東風(fēng)螺生物學(xué)與遺傳育種研究進(jìn)展

付敬強(qiáng),游偉偉,駱 軒,柯津偉,柯才煥*

(1.廈門大學(xué)環(huán)境與生態(tài)學(xué)院,海洋與地球?qū)W院,近海海洋環(huán)境科學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361102;2.福建省海洋經(jīng)濟(jì)生物遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,福建 廈門 361102;3.福建省特色水產(chǎn)品種質(zhì)資源保護(hù)利用與共享平臺,福建 廈門 361102)

東風(fēng)螺俗稱花螺、旺螺、黃螺,在我國臺灣地區(qū)又稱鳳螺,分布于熱帶、亞熱帶地區(qū),屬肉食性淺海底棲貝類,味道鮮美,是一類符合現(xiàn)代營養(yǎng)需求的高蛋白、低脂肪的名貴海鮮.世界上現(xiàn)有東風(fēng)螺種類11種,均為可食種類,目前投入養(yǎng)殖生產(chǎn)的僅有方斑東風(fēng)螺(Babyloniaareolata)和泥東風(fēng)螺(B.lutosa)2種[1].我國是世界東風(fēng)螺養(yǎng)殖最主要的國家,目前東風(fēng)螺在國內(nèi)的養(yǎng)殖主要分布在福建省以南沿海地區(qū),其中海南省因得天獨(dú)厚的地理環(huán)境和氣候條件優(yōu)勢,成為我國東風(fēng)螺種苗培育和養(yǎng)殖的最適宜地區(qū).

我國東風(fēng)螺的生物學(xué)研究始于1986年,由廈門大學(xué)率先開展東風(fēng)螺的繁殖生物學(xué)研究,隨后進(jìn)行了人工育苗和養(yǎng)殖試驗(yàn)[2-4].20世紀(jì)90年代后期福建省、廣東省和海南省的諸多科研機(jī)構(gòu)也先后成功實(shí)現(xiàn)東風(fēng)螺育苗和養(yǎng)殖,21世紀(jì)初期形成規(guī)?；B(yǎng)殖生產(chǎn),以方斑東風(fēng)螺為主,泥東風(fēng)螺為輔.另外,我國臺灣地區(qū)20世紀(jì)80年代初開展過臺灣東風(fēng)螺(B.formosaeformosae)的試養(yǎng),并在20世紀(jì)90年代對臺灣東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺進(jìn)行了分類學(xué)和生物學(xué)研究,但未形成養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)[5].國際上,早在20世紀(jì)70年代,日本就開展了日本東風(fēng)螺(B.japonica)的人工育苗技術(shù)研究和放流增殖工作,但未形成規(guī)模化養(yǎng)殖,現(xiàn)今多集中于毒理學(xué)研究[6-7];泰國于20世紀(jì)90年代開展了方斑東風(fēng)螺的人工育苗和養(yǎng)殖研究,但目前養(yǎng)殖規(guī)模較小[8];越南于近年開展了方斑東風(fēng)螺的養(yǎng)殖模式研究,并實(shí)現(xiàn)小規(guī)模養(yǎng)殖[9];印度曾開展過深溝東風(fēng)螺(B.spirata)的生物學(xué)研究,但未開展人工養(yǎng)殖[10].過去30余年,廈門大學(xué)貝類遺傳育種團(tuán)隊在東風(fēng)螺的分類與進(jìn)化、生物學(xué)特征、營養(yǎng)價值與需求、選擇育種、雜交育種、DNA分子標(biāo)記開發(fā)和利用等方面取得了顯著的成果,本文主要綜述相關(guān)研究進(jìn)展.

1 東風(fēng)螺屬的分類與系統(tǒng)進(jìn)化

東風(fēng)螺隸屬于軟體動物門(Mollusca)腹足綱(Gastropoda)前鰓亞綱(Prosobranchia)新腹足目(Nerobanchia)東風(fēng)螺屬(Babylonia),起初被歸為蛾螺科(Buccinidae),而最新的分類已將其移出并單獨(dú)作為東風(fēng)螺科(Babyloniidae)[11],全世界已發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)生11種僅分布于印度-太平洋地區(qū)[12].中國大陸沿岸迄今報道該屬種類2種,即方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺,均為經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖種,兩者的染色體數(shù)目2N=66,核型為32m+20sm+8st+6t[13].

