羅氏沼蝦雄性個體異質(zhì)生長研究進展

徐曄，楊國梁，夏正龍，蔡繆熒，楊杰，李景芬，高權(quán)新，陳書暢，程漢良，唐瓊英

（1.江蘇海洋大學(xué) 海洋生命與水產(chǎn)學(xué)院，江蘇 連云港 222000；2.湖州師范學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，浙江 湖州 313000；3.江蘇數(shù)豐水產(chǎn)種業(yè)有限公司，江蘇 高郵 225654）

羅氏沼蝦Macrobrachium rosenbergii 又名馬來西亞大蝦、淡水長臂蝦等，廣泛分布于東南亞、印度洋、太平洋的熱帶和亞熱帶地區(qū)，是淡水養(yǎng)殖中個體最大的”蝦王”和目前世界上養(yǎng)殖量最高的三大蝦種之一[1]。羅氏沼蝦食性廣、生長快、養(yǎng)殖周期短、經(jīng)濟價值高[2]而被廣泛養(yǎng)殖。羅氏沼蝦具生殖洄游，雌蝦孵化出的蚤狀幼體必須在鹽度14 左右的咸淡水中經(jīng)過11 次蛻殼變態(tài)成仔蝦后，才能洄游到淡水中生長[3]。1976 年中國引進該蝦，在江蘇、浙江、廣東等省進行了大規(guī)模養(yǎng)殖，現(xiàn)已成為我國主要經(jīng)濟蝦類之一，養(yǎng)殖產(chǎn)量占全球產(chǎn)量的50%～60%，但養(yǎng)殖生產(chǎn)中常存在規(guī)格不均、個體小型化[4]、產(chǎn)量低等問題[5]。

羅氏沼蝦具有明顯的性別二態(tài)性，雌雄個體的生長差異顯著，成體階段的雄性尤為明顯，表現(xiàn)出異質(zhì)的個體生長（heterogeneous individual growth,HIG）現(xiàn)象，而雌性個體的生長相對較為一致[6,7]。根據(jù)相對生長速率，可將雄性仔蝦分為兩種類型：快速生長型和滯后生長型?？焖偕L型將轉(zhuǎn)變成為橙螯型或藍螯型，滯后生長型將變?yōu)樾⌒畚r[8]，個體大小差異顯著。相同養(yǎng)殖時間內(nèi)個體間的大小差異可達15 倍，在高密度養(yǎng)殖中，雄性個體的生長異質(zhì)現(xiàn)象尤為明顯[9]。

1 雄性個體異質(zhì)生長現(xiàn)象

目前大多數(shù)研究將性成熟的雄性羅氏沼蝦分為3 種基本的形態(tài)型：藍螯型（blue claw）、橙螯型（orange claw）和小雄蝦（small male）[10]。雄性羅氏沼蝦一般是從小雄蝦發(fā)育到橙螯型，再到藍螯型。這3種形態(tài)型出現(xiàn)在同一年齡組，形成一個復(fù)雜的社會等級結(jié)構(gòu)。它們的形態(tài)特征、繁殖活動、社會地位、生長速率等差異較大[8,11,12]。小雄蝦個體小，具有細弱、半透明的螯，繁殖行為活躍，但主要是通過雌蝦和其他藍螯型雄蝦交配時偷偷在旁邊排精的形式進行繁殖。橙螯型個體處于快速生長階段，螯為金黃色或橙色。藍螯型個體的螯大而藍色，處于統(tǒng)治者地位，同齡群體中個體最大，占有更多的領(lǐng)地，利用了最多的生存、繁殖空間和食物等資源，繁殖交配能力最強。藍螯型的社會地位優(yōu)于橙螯型，橙螯型優(yōu)于小雄蝦。占據(jù)統(tǒng)治地位的藍螯雄蝦抑制其它低等級雄蝦的生長。有研究報道，當(dāng)橙螯個體生長至大于其附近最大的藍螯個體時，橙螯就變?yōu)樗{螯[10,13,14]。隨后，這個新的藍螯型個體也將抑制其它橙螯個體的螯色及形態(tài)轉(zhuǎn)變。橙螯是3 種雄性形態(tài)型中生長速率最快的類型[11]，其在養(yǎng)殖群體中的比例決定了羅氏沼蝦的養(yǎng)殖效益。

