近交對凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei)生長、存活及抗逆性的影響*

袁瑞鵬 劉建勇① 張嘉晨 陳曉敏 鄭靜靜 劉加慧

(1. 廣東海洋大學水產學院 湛江 524088; 2. 湛江市國興水產科技有限公司 湛江 524025)

凡納濱對蝦(Litopenaeus vannamei), 又稱南美白對蝦、白對蝦, 原產于美洲太平洋沿岸水域, 主要分布于秘魯北部至墨西哥灣沿岸, 以厄瓜多爾沿岸最為集中, 是世界上養(yǎng)殖產量最高的三大優(yōu)良下種之一(王興強等, 2004; 李世凱等, 2012)。近年來由于野生凡納濱對蝦資源的減少、海水水質的惡化、對蝦病毒性和細菌性病害的頻發(fā), 國內外的相關研究機構和育種企業(yè)展開的凡納濱對蝦的遺傳改良研究以適應凡納濱對蝦養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展。近交效應是對蝦的遺傳改良中應當考慮的因素。適當?shù)慕挥欣趦?yōu)良性狀的穩(wěn)定固化, 不恰當?shù)慕粫е陆凰ネ擞绊戇z傳改良的進程(張沅, 2001)。

目前, 國內外學者也展開了近交效應對對蝦遺傳改良影響的研究。Moss等(2007)研究發(fā)現(xiàn)近交系數(shù)每上升10%, 凡納濱對蝦生長速度下降2.6%到3.9%呈顯著相關性, 建議在凡納濱對蝦的遺傳改良中所構建家系的近交系數(shù)不能超過10%。Moss等(2008)研究還發(fā)現(xiàn)凡納濱對蝦孵化率的近交衰退系數(shù)為-12.3%,無節(jié)幼體的成活率的近郊衰退系數(shù)為-11.0%, 養(yǎng)成存活率的近郊衰退系數(shù)為-3.8%。De Donato等(2005)研究發(fā)現(xiàn)在凡納濱對蝦選擇育種的初期近交衰退可以避免甚至消失, 隨著選育的進行, 體質量性狀的變異系數(shù)由19.7%下降至11.6%。曹寶祥等(2015)研究發(fā)現(xiàn)凡納濱對蝦近交群體與選育群體相比, 近交系數(shù)每增加10%, 引起的收獲時體質量的近交衰退系數(shù)-6.60%,存活率性狀的實際衰退系數(shù)為11.3%。可見, 已有的報道主要集中在近交對凡納濱對蝦生長和存活性狀的影響研究。而關于不同程度近交對凡納濱對蝦家系生長及抗逆性的影響的研究鮮有報道。

為此, 本課題組展開了不同近交程度對凡納濱對蝦生長性狀、存活性狀、收獲時高氨氮抗逆性及收獲時低溶氧抗逆性影響的研究, 旨在為凡納濱對蝦高生長高抗逆新品系的進一步良種選育工作提供依據(jù)和參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2015年5月, 課題組利用ASRmel4.0軟件, 對家系選擇 4代的留種家系的凡納濱對蝦親蝦(部分留種家系間具有親緣關系)設計交配組合。設計中度近交組合 GM(近交系數(shù)大于 0.25)4個家系, 分別為 G1、G2、G3、G4; 輕度近交組合 GL(近交系數(shù)為 0.25—0.0625)4個家系, 分別為Z1、Z2、Z3、Z4; 非近交組GN為非近交家系4個(近交系數(shù)為0), 分別為F1、F2、F3、F4。所構建16家系間沒有親緣關系。上述家系為采用人工授精方式, 10d內建成。

