“新吉富”羅非魚選育后期連續(xù)12個世代的選育效果分析

唐首杰，頡曉勇，趙 巖，于愛清，趙金良，李思發(fā)

(1.上海海洋大學，農業(yè)部淡水水產種質資源重點實驗室，上海 201306;2.上海海洋大學，水產科學國家級實驗教學示范中心，上海 201306;3.上海海洋大學，水產動物遺傳育種中心上海市協(xié)同創(chuàng)新中心，上海 201306；4.中國水產科學研究院南海水產研究所，廣州 510300；5.上海市水產研究所，上海市水產技術推廣站，上海 200433)

“新吉富”羅非魚(Oreochromisniloticus)是上海海洋大學以1994年引入的尼羅羅非魚“GIFT”品系第3代為基礎群體(F0)，從1996年開始，歷經10年系統(tǒng)選育，其F8于2006年1月經全國水產原種和良種審定委員會審定為優(yōu)良品種(登記號GS 01-001-2005)[1]。鑒于沒有永遠的良種的理念和推陳出新的時代要求，在選育系F8的基礎上，課題組堅持“新吉富”羅非魚的持續(xù)選育，至2016年已持續(xù)選育至第20代(F20)。

大量動物育種實踐表明，選擇的遺傳進展在短期內非?？焖賉2]。而在長期選擇下，群體遺傳結構會發(fā)生變化，從而影響進一步的選擇反應，各種因素如控制性狀的基因個數，基因作用方式、起始頻率、連鎖和群體大小等都對長期選擇的反應有影響，造成長期選擇反應在群體間的高度特異性[3]。對長期選擇的研究具有重要的理論和實際意義。一方面，它有助于揭示選擇極限產生的原因和條件，指導長期動物育種如何打破極限，取得進一步的進展；另一方面，它有助于了解長期選擇下連續(xù)變異的數量性狀的演化過程。

幾十年來，動物育種學家對多種實驗動物開展了長期選擇實驗，Eisen[4]對12日齡幼鼠(Musmusculus)體重進行了連續(xù)22代的長期選擇，發(fā)現12日齡體重性狀的選擇極限出現在第17代；Dunnington等[5]對8周齡雞(Gallusgallusdomesticus)的體重進行了連續(xù)54代的雙向選擇，發(fā)現低體重選擇組的雌性和雄性8周齡體重性狀分別在第48代和第50代出現了選擇極限。在魚類中，大多數選育品種經歷的人工選擇世代較少，例如，興國紅鯉(Cyprinuscarpiovar.singuonensis)是經過連續(xù)6代系統(tǒng)選育而形成的新品種[6]，津鰱(Hypophthalmichthysmolitrixvar.Jin)是經過6代系統(tǒng)選育而成的鰱新品種[7]，甘肅金鱒(OncorhynchusmykissWalbaum)是經3代人工定向選育而成的虹鱒新品種[8]，這些魚類良種在短期人工選擇過程中均獲得了較快的遺傳進展。比較而言，“新吉富”羅非魚已經歷20代人工選擇，可作為魚類長期選育的代表。因此，“新吉富”羅非魚是研究魚類長期選擇效應的獨特材料。

截止2011年，本實驗室已對“新吉富”羅非魚選育系F3～F15的選育效果進行了跟蹤報道[9-15]，結果表明，“新吉富”羅非魚選育群體的生長速度逐代提高，代表性尾鰭條紋逐代趨于整齊，體重變異系數逐代降低、選育群體的規(guī)格更加趨于一致。從2012-2016年，本實驗室繼續(xù)開展了“新吉富”羅非魚選育系F16～F20選育效果評估，本研究在總結以往(2005-2016年)試驗結果的基礎上，綜合評估“新吉富”羅非魚選育后期連續(xù)12個世代(F9～F20)的選育效果，了解“新吉富”羅非魚選育后期世代在長期選擇下獲得的遺傳進展及生長性能在世代傳遞過程中的遺傳穩(wěn)定性，為魚類的長期選擇效應提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

1996年底，挑選體型標準、健康的雌魚455尾和雄魚233尾建立選育基礎群體(F0)。在F0的基礎上，每年選育一代，2004年5月，由選育系F7自繁產生F8。從2005-2016年，由選育系F8～F19分別依次自繁產生F9～F20。

1.2 選育方法

采用的選育方法為群體選擇法，選育計劃與進程按本實驗室的既定原則進行(表1)。以生長速度為主要選擇目標，從魚苗期到親魚期，選育系的每一世代選擇3～4 次，每次選擇時魚的日齡及標準見表1。選擇總強度為6%左右，一般選留親魚2 000尾(雌雄比約為3∶1)，繁殖用親魚一般為11月齡，為初次繁殖，雄魚體重約450 g，雌魚體重約350 g。