關(guān)于東風(fēng)螺的分類曾存在一些疑義,如早期根據(jù)貝殼花紋特征將泥東風(fēng)螺誤定為臺灣東風(fēng)螺和波部東風(fēng)螺(B.formosaehaber),后又重新鑒定為泥東風(fēng)螺[1].為了厘清東風(fēng)螺屬的系統(tǒng)進(jìn)化關(guān)系,對分布于印度-太平洋地區(qū)的錫蘭東風(fēng)螺(B.zeylanica)、深溝東風(fēng)螺(B.spirata)、臺灣東風(fēng)螺、方斑東風(fēng)螺湛江群體、方斑東風(fēng)螺泰國群體和泥東風(fēng)螺進(jìn)行線粒體基因組測序,結(jié)果顯示方斑東風(fēng)螺湛江群體、方斑東風(fēng)螺泰國群體和泥東風(fēng)螺的線粒體全基因組大小分別為15 445,15 298和15 380 bp,均包含13個蛋白質(zhì)編碼基因.基于線粒體基因組的系統(tǒng)學(xué)分析發(fā)現(xiàn),方斑東風(fēng)螺湛江群體和泰國群體的線粒體部分序列的遺傳距離僅為0.007,而其他種間的遺傳距離在0.126～0.186范圍,由此能夠推斷方斑東風(fēng)螺湛江群體和泰國群體系種內(nèi)群體間的差異水平.同時,泥東風(fēng)螺和臺灣東風(fēng)螺之間的遺傳距離為0.124,達(dá)到種間的水平,而非早期誤認(rèn)為的亞種關(guān)系(圖1)[1].

圖1 基于線粒體部分序列構(gòu)建的不同東風(fēng)螺系統(tǒng)進(jìn)化樹(鄰接法)[1]Fig.1 Phylogenetic neighbor-joining tree of different Babylonia based on partial mitochondrial sequences[1]

2 東風(fēng)螺的生物學(xué)特征

自然環(huán)境下,東風(fēng)螺一般分布于潮下帶數(shù)米至數(shù)十米水深的淺海區(qū),不同種類對底質(zhì)的要求不同,一般為沙質(zhì)、泥質(zhì)或泥沙質(zhì).東風(fēng)螺的活動具有晝伏夜出的周期性,白天潛伏在砂泥中并露出水管,僅在漲、退潮時稍作移動,夜間借助腹足爬行四處覓食.

2.1 生殖與繁殖生物學(xué)特性

東風(fēng)螺為雌雄異體,雌雄比例約1∶1,從貝殼和厴形態(tài)上無法辨別其性別,只能根據(jù)軟體部的交接器形態(tài)、卵囊腺有無和性腺顏色等特征加以區(qū)分[4].

雄性生殖系統(tǒng)由精巢、輸精管及附屬腺和雄性交接器等器官組成.精巢位于內(nèi)臟團(tuán)中軸右側(cè),緊貼肝臟,并隨肝臟螺旋部的旋轉(zhuǎn)而扭曲(圖2(a))[14].根據(jù)組織學(xué)觀察,將精巢的發(fā)育分為精原細(xì)胞期、精母細(xì)胞分裂期、成熟與排放期以及退化期4個時期;精子的發(fā)生最初從精原細(xì)胞開始,然后經(jīng)歷初級精母細(xì)胞和次級精母細(xì)胞的發(fā)育,最后形成精細(xì)胞[15].在光學(xué)顯微鏡下,精子呈發(fā)絲狀;在透射電鏡下,精子由頭部和尾鞭兩部分構(gòu)成.根據(jù)本課題組對3種東風(fēng)螺精子形態(tài)的研究,判斷東風(fēng)螺的精子為進(jìn)化型精子,不同種東風(fēng)螺的精子長度有顯著差別,如臺灣東風(fēng)螺、泥東風(fēng)螺和方斑東風(fēng)螺的精子長度分別約130,150和160 μm[16-17].

圖2 東風(fēng)螺的雄性(a)和雌性(b)生殖系統(tǒng)示意圖[14]Fig.2 The male (a) and female (b) reproductive systems of Babylonia[14]

雌性生殖系統(tǒng)包括卵巢、輸卵管、附屬腺、交接囊和陰道,卵巢在位置上與精巢相同(圖2(b))[14].根據(jù)對卵巢周年組織學(xué)切片觀察,將卵母細(xì)胞的發(fā)育劃分為卵原細(xì)胞期、生長期、成熟期和退化期,而卵巢的發(fā)育以卵母細(xì)胞的發(fā)育時相分期為基礎(chǔ)劃分為增殖期、生長期、成熟和排放期及退化期4個時期[15].

東風(fēng)螺為體內(nèi)受精,雌雄個體在繁殖期進(jìn)行交配.在福建省和廣東省東部海域,東風(fēng)螺屬的方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺的繁殖期一般在5—9月,10月后性腺退化;而在海南島沿岸,方斑東風(fēng)螺四季均可交配產(chǎn)卵,但冬季產(chǎn)卵量較少.在交配過程中,雄性通過交接器將精子儲存于雌性生殖管道內(nèi),待卵子排出到蛋白腺腔中完成受精作用;受精后的卵子進(jìn)入卵囊腺內(nèi),形成卵囊雛形并被產(chǎn)出體外,然后緊貼足部側(cè)壁輸送到腹足口中并在其內(nèi)進(jìn)行成形作用,形成一定形狀的卵囊附著在基底上[4].