雄性羅氏沼蝦的個體異質(zhì)生長嚴(yán)重影響了其養(yǎng)殖效益。在高密度養(yǎng)殖下，群體中高等級個體對從屬等級個體的生長抑制現(xiàn)象尤為嚴(yán)重。雄性羅氏沼蝦各形態(tài)型間存在過渡階段，這對初期的統(tǒng)計分析造成了困難。1987 年，Kuris 等[15]詳細總結(jié)了根據(jù)頭胸甲、第二步足的掌節(jié)、腕節(jié)等長度比例特征并結(jié)合螯色及刺狀突等來識別雄性的3 種形態(tài)型，為后續(xù)研究提供了基礎(chǔ)。

2 影響個體異質(zhì)生長的因素

Malecha 等[6]認(rèn)為，內(nèi)、外界因素共同影響雄性羅氏沼蝦個體異質(zhì)生長現(xiàn)象。內(nèi)在因素包括基因遺傳差異、孵出順序差異等；外界因素如有限的空間和食物資源的競爭、個體大小差異產(chǎn)生的社會地位和領(lǐng)域差異等。

2.1 社會因素影響

已有一些研究表明，養(yǎng)殖初期社交互動顯著影響羅氏沼蝦的個體生長。Fujimura 等[16]將大個體蝦移出池塘養(yǎng)殖群體中，剩余群體中的小個體蝦則會產(chǎn)生補償性生長。單獨飼養(yǎng)的幼蝦（singly raised individuals）比群體養(yǎng)殖的幼蝦（communally reared populations）個體大小更為均勻，不會產(chǎn)生快速生長型和滯后生長型[17]?？焖偕L型和滯后生長型個體單獨或成對飼養(yǎng)時，蛻殼間隔時間不同[18]。隔離后，生長緩慢的小雄蝦迅速成長為橙螯型[19]。大小分級養(yǎng)殖在一定程度上可減少個體異質(zhì)生長現(xiàn)象[20]。

Segal 等[21]將8 尾單獨標(biāo)記的羅氏沼蝦在同一水族箱內(nèi)飼養(yǎng)3～4 個月，以單獨飼養(yǎng)的羅氏沼蝦為對照組，首次研究了羅氏沼蝦生長的社會控制機制。結(jié)果表明：所有蝦的蛻皮頻率相似，但單獨飼養(yǎng)的蝦生長更均勻。Segal 等[21]認(rèn)為，直接競爭食物是一種生長控制機制。競爭性強的蝦驅(qū)使競爭性弱的蝦遠離食物，甚至從它們的口中取出食物。優(yōu)勢個體攝食更多，每個蛻皮周期的體重增加更多，生長更快。體型在競爭過程中發(fā)揮重要作用[22]，且隨著時間的推移，大個體有更多的機會獲取資源[23]。Li[24]進行了三個實驗以確定羅氏沼蝦競爭性、攝食量和生長之間的關(guān)系。結(jié)果表明，當(dāng)食物量受限時，競爭性強的個體攝食量更多，生長更快；食物充足時，羅氏沼蝦競爭性與攝食量之間沒有相關(guān)性，但競爭性與生長之間呈正相關(guān)；在提供過量食物的條件下，劣勢蝦的攝食量沒有減少，但其生長速度較慢。這一發(fā)現(xiàn)表明，除了對食物的直接競爭，食物轉(zhuǎn)化效率可能也是羅氏沼蝦的生長控制機制之一。

