全州禾花鯉主要生長性狀的遺傳參數(shù)估計(jì)*

許藝蘭，陳 忠，覃俊奇，文露婷，潘賢輝，周康奇，黃 姻，林 勇，杜雪松**

(1.廣西壯族自治區(qū)水產(chǎn)科學(xué)研究院,廣西水產(chǎn)遺傳育種與健康養(yǎng)殖重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530021；2.廣西壯族自治區(qū)獸醫(yī)研究所,廣西獸醫(yī)生物技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西南寧 530001)

全州禾花鯉(Cyprinuscarpiovar.Quanzhouensis)又名禾花魚、禾花烏鯉，因長期在稻田養(yǎng)殖、食禾花而得名，分布于廣西北部的全州縣及其周邊地區(qū)。與其他鯉魚養(yǎng)殖品種相比，其典型特征是體型粗短、體背部烏褐色、鰓蓋和腹部呈半透明，是一個(gè)極具廣西特色的稻漁綜合種養(yǎng)優(yōu)良品種[1]，但其生長速度慢的缺點(diǎn)也較為明顯，早期測(cè)定顯示1齡魚平均體質(zhì)量為4.0-13.5 g[2]。近年來，隨著稻田養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的迅速發(fā)展，各地陸續(xù)引進(jìn)生長性狀更優(yōu)的鯉魚品種開展稻田養(yǎng)殖，有意或無意的雜交導(dǎo)致本地禾花鯉種群逐漸出現(xiàn)種質(zhì)資源混亂、特色性狀退化等問題[3]，不利于全州禾花鯉種質(zhì)資源的長期保存和利用。因此，對(duì)全州禾花鯉原種群開展生長速度改良選育是目前亟待開展的研究工作之一。

遺傳參數(shù)估計(jì)作為育種選育的基本參考數(shù)據(jù)，遺傳參數(shù)和育種值的評(píng)估對(duì)育種方案的制定及優(yōu)化具有重要的指導(dǎo)意義。自1974年Henderson[4]提出最佳線性無偏預(yù)測(cè)(Best Linear Unbiased Prediction,BLUP)法后，統(tǒng)計(jì)程序逐漸發(fā)展起來，動(dòng)物模型開始被應(yīng)用于遺傳參數(shù)估計(jì)的研究工作中。這種方法可充分利用系譜等信息，全面、快速地評(píng)估群體的遺傳參數(shù)和遺傳進(jìn)展，有利于加快遺傳選育效率，減少成本消耗。因此，動(dòng)物模型BLUP法在國內(nèi)外已成為水產(chǎn)動(dòng)物選擇育種的主要評(píng)估方法，在對(duì)蝦(Penaeusorientalis)[5]、牙鲆(Paralichthysolivaceus)[6]、鳙(Hypophthalmichthysnobilis)[7]、長牡蠣(Crassostreagigas)[8]、鯉魚(Cyprinuscarpio)[9]、尼羅羅非魚(Oreochromisniloticus)[10]等的報(bào)道中均獲得了較為理想的選育效果。本研究采用全州禾花鯉性成熟個(gè)體為親本，通過人工授精的方法構(gòu)建家系，采用BLUP法首次對(duì)全州禾花鯉體質(zhì)量、體長、體寬、日增重以及代表其體型粗短特點(diǎn)的體長/體寬等遺傳參數(shù)和育種值進(jìn)行分析，比對(duì)依據(jù)育種值選擇和依據(jù)表型值選擇的差異性，以期為全州禾花鯉經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 全州禾花鯉親本

全州禾花鯉親本為廣西桂林市綠淼生態(tài)農(nóng)業(yè)有限公司在全州縣才灣鎮(zhèn)所收集的養(yǎng)殖群體，在廣西農(nóng)業(yè)良種海南南繁育種基地養(yǎng)殖至性成熟。配對(duì)所用父本平均體質(zhì)量(422.6±47.8) g，母本平均體質(zhì)量(524.6±36.8) g。

1.2 家系構(gòu)建與魚苗培育

選擇性腺發(fā)育成熟的全州禾花鯉40尾(父本20尾、母本20尾)，采用人工催產(chǎn)授精、嵌套交配的方法，利用9尾父本和8尾母本構(gòu)建全同胞家系23個(gè)(表1)。催產(chǎn)藥物采用促黃體素釋放激素類似物(LRH-A)，使用計(jì)量為母本10 μg/kg、父本5 μg/kg，每個(gè)家系各挑取適量的受精卵，置于孵化箱內(nèi)孵化。待仔魚孵化后，每個(gè)家系隨機(jī)選取1 000尾魚苗放入網(wǎng)箱中養(yǎng)殖。

