凡納濱對蝦幼蝦耐高溫性狀的遺傳力評估

曲 旻,譚 建,欒 生,強(qiáng)光峰,羅 坤,隋 娟,孟憲紅,孔 杰

( 1.上海海洋大學(xué) 水產(chǎn)與生命學(xué)院 上海 201306; 2.中國水產(chǎn)科學(xué)研究院 黃海水產(chǎn)研究所,農(nóng)業(yè)農(nóng)村部海洋漁業(yè)可持續(xù)發(fā)展重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 山東 青島 266071; 3.青島海洋科學(xué)與技術(shù)試點(diǎn)國家實(shí)驗(yàn)室,海洋漁業(yè)科學(xué)與食物產(chǎn)出過程功能實(shí)驗(yàn)室,山東 青島 266071 )

凡納濱對蝦(Litopenaeusvannamei),俗稱南美白對蝦,原產(chǎn)于南美太平洋沿岸水域,因其味道鮮美、生長速度快、成活率高,充分迎合市場的需求,已經(jīng)成為世界三大養(yǎng)殖對蝦品種之一[1]。凡納濱對蝦于20世紀(jì)末被引入中國,經(jīng)過多年的養(yǎng)殖發(fā)展,已經(jīng)成為我國最重要的水產(chǎn)經(jīng)濟(jì)養(yǎng)殖品種之一[2]。2019年凡納濱對蝦海水養(yǎng)殖和淡水養(yǎng)殖產(chǎn)量總和超過1.8×106t,占全國對蝦養(yǎng)殖總產(chǎn)量的85%[3]。凡納濱對蝦屬于變溫動物,對外界環(huán)境溫度的敏感度較高[4-5]。當(dāng)溫度存在較小的波動時(shí),對蝦會順應(yīng)溫度的轉(zhuǎn)變,從而體溫與水溫一致;當(dāng)溫度存在較大的波動時(shí),對蝦調(diào)節(jié)機(jī)制受到阻礙,難以適應(yīng)新的水溫平衡,從而影響凡納濱對蝦的存活率和產(chǎn)量[6]。近年來全球變暖的影響逐漸顯著,夏季高溫持續(xù)時(shí)間也有明顯的增幅[7]。在我國南方夏季室外露天土池養(yǎng)殖凡納濱對蝦,太陽直射,水體溫度過高,對凡納濱對蝦的高溫放苗造成了一定的影響。因而,迫切需要選育出耐高溫的優(yōu)良品系。

凡納濱對蝦的生長、存活、繁殖性能均受溫度的影響[6]。有研究表明,凡納濱對蝦的適應(yīng)水溫為13～40 ℃,最適生長溫度為23～30 ℃[8]。當(dāng)凡納濱對蝦在最適溫度情況下,水溫下降3 ℃時(shí),對凡納濱對蝦仔蝦生長存活無明顯差異,而水溫下降6 ℃時(shí),凡納濱對蝦仔蝦的生長存活會受到影響,相關(guān)的免疫指標(biāo)發(fā)生明顯變化[9]。并且凡納濱對蝦仔蝦在受到合適范圍內(nèi)的水溫升高的刺激下,不僅能提高對高溫的耐受性,還會增強(qiáng)對白斑綜合征病毒的抗感染性[10]。所以,凡納濱對蝦仔蝦在適當(dāng)升溫和降溫的條件下,自身的免疫指標(biāo)均發(fā)生一定的變化。國內(nèi)外對于對蝦耐溫的研究已開展多年,涉及日本囊對蝦(Marsupenaeusjaponicus)[11]、羅氏沼蝦(Macrochiumrosenbergii)[12]、南極磷蝦(Euphausuasuperba)[13]、長臂蝦(Palaemonperingueyi)[14]等種類。相關(guān)報(bào)道指出,在凡納濱對蝦、日本囊對蝦、脊尾白蝦(Exopalaemoncarinicauda)仔蝦耐熱性研究中,凡納濱對蝦仔蝦耐熱性最強(qiáng)[11]。已見凡納濱對蝦耐高溫脅迫的分子機(jī)制相關(guān)研究[15],及凡納濱對蝦耐低溫脅迫的遺傳評估相關(guān)研究[16]等,尚未見有關(guān)凡納濱對蝦耐高溫性狀遺傳力的報(bào)道。