2.2 胚胎與幼體發(fā)育

東風(fēng)螺的受精卵由卵囊包裹,根據(jù)種類的不同,東風(fēng)螺幼體早期發(fā)育的營養(yǎng)方式分為卵黃營養(yǎng)和浮游植物營養(yǎng)2種類型(表1).如臺灣東風(fēng)螺和日本東風(fēng)螺的幼體為卵黃營養(yǎng),從受精卵發(fā)育成稚螺的整個階段都在卵囊內(nèi)完成,整個發(fā)育過程的營養(yǎng)來源由自身卵黃囊提供;而方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺等多數(shù)種

表1 不同種類東風(fēng)螺的卵囊、卵子及幼體營養(yǎng)類型特征

類的幼體營養(yǎng)則為浮游植物營養(yǎng),幼體發(fā)育分為卵囊內(nèi)和卵囊外兩個階段.在卵囊內(nèi)發(fā)育過程中,受精卵經(jīng)過多次卵裂發(fā)育到多細(xì)胞時期,然后經(jīng)歷桑葚期、囊胚期、原腸期后發(fā)育至早期面盤幼體時期;待發(fā)育至中期面盤幼體時期,幼體陸續(xù)從卵囊內(nèi)游出開始浮游生活[4].整個卵囊內(nèi)發(fā)育階段,營養(yǎng)物質(zhì)由自身卵黃囊提供,當(dāng)幼體開始浮游生活,體內(nèi)的營養(yǎng)能量代謝發(fā)生劇烈變化,卵黃囊在3～4 d被消耗殆盡,幼體由內(nèi)源性營養(yǎng)向外源性營養(yǎng)轉(zhuǎn)變,開始從海水中攝食單胞藻以供自身生長發(fā)育.在營養(yǎng)充足和環(huán)境適宜的條件下,一般2周內(nèi)幼體面盤退化消失,變態(tài)成為稚螺后開始營底棲生活;同時,食性也從浮游階段的植食性轉(zhuǎn)變?yōu)槿馐承訹4,19-20].而在幼體從早期面盤幼體發(fā)育變態(tài)為稚螺的過程中,消化酶的活性、蛋白質(zhì)的合成及能量代謝處在不斷變化中.已有研究證實(shí)貝類具有分泌纖維素酶的能力,并提出以(淀粉酶+纖維素酶)/(蛋白酶+脂肪酶)的酶活比指示方斑東風(fēng)螺食性變化更準(zhǔn)確合理[21-23].

幼體在發(fā)育過程中會受到多種環(huán)境因子的影響,其中主要影響因子為溫度和鹽度.在突變條件下的胚胎發(fā)育溫、鹽度適應(yīng)范圍均比漸變條件下的窄;突變和漸變條件下胚胎發(fā)育的最適溫度范圍分別為23.5～30.0 ℃和21.5～31.0 ℃,相應(yīng)的胚胎發(fā)育最適鹽度范圍分別為20.5～28.5和18.5～32.5,而溫鹽交互分析表明低溫高鹽對胚胎發(fā)育的影響更大;此外,對幼體發(fā)育而言,其生長和變態(tài)的最適溫、鹽度范圍分別為25.0～30.0 ℃和21.0～27.5[24-25].

光因子對東風(fēng)螺的幼體發(fā)育具有明顯影響,其中綠光對幼體的受精、孵化和變態(tài)具有顯著的促進(jìn)作用,但作用效果受光照強(qiáng)度和光周期的影響,在光照強(qiáng)度和光周期分別為888.9 lx和12 h光照:12 h黑暗的條件下,幼體的受精率、孵化率和變態(tài)率最高;而藍(lán)光則對幼體發(fā)育起抑制作用[26].此外,根據(jù)1996年柯才煥等[3]對泥東風(fēng)螺和方斑東風(fēng)螺幼體發(fā)育的研究報道,0.012 mol/dm3K+在持續(xù)24 h作用下能夠有效誘導(dǎo)以上兩種東風(fēng)螺的90%以上浮游幼體完全變態(tài),10-4mol/dm3多巴胺誘導(dǎo)時可達(dá)到上述K+誘導(dǎo)時約一半的變態(tài)率,獲得變態(tài)能力時泥東風(fēng)螺和方斑東風(fēng)螺幼蟲的殼高分別為860.2～1 009.8 μm和849.6～956.0 μm[3].這也證實(shí)化學(xué)因子對東風(fēng)螺幼體的附著和變態(tài)有顯著誘導(dǎo)作用,但具體作用機(jī)制目前尚不清楚.

東風(fēng)螺幼體的發(fā)育受環(huán)境因子和化學(xué)因子等多種因素影響,上述研究對東風(fēng)螺幼體的培養(yǎng)和人工育苗技術(shù)的發(fā)展起積極的促進(jìn)作用.