1.2 試驗方法

試驗構建家系苗種的培育過程中采用標準化的操作流程, 以最大限度地降低育苗操作對家系培育的影響。待試驗家系仔蝦養(yǎng)殖至PL-15期, 隨機挑選900尾, 均分為3組, 轉移至3個20網(wǎng)目2.5m2的網(wǎng)箱, 于1個水泥池中進行同池共同環(huán)境養(yǎng)殖, 保證各養(yǎng)殖網(wǎng)框餌料投喂量保持一致, 每天檢查水體氨氮、溶氧等理化指標, 清掃網(wǎng)框中糞便殘餌。試驗家系共同環(huán)境養(yǎng)殖 120d時, 分別統(tǒng)計每池中各家系的成活率, 中隨機抽取各家系對蝦30尾, 測量體質量(BW)、體長(BL)和腹節(jié)長(ABS), 記錄每尾測量對蝦的性別。共同環(huán)境養(yǎng)殖90d時, 從各家系挑取體長相近的對蝦120尾(體長為7.0—7.5cm), 設計3個平行試驗,1個對照試驗, 各平時試驗用蝦30尾進行96h高氨氮脅迫試驗(預實驗顯示 96h高氨氮脅迫半致死濃度為110mg/L), 用氯化銨(分析純)配置半致死濃度試驗海水, 每隔24h完全更換含氯化氨氮的海水, 試驗過程中試驗海水溶解氧為7.0—8.0mg/L, pH 7.9—8.1, 水溫 25—27℃; 各家系挑取體長相近的對蝦 120尾(體長為7.00—7.5cm), 設計3個平行試驗, 1個對照試驗,各平行試驗用蝦30尾, 進行96h低溶氧脅迫試驗(預實驗顯示 96h低溶氧脅迫半致死濃度為 0.82mg/L),試驗時將對蝦放入水中耗養(yǎng)至半致死濃度, 再通過控制供氧量使氧濃度維持在預定值水平, 試驗海水pH為 7.9—8.1, 水溫 25—27℃。統(tǒng)計高氨氮耐受存活率(SRA)和低溶氧耐受存活率(SRH), 具體試驗方法如袁瑞鵬等(2015)試驗研究所述。

1.3 數(shù)據(jù)處理

應用 SPSS17.0軟件對不同組合家系的生長性狀、存活性狀、高氨氮耐受存活率、低溶氧耐受存活率的相關參數(shù)進行統(tǒng)計描述、單因素方差分析(ANOVA)和Duncan多重比較分析, 以P＜0.05作為差異顯著性水平。

成活率、家系體重變異系數(shù)的計算公式如下:

存活率(Survival rate, SR%)=試驗時對蝦個體數(shù)/試驗開始時對蝦個體數(shù)×100%家系體質量變異系數(shù)(The coefficient of variation in body weight of a family, CBW%)=家系體質量均值/家系體質量標準差

實際衰退百分比=(非近交組相關測試性狀的最小二乘平均值-近交家系相關測試性狀的最小二乘平均值)/非近交組相關測試性狀的最小二乘平均值

應用ASReml4.0軟件中的Predict指令估測試驗不同家系凡納濱對蝦生長性狀、存活性狀、高氨氮耐受性及低溶氧耐受性的最小二乘均值。

生長性狀的最小二乘均值估計模型:

式中, Yijkzx為x尾對蝦某生長性狀值, u為某生長性狀總體均值, Popi為第i近交處理組固定效益, Sexj表示第 j個性別固定效應, Netk為第 k個網(wǎng)箱固定效應,Agez為第z個家系的生長日齡作協(xié)變量, Familyz(Popi)表示第z個近交處理組內第i個家系的隨機效應, eijkzx表示第x尾蝦的隨機殘差。

存活性狀、高氨氮及低溶氧抗逆性的估計模型:

式中, Yikzx為第x尾蝦的存活狀態(tài)(0為死亡, 1為存活),λikzx為潛在變量, 如果 λikzx＞0 則 Yikzx=1, 如果 λikzxk≤0則Yikzx=0, u為某生長性狀總體均值, Popi為第i近交處理組固定效益, Agez為第z個家系的生長日齡作協(xié)變量, Familyz(Popi)第i個近交處理組內第z個家系的隨機效應, eikzx表示第x尾蝦的隨機殘差。

各性狀的近交衰退系數(shù)(Inbreeding depressing coefficient, IDC)和實際衰退百分比計算公式如下:

式中,為近交家系的相關測試性狀的最小二乘均值,為比照組相關測試性狀的最小二乘平均值,為近交家系的近交系數(shù), 為對照組的近交系數(shù)。

2 結果

2.1 不同近交程度家系間生長性狀的比較

不同近交程度凡納濱對蝦家系的近交系數(shù)、生長相關性狀、體質量變異(CBW)如表 1所示。GN組所對應的家系近交系數(shù)為0, GL組所對應的家系近交系數(shù)為0.0938—0.1094, GM組所對應家系的近交系數(shù)為0.2813—0.4375。各家系BW間差異顯著(P＜0.05), Z2家系 BW 值最高為 8.59±3.85g, 顯著大于 Z1、Z3、G1、G2、G4 家系(P＜0.05); Z2、F1、F2、F3、F4、Z4、G3家系的BW值較高且兩兩間BW值差異不顯著(P＜0.05)。各家系 BL 間差異顯著(P＜0.05), 其中G2家系的BL最小為5.18±0.57cm, 顯著小于F1、F2、F3、F4、Z1、Z2、Z4、G1、G3、G4 家系的 BL 值(P＜0.05)。各家系ABS間差異顯著(P＜0.05), 其中 Z2家系顯著大于 Z1、Z3、G2、G4家系(P＜0.05); G2家系 ABS值最小, 小于除Z1、G1、G4外的其它家系。各家系中G2家系的CBW最大為49.91%, Z2家系CBW最小為20.01%, GN組家系CBW為25.11%—49.91%, GL組家系CBW為20.01%—46.24%, GM組家系CBW為25.89%—34.07%。