表1 “新吉富”羅非魚選育方案Tab.1 Selective strategies of “NEW GIFT” strain of O. niloticus

1.3 試驗設計

本試驗分別在10個年度(2005、2006、2008、2009、2010、2011、2012、2013、2015、2016)開展，各年度的試驗起止時間不同，一般在當年6～11月，各年度試驗天數為58～153 d(表2)，試驗在上海海洋大學魚類種質研究試驗站(上海市浦東新區(qū)新場鎮(zhèn))進行。

每年選留規(guī)格基本一致的“新吉富”羅非魚不同世代魚苗，分別剪鰭標記后，采用完全隨機區(qū)組設計，稱量體重后，進行同池混養(yǎng)的生長對比試驗，初始規(guī)格如表2所示。試驗均在水泥池(規(guī)格為6.0 m×3.0 m×1.3 m)中進行，每個試驗池中各世代試驗魚數量相同，每代魚各放30～40尾(各年度間略有差異)。每年度試驗均設4個重復，共4個水泥池。試驗用飼料蛋白含量30%左右，顆粒大小因魚種規(guī)格而異。每日投喂2次(9:00，15:00)，日投飼量為魚體總重量的5%～10%。每隔2～3周測量魚體的生長情況，體重精確到0.1 g，每次試驗魚全部稱量，測量后的試驗魚再放回原來試驗水泥池繼續(xù)飼養(yǎng)。試驗期間水溫為27～32.5 ℃，pH為7.4～7.6，溶氧為5.3～5.7 mg/L，各試驗水泥池均保持微流水。

1.4 數據處理與分析

按照下式計算生長率和體重變異系數[16]：

特定增重率(SGR)=[(lnW2-lnW1)/(t2-t1)]×100%

相對增重率(RGR)=[(W2-W1)/W1]×100%

體重變異系數(CV)=(SD/W)×100%

式中，W1、W2分別為時間t1、t2時的體重；SD為標準差；W為體重平均值。

采用相對遺傳進展[17]來比較不同世代的遺傳進展，其中，基于特定增重率的相對遺傳進展定義為：

(GSSGR)=[(SGRn+1-SGRn)/SGRn]×100%

基于相對增重率的相對遺傳進展定義為：

(GSRGR)=[(RGRn+1-RGRn)/RGRn]×100%

式中，SGRn+1、SGRn分別為第(n+1)世代、第n世代的特定增重率；RGRn+1、RGRn分別為第(n+1)世代、第n世代的相對增重率。

試驗數據用SPSS 17.0軟件進行統(tǒng)計分析。使用方差分析(ANOVA)和LSD多重比較方法[18]比較各選育世代間特定增重率和相對增重率的差異，顯著性水平定在α=0.05。

2 結果

2.1 “新吉富”羅非魚選育后期世代的生長性能

“新吉富”羅非魚選育后期世代的生長性能見表2。2005-2006年，選育系F8～F10的相對增重率和特定增重率均呈現隨選育世代的累進而升高的趨勢，即F10>F9>F8；F8和F9間差異不顯著，F10顯著地高于F9。2008年，選育系F10～F12的相對增重率和特定增重率呈現先降低后升高的趨勢，即F12>F10>F11；F10和F11間差異不顯著，F12顯著地高于F10和F11。2009年，選育系F13的相對增重率和特定增重率略低于F12，但二者間差異不顯著。2010-2011年，選育系F13～F15的相對增重率和特定增重率均呈現隨選育世代的累進而升高的趨勢，即F14>F13，F15>F14；F14顯著地高于F13，F15和F14間差異不顯著。2012年，選育系F16的相對增重率和特定增重率均顯著地低于F15。2013年和2015年，選育系F16～F18的相對增重率和特定增重率均呈現隨選育世代的累進而顯著升高的趨勢，即F17顯著地高于F16，F18顯著地高于F17。2016年，選育系F18～F20的相對增重率和特定增重率均呈現隨選育世代的累進而逐漸降低的趨勢，即F18>F19>F20，但三者間差異不顯著。

表2 “新吉富”羅非魚選育后期世代的生長性能Tab.2 Growth performance of the late selected generations of NEW GIFT strain of O. niloticus

選育系F8～F12的體重變異系數隨選育世代累進而降低，選育系F13的體重變異系數高于F12，選育系F13～F15的體重變異系數隨選育世代累進而降低，選育系F16的體重變異系數高于F15，選育系F16～F18的體重變異系數隨選育世代累進而降低，選育系F18～F20的體重變異系數隨選育世代累進呈現先升高后降低的趨勢。

綜上所述，隨著選育世代的累進，“新吉富”羅非魚選育后期世代F8～F20的生長速度、體重變異系數并沒有呈現持續(xù)升高或持續(xù)降低的趨勢，而是在世代間出現了一定程度的波動。