2.3 攝食生態(tài)學(xué)

針對經(jīng)歷浮游生活史的東風(fēng)螺幼體,其攝食、生長和變態(tài)受幼體培養(yǎng)密度、餌料豐度和種類等多種因素影響.幼體培養(yǎng)密度對攝食率起負(fù)作用,當(dāng)培養(yǎng)密度超過0.25 mL-1時,幼體的攝食率和濾水率顯著下降(P<0.05);幼體對粒徑相對大的藻類的攝食率高于粒徑小的藻類,對硅藻的攝食率高于綠藻,而混合藻類投喂能增加幼體的攝食率.為了獲得幼體最大的生長和存活結(jié)果,幼體的培養(yǎng)密度應(yīng)低于0.25 mL-1,同時需要增大藻液的投喂?jié)舛?其中牟氏角毛藻(Chaetocerosmuelleri)和湛江等鞭金藻(Isochrysiszhanjiangensis)的投喂細(xì)胞濃度以2.0×105mL-1為宜[27-28].此外,東風(fēng)螺幼體的攝食受光照條件影響.在0～2 000 lx光照強(qiáng)度范圍內(nèi),東風(fēng)螺幼體的攝食率隨著光照強(qiáng)度增加而升高,且幼體的攝食具有晝夜節(jié)律性,其全天最高攝食率出現(xiàn)在清晨,最低攝食率出現(xiàn)在傍晚;同時,光照條件和晝夜節(jié)律對東風(fēng)螺幼體攝食率的影響有顯著交互作用.如在不同光照條件下,全天保持1 000 lx光照強(qiáng)度,除傍晚外其他時段幼體的攝食率均保持在較高水平,且無顯著變化;而白天黑暗與夜里保持1 000 lx的光照,幼體全天最低攝食率出現(xiàn)在無光照的中午,全天最高攝食率出現(xiàn)在始終有光照的子夜[29].因此,在進(jìn)行東風(fēng)螺幼體培育時,為獲得更高的生長率和存活率,應(yīng)綜合考慮幼體培養(yǎng)的密度、餌料供給、光照條件及幼體的攝食節(jié)律等因素.

食物限制對幼體的生長、存活和變態(tài)有顯著影響.如饑餓導(dǎo)致泥東風(fēng)螺幼體的變態(tài)時間延長,幼體饑餓時間少于48 h再提供餌料能夠快速恢復(fù)正常生產(chǎn)發(fā)育水平;而當(dāng)饑餓時間超過104.5 h再補(bǔ)充餌料供應(yīng),幼體則無法發(fā)育到變態(tài)階段[20].此外,饑餓脅迫下東風(fēng)螺體內(nèi)的抗氧化酶系統(tǒng)、消化酶活力及營養(yǎng)物質(zhì)組成呈現(xiàn)動態(tài)變化.在饑餓過程中的前25 d,超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)和谷胱甘肽過氧化物酶(GPx)活力逐漸增強(qiáng),饑餓時間超過40 d則酶活力顯著下降;同時脂肪酶、淀粉酶、蛋白酶的活力及RNA與DNA的比值均隨饑餓時間延長而降低;饑餓前期東風(fēng)螺主要消耗脂肪和糖原,蛋白質(zhì)含量在饑餓80 d前較穩(wěn)定,后期迅速下降,在饑餓120 d后仍存活較好,無死亡個體出現(xiàn)[30-34].在自然棲息環(huán)境中,進(jìn)入底棲生活的東風(fēng)螺主要以死亡的海洋動物尸體為食物來源,由于其活動能力有限,容易遭受食物缺失的威脅.為了適應(yīng)生存的需要,東風(fēng)螺在長期進(jìn)化中可能形成了一套適應(yīng)饑餓的能量代謝調(diào)控機(jī)制,使其具有很強(qiáng)的耐饑餓能力.

2.4 免疫與毒理

與其他無脊椎動物類似,東風(fēng)螺只具備先天性免疫能力,主要由非特異性細(xì)胞免疫和體液免疫兩部分組成,其中細(xì)胞免疫主要由血細(xì)胞發(fā)揮作用,構(gòu)成了機(jī)體免疫反應(yīng)的第一道防線.通過對方斑東風(fēng)螺的血細(xì)胞種類進(jìn)行鑒定,發(fā)現(xiàn)其血細(xì)胞由顆粒細(xì)胞和透明細(xì)胞組成[35].當(dāng)機(jī)體受到病菌侵染時,兩種血細(xì)胞對病原微生物均具有清除作用,但顆粒細(xì)胞對病原菌的吞噬率顯著高于透明細(xì)胞,并且受病原菌侵染后兩種血細(xì)胞中免疫相關(guān)蛋白質(zhì)的表達(dá)明顯不同,預(yù)示兩者的殺菌效率和免疫功能存在差異[36-37].在細(xì)胞免疫發(fā)生的同時,也伴隨著體液免疫的吞噬作用和呼吸暴發(fā)反應(yīng),兩者共同作用抵御病原微生物對機(jī)體造成的危害[36].然而,目前針對東風(fēng)螺的抗病免疫研究開展較少,相關(guān)研究有待進(jìn)一步加強(qiáng).

