熱休克誘導馬蘇大麻哈魚三倍體的初步研究

魏 凱，鄭 偉，時 曉，何亞鵬，韓姝伊，董 穎，陳春山

(1.北京市水生野生動植物救護中心，北京102100；2.吉林省延邊自治州水產(chǎn)站，吉林延吉 133001；3.中國科學院動物研究所，北京 100101；4.河北師范大學，石家莊 050024；5.北京市水產(chǎn)科學研究所，北京 100068)

馬蘇大麻哈魚(Oncorhynchusmasou)，隸屬于鮭科大麻哈魚屬，是僅分布在北太平洋亞洲一側(cè)水域的溯河洄游性魚類，主要分布在日本和我國的圖們江、綏芬河、臺灣的大甲溪中[1-2]。幼魚在淡水生活期間，分化成降海型和陸封型兩個生態(tài)群體，后者終生生活在淡水河流中，不營降海洄游，但參與洄游群體的繁殖[3-5]。日本60年代將陸封型種群開發(fā)成人工養(yǎng)殖品種稱作山女鱒，被譽為20多種鮭科魚類中，肉質(zhì)最好、最受歡迎淡水游釣魚類，1996年引進我國后進行了詳細研究[6-10]。馬蘇大麻哈魚由于個體小，在原產(chǎn)地人工養(yǎng)殖2年一般體重250 g左右，而且具有鮭科魚類繁殖后親魚絕大部分死亡的特征，影響規(guī)?；a(chǎn)的推廣。

魚類染色體組操作是水產(chǎn)領(lǐng)域運用較為成熟的遺傳育種技術(shù)之一。三倍體魚類，理論上可以避免性腺發(fā)育階段和產(chǎn)卵季節(jié)魚肉質(zhì)量下降、生長停滯和親魚死亡率上升等問題，并且具有個體大、生長快和成活率高等優(yōu)良品質(zhì)[11-12]，已成為國內(nèi)外水產(chǎn)領(lǐng)域的研究熱點。鮭科魚類中的三倍體技術(shù)在虹鱒(O.mykiss)[13-14]、金鱒(O.mykissWalbaum)[15]、大西洋鮭(Salmosalar)[16]、美洲紅點鮭(Salvelinusfontinalis)[17-18]、細鱗鮭(Brachymystaxlenok)[19]等魚類中得到廣泛的研究應用。但是，國內(nèi)外對于馬蘇大麻哈魚的三倍體研究仍處于空白狀態(tài)，本研究采用熱休克法進行了三倍體誘導實驗，對影響誘導率的水溫、受精時間和持續(xù)時間進行探討，從而確定最佳的誘導條件。此外，考慮到部分鮭科魚類的三倍體雄性后代同樣出現(xiàn)性腺發(fā)育情況[13]，今后還將重點對馬蘇大麻哈魚三倍體的性腺發(fā)育和全雌三倍體制備技術(shù)進行研究。

1 材料與方法

1.1 實驗用魚和養(yǎng)殖管理

實驗用魚為吉林琿春細鱗魚良種場培育的2+齡陸封型馬蘇大麻哈魚(見圖1)，體質(zhì)量♀(654±182)g，♂(488±85)g。其中，雌性親魚524尾，共采卵60.84萬粒，采卵水溫8.3 ℃，孵化期水溫6.4～10.8 ℃。親魚選擇、采卵受精、孵化方法按照陳春山等[9]方法進行。馬蘇大麻哈魚的三倍體誘導實驗和孵化工作在琿春細鱗魚良種場養(yǎng)殖車間進行，后期將部分魚苗運至北京市水生野生動植物救護中心養(yǎng)殖基地進行飼養(yǎng)管理。每個玻璃鋼水槽放置1 000尾魚苗，養(yǎng)殖用水為曝氣后的地下水，平均溶氧>8 mg/L，每天投喂6次，日投喂量按體重的5%～7%計算，每天上午9點和下午3點各吸污一次，養(yǎng)殖180 d后進行倍性檢測。

圖1 陸封型馬蘇大麻哈魚Fig.1 Landlocked group of O.masou

1.2 三倍體誘導

實驗共分13個實驗組和1個對照組，實驗組設(shè)4個誘導溫度(24、26、28、30 ℃)，2個起始誘導時間(15、20 min)，2個持續(xù)誘導時間(15、20 min)，每組設(shè)3個重復，實驗參數(shù)見表1。熱休克處理在不銹鋼水槽中進行，電子控溫，水溫誤差<0.5 ℃，靈敏度0.1 ℃，熱處理前用CEM高精度數(shù)字溫度計(型號為DT-613)矯正水溫。熱處理后受精卵即刻放入裝有與采卵水溫相同水的容器中，靜置2 h挑除死卵。對照組受精后放入相同條件容器中，與熱處理卵同時挑除死卵。撿卵后放入相同孵化器中孵化。