表1 不同近交程度凡納濱對蝦家系的生長相關性狀Tab.1 The growth related traits of L. vannamei families in different degrees of inbreeding

2.2 不同近交程度家系間存活、高氨氮及低溶氧耐受性比較

不同近交程度凡納濱對蝦家系共同環(huán)境養(yǎng)殖90d存活(SR)、高氨氮耐受存活率(SRA)及低溶氧耐受存活率(SRH)如表 2所示。GN組家系 SR為 46.97%—63.78%, GL組 SR為 36.73%—61.73%, GM組 SR為58.74%—84.81%。不同家系SR間差異顯著(P＜0.05),G2家系SR最高為84.81%±10.37%, 顯著高于其它家系 SR(P＜0.05), Z4家系 SR最低為 36.73%±14.41%,顯著低于其它家系(P＜0.05)。各家系SRA間差異顯著(P＜0.05), 其中 G4、F3值最高, 分別為 76.92%±14.73%、76.71%±15.81%, 顯著高于除 F1、Z2外的其它家系(P＜0.05)。各家系 SRH間差異顯著(P＜0.05),其中 Z3家系 SRH最高, 為 52.63%±14.31%, 顯著關于除F4家系外的其它家系(P＜0.05), G1家系SRH最低, 為 15.43%±14.39%, 顯著小于其它家系(P＜0.05)。

2.3 不同近交處理組間生長、存活、高氨氮及低溶氧耐受性情況

不同近交程度處理組凡納濱對蝦的體質量(BW)、體質量變異系數(shù)(CBW)、共同環(huán)境養(yǎng)殖存活(SR)、高氨氮耐性(SRA)及低溶氧耐受性(SRH)情況如表 3所示。不同近交程度處理組 BW 間差異顯著(P＜0.05), 其中 GN組 BW最高, 為 7.66±2.86g, 顯著高于 GM組, GL組的 BW 與其它兩組間差異不顯著(P＞0.05)。不同近交程度處理組 CBW 間差異顯著,GM組 CBW最小, 為29.30%±3.59%, 顯著小于其它處理組(P＜0.05)。不同近交程度處理組SR間差異不顯著(P＞0.05), 其中 GM組最高, 為 69.62%±16.91%;GL組最低, 為 49.44%±17.34%。不同近交程度處理組 SRA間差異不顯著(P＞0.05), 其中 GN組最高, 為67.63%±7.70%; GL組最低, 為58.26%±10.24%。不同近交程度處理組SRH間差異不顯著(P＞0.05), 其中GN組最高, 為 36.63%±8.72%; GM組最低, 為 31.25%±12.69%。

2.4 近交家系體質量和存活性狀的近交衰退情況

如表4所示, 輕度近交家系Z2和中度近交家系G3的體質量最小二乘均值高于非近交組均值, 分別為8.61和7.82, 其余6個近交家系體質量最小二乘均值均小于對照組均值。與非近交組(GN)相比較, 輕度近交組(GL)和中度近交組(GM)的體質量實際衰退百分比為11.02%和20.36%, 近交系數(shù)每增加10%所引起的近交衰退系數(shù)分別為-10.03%和-5.83%。3個近交家系存活率最小二乘均值低于非近交組(GN)均值表現(xiàn)出近交衰退, 另有5個近交組家系未表現(xiàn)出近交衰退; 與非近交組(GN)相比較, 輕度近交組(GL)的存活率實際衰退百分比為9.35%, 近交系數(shù)每增加10%所引起的近交衰退系數(shù)為-6.41%, 而中度近交組(GM)的存活率未表現(xiàn)出近交衰退。

表2 不同近交程度凡納濱對蝦家系的存活率、高氨氮耐受性及低溶氧耐受性Tab.2 The survival rate, high-concentration ammonia nitrogen tolerance, and hypoxia tolerance of L. vannamei families in different degrees of inbreeding