Karplus 等[25]將小雄蝦分別與完整的藍螯、去除螯的藍螯一起飼養(yǎng)，以一組孤立的小雄蝦為對照。結(jié)果表明：完整的藍螯個體抑制小雄蝦生長，使其停留在小雄蝦階段。去除螯的藍螯型個體對小雄蝦的生長無明顯影響，其生長與對照組相似，小雄蝦均轉(zhuǎn)為橙螯型。隨后，Karplus 等[26]又實驗探討了直接食物競爭、食欲抑制和食物轉(zhuǎn)化效率三種機制在生長控制中的作用。結(jié)果表明，食物轉(zhuǎn)化效率似乎是控制小雄蝦生長的主要機制，去除藍螯個體后，小雄蝦的食物轉(zhuǎn)化效率明顯提高。藍螯型對橙螯型同樣也存在生長抑制現(xiàn)象，橙螯個體在生長至比藍螯個體更大后就會轉(zhuǎn)變?yōu)樗{螯型，生長變緩，這被Ra’anan 等[19]稱為“跨越式”增長模式。橙螯型向藍螯型轉(zhuǎn)變的同時，其螯長、螯刺也發(fā)生變化[15]。

螯在甲殼動物的競爭過程中起著十分重要的作用，去除螯可在一定程度上減少蝦的競爭和對從屬等級蝦的生長抑制，但死亡率升高。這與美洲螯龍蝦Homarus americanus 的螯去除后的研究結(jié)果相似。有關(guān)甲殼動物的能量代謝研究表明，相互打斗和競爭顯著提高有氧呼吸和無氧呼吸的速率[27,28]。在某些情況下，限制新陳代謝可降低個體的競爭能力[29]。個體間靜息耗氧量（resting oxygen consumption）差異可能是決定甲殼類動物競爭結(jié)果的因素之一。Brown 等[30]研究發(fā)現(xiàn)，羅氏沼蝦優(yōu)勢個體的靜息代謝率明顯高于從屬等級個體。

目前大多數(shù)研究都集中在性成熟個體的行為和形態(tài)型之間的聯(lián)系上，缺乏幼蝦的研究。Silva 等[31]研究了羅氏沼蝦幼蝦個體行為差異與社會等級地位的關(guān)系。社會等級高的個體獲取食物更多，增重更快，更易成為藍螯型個體，但無法識別幼蝦個體行為與社會等級間的聯(lián)系。

2.2 內(nèi)在因素影響

羅氏沼蝦個體異質(zhì)生長相關(guān)基因研究起步較晚。目前，有關(guān)羅氏沼蝦雄性不同形態(tài)型的遺傳差異及其遺傳基礎(chǔ)已有一些研究報道。Dinh 等[32]收集了培育5 代的羅氏沼蝦高生長率選育群體21 459個體的體征數(shù)據(jù)。結(jié)果表明，雄性的不同形態(tài)型可遺傳。Banu 等[33]通過8 個微衛(wèi)星位點，研究了3 種形態(tài)型的雄蝦遺傳多樣性。結(jié)果表明：3 種形態(tài)型雄蝦的遺傳差異顯著，藍螯型和小雄蝦遺傳距離最大，藍螯型和橙螯型遺傳距離最小。

Aziz 等[34]采用轉(zhuǎn)錄組測序方法從腹部肌肉、肝胰腺、胃、第二步足、眼柄和性腺中識別出40 個影響雄性形態(tài)型分化的候選基因，并在后來研究了其中12 個候選基因在3 種雄性形態(tài)型的肝胰腺、眼柄及精巢中的表達模式[35]，解釋了不同表型差異的遺傳基礎(chǔ)。他們的結(jié)果表明，lw opsn、strpc 和bdp 基因可能對個體異質(zhì)生長影響較大[35]。他們還研究了化學(xué)信號和視覺信號對雄蝦形態(tài)型的影響，表明視覺在雄蝦的社會優(yōu)勢等級中起重要作用，可能抑制橙螯型向藍螯型的轉(zhuǎn)變[36]。