表1 熱休克誘導馬蘇大麻哈魚三倍體實驗參數(shù)Tab.1 Experiment parameters of heat shock induced triploid of O.masou

1.3 倍性檢測

采用Pacfec CyFIow Cube 8型流式細胞儀檢測魚苗血液DNA相對含量，取兩次平均值計算三倍體率。魚苗培育至體長(8.24±0.74)cm，實驗組每組隨機抽樣30尾，尾靜脈采血，每次取3尾二倍體魚苗作為對照，檢測實驗在北京市水產(chǎn)研究所完成。綜合評分按照Gervai[20]標準，孵化率占60%，三倍體率占40%，計算綜合誘導效果。

1.4 數(shù)據(jù)處理

用重量法計算采卵量。受精卵熱處理后2 h挑除死卵，統(tǒng)計死亡率。發(fā)眼后檢出未發(fā)眼卵，統(tǒng)計發(fā)眼率。出苗后檢出未孵化卵，統(tǒng)計孵化率。根據(jù)抽樣檢測結(jié)果計算三倍體率。

實驗數(shù)據(jù)采用Excel軟件進行整理，用SPSS19.0進行非參數(shù)檢驗，分析各組間的差異性，其中P<0.05表示差異顯著。

2 結(jié)果與分析

2.1 誘導時間對實驗結(jié)果的影響

受精后15 min和20 min，熱休克處理15 min和20 min都可誘導出三倍體魚，但受精卵2 h死亡率、發(fā)眼率、孵化率、三倍體率差異顯著。起始處理時間15 min的6個組間及起始處理時間20 min的7個組間上述4項指標差異較大。起始處理時間15 min和20 min之間無明顯規(guī)律。持續(xù)誘導時間15 min的6個組和20 min的7個組對上述4項指標的影響與起始處理時間規(guī)律相同。說明在本實驗條件下，起始處理時間和持續(xù)處理時間不是影響實驗結(jié)果的主要因素。誘導結(jié)果如表2所示。

表2 馬蘇大麻哈魚三倍體誘導結(jié)果Tab.2 Experiment results of triploid induction by heat shock

注：同列中不同上標字母表示各組間差異顯著(P<0.05)

在受精后15 min，用26 ℃和28 ℃處理，持續(xù)處理20 min組的2h死亡率低于15 min組，而孵化率和三倍體率高于15 ℃組。30 ℃處理組恰恰相反，持續(xù)處理20 min組的2 h死亡率高于15 min組，而孵化率和三倍體率則低于15 ℃組。在受精后20 min，用26、28 ℃和30 ℃處理，持續(xù)處理20 min組的2 h死亡率高于15 min組(第4組除外)，同時也高于起始時間15 min處理20 min組；而孵化率、三倍體率低于15 ℃組和起始15 min處理20 min組。說明隨著起始時間和持續(xù)時間的延長，受精卵成活率降低，特別是高溫組。起始時間和持續(xù)時間都不應該超過20 min。

2.2 誘導溫度對實驗結(jié)果的影響

受精卵經(jīng)24、26、28、30 ℃處理均獲得了三倍體魚(見表2)。各實驗組2 h死亡率差異較大，都高于對照組。最高的是1組(24℃)8.01%，其次是4組(26℃)7.21%，其余各組在0.14%～2.96%之間。溫度對發(fā)眼率影響較小，除第6組和13組發(fā)眼率接近50%外，其它各組都在80%左右，與對照組(83.45%)接近，最高為93.84%(2組)。溫度對孵化率影響較大，實驗組孵化率最高的是24 ℃組(68.35%)，最低的是30 ℃組(1.95%)。30 ℃組平均孵化率只有6.8%，26 ℃和28 ℃組孵化率也只有50%(34.02%～60.92%)左右，明顯低于對照組(86.62%)，說明熱休克處理對馬蘇大麻哈魚受精卵的成活影響較大。溫度對三倍體率的影響規(guī)律是：隨著溫度的升高，三倍體率逐漸升高，最低的是24 ℃組13.3%，最高的是30 ℃組90.91%。誘導溫度是影響馬蘇大麻哈魚三倍體誘導成功的關(guān)鍵因素。