隨著工業(yè)化與城市化的快速發(fā)展,我國越來越多的沿岸海域處于重金屬污染狀態(tài)下,海洋底棲腹足類動物因移動性小且分布廣泛,受重金屬等污染物的威脅較大.通過開展重金屬Cu2+、Zn2+、Cd2+、Pb2+對泥東風(fēng)螺胚胎和面盤幼體的毒性效應(yīng)研究,發(fā)現(xiàn)4種重金屬對胚胎和幼體的毒性大小順序?yàn)镃u2+>Zn2+>Cd2+>Pb2+,其中Cd2+對生物體危害嚴(yán)重,且具有能蓄積、難降解、可沿食物鏈傳遞等特性;進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn),Cd2+對東風(fēng)螺稚螺的96 h半致死質(zhì)量濃度為3.59 mg/L,安全質(zhì)量濃度為0.36 mg/L,Cd2+通過東風(fēng)螺攝取的食物相進(jìn)行營養(yǎng)傳遞,對其產(chǎn)生的毒性較水體直接暴露低,但攝食受Cd2+污染的食物是東風(fēng)螺蓄積Cd2+的主要途徑,且東風(fēng)螺的肝胰臟對Cd2+的蓄積量最高[38-40].此外,在東風(fēng)螺中存在嚴(yán)重的性畸變現(xiàn)象,其表現(xiàn)為雌性個體會產(chǎn)生不正常的雄性特征,如陰莖和輸精管的形成,性畸變嚴(yán)重時甚至?xí)?dǎo)致雌性個體生殖能力的喪失,這種結(jié)果主要由環(huán)境有機(jī)錫污染所致[41-42].因此,東風(fēng)螺也可作為開展環(huán)境有機(jī)物污染和重金屬污染研究的良好材料.

3 養(yǎng)殖與育種

3.1 適宜養(yǎng)殖條件

對于水生養(yǎng)殖動物而言,其周圍水環(huán)境因子和養(yǎng)殖條件的變化將對動物的生長、發(fā)育和存活產(chǎn)生直接影響,其中溫度、鹽度和養(yǎng)殖密度與東風(fēng)螺的養(yǎng)成結(jié)果密切相關(guān).對不同溫度條件下養(yǎng)殖的方斑東風(fēng)螺進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)其適宜的養(yǎng)殖溫度為26～30 ℃,最佳養(yǎng)殖溫度為26.81 ℃;與之類似,研究發(fā)現(xiàn)方斑東風(fēng)螺適宜的養(yǎng)殖鹽度為26～30,最佳養(yǎng)殖鹽度為28.76,最佳養(yǎng)殖密度為527.07 m-2[43-44].在以上3項(xiàng)指標(biāo)的最優(yōu)養(yǎng)殖條件下,方斑東風(fēng)螺的累積生長率和存活率分別達(dá)到36.84 mg/d和99.99%,滿意度函數(shù)值為99.71%[44].

3.2 營養(yǎng)價值與需求

東風(fēng)螺以其鮮美而獨(dú)特的味道深受消費(fèi)者喜愛,市場需求量供不應(yīng)求,價格居高不下.對國內(nèi)養(yǎng)殖種方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺進(jìn)行營養(yǎng)成分分析發(fā)現(xiàn),兩種東風(fēng)螺腹足肌肉的蛋白質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達(dá)70%左右,脂肪質(zhì)量分?jǐn)?shù)為5%左右,糖類質(zhì)量分?jǐn)?shù)接近10%,氨基酸種類齊全,必需氨基酸相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)高,必需氨基酸指數(shù)在43以上,二十碳五烯酸(EPA)和二十二碳六烯酸(DHA)相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)總和分別為7.1%和10.5%,不飽和脂肪酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.4%～15.0%,屬于滋補(bǔ)海產(chǎn)品[45].

目前東風(fēng)螺在養(yǎng)殖中的餌料來源以冰鮮雜魚為主,但魚肉品質(zhì)不穩(wěn)定且質(zhì)量難以把控.在明確東風(fēng)螺的基本營養(yǎng)成分組成后,開展東風(fēng)螺的營養(yǎng)需求研究,對開發(fā)人工配合飼料、保障東風(fēng)螺養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要作用.本課題組以白魚粉和酪蛋白為飼料蛋白源開展研究,結(jié)果顯示方斑東風(fēng)螺飼料蛋白質(zhì)的適宜質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36.47%～43.10%[46].在此基礎(chǔ)上,以魚油為脂肪源設(shè)計5種不同脂肪水平的飼料進(jìn)行投喂分析,獲得方斑東風(fēng)螺對脂肪的適宜需求質(zhì)量分?jǐn)?shù)為7.78%～10.74%[47].

