①

(1. 寧波大學海洋學院 寧波 315211; 2. 國家海洋局第三海洋研究所 廈門 361005)

三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)屬于甲殼綱、梭子蟹科、梭子蟹屬, 廣泛分布于我國沿海海區(戴愛云等, 1977)。根據2013中國漁業統計年鑒(農業部漁業局, 2013), 其捕撈量達400348.0t, 養殖面積較廣, 是我國重要的海產經濟蟹類之一。三疣梭子蟹屬于廣鹽性物種, 適應鹽度在10—35, 最適生長鹽度在20—35, 但低鹽刺激會對其生理生化會造成一定的影響, 王沖等(2010)研究發現鹽度驟降會使幼蟹的攝食率、變態率及存活率下降。由于其養殖區域大部分為戶外池塘或灘涂圍網養殖, 水體環境鹽度較低, 且易受大量降水等因素影響, 可能會造成其養殖水體在短時間內鹽度過低, 研究其生長及低鹽耐受性, 對于提高養殖存活率及擴大養殖面積有重要意義。

遺傳參數主要包括遺傳力、遺傳相關與重復力,主要是涉及遺傳力和遺傳相關, 其在個體遺傳評定、選擇反應預測、育種方案設計等中都具有廣泛的用途。近些年來, 隨著水產養殖業的發展, 國內外對物種遺傳參數評估及家系選育上研究也發展迅猛, 主要涉及于生長、抗性、肉質等(Fjalestadet al, 1993), 如虹鱒(Oncorhynchus mykiss)的體重性狀遺傳力分析(Aulstadet al, 1972)、凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)、蝦夷扇貝(Patinopecten yessoensis)、刺參(Stichopus japonicas)、大菱鲆(Scophthalmus maximus)等的生長遺傳力分析(Pérez-Rostroet al, 1999; 欒生等, 2006;馬愛軍等, 2008; 梁峻等, 2011)、太平洋牡蠣(Crassostrea gigas)的肉質遺傳力分析(Langdonet al, 2000)。水產生物與抗逆性遺傳研究也較多, 如黃永春等(2013)構建了凡納濱對蝦抗 WSSV選育家系通過家系選育后其不僅死亡率低還延遲了其死亡高峰時間, 王慶志等(2014)構建了蝦夷扇貝耐高溫育種家系并提供了家系稚貝的早期篩查方法, 嚴福升(2009)研究了牙鲆(Paralichthys olivaceus)的生長相關性狀遺傳力估計及生長性狀與耐熱性狀的相關性分析。在三疣梭子蟹中對抗逆性遺傳力的研究還未見報道。本研究構建了20對三疣梭子蟹家系, 以急性低鹽脅迫致死率為衡量指標, 應用全同胞方差組分析法, 評估其 60日齡鹽度耐受性遺傳力及 60日齡的體重遺傳力, 并分析生長性狀與低鹽耐受性狀的相關性。為選育具有低鹽耐受性的三疣梭子蟹提供理論基礎。

1 材料與方法

1.1 親本選擇

2013年9月在浙江寧波象山、寧海、奉化三地選擇身體健康、規格均一、未交配的三疣梭子蟹作為親蟹。

1.2 實驗方法

1.2.1 親蟹交尾 2013年9月, 挑選體格健壯、生長良好的親蟹在單體框中養殖, 到可交配時, 采用 1雄對3雌進行定向交尾。交尾成功后, 記錄下各雌雄親本的編號, 并在雌蟹游泳足上打上標簽, 放入池中越冬。2014年3月下旬, 將親蟹轉入種蟹池, 期間以鮮活貝類進行營養強化。

1.2.2 幼體培育及養殖 將要產卵的親蟹轉入育苗池, 每個育苗池1只親蟹, 產卵前, 往育苗池中加入適量的扁藻及輪蟲, Z1—Z2投喂輪蟲及人工配合飼料,Z3—Z4投喂鹵蟲無節幼體, 大眼幼體期以冰凍鹵蟲為餌料, 每一期往池中加一定比例的海水, 連續充氣, 待基本變態成為一期稚蟹后出苗, 總共獲得全同胞家系20個, 每個家系取稚蟹 3000尾, 放于水泥池中養殖,利用紗網圍格分隔不同家系, 并保持養殖條件一致。