筆者采用室內(nèi)人工升溫的方式,對凡納濱對蝦幼蝦家系進(jìn)行耐高溫試驗(yàn),并以耐熱性作為評定耐高溫性狀的指標(biāo),同時(shí)測定相應(yīng)的存活指標(biāo),運(yùn)用單性狀動物模型估計(jì)耐高溫性狀的遺傳方差組分,獲得凡納濱對蝦耐高溫性狀遺傳參數(shù),為選育中國南部地區(qū)的夏季高溫養(yǎng)殖的凡納濱對蝦優(yōu)質(zhì)品種提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)在濰坊邦普種業(yè)科技有限公司凡納濱對蝦育種基地進(jìn)行。試驗(yàn)群體為2018年由國外引進(jìn)的4個(gè)凡納濱對蝦種群(EGDB、PRMA、API、SIS)構(gòu)建的育種群,從中隨機(jī)選取40個(gè)全同胞家系(7個(gè)父系半同胞家系,4個(gè)母系半同胞家系)(表1),每個(gè)家系隨機(jī)選擇100尾個(gè)體,共計(jì)4000尾仔蝦。

表1 凡納濱對蝦試驗(yàn)家系結(jié)構(gòu)

1.2 試驗(yàn)方法

為減少日齡對試驗(yàn)結(jié)果的影響,本試驗(yàn)選取仔蝦日齡相差3 d內(nèi)的40個(gè)家系。將構(gòu)建好的凡納濱對蝦家系培育至仔蝦第21～23天(P21～P23),溫度28 ℃、鹽度29、pH 8.2±0.2。將每個(gè)家系分成2份,每份50尾,移入80個(gè)15 L的小白桶中暫養(yǎng)3 d,防止在移蝦過程中因受傷或者應(yīng)激而死亡。每個(gè)家系的2個(gè)小白桶為1組,放入4個(gè)5.0 m×2.5 m×0.3 m水泥池中進(jìn)行水浴加熱,利用加熱棒和自動控溫儀調(diào)控水溫。試驗(yàn)初始水溫為28 ℃,采用緩慢升溫方式進(jìn)行耐高溫試驗(yàn),按照1 ℃/12 h的速率緩慢升溫至40 ℃,保持此溫度直至對蝦全部死亡。在整個(gè)試驗(yàn)過程中,每2 h觀察1次,發(fā)現(xiàn)死亡的對蝦時(shí),及時(shí)撈出并記錄對蝦的死亡時(shí)間、溫度、家系號、桶號和池號等信息。

1.3 日常管理

試驗(yàn)期間,每日按照所有對蝦體質(zhì)量的5%投喂高蛋白配合飼料,每日投喂4次,并根據(jù)飼料有無剩余進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。每日吸污、換水,養(yǎng)殖前期的換水量為10%～20%,后期逐漸增加換水量至20%～30%。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用Excel軟件統(tǒng)計(jì)凡納濱對蝦家系耐熱性參數(shù)。使用SPSS 26.0軟件進(jìn)行單因素方差分析,利用LSD法進(jìn)行家系間耐高溫性狀值的多重比較,P<0.05表示差異的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平,P<0.01表示差異的統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)達(dá)到極顯著水平。

1.4.1 耐高溫性狀指標(biāo)

本試驗(yàn)借鑒在大菱鲆(Scophthalmusmaximus)[17]高溫和日本囊對蝦[11]高溫研究中使用的評定指標(biāo),采用耐熱性(UTT)作為評定耐高溫性狀指標(biāo)。該指標(biāo)不僅消除了在試驗(yàn)過程中各水泥池的升溫速率差異造成相同時(shí)間下各水泥池溫度不相同,進(jìn)而引起凡納濱對蝦在最高溫度(40 ℃)下存活時(shí)間差異的影響,而且能夠更加準(zhǔn)確評定那些在溫度尚未達(dá)到40 ℃就已死亡的個(gè)體。其計(jì)算公式如下:

(1)

式中,t為試驗(yàn)時(shí)間(h),Tt為在t時(shí)對應(yīng)的溫度(℃),T0為試驗(yàn)初始溫度28 ℃,t1為存活時(shí)間(h)。1尾凡納濱對蝦在29 ℃存活12 h,在30 ℃存活12 h之后死亡,UTT=(29-28)×12+(30-28)×12=36 ℃·h。

1.4.2 遺傳參數(shù)估計(jì)

本試驗(yàn)采用ASReml4軟件,通過單性狀動物模型估計(jì)凡納濱對蝦家系耐熱性的方差組分。具體模型如下:

yijk=μ+ai+Tankj+eijk

(2)

式中,yijk為第i尾蝦的耐熱性的觀測值,μ為總體平均值,ai為第i尾蝦的加性遺傳效應(yīng),Tankj為第j個(gè)水池的固定效應(yīng),eijk為第i尾蝦的隨機(jī)殘差。

(3)

(4)

運(yùn)用Z值來檢驗(yàn)遺傳力估計(jì)遺傳力估計(jì)值與0之間是否存在顯著差異,公式如下:

(5)

2 結(jié) 果

2.1 不同家系耐高溫性狀描述統(tǒng)計(jì)