為尋找較適宜的蛋白源,本課題組開展了方斑東風(fēng)螺對不同蛋白源利用的研究.選用魚粉、豆粕、菜籽粕和啤酒酵母為原料設(shè)計6種不同蛋白源組合的飼料,通過投喂實(shí)驗(yàn)證實(shí),日糧中各種蛋白源以適當(dāng)比例混合使用才能獲得最佳的生長表現(xiàn)及飼養(yǎng)效益,其中以魚粉、豆粕、菜籽粕質(zhì)量比為1∶1∶1的組合為方斑東風(fēng)螺較優(yōu)蛋白源[48].為確定方斑東風(fēng)螺的鈣、磷營養(yǎng)需求量,用不同鈣和磷含量的飼料飼喂方斑東風(fēng)螺60 d后,不同鈣水平(質(zhì)量分?jǐn)?shù)0和1.5%)的飼料并不對方斑東風(fēng)螺的生長性能及機(jī)體組成產(chǎn)生顯著影響(P>0.05),但不同磷添加水平則對方斑東風(fēng)螺的體質(zhì)量增長量和相對增長率有顯著影響(P<0.05),且鈣與磷之間存在交互作用(P<0.05);飼料中添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.5%的磷(總磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)0.64%)可得到最佳生長表現(xiàn),飼料效果也顯著優(yōu)于其他各實(shí)驗(yàn)組.以體質(zhì)量增長量為指標(biāo),采用回歸分析法確定飼料中的最適總磷添加質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.64%～0.97%,適宜的鈣磷質(zhì)量比范圍為0.42～0.64[49].

當(dāng)前,東風(fēng)螺的人工配合飼料研發(fā)和應(yīng)用較為滯后,市場上尚未出現(xiàn)一種被廣泛應(yīng)用的東風(fēng)螺飼料.上述研究為東風(fēng)螺飼料的配方設(shè)計和生產(chǎn)提供了數(shù)據(jù)支持.

3.3 選擇育種及遺傳參數(shù)估算

選擇育種是目前動植物新品種培育中最常用和行之有效的手段之一.針對生長性狀,按照10%的選擇強(qiáng)度,本課題組對主要養(yǎng)殖種方斑東風(fēng)螺泰國和海南兩個地理基礎(chǔ)群進(jìn)行了歧化選擇,并估算了兩個群體的選擇反應(yīng)和現(xiàn)實(shí)遺傳力,結(jié)果發(fā)現(xiàn)不同遺傳背景的群體在不同發(fā)育階段的遺傳力大小表現(xiàn)不同,且選擇反應(yīng)也存在差別;同時,通過對方斑東風(fēng)螺泰國群體和海南群體的生長性狀進(jìn)行比較,發(fā)現(xiàn)泰國群體在殼長和體質(zhì)量兩個生長性狀上表現(xiàn)出顯著優(yōu)勢(P<0.01)[50].

另外,遺傳參數(shù)的估算正確與否直接關(guān)系到整個育種工作效率的高低,其中遺傳力和遺傳相關(guān)性是動植物育種中十分重要的遺傳參數(shù).本課題組采用巢氏平衡設(shè)計法,在泰國群體和海南群體中,共利用27只雄方斑東風(fēng)螺與81只雌方斑東風(fēng)螺建立了27個父本半同胞家系與81個全同胞家系,通過同胞分析的方法估算了方斑東風(fēng)螺主要生長性狀的狹義遺傳力,結(jié)果顯示方斑東風(fēng)螺生長相關(guān)的遺傳力值處于中上水平,采用群體選育的方法是有效的;同時,采用相關(guān)分析的方法研究了方斑東風(fēng)螺主要生長性狀間的遺傳相關(guān)性,結(jié)果顯示,除螺旋部長外,殼長、殼寬等其他生長性狀間均呈顯著相關(guān)(P<0.05);此外,采用通徑分析的方法研究了殼長等殼型性狀對體質(zhì)量的影響效應(yīng),結(jié)果表明殼長對體質(zhì)量的直接效應(yīng)最大,螺旋部長對體質(zhì)量的間接效應(yīng)最大,揭示在東風(fēng)螺選育過程中可以直接測量殼長指標(biāo),同時結(jié)合螺旋部長為輔選指標(biāo)對體質(zhì)量進(jìn)行定向選育可取得較好的選育效果[51].因此,以殼長和體質(zhì)量為選育目標(biāo)對方斑東風(fēng)螺泰國群體和海南群體進(jìn)行了連續(xù)4代的選育.2018年,以速長的泰國選育系申報并獲得國審“海泰1號”(圖3)新品種證書(GS-01-008-2018).