2.3 三倍體誘導率

經(jīng)流式細胞儀檢測結(jié)果，馬蘇大麻哈魚二倍體DNA相對含量為33，三倍體DNA相對含量為51(見圖2)。經(jīng)抽樣檢測,各實驗組三倍體率有一定差異，最高的是12組(30 ℃)90.91%，最低的是1組(24 ℃)13.3%。平均三倍體率：24 ℃組13.3%，26 ℃組31.65%，28 ℃組52.28%，30 ℃組78.81%。

3 討論

3.1 誘導時間的確定

人工三倍體的誘導是通過保留受精卵第二極體來實現(xiàn)的。精子進入卵子時，卵子正進入減數(shù)分裂中期，數(shù)分鐘后即釋放出第二極體。通過物理或化學的方法抑制第二極體排放，受精卵中保留了兩套雌核的染色體和一套雄核的染色體而成為三倍體。因此，起始誘導時間非常重要，處理過早第二極體沒有形成，外界刺激容易對卵子造成傷害。處理過晚第二極體已經(jīng)釋放完成，不能形成三倍體胚胎。此外，不同魚類第二極體排放時間不同，溫水魚類較早，冷水魚類較遲，鮭科魚類一般在15-40 min。張燕萍等[14]認為，虹鱒授精后15 min是熱休克敏感期，此時第二極體已形成但未排出細胞外，是獲得三倍體的最佳時期。本實驗在溫度相同(26 ℃和28 ℃)的條件下，起始誘導時間15 min持續(xù)處理20 min的2 h死亡率、孵化率、三倍體率均高于起始誘導時間20 min持續(xù)處理20 min。說明馬蘇大麻哈魚受精后15 min已進入減數(shù)分裂晚期，35 min后第二極體已釋放完畢，此時段是獲得三倍體的最佳時期。

圖2 二倍體和三倍體馬蘇大麻哈魚DNA相對含量Fig.2 Relative DNA content of diploid and triploid O.masou

樓允東[11]認為，溫度休克誘導三倍體技術(shù)中，隨著持續(xù)時間的增加(在一定處理時間范圍內(nèi))，誘導率也在增加。本實驗2個溫度組(26、28 ℃)受精后15 min進行誘導處理，三倍體率持續(xù)誘導20 min組均高于持續(xù)誘導15 min組，30 ℃組沒有差異。說明在26～28 ℃處理條件下，受精后30-35 min仍有一部分受精卵處在第二極體排放階段，因此持續(xù)誘導時間應達到20 min。

3.2 誘導溫度的確定

宋立民等[21-22]認為，三倍體誘導需要適度的外界刺激，刺激太小不能有效阻止第二極體排放，刺激過大，胚胎受到傷害，存活率降低。張艷萍等[14]采用三個不同溫度(26.5、28、30 ℃)均可誘導出虹鱒三倍體，26.5 ℃效果最佳，30 ℃持續(xù)處理超過10 min受精卵全部死亡或停止發(fā)育。陳春山等[18]采用熱休克法誘導細鱗鮭三倍體，受精卵2～4 h死亡率和孵化率28 ℃明顯高于26 ℃。本實驗處理溫度30 ℃組盡管三倍體率最高，但孵化率只有1.95%～12.46%，明顯低于其它各組，說明30 ℃是誘導的極限溫度。

3.3 最佳誘導條件

王炳謙等[13]采用熱休克法誘導全雌虹鱒三倍體，26 ℃效果好于24 ℃和28 ℃的，最佳條件為卵子受精后20 min，26 ℃處理20 min。張艷萍等[14]熱休克誘導虹鱒三倍體最佳條件是受精后15 min，26.5 ℃處理10 min。Peter等[16]認為溪鱒受精卵受精10 min后，在11～12 ℃水中預處理后放入28 ℃水刺激10 min，獲得三倍體率達到98%以上。Duba等[18]美洲紅點鮭三倍體最佳誘導條件是：受精卵受精后15 min，用28 ℃水刺激10 min或20 min，獲得三倍體率分別為53%和56%。按照Gervai等[20]評分標準，本實驗條件下，馬蘇大麻哈魚三倍體誘導的最佳條件是：水溫28 ℃，卵子受精后15 min持續(xù)處理20 min，評分結(jié)果為57.79%。最佳誘導溫度與虹鱒[13-14]、金鱒[15]、細鱗鮭[19]不同，與大西洋鮭[17]、美洲紅點鮭[18]相同。處理時間與其它鮭科魚類接近。魚類溫度休克敏感性的差異，不僅與物種遺傳背景有關(guān)，還與卵子質(zhì)量、親魚成熟度有關(guān)。本實驗三倍體率較低，是否與部分親魚個體較小卵子成熟度差異有關(guān)還有待進一步研究。綜合評分結(jié)果如表3所示。

表3 綜合評分結(jié)果Tab.3 Comprehensive scoring results