凡納濱對蝦不同家系的耐高溫性狀統(tǒng)計(jì)描述見表2,各家系的耐熱性為782.64～2074.33 ℃·h。單因素方差分析表明,凡納濱對蝦仔蝦耐熱性在家系水平上差異顯著(P<0.05)。各家系的耐熱性標(biāo)準(zhǔn)差差異較大,其中標(biāo)準(zhǔn)差最小的為10465號家系(120.61),最大的為10362號家系(979.30)。10338號家系耐熱性值變異系數(shù)最大,為68%,10465號家系耐熱性值變異系數(shù)最小,為10%。其余家系大多數(shù)為22%～48%。

2.2 不同家系耐高溫性狀方差分析

凡納濱對蝦各家系耐高溫性狀的單因素方差分析結(jié)果見表3,各家系間耐熱性值存在較大差異,F檢驗(yàn)達(dá)到顯著水平(P<0.05)。凡納濱對蝦各家系平均耐熱性的LSD多重比較結(jié)果(圖1)顯示,不同凡納濱對蝦家系間耐熱性值達(dá)到顯著水平(P<0.05)。

圖1 凡納濱對蝦在高溫養(yǎng)殖環(huán)境下各家系平均耐高溫性狀的LSD多重比較Fig.1 Multiple LSD comparison of average heat resistance of Pacific white shrimp L. vannamei in high temperature culture environment in each family

表3 凡納濱對蝦各家系耐高溫性狀的方差分析

2.3 不同家系高溫存活率差異分析

不同高溫時(shí)刻凡納濱對蝦各家系累計(jì)存活率見表4。當(dāng)水溫由28 ℃升至40 ℃時(shí),各家系的累計(jì)存活率為58%～99%,其中10465家系的累計(jì)存活率為99%,10338家系的累計(jì)存活率為58%,差異明顯。

表4 不同高溫時(shí)刻凡納濱對蝦各家系累計(jì)存活率

2.4 凡納濱對蝦幼蝦耐高溫性狀的遺傳參數(shù)評估

凡納濱對蝦幼蝦在高溫養(yǎng)殖環(huán)境下耐高溫性狀的方差組分和遺傳力估計(jì)值見表5。采用狹義單性狀動物模型獲得高溫環(huán)境下耐高溫性狀的轉(zhuǎn)換后遺傳力為0.22±0.05,屬于中等遺傳力(0.2≤h≤0.4)水平。表明凡納濱對蝦幼蝦耐高溫性狀具有較高的遺傳變異水平,遺傳改良的潛力較大。

表5 在高溫養(yǎng)殖環(huán)境下凡納濱對蝦幼蝦耐高溫性狀的方差組分和遺傳力

3 討 論

3.1 凡納濱對蝦家系在高溫環(huán)境下存活率比較

抗逆性狀是指生物對外界因素反應(yīng)的性狀,對蝦的抗逆性狀主要表現(xiàn)為耐鹽、耐冷、耐熱、抗病等性狀[18]。凡納濱對蝦屬于變溫動物,溫度是凡納濱對蝦養(yǎng)殖過程中一個(gè)重要的環(huán)境因子,水溫升高或降低均會影響其生長、發(fā)育和存活[19]。近年來全球變暖的影響逐漸顯著,夏季高溫持續(xù)時(shí)間也有明顯的增幅。因此培育耐高溫凡納濱對蝦新品種成為養(yǎng)殖行業(yè)亟待解決的問題。李東宇等[20]將水溫按照1 ℃/d的速率緩慢降至19 ℃,結(jié)果顯示,2種體質(zhì)量的凡納濱對蝦群體在低溫養(yǎng)殖環(huán)境下生長性能之間存在差異。楊章武等[21]在水溫13.5～19.0 ℃時(shí),對不同交配組合的凡納濱對蝦仔蝦幼體進(jìn)行耐低溫的存活試驗(yàn),結(jié)果顯示:試驗(yàn)24 h時(shí),各組仔蝦幼體的存活率出現(xiàn)顯著差異;試驗(yàn)48 h時(shí),與A群體有關(guān)的子代存活率最高,與D群體有關(guān)的子代存活率最低。程光平等[22]設(shè)置5個(gè)低溫梯度的脅迫試驗(yàn),記錄每尾凡納濱對蝦的死亡歷程,結(jié)果顯示,低溫脅迫時(shí)間越長,凡納濱對蝦的死亡率越顯著。然而有關(guān)凡納濱對蝦耐高溫性狀的相關(guān)指標(biāo)的研究相較于耐低溫性狀的研究還是過少,關(guān)于凡納濱對蝦高溫選育方向的研究仍需發(fā)掘。本試驗(yàn)中,從初始溫度28 ℃,以2 ℃/d的速率緩慢升溫至40 ℃時(shí),各家系的累計(jì)存活率為58%～99%,10465家系的累計(jì)存活率為99%,而10338家系的累計(jì)存活率為58%,差異顯著。10338號家系耐熱性變異系數(shù)最大,為68%;10465號家系耐熱性變異系數(shù)最小,為10%。這表明凡納濱對蝦幼蝦家系在高溫環(huán)境下的各溫度存活率與其家系的耐熱性變異系數(shù)負(fù)相關(guān):耐熱性變異系數(shù)越大高溫存活率越低,耐熱性變異系數(shù)越小高溫存活率越高。并且高溫脅迫時(shí)間越長,凡納濱對蝦幼蝦家系的死亡率越顯著,與上述的低溫脅迫的結(jié)果保持一致性。