圖3 “海泰1號”方斑東風(fēng)螺新品種Fig.3 "Haitai No.1" new variety of B.areolata

方斑東風(fēng)螺“海泰1號”貝殼呈長卵圓形,殼質(zhì)稍薄,螺層約9層,殼面被黃褐色殼皮,殼皮上分布著微黃色不規(guī)則的長方形或條形棕褐色或紅褐色斑塊.該品種生長速度快,在相同養(yǎng)殖條件下,與未經(jīng)選育的方斑東風(fēng)螺相比,6月齡的“海泰1號”殼長平均提高18.7%,體質(zhì)量平均提高32.1%.養(yǎng)殖周期明顯縮短,經(jīng)濟(jì)效益顯著提升.目前方斑東風(fēng)螺“海泰1號”已在海南省、廣東省、福建省等多地開展推廣養(yǎng)殖應(yīng)用,對推動?xùn)|風(fēng)螺養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定發(fā)展發(fā)揮著重要作用.

3.4 雜交育種

雜交實(shí)質(zhì)是不同親本間基因資源的重新聚合,能快速打破原有遺傳的保守性,使雜種獲得更大的基因流動性,是增加變異的重要途徑,可快速且顯著地實(shí)現(xiàn)雜交子代生活力、生長勢等優(yōu)良性狀的提高,在貝類的遺傳改良中具有重要意義[52].因此,雜交育種也成為東風(fēng)螺遺傳改良研究的重要方向.

方斑東風(fēng)螺廣泛分布于東南亞及中國東南沿海地區(qū),因自身活動能力差、喜群居等生活特性,不同群體間存在較大的遺傳分化和差異,且群體間不存在交配和生殖障礙問題,群體間雜交是優(yōu)良品種創(chuàng)制的有效途徑.本課題組[53]于2010年率先從泰國羅勇引進(jìn)方斑東風(fēng)螺泰國群體并自繁成功;隨后采用完全雙列雜交的方式,以方斑東風(fēng)螺海南翁田群體與泰國羅勇群體作為材料,進(jìn)行群體間遠(yuǎn)距離雜交.實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示:在幼體發(fā)育階段,泰國群體♀×海南群體♂雜交組合在孵化時間、變態(tài)率和變態(tài)時間3個指標(biāo)上均表現(xiàn)出超親優(yōu)勢,超親優(yōu)勢率分別為15.9%,8.7%和20.53%;在周年的養(yǎng)殖過程中,泰國群體♀×海南群體♂雜交組合表現(xiàn)出顯著的生長優(yōu)勢,其殼長和體質(zhì)量的中親雜種優(yōu)勢率分別為20.71%和42.94%,同時保持較低的死亡率,其存活中親雜種優(yōu)勢率為37.86%;但海南群體♀×泰國群體♂雜交組合在存活上優(yōu)勢更明顯,整個養(yǎng)殖周期內(nèi)其死亡率顯著低于其他組合.上述結(jié)果表明,方斑東風(fēng)螺不同群體間雜交存在雜種優(yōu)勢現(xiàn)象,這為方斑東風(fēng)螺的育種選配和新品種培育指明了方向.

4 DNA分子標(biāo)記開發(fā)和利用

分子標(biāo)記對動植物的遺傳學(xué)分析和育種研究具有重要的作用.微衛(wèi)星標(biāo)記是一種共顯性標(biāo)記,被廣泛應(yīng)用于物種遺傳多樣性檢測、群體遺傳結(jié)構(gòu)分析、親子鑒定、種質(zhì)資源的評價與保護(hù)以及遺傳連鎖圖譜構(gòu)建等方面,是貝類育種最常用的標(biāo)記之一.

本課題組[1,54]采用生物素-磁珠吸附微衛(wèi)星富集法構(gòu)建了方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺的微衛(wèi)星文庫.在方斑東風(fēng)螺中,磁珠富集的含有微衛(wèi)星序列的目的片段大小主要集中在200～1 000 bp,隨機(jī)挑選88個200～1 000 bp目的片段的陽性克隆進(jìn)行測序,結(jié)果發(fā)現(xiàn)67個含有微衛(wèi)星序列,針對這些微衛(wèi)星序列共設(shè)計16對引物,其中有9對引物能夠擴(kuò)增出清晰穩(wěn)定的條帶;在泥東風(fēng)螺中,隨機(jī)挑選100個200～1 000 bp目的片段的陽性克隆進(jìn)行測序,結(jié)果發(fā)現(xiàn)80個含有微衛(wèi)星序列,針對微衛(wèi)星序列共設(shè)計15對引物,其中有9對引物能夠擴(kuò)增出清晰穩(wěn)定的條帶.