1.2.3 生長性狀測量 在60日齡、90日齡時, 從每個家系中選30個個體, 利用電子天平測量其體重。

1.2.4 急性低鹽致死率 在每個家系 60日齡時,隨機取出90個個體, 分三組, 轉入鹽度為4的水體中,脅迫72h, 并在12、24、48、72h處記錄死亡螃蟹數目, 統計其死亡情況并計算其死亡率。

1.2.5 分析方法 利用60日齡、90日齡的體重數據, 通過 SPSS線性擬合功能, 進行線性擬合, 以斜率為生長速率。

鹽度耐受性分類采用SPSS軟件K-均值聚類方法對鹽度耐受能力進行分類。

對于全同胞家系, 利用全同胞家組分方差分析法計算其遺傳力h2, 利用SPSS一般線性模型計算各組分方差:

其中, Vg = (MSb－MSw)/n; Ve = MSb; Vg代表基因型方差組分; Ve代表環境方差組分; MSb(mean sums between)為組內均方; MSw(mean sums within)為組間均方。

2 結果

2.1 三疣梭子蟹60日齡和90日齡體重及增長率

表1 三疣梭子蟹60日齡和90日齡的體重及增長率Tab.1 The weight and the rate of growth of P. triberculatus on days 60 and 90

三疣梭子蟹60日齡和90日齡體重及其增長率見表 1, 由表 1可見, 各家系在 60日齡時平均體重為(24.13±9.1)g, 在 90日齡時其平均體重為(77.50±13.78)g。以體重為衡量標準, 60日齡時體重較大的家系為1、2、14、18、20; 90日齡時體重較大的家系為3、4、6、7、18。通過線性擬合結果, 發現三疣梭子蟹平均體重增長率為(0.79±0.14)g/d, 體重增長率較快的家系有2、3、6、7、18?？梢?0日齡體重較大家系與 90日齡存在明顯不同, 體重的增長率可以較好地說明其生長狀況, 故以體重增長率來衡量其生長狀況, 見圖1。

2.2 各家系在不同時間下的死亡情況

各家系在12、24、48、72h下的死亡情況見圖2。由圖可見: 部分家系在鹽度4急性脅迫下48h死亡全部, 大部分家系在 72h處理后全部死亡, 有少量家系在 72h處理后, 依舊有部分個體存活。計算各組死亡率方差, 方差分析時發現其24h、48h脅迫下方差較大,為0.20及0.18, 說明在24h、48h脅迫條件下, 不同家系間的死亡率差異較大, 在24h其平均致死率為50%。

圖1 不同家系的體重增長率Fig.1 The weight-gain rate of different families

依據不同家系在鹽度 4不同時間下的死亡率對20個家系進行K-均值聚類分析, 將其分為3類, 聚類情況見表2, 各家系聚類中心見表3并對各家系不同時間點下的聚類結果進行相關性分析, 其中48h聚類結果與 72h呈顯著性相關(P<0.05), 其它各小時組間并未發現顯著相關。

圖2 鹽度4脅迫下各家系死亡率Fig.2 The mortality of the families under salinity 4

根據相關性分析, 48h鹽度耐受性與72h鹽度耐受性分類顯著相關(P<0.05), 以表2中48h低鹽耐受性分類作為其耐受性分級指標, 對增長率與鹽度耐受性能力進行相關性分析, 其相關系數為 0.143, 并檢驗無顯著性相關(P=0.547)。

2.3 遺傳力計算

利用SPSS一般線性模型估計得全同胞組分的方差因素見表 4, 并利用全同胞組分方差分析法計算,其60日齡的低鹽三疣梭子蟹在低鹽處理12、24、48、72h下對低鹽耐受性的遺傳力分別為0.13、0.18、0.21、0.29, 其體重遺傳力為0.45(表5)。

表3 各家系死亡率聚類中心Tab.3 The clustering center of each family

表4 全同胞組分方差分析Tab.4 Analysis of variance for full-sib family

表5 遺傳力計算Tab.5 Calculation of heritability

3 討論

3.1 三疣梭子蟹體重遺傳力分析

遺傳力反映了某一性狀的差異有遺傳成分所占的比例, 主要有廣義遺傳力和狹義遺傳力計算某一性狀的遺傳力對于選育優良性狀具有重要意義。對水產生物許多物種的主要經濟性狀遺傳力計算較多,如凡納濱對蝦其體重遺傳力為 0.37—0.45 (Castillo-Juárezet al, 2007), 王慶志等(2012)計算了長牡蠣殼高的遺傳力為 0.161—0.387, 殼長的遺傳力為 0.139—0.398。高保全等(2010)通過三疣梭子蟹 37個家系評估了三疣梭子蟹的80日齡和120日齡的體重遺傳為0.53和 0.35, 而本實驗在60日齡下得到的三疣梭子蟹體重遺傳力為 0.45, 與其較為接近, 屬于中高度遺傳力。由此可見, 三疣梭子蟹體重遺傳力屬于中高度遺傳力, 具有較好的選育前景。

