應(yīng)用遺傳技術(shù)在提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種的品質(zhì)和產(chǎn)量中的作用探討

李亞茹 夏學(xué)敏 景瑞雪

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2024.18.042

隨著全球人口的增長和消費模式的變化，對水產(chǎn)品品質(zhì)和數(shù)量的需求持續(xù)上升。水產(chǎn)養(yǎng)殖作為補(bǔ)充捕撈漁業(yè)并且是滿足日益增長的水產(chǎn)品需求的重要手段，其發(fā)展速度和產(chǎn)量均有顯著提升。然而，傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方法在品質(zhì)提升和產(chǎn)量增加受阻，利用現(xiàn)代遺傳技術(shù)來提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種的品質(zhì)和產(chǎn)量，可以有效解決這一問題，以滿足市場的需求。遺傳技術(shù)的應(yīng)用使得我們能夠在分子水平上理解物種的遺傳特征，精確地操控基因以改善經(jīng)濟(jì)性狀，從而加速養(yǎng)殖品種的改良進(jìn)程。通過這些技術(shù)，我們不僅能夠提高生長速度和繁殖能力，還能增強(qiáng)抗病性和適應(yīng)性，優(yōu)化肉質(zhì)和營養(yǎng)組成，最終實現(xiàn)生產(chǎn)效率的提升和產(chǎn)品質(zhì)量的改進(jìn)。在此背景下，本文將探討如何利用遺傳技術(shù)提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種的品質(zhì)和產(chǎn)量。

水產(chǎn)養(yǎng)殖作為滿足全球水產(chǎn)品需求的重要途徑，其養(yǎng)殖效率和產(chǎn)品質(zhì)量直接影響著食品供應(yīng)的安全性和可持續(xù)性。傳統(tǒng)的養(yǎng)殖方法在面對疾病管理、環(huán)境變化和市場競爭時遭遇了瓶頸。為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，遺傳技術(shù)的應(yīng)用成為了養(yǎng)殖業(yè)創(chuàng)新的關(guān)鍵。遺傳技術(shù)包括一系列從基因水平到整體基因組水平的技術(shù)，它們允許以精確度和速度改善養(yǎng)殖品種的性狀。

一、水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀

水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)作為全球食品產(chǎn)業(yè)鏈的重要組成