表3 不同處理組凡納濱對蝦的體質量、存活、體質量變異系數(shù)、高氨氮耐性及低溶氧耐受性Tab.3 The body weight, variation coefficient of body weight, survival rate, high-concentration ammonia nitrogen tolerance and hypoxia tolerance of L. vannamei families in different degrees of inbreeding

表4 凡納濱對蝦近交家系體質量和存活性狀近交衰退情況Tab.4 Inbreeding depression of body weight and survival rate of L. vannamei families in different degrees of inbreeding

2.5 近交家系高氨氮耐受性和低溶氧耐受性的近交衰退情況

如表5所示, 輕度近交家系Z2和中度近交家系G4高氨氮耐受存活率最小二乘均值大于非近交組最小二乘均值, 未表現(xiàn)出高氨氮耐受近交衰退; 其余 6個近交家系高氨氮耐受存活率最小二乘均值小于非近交組最小二乘均值, 表現(xiàn)出現(xiàn)高氨氮耐受性近交衰退; 與非近交組(GN)相比較, 輕度近交組(GL)和中度近交組(GM)的高氨氮耐受性實際衰退百分比為13.95%和14.84%, 近交系數(shù)每增加10%所引起的近交衰退系數(shù)分別為-13.63%和-4.73%。輕度近交家系Z3和中度近交家系G2和 G4低溶氧耐受存活率最小二乘均值大于非近交組最小二乘均值, 未表現(xiàn)出低溶氧耐受近交衰退; 其余 5個近交家系低溶氧存活率最小二乘均值小于非近交組最小二乘均值, 表現(xiàn)出現(xiàn)高低溶氧耐受性近交衰退; 與非近交組(GN)相比較, 輕度近交組(GL)和中度近交組(GM)的低溶氧耐受性實際衰退百分比為 9.81%和 16.59%, 近交系數(shù)每增加 10%所引起的近交衰退系數(shù)分別為-11.84%和-4.77%。

表5 凡納濱對蝦近交家系高氨氮耐受性和低溶氧耐受性近交衰退情況Tab.5 The inbreeding depression coefficient of growth related traits, survival, high ammonia nitrogen tolerance and hypoxia tolerance of L. vannamei families in different degrees of inbreeding

3 討論

3.1 不同程度近交對凡納濱對蝦生長性狀的影響

在遺傳選育的閉鎖群體中, 在剛開始進行閉鎖選育時, 選育工作者會有意識地避免近交, 但由于逐年淘汰, 和選育規(guī)模的受限, 選育多年后選育群體難以避免會產生不同程度的近交(郭坤德等, 1984)。本研究對閉鎖繁育條件下, 產生的不同程度近交的凡納濱對蝦群體和家系的生長和存活情況進行了分析,中度近交組的體質量為 6.14±2.91g, 顯著小于非近交組體質量7.66±2.86g (P＜0.05), 輕度近交組近交系數(shù)每增加10%所引起體質量的近交衰退系數(shù)為-10.03%,中度近交組為-5.83%。曹寶祥等(2015)發(fā)現(xiàn)全同胞近交群體與選育群體體質量產生 16.68%的衰退, 近交系數(shù)每增加 10%所引起的近交衰退系數(shù)為-6.60%;Moss等(2008)在桃拉病毒和白斑病毒感染的環(huán)境中凡納濱對蝦, 近交系數(shù)每增加 10%所引起的生長的衰退為2.6%—3.9%; Keys等(2004)研究表明近交系數(shù)為0.28—0.31的日本囊對蝦(Marsupenaeus japonicus)的近交衰退系數(shù)為-3.34%; 相關學者(楊翠華等,2007; 張洪玉等, 2009; 羅坤等, 2014)也發(fā)現(xiàn)中國明對蝦(Fenneropenaeus chinensis)全同胞近交一代或者兩代后, 生長性狀表現(xiàn)出近交衰退?？梢? 由于近交導致對蝦生長性能衰退的現(xiàn)象普遍存在, 在育種工作中應避免無規(guī)劃近交個體的產生。本研究中中度近交組體質量實際衰退百分比為 20.36%, 高于輕度近交組體質量實際衰退百分比 11.02%, 表明近交系數(shù)越高體質量衰退也嚴重。傅強等(2015)在蝦夷扇貝中也發(fā)現(xiàn)了類似的現(xiàn)象, 表明在水產生產中應避免高度近交個體的產生。本研究中非近交組體質量的變異系數(shù)大于中度近交組體重變異系數(shù), 并顯著大于高度近交組體質量變異系數(shù), 筆者認為可能是近交導致控制體質量基因多樣性的降低, 提高了體質量性狀的同質性。