應(yīng)用新開發(fā)的9對微衛(wèi)星標(biāo)記對中國沿岸方斑東風(fēng)螺和泥東風(fēng)螺的遺傳多樣性及遺傳結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究.其中方斑東風(fēng)螺的海南臨高、廣東湛江、廣西北海和福建詔安4個野生群體的平均等位基因數(shù)目范圍為10.8～13.6,遺傳多樣性較高,與應(yīng)用擴(kuò)增片段長度多態(tài)性(AFLP)標(biāo)記分析的結(jié)果[55]較一致,且4個群體間存在顯著的遺傳分化(P<0.05),福建詔安和廣東湛江2個群體的遺傳距離最大,海南臨高和廣東湛江2個群體的遺傳距離最小;泥東風(fēng)螺的海南臨高、廣東湛江、廣東汕尾和福建詔安4個野生群體的平均等位基因數(shù)目范圍為21.63～28.38,福建詔安和廣東湛江2個群體的遺傳距離最大,福建詔安和廣東汕尾2個群體的遺傳距離最小,4個群體間遺傳分化顯著(P<0.05),群體間的遺傳變異達(dá)到23%[1].上述結(jié)果說明我國沿海野生東風(fēng)螺的遺傳多樣性較高,地理距離是造成遺傳分化和遺傳變異的主要因素.

此外,采用10對微衛(wèi)星引物(包括上述新開發(fā)的)對方斑東風(fēng)螺的泰國和海南2個選育系的連續(xù)多代群體進(jìn)行了遺傳多樣性和遺傳變異分析,發(fā)現(xiàn)泰國野生群體與海南野生群體存在顯著的遺傳分化,通過連續(xù)3代的生長選擇育種,2個選育系的遺傳多樣性均表現(xiàn)出明顯下降,最終海南選育系的遺傳結(jié)構(gòu)有偏向泰國選育系的趨勢[56],這為利用分子標(biāo)記輔助東風(fēng)螺開展選擇育種提供了重要參考.

5 展 望

前期針對東風(fēng)螺生物學(xué)的研究多集中于繁殖生物學(xué)和生態(tài)學(xué)方面,在此過程中探明了東風(fēng)螺的繁殖生物學(xué)特性,并突破了東風(fēng)螺的幼體培養(yǎng)與人工育苗技術(shù)難關(guān);此外,明晰了東風(fēng)螺的營養(yǎng)成分組成及營養(yǎng)價值與需求,為東風(fēng)螺飼料的研發(fā)奠定了重要基礎(chǔ).進(jìn)而開展東風(fēng)螺的人工養(yǎng)殖條件及遺傳育種研究,促進(jìn)了東風(fēng)螺養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展.但近年來,伴隨著東風(fēng)螺養(yǎng)殖業(yè)的快速發(fā)展,育苗和養(yǎng)成期大規(guī)模暴發(fā)性病害時常發(fā)生,諸如吻腫病、翻身癥、脫殼癥等均給東風(fēng)螺養(yǎng)殖業(yè)造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失[57-59].分析導(dǎo)致養(yǎng)殖東風(fēng)螺暴發(fā)性病害流行的原因,除養(yǎng)殖技術(shù)不佳和養(yǎng)殖生態(tài)環(huán)境惡化的原因外,養(yǎng)殖東風(fēng)螺種質(zhì)的退化也是主要因素之一.多年來,東風(fēng)螺種苗生產(chǎn)所用親螺多以農(nóng)戶自養(yǎng)自留為主,由于缺少科學(xué)規(guī)范的留種方案,嚴(yán)重的近交造成種質(zhì)退化嚴(yán)重,導(dǎo)致東風(fēng)螺抗逆和抗病等生產(chǎn)性能明顯下降.

目前,雖然東風(fēng)螺的遺傳改良取得了一定的進(jìn)展,但是針對當(dāng)下養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)面臨的新問題和困境,今后應(yīng)重點(diǎn)關(guān)注抗逆、抗病等復(fù)雜性狀的遺傳改良.隨著水產(chǎn)動物基因組時代的來臨,在東風(fēng)螺的全基因組序列信息陸續(xù)被破譯后,應(yīng)加強(qiáng)基因組育種在東風(fēng)螺新品種培育中的應(yīng)用,通過創(chuàng)制具優(yōu)良性狀尤其是抗病性能強(qiáng)的東風(fēng)螺新品種,并推廣應(yīng)用于生產(chǎn),以改變當(dāng)前東風(fēng)螺養(yǎng)殖業(yè)受病害困擾的不利局面.此外,應(yīng)加快對東風(fēng)螺人工配合飼料的研發(fā),為東風(fēng)螺養(yǎng)殖企業(yè)提供一種質(zhì)量穩(wěn)定可靠的東風(fēng)螺飼料,用來替代目前雜魚的投喂以減少安全隱患;同時應(yīng)加強(qiáng)對東風(fēng)螺養(yǎng)殖模式和養(yǎng)殖技術(shù)的創(chuàng)新研究,探索出一套環(huán)境可控、集約化程度高的現(xiàn)代工廠化養(yǎng)殖模式以滿足產(chǎn)業(yè)發(fā)展的需求.綜上,多方面的不斷提升和改進(jìn)可為我國東風(fēng)螺養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展提供有力支撐.