2.2 “新吉富”羅非魚選育后期世代生長速度的相對遺傳進展

基于相對增重率和特定增重率的相對遺傳進展見表3?；谙鄬υ鲋芈实摹靶录弧绷_非魚選育后期每代的相對遺傳進展為-21.12%～35.06%，平均值為5.29%，選育系F16的相對遺傳進展最低，選育系F14的相對遺傳進展最高。其中，選育系F9、F10、F12、F14、F15、F17和F18的相對遺傳進展為正值，表明對這些世代的選育效果較明顯；選育系F11、F13、F16、F19和F20的相對遺傳進展為負值，表明對這些世代的選育效果不理想?；谙鄬υ鲋芈实摹靶录弧绷_非魚選育后期世代的累計相對遺傳進展為169.34%，表明選育系F20的生長速度比F8提高了69.34%。

表3 “新吉富”羅非魚選育后期世代的相對遺傳進展Tab.3 The relative genetic progress of the late selected generations of NEW GIFT strain of O. niloticus

基于特定增重率的“新吉富”羅非魚選育后期每代的相對遺傳進展為-6.63%～12.35%，平均值為2.00%，選育系F16的相對遺傳進展最低，選育系F14的相對遺傳進展最高。其中，選育系F9、F10、F12、F14、F15、F17和F18的相對遺傳進展為正值，表明對這些世代的選育效果較明顯；選育系F11、F13、F16、F19和F20的相對遺傳進展為負值，表明對這些世代的選育效果不理想?；谔囟ㄔ鲋芈实摹靶录弧绷_非魚選育后期世代的累計相對遺傳進展為125.23%，表明選育系F20的生長速度比F8提高了25.23%。

綜上所述，基于相對增重率和特定增重率的“新吉富”羅非魚選育后期每代相對遺傳進展結果均表明，不同世代的選育效果存在一定程度的波動，總體而言，經過12個世代的連續(xù)選育，平均每代的相對遺傳進展為2.00%～5.29%，選育系F20的生長速度比F8提高了25.23%～69.34%。

3 討論

3.1 多世代生長速度的選育效果

選擇育種是人們利用生物固有的遺傳變異性，選留優(yōu)秀個體作為繁殖群體，即打破天然繁殖的隨機性，為性狀優(yōu)良的個體提供交配機會，阻止或者抑制性狀較劣的個體參加交配，因而能夠改變群體中控制優(yōu)良性狀的基因型頻率，再經過連續(xù)多代的選擇和定向培育，使有利于生產的變異最終固定下來。一般而言，與陸生養(yǎng)殖動物相比，魚類具有更高的遺傳變異，其生長性狀的遺傳變異高達20%～35%，而陸生養(yǎng)殖動物的遺傳變異僅為7%～10%[19]。魚類群體的高度遺傳變異為新品種選育提供了堅實的物質基礎。在魚類選擇育種工作中，通常采用遺傳進展來評估選擇效果。遺傳進展又稱遺傳獲得量或選擇響應，是指群體受人工選擇時，親本群體和后代群體在所研究的數量性狀的平均數之差[20]。

迄今為止，國內外研究者采用多種選育策略對尼羅羅非魚開展了生長性狀的遺傳改良。Eknath等[21]在菲律賓對8個品系尼羅羅非魚生長性能連續(xù)5代混合選育結果顯示，平均每代遺傳進展為12%～17%。Bolivar和Newkirk[22]采用家系選育法對尼羅羅非魚16周齡體重進行連續(xù)12代的選育結果顯示，平均每代遺傳進展約為12.4%。Khaw等[23]采用混合選育法對馬來西亞吉富(GIFT)品系尼羅羅非魚體重性狀進行連續(xù)9代的選育結果顯示，平均每代獲得了7.1%的遺傳進展。羅永巨等[24]同樣采用閉鎖群繼代選育法對美國品系尼羅羅非魚生長速度進行了連續(xù)2個世代的選育，獲得了平均每代51.58%的遺傳進展。頡曉勇等[13]對吉富品系尼羅羅非魚生長性能進行連續(xù)4代(選育系F6～F9)的混合選育后發(fā)現，平均每代的遺傳進展約為4.85%。綜合分析以往的這些研究結果后，筆者認為混合選育法仍然是尼羅羅非魚選育工作中行之有效的手段。