本研究中就單個近交家系而言, 近交不一定會產生生長性能的衰退, 中度近交家系Z2、高度近交家系 G3體質量均值, 高于各對照組體質量值, 表現(xiàn)出一定的近交優(yōu)勢; 其余6個近交家系均表現(xiàn)出體質量近交衰退現(xiàn)象。可能原因是, 構建試驗近交家系所用親蝦為選育留種親蝦, 具有良好的生產性能, 近交使控制快速生長的有益基因快速聚合、純化, 使得近交家系表型出良好的生長性能。劉小軍等(1993)發(fā)現(xiàn)一定程度的近交對豬的初生體重及生長發(fā)育有良好的作用, 建議近交程度不宜低于 12.5%, 認為合理有效地使用近交將進一步提高專門化品系的質量。郭坤德等(1984)發(fā)現(xiàn)閉鎖繁育的星布羅肉用種雞家系近交效果, 視其共同祖先和親本的性能而定, 早期生長速度快的家系其后代表現(xiàn)較好, 半同胞交配時退化幅度較小, 有的性狀, 如受精卵、飼料轉換率有所提高;共同祖先和親本早期生長速度慢的家系, 其后代表現(xiàn)較差。目前, 近交效應對水產動物育種的研究, 多為全同胞交配或半同胞交配所產近交群體與未近交群體的簡單比較(張國范等, 2003; 劉振等, 2013; 梁健等, 2013; 喻馳方等, 2013), 這樣不利于合理有效近交的發(fā)現(xiàn)。筆者認為, 在水產動物育種中家系選擇和譜系選擇相結合, 記錄多代留種交配親本的生產性能, 合理設計親緣選配方案, 對近交產生后代實施嚴格淘汰, 是通過近交加快育種進程的有效途徑。

3.2 不同程度近交對凡納濱對蝦存活、高氨氮及低溶氧耐受性的影響

不同的學者對近交對環(huán)境壓力的影響有不同的觀點。Dahlgaard等(2000)認為近交與否跟環(huán)境的適應力無必然聯(lián)系。Bijlsma等(1999)與 Miller(1994)認為環(huán)境壓力會增大近交效應的影響。本試驗研究了近交對環(huán)境因子耐受的影響, 輕度近交組近交系數(shù)每增加 10%所引起高氨氮耐受性的近交衰退系數(shù)為-13.63%, 中度近交組近交系數(shù)每增加 10%所引起高氨氮耐受性的近交衰退系數(shù)為-4.73%; 輕度近交組近交系數(shù)每增加 10%所引起低溶氧耐受性的近交衰退系數(shù)為-11.84%, 中度近交組近交系數(shù)每增加 10%所引起高氨氮耐受性的近交衰退系數(shù)為-4.77%; 但上述性狀近交組與非近交組間差異不顯著(P＞0.05)。張洪玉等(2009)研究發(fā)現(xiàn)發(fā)現(xiàn), 近交中國明對蝦群體與非近交群體的鹽度耐受性和高溫耐受性間差異不顯著(P＞0.05)。相關學者(Shikano et al, 2001; Nakadate et al, 2003)發(fā)現(xiàn)近交對孔雀魚(Poecilia reticulata)的鹽度耐受性影響顯著(P＜0.05), 而對其高溫耐受性影響不顯著(P＞0.05)?？梢? 近交效應對不同水產動物環(huán)境適應力影響差異較大, 即使同一近交水產動物對不同環(huán)境因子改變適應力也表現(xiàn)不同。本研究中25%的近交家系家系表現(xiàn)共同養(yǎng)殖存活有近交衰退,75%的家系并未出現(xiàn)近交衰退。Moss等(2007)也發(fā)現(xiàn)在近交的凡納濱對蝦存活性狀未出現(xiàn)明顯的近交衰退現(xiàn)象, 但在病毒感染后近交的凡納濱對蝦存活性狀出現(xiàn)明顯的近交衰退現(xiàn)象。De Donato等(2005)其他學者的試驗發(fā)現(xiàn)近交會導致凡納濱對蝦存活性狀出現(xiàn)衰退現(xiàn)象。筆者認為, 近交對凡納濱對蝦存活性狀衰退或進展的影響, 受養(yǎng)殖環(huán)境和近交個體親本遺傳背景的影響, 應進一步分析養(yǎng)殖環(huán)境與近交對對蝦存活性能的影響。

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