1.3 家系培育與性狀測(cè)量

待網(wǎng)箱中魚苗生長至6 g以上，每個(gè)家系隨機(jī)選取40尾，采用PIT魚類芯片(1.35 mm×8 mm)標(biāo)記后，在3口面積為200 m2水池中混合養(yǎng)殖。待全州禾花鯉養(yǎng)殖180日齡左右時(shí)，捕獲池塘中70%以上的個(gè)體，測(cè)量體質(zhì)量、體長、體寬，計(jì)算日增重和體長/體寬。測(cè)量時(shí)，將其放入濃度為100 mg/L的MS-222麻醉劑中快速麻醉，用電子天平測(cè)定體質(zhì)量，精確度為0.1 g。采用游標(biāo)卡尺測(cè)量體長和體寬，精確度為0.1 mm。

表1 全州禾花鯉家系構(gòu)建

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 描述性統(tǒng)計(jì)分析

測(cè)量數(shù)據(jù)采用SPSS 26.0軟件進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析和正態(tài)性檢驗(yàn)，采用R語言Hmisc包進(jìn)行性狀間相關(guān)性分析和顯著性檢驗(yàn)。

1.4.2 遺傳參數(shù)估計(jì)

采用ASReml-R軟件評(píng)估全州禾花鯉各個(gè)生長性狀的方差組分，選擇約束極大似然(Restricted Maximum Likelihood，REML)法和最佳線性無偏預(yù)測(cè)(Best Linear Unbiased Prediction，BLUP)法計(jì)算遺傳參數(shù)和育種值。其中，體質(zhì)量、體長、體寬及體長/體寬采用的分析模型[11]如下：

yijklmn=μ+Pondi+Agej+Sexk+Pondi×

Agej+Agej×Sexk+Pondi×Sexk+al+fm+eijklmn，

(1)

式中：yijklmn表示個(gè)體的性狀測(cè)定值，μ表示總體平均值，Pondi表示養(yǎng)殖池效應(yīng)，Agej表示養(yǎng)殖日齡效益，Sexk表示性別效應(yīng)，Pondi×Agej、Agej×Sexk、Pondi×Sexk分別表示池塘、日齡、性別之間的互作效應(yīng)，al是加性遺傳效應(yīng)，fm是家系在混合養(yǎng)殖之前單獨(dú)飼養(yǎng)時(shí)的隨機(jī)效應(yīng)，eijklmn是個(gè)體隨機(jī)殘差。

日增重采用的遺傳分析模型[12]如下：

yijklm=μ+Pondi+Sexj+Pondi×Sexj+ak+

fl+eijklm，

(2)

式中：Sexj表示性別效應(yīng)，Pondi×Sexj表示池塘與性別之間的互作效應(yīng)，ak是加性遺傳效應(yīng)，fl是家系在混合養(yǎng)殖之前單獨(dú)飼養(yǎng)時(shí)的隨機(jī)效應(yīng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 全州禾花鯉家系的生長性狀及相關(guān)性

全州禾花鯉的體質(zhì)量、體長、體寬、體長/體寬、日增重的描述性統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2。體質(zhì)量和日增重指標(biāo)變異系數(shù)較高，分別為0.52和0.51，表明全州禾花鯉種群體質(zhì)量性狀分化程度較大，個(gè)體間生長速度存在較大差異。體寬性狀變異系數(shù)僅有0.10，顯示出較高的一致性。由于體型粗短是全州禾花鯉的典型特征之一，所以本研究采用體長/體寬衡量該表型，參數(shù)越小說明體型粗短特征越顯著。統(tǒng)計(jì)顯示，其平均值為5.53，變異系數(shù)為0.18，在所有性狀中處于中等水平。正態(tài)性檢驗(yàn)體質(zhì)量、體長、體寬、體長/體寬、日增重性狀均不符合標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，其中體寬(偏度0.31)、體長/體寬(偏度0.27)最接近標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布，可能是由于養(yǎng)殖條件導(dǎo)致的種內(nèi)競(jìng)爭(zhēng)和樣本量過小。性狀相關(guān)性分析顯示，日增重與體長相關(guān)性最大(R2=0.96，P<0.01)，其次為日增重與體寬(R2=0.89，P<0.01)，均達(dá)到極顯著水平，日增重與體長/體寬相關(guān)性最小(R2=0.26，P>0.05)(圖1)。

表2 全州禾花鯉生長性狀的描述性統(tǒng)計(jì)

** means extreme significance (P<0.01)，* means significance (P<0.05)

2.2 方差分量和遺傳力

利用ASReml-R軟件統(tǒng)計(jì)分析測(cè)量的表型數(shù)據(jù)，采用單性動(dòng)物模型獲得了全州禾花鯉體質(zhì)量、體長、體寬、體長/體寬、日增重的方差組分和遺傳力(表3)。結(jié)果表明體質(zhì)量、體長、體寬和日增重為高遺傳力，分別是0.45(P<0.01)、0.42(P<0.01)、0.36(P<0.01)和0.39(P<0.05)，體長/體寬為低遺傳力(0.12，P>0.05)，說明全州禾花鯉體型粗短性狀在選育中更難獲得遺傳進(jìn)展。