3.2 凡納濱對蝦不同家系耐高溫性狀比較

水產(chǎn)動物育種的方法,主要包括系譜選擇、個(gè)體選擇、家系選擇、家系內(nèi)選擇和復(fù)合選擇[23]。家系選育作為主推的方式,已經(jīng)沿用多年[24]。國內(nèi)外水產(chǎn)動物家系選育的研究主要涉及虹鱒(Oncorhynchusmykiss)[25]、大西洋鮭(Salmosalar)[26]、牙鲆(Paralichthysolivaceus)[27]等種類。陳松林等[27]為了培育牙鲆抗病新品種,用鰻弧菌(Vibrioanguillarum)感染59個(gè)牙鲆家系來測定各家系抗病能力的強(qiáng)弱,篩選出17個(gè)抗病力強(qiáng)的家系和6個(gè)抗病力弱的家系。曾凡勇等[28]為篩選凡納濱對蝦耐鹽堿水性能,對61個(gè)凡納濱對蝦家系進(jìn)行氯化物型鹽堿水混合養(yǎng)殖測試,根據(jù)體質(zhì)量和存活率,篩選出17個(gè)絕對質(zhì)量增加率超過0.1 g/d的家系。筆者為選育凡納濱對蝦耐高溫的新品種,對40個(gè)凡納濱對蝦幼蝦家系進(jìn)行高溫脅迫試驗(yàn),根據(jù)耐高溫性狀指標(biāo)計(jì)算出各家系的耐熱性為782.64～2074.33 ℃·h,凡納濱對蝦幼蝦耐熱性在家系水平上差異顯著(P<0.05)。其中耐熱性高于1800 ℃·h的有5個(gè)家系:10401、10364、10345、10361、10359,耐熱性值低于900 ℃·h的有5個(gè)家系:10480、10462、10434、10417、10414。這表明凡納濱對蝦幼蝦家系在夏季高溫養(yǎng)殖下耐熱性、存活率存在明顯差別,具有較大的選育潛力,對凡納濱對蝦夏季耐高溫品系的選育具有重要意義。

3.3 凡納濱對蝦幼蝦耐高溫性狀遺傳力

探究數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律,是選育對蝦優(yōu)良品種的重要手段[29]。對蝦的體長、體質(zhì)量、耐寒、耐熱、抗高氨氮的性狀均屬于數(shù)量性狀[30]。王明珠等[31]利用混合模型對低溫脅迫下中國明對蝦的生長性狀和耐低溫性狀進(jìn)行遺傳力評估,獲得的中國明對蝦耐低溫性狀遺傳力為0.169±0.078,屬于低等遺傳力。而Li等[16]對不同生長溫度下凡納濱對蝦體質(zhì)量和存活率的環(huán)境交互,以及耐低溫性狀遺傳力進(jìn)行估算,計(jì)算出凡納濱對蝦耐低溫遺傳力為0.14±0.09,屬于低等遺傳力。筆者利用單性狀動物模型對凡納濱對蝦幼蝦在高溫養(yǎng)殖環(huán)境下耐高溫性狀進(jìn)行遺傳參數(shù)評估,以耐熱性作為耐高溫性狀指標(biāo),得出遺傳力為0.22±0.05,屬于中等遺傳力。相比于耐低溫性狀本試驗(yàn)所得遺傳力較高,表明凡納濱對蝦耐高溫性狀具有較大的遺傳改良空間,可為下一步的凡納濱對蝦高溫養(yǎng)殖選育工作提供數(shù)據(jù)支持。

4 結(jié) 論

凡納濱對蝦仔蝦家系在高溫養(yǎng)殖下耐熱性、存活率存在明顯差別,使用單性狀動物模型對其耐高溫性狀進(jìn)行遺傳參數(shù)的評估,獲得的遺傳力為0.22±0.05,屬于中等遺傳力。這表明凡納濱對蝦的耐高溫性狀具有較大的選育潛力和遺傳改良空間,可為下一步的凡納濱對蝦高溫養(yǎng)殖選育工作提供數(shù)據(jù)支持。