本研究中，“新吉富”羅非魚經過連續(xù)12個世代的混合選育，其選育系F9～F20平均每代的相對遺傳進展為2.00%～5.29%，選育系F20的生長速度比F8提高了25.23%～69.34%。這一結果與頡曉勇等[13]的報道相近，明顯低于以往的其它研究結果。究其原因，可能與選育世代數有關，在以往的研究中，對尼羅羅非魚的選育世代數不超過12代，尚處于選育早期，而在本研究中，對“新吉富”羅非魚選育世代數已達20代，可視為選育后期，經過長期的連續(xù)世代選育后，“新吉富”羅非魚選育后期世代的生長性狀無疑已經經歷了長期的選擇壓(每代6%)，在自然選擇與人工選擇的長期共同作用下，生長性狀的加性方差逐漸減少，從而表現出遺傳進展的緩慢下降。已有學者在其它動物的長期人工選擇試驗中觀察到了類似的現象。例如，Flisar等[25]對雞(Gallusgallusdomesticus)的8周齡體重性狀進行了連續(xù)34代的雙向選擇，結果顯示，下選組、上選組均在最初的10個世代中獲得了最大的遺傳進展，分別為平均每代3.787%和6.427%，在隨后的選擇世代中，遺傳進展逐漸下降，當選擇進行到第25代時，上選組的選擇反應已停滯，此時的遺傳進展幾乎為零。

3.2 多世代選育極限

根據數量遺傳學的原理和方法進行動物育種的過程中，任何數量性狀經過連續(xù)幾十代甚至上百代的選擇后，其加性方差是否已被耗盡？該性狀是否仍能獲得預期的遺傳進展？這是許多動植物育種學家十分關心的問題。Robertson[26]首先從理論上探討了選擇極限問題。根據選擇極限理論，如果在一個閉鎖群體中進行長期的人工選擇，開始若干世代有遺傳進展，用同樣的方法長期選擇下去，直至人工選擇對提高生產性能再不產生效用，即不再出現選擇響應，這種現象稱之為選擇極限(selection limits)。Hill[27]在總結了四個著名的長期選擇試驗后，擴展了Robertson的極限理論，提出了選擇非極限理論。

目前關于選擇到底有沒有極限，為什么會出現選擇極限？如何預測選擇極限等問題，學術界仍存在著不同的觀點。但綜合分析已有的文獻資料后，筆者認為，選擇極限的存在是絕對的，但出現是相對的、有條件的，其是否出現以及出現時間的先決條件是群體沒有發(fā)生突變，其次是選擇強度、有效群體大小、有益基因的原始頻率、基因座間的重組、遺傳模式、選擇性狀的相對基因對數、遷移等諸多因素。

Hill和Keightley把家畜和試驗動物的選擇過程概括為三個階段：第一階段指還沒有進行過任何選擇的群體，其群體內遺傳變異主要取決于自然選擇的強弱和群體的歷史；第二階段指群體已經過若干個世代的選擇，其遺傳變異主要依賴于該群體起始變異和選擇過程中突變產生的變異；第三階段指已連續(xù)選擇了很多代的群體，群體中所有的初始變異已被完全固定，而存在的變異則完全來自于選擇過程中產生的突變[28]。目前，大多數魚類選育品種應處在第二階段。因此，有關魚類選育極限的研究鮮有報道。本實驗室對歷代“新吉富”羅非魚的遺傳改良效果進行了持續(xù)跟蹤研究，為選育極限問題提供了有價值的資料。李思發(fā)等[9]在青島、蚌埠、廣東三個地區(qū)對吉富品系尼羅羅非魚選育第3代的生長性能進行評估，平均每代獲得的遺傳進展分別為4.7%、2.5%和26.9%。何學軍[29]對吉富品系尼羅羅非魚選育系F5的評估結果表明：5代的人工選育獲得了18.3%的總遺傳進展，平均每代獲得3.66%的遺傳進展。趙金良等[10]對吉富品系尼羅羅非魚選育系F6評估結果顯示，選育系F6相比對照組獲得了29.5%的總遺傳進展，平均每代獲得4.9%的遺傳進展。頡曉勇等[30]對吉富品系尼羅羅非魚選育系F6～F8生長性能評估后發(fā)現，平均每代遺傳進展為7.84%。經過連續(xù)8代的混合選育后，“新吉富”羅非魚選育系F8的生長速度比其選育基礎群體(F0)提高了30%以上[1]。本研究中，“新吉富”羅非魚以選育系F8為起點，經過12個世代的連續(xù)選育，平均每代的相對遺傳進展為2.00%～5.29%，選育系F20的生長速度比F8提高了25.23%～69.34%?；仡櫋靶录弧绷_非魚連續(xù)20代的選育過程，筆者發(fā)現其表現出了較典型的長期選育特征，即選育初期選擇反應近乎線性，之后選育反應逐漸降低。盡管選育后期世代的選育效果由于試驗環(huán)境及年份的不同而存在一定程度的波動，但是遺傳改良的進程并沒有停止，與生長相關基因的固定以及在定向選育過程中有利于生產的突變基因的累積、固定仍在進行中，離選育極限尚有一定的距離，雖然已經選育至第20代，仍具有進一步選育的潛力。