表3 全州禾花鯉生長性狀的方差分量和遺傳力

2.3 表型相關(guān)和遺傳相關(guān)

采用兩性動(dòng)物模型估計(jì)性狀之間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)(表4)，結(jié)果表明體質(zhì)量、體寬、體長、日增重性狀之間均有較高的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)(0.76-0.99)，體質(zhì)量與體長/體寬、日增重與體長/體寬之間的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)較低，分別是0.62，0.67和0.55，0.58。表明全州禾花鯉體型粗短特征和生長性狀的關(guān)聯(lián)性較弱，在選育過程中僅開展針對(duì)生長性狀的選育很難獲得在體型方面的遺傳進(jìn)展，應(yīng)采用多性狀復(fù)合選育策略，以達(dá)到保障全州禾花鯉體型特色的同時(shí)提高其生長速度。

表4 利用動(dòng)物模型估計(jì)的全州禾花鯉表型相關(guān)和遺傳相關(guān)

2.4 個(gè)體育種值與個(gè)體選擇比較

對(duì)全州禾花鯉各性狀育種值進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，日增重與體長、日增重與體寬、體長與體寬育種值之間相關(guān)性極為顯著(P<0.01)，其他性狀之間相關(guān)性較弱，如體質(zhì)量與體寬之間的相關(guān)系數(shù)僅為0.13(P<0.01)(圖2)。另外，根據(jù)性狀表型值和育種值分別對(duì)各性狀按10%的留種率進(jìn)行留種選擇，統(tǒng)計(jì)2種留種方法入選個(gè)體的家系數(shù)量、平均表型值、平均育種值以及同時(shí)入選的個(gè)體相同率，結(jié)果表明按照表型值選擇前10%的個(gè)體來自18-23個(gè)家系，按照育種值選擇的前10%個(gè)體來自14-18個(gè)家系。從個(gè)體水平分析，2種留種方法相比，上述5種性狀排在前10%的個(gè)體相同率分別為23.53%、29.41%、44.12%、55.88%和63.50%(表5)?？梢姴捎帽硇椭颠x擇和采用育種值選擇，在選留家系和個(gè)體層面均存在明顯的差異。

** means extreme significance (P<0.01),* means significance (P<0.05)

表5 基于表型值和育種值全州禾花鯉個(gè)體的選擇比較

3 討論

3.1 全州禾花鯉生長性狀的特點(diǎn)

生長性狀是魚類最重要的經(jīng)濟(jì)性狀之一，提高魚類生長速度可縮短養(yǎng)殖周期，有利于節(jié)約養(yǎng)殖空間和降低養(yǎng)殖成本。全州禾花鯉作為廣西特色水產(chǎn)品種，具有高品質(zhì)的同時(shí)也存在生長速度慢的突出缺點(diǎn)。本研究測(cè)定6月齡全州禾花鯉的平均體質(zhì)量為(27.38±14.01) g，平均日增重為0.16 g/d，遠(yuǎn)低于松浦鏡鯉(C.carpiovar.Songpu,1.98 g/d)、建鯉(C.carpiovar.Jian,1.23 g/d)的生長速度[13]。因此，提高全州禾花鯉的生長速度是今后種質(zhì)改良的主要目標(biāo)。在體質(zhì)量、體長、體寬、體長/體寬、日增重5個(gè)性狀中，變異系數(shù)分別為0.52，0.17，0.10，0.18和0.51，其中體質(zhì)量的變異系數(shù)最大。在魚類中，體質(zhì)量性狀變異系數(shù)較大且較為常見，如盧薛等[14]發(fā)現(xiàn)，不同日齡的鱖魚(Sinipercachuatsi)體質(zhì)量、體長、體高3個(gè)生長性狀中，體質(zhì)量性狀的變異系數(shù)為0.43-0.55，與本研究測(cè)定的結(jié)果接近。李祥孔等[15]對(duì)不同時(shí)期牙鲆的生長性狀分析變異系數(shù)，結(jié)果均屬體質(zhì)量性狀的變異系數(shù)(0.33-0.38)最大，類似的研究結(jié)果也出現(xiàn)在銀大麻哈魚(Oncorhynchuskisutch)、甌江彩鯉(C.carpiovar.Color)等物種中[16,17]。但與目前大規(guī)模養(yǎng)殖的建鯉[18]等相比，全州禾花鯉體質(zhì)量變異系數(shù)較高，個(gè)體差異大，性狀遺傳不穩(wěn)定，這不利于全州禾花鯉規(guī)模養(yǎng)殖效益的提高，也是今后選育工作需要重點(diǎn)關(guān)注的特征，另一方面也可能說明該群體遺傳多樣性較高，性狀改良潛力大。