3.2 三疣梭子蟹低鹽耐受性遺傳力分析

關于水產動物對于抗逆性狀的遺傳力分析中,主要有抗病及一些對環境因子的抗逆性性狀, 中國對蝦抗WSSV性狀遺傳力估計值0.10±0.03 (楊翠華,2007)“黃海1號”耐高pH的遺傳力在0.29—0.31之間,耐高氨氮的遺傳力在0.15—0.22之間(黃付友, 2007),Thodesen等(2013)研究奧利亞羅非魚(Oreochromis aureus)對于冷水的耐受遺傳力為0.05—0.08之間, 蔣湘等(2014)利用鹽度對九孔鮑(Haliotis diversicolor supertexta)的死亡率評估其低鹽性狀遺傳力為 0.056±0.022, 可見抗逆性狀相對于生長性狀來說遺傳力較低。本文首次計算了三疣梭子蟹低鹽脅迫條件不同時間下的遺傳力為 0.13—0.29, 不同時間點估算的遺傳力大小并不相同, 隨著低鹽脅迫處理時間加長其遺傳力變大, 這在較為復雜的性狀中較為常見, 如Boomsma等(1998)通過研究多元遺傳分析血壓性狀的遺傳力, 發現血壓性狀的遺傳在不同性別間存在差異, 認為血壓受不同影響因子控制, 各影響因子發揮的作用并不相同, 進而導致其血壓遺傳力在不同性別中顯現差異。Evans等(2006)發現斑胸草雀(zebra finch)在不同選擇壓力下, 其后代的遺傳力出現顯著差異, 根據表觀遺傳學的觀點, 環境壓力對基因甲基化等造成影響, 可以在不改變基因的情況下對后代產生影響, 有些植物在不同的鹽度脅迫后顯現出不同的遺傳力(Boykoet al, 2011)。在本實驗中, 隨著環境施壓增大, 可能使遺傳因素造成的差異效果更加明顯, 導致表型上遺傳方差變大, 其在48h及72h脅迫下其遺傳力均大于0.2。

3.3 三疣梭子蟹體重與低鹽耐受性性狀相關性

生長及抗性性狀一直是水產生物選育的重點(Gjedrem, 1983), 在對蝦(Cocket al, 2009)中研究較多, Argue等(2002)在凡納濱對蝦育種中, 分別構建了以生長性狀為主的家系及以生長性狀加抗桃拉病毒(TSV)性狀復合選育的家系進行, 選育具有復合性狀的優質品種。但其結果顯示抗桃拉病毒性狀與生長性狀存在負相關。根據本實驗結果, 其生長性狀與鹽度耐受性性狀相關系數為 0.143, 檢驗無顯著性相關(P>0.05), 雖然生長較快個體可能在體重上較大一定程度上會造成其對鹽度的耐受能力上升, 但根據本實驗室構建的三疣梭子蟹低鹽耐受性模型, 6期以后三疣梭子蟹體重對低鹽脅迫的耐受性已基本穩定,體重差異對其低鹽耐受能力影響較小。雖然無法完全排除體重影響, 且本實驗結果并未出現兩性狀相關,可以認為在一定程度上生長與耐低鹽性狀無相關性,可以進行復合選育。

通過分析發現12h與24h的遺傳力低于0.2, 48h與72h的遺傳力都高于0.2, 但若以72h篩選其成活率過低, 選擇壓力過大, 由于48h耐受性與72h耐受性相關顯著, 且在48h的遺傳力也高于0.2, 故在選育過程中可采用48h處理以達到較佳選育效果。

本實驗表明三疣梭子蟹生長性狀屬于中度遺傳力, 低鹽耐受性性狀屬于中低遺傳力, 并且低鹽耐受性狀與生長性狀并無相關性, 本實驗發現家系4、6、14具有較強的低鹽耐受性及體重增長速率, 可利用這些家系進行下一步的選育工作。

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