促雄性腺（androgenic gland,AG）在幾種甲殼類動物的性別和形態(tài)分化中起關(guān)鍵作用[37-41]。胰島素樣促雄激素（insulin-like androgenic gland,IAG）是羅氏沼蝦[42]和斑節(jié)對蝦Penaeus monodon[43]中AG 特異性表達的激素。雄羅氏沼蝦幼蝦的AG 消融導(dǎo)致雌性化[39]。iag 基因在羅氏沼蝦不同雄性形態(tài)型的AG 中差異表達，其表達水平在生殖活躍的藍螯雄蝦和小雄蝦中較高，而在生殖不活躍的橙螯蝦中較低。Priyadarshi 等[44]用RNA 干擾法使橙螯個體的iag 基因沉默，在群體養(yǎng)殖條件下完全抑制了橙螯型向藍螯型的轉(zhuǎn)變；iag 基因表達增強，橙螯型轉(zhuǎn)變?yōu)樗{螯型的比例增加。但在單獨飼養(yǎng)條件下，iag 基因沉默的橙螯型仍可轉(zhuǎn)變?yōu)樗{螯型。因此，個體異質(zhì)生長現(xiàn)象可能不單由基因控制。戴習(xí)林等[7]利用8 對微衛(wèi)星引物分析了不同發(fā)育速度的羅氏沼蝦幼體的遺傳多樣性和遺傳變異。結(jié)果表明：各群體間的遺傳分化系數(shù)和遺傳距離均非常接近，認(rèn)為基因?qū)τ左w發(fā)育速度的影響微弱，而胚胎中的卵黃蛋白含量可能是主要影響因素。

3 總結(jié)與展望

目前，有關(guān)羅氏沼蝦個體異質(zhì)生長的研究較少，可供參考的文獻年代較為久遠。個體異質(zhì)生長是提高羅氏沼蝦養(yǎng)殖效益的主要障礙之一，雖養(yǎng)殖初期便有研究，但仍未探清。其控制機制較為復(fù)雜，可能由多個因素共同影響。除目前已確定的3 種形態(tài)型外，還存在幾種過渡形態(tài)，包括弱橙螯型、強橙螯型、老藍螯型。老藍螯型又稱老頭蝦、鐵殼蝦，其螯呈深藍色，較正常藍螯型更為發(fā)達，螯長為體長的1.5 倍以上。唐瓊英等[45]將老頭蝦作為一種獨立的形態(tài)型，分析了其表型性狀，認(rèn)為其形成可能與性腺發(fā)育有關(guān)，但真正原因還需結(jié)合分子等證據(jù)深入分析。

目前在社會因素和基因遺傳影響的研究取得了一定成果，但應(yīng)用至生產(chǎn)實踐仍有困難。Karplus等[8]將藍螯型大個體雄蝦人為引入養(yǎng)殖群體，抑制橙螯型向藍螯型的轉(zhuǎn)變，延長快速生長期，可能會誘導(dǎo)產(chǎn)生更大個體雄蝦。后續(xù)應(yīng)進一步驗證此法的可行性，或改變羅氏沼蝦的養(yǎng)殖和收獲方式。

胚胎的卵黃蛋白含量和孵化順序等可能是個體異質(zhì)生長的控制機制之一，但目前相關(guān)的研究較少，是未來的研究方向之一。

近年來轉(zhuǎn)錄組測序分析已識別出大量與雄性羅氏沼蝦不同形態(tài)型分化相關(guān)的候選基因，可對其進行敲除和過量表達。同時，基于轉(zhuǎn)錄組序列數(shù)據(jù)，可開發(fā)識別雄性不同形態(tài)型的分子標(biāo)記，為羅氏沼蝦分子標(biāo)記輔助育種提供基礎(chǔ)。

Ventura 等[46]采用注射Mr-IAG 基因的dsRNA干擾方法，成功實現(xiàn)雄性羅氏沼蝦的性逆轉(zhuǎn)并獲得偽雌個體，與正常雄性個體雜交后，獲得全雄子代。Lezer 等[47]用性逆轉(zhuǎn)技術(shù)大規(guī)模生產(chǎn)全雄羅氏沼蝦，產(chǎn)量較雌雄混養(yǎng)高17%[48]。但雄蝦性情兇殘，個體異質(zhì)生長現(xiàn)象也限制了養(yǎng)殖產(chǎn)量，而雌蝦性情溫順，無領(lǐng)地意識，全雌養(yǎng)殖效益或?qū)?yōu)于全雄蝦養(yǎng)殖。以色列采用移植AG 方法替代傳統(tǒng)方法獲得超雌蝦群體（WW 型），率先研發(fā)出羅氏沼蝦全雌養(yǎng)殖技術(shù)[49]，具體細節(jié)及操作規(guī)程仍需進一步摸索完善。