3.2 遺傳力、表型相關(guān)及遺傳相關(guān)

為了提高選育效率，參考目標(biāo)性狀的遺傳參數(shù)以制定適宜的選育策略是常用方法之一。本研究采用動(dòng)物模型對(duì)全州禾花鯉生長性狀遺傳力估計(jì)發(fā)現(xiàn)，體質(zhì)量和體長性狀為高遺傳力(h2>0.4)，體寬和日增重性狀為中等遺傳力(0.2

遺傳相關(guān)和表型相關(guān)是描述不同性狀關(guān)聯(lián)性的重要參數(shù)，利用性狀關(guān)聯(lián)性進(jìn)行間接選育，對(duì)于改良度量難度較大的性狀極為有用[30]。在選擇育種中，有時(shí)對(duì)目標(biāo)性狀的選擇出現(xiàn)一定難度時(shí)，通過遺傳相關(guān)來確定某一性狀與目標(biāo)性狀的相關(guān)程度，可間接對(duì)目標(biāo)性狀進(jìn)行相關(guān)選擇[31]。如韋信鍵等[32]研究大黃魚(Larimichthyscrocea)早期不同階段生長性狀遺傳參數(shù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，1月齡大黃魚體質(zhì)量與全長遺傳相關(guān)為0.83-0.90，6月齡時(shí)則為0.97-0.98，并提出可以利用6月齡時(shí)2個(gè)性狀高度的遺傳相關(guān)進(jìn)行性狀間的關(guān)聯(lián)選擇。在本研究的全州禾花鯉5個(gè)性狀的遺傳相關(guān)和表型相關(guān)分析結(jié)果中，體質(zhì)量、體寬、體長、日增重性狀之間具有顯著相關(guān)性，其中日增重與體長性狀之間的遺傳相關(guān)(0.98)和表型相關(guān)(0.96)最高，表明可利用體長性狀對(duì)日增重進(jìn)行間接選育。

3.3 育種值與個(gè)體選擇

育種值作為個(gè)體性狀中可遺傳的部分，依靠育種值進(jìn)行優(yōu)良選育相對(duì)于依靠表型值選育更穩(wěn)妥、更有效率[33]。鄭靜靜等[34]對(duì)60日齡、105日齡、150日齡不同生長階段的凡納濱對(duì)蝦(Litopenaeusvannamei)選取體質(zhì)量性狀的育種值和表型值前10%個(gè)體計(jì)算平均育種值，前者比后者分別高出約20.06%、26.03%、12.01%，說明依靠育種值選擇比表型值選擇更有優(yōu)勢(shì)。本研究中，采用表型值和育種值分別對(duì)各性狀按10%的留種率進(jìn)行留種選擇，分析發(fā)現(xiàn)采用育種值篩選后，保留個(gè)體所在的家系數(shù)量比表型值選擇減少，被兩種方法同時(shí)選留的個(gè)體占所有保留個(gè)體的23.53%-63.50%，表明在全州禾花鯉選育中采用育種值篩選方法的有效性。全州禾花鯉是地方性特色品種，除生長性狀之外，其體型和體色也是決定其特色和經(jīng)濟(jì)價(jià)值的重要性狀。綜上所述，對(duì)全州禾花鯉的性狀改良應(yīng)采取多性狀綜合選育策略，以生長速度、體型和體色性狀的同步改進(jìn)和提升為選育目標(biāo)開展家系選育，從而獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的禾花鯉新品種。

4 結(jié)論

利用全州禾花鯉家系的生長性狀指標(biāo)對(duì)其遺傳參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，主要結(jié)論包括：(1)全州禾花鯉體質(zhì)量性狀變異系數(shù)高，規(guī)格差異大。(2)全州禾花鯉生長性狀(體質(zhì)量、體長、體寬和日增重)為高遺傳力性狀，體型性狀(體長/體寬)為低遺傳力性狀。(3)體質(zhì)量、體寬、全長、日增重性狀相互之間有較高的表型相關(guān)與遺傳相關(guān)，體質(zhì)量與體長/體寬、日增重與體長/體寬之間表型相關(guān)與遺傳相關(guān)較低。(4)采用育種值開展個(gè)體選擇與表型值選擇，結(jié)果存在明顯差異。(5)全州禾花鯉種質(zhì)改良應(yīng)以獲得優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)禾花鯉新品種為目標(biāo)，采用多性狀綜合選育策略對(duì)生長速度、體型和體色性狀進(jìn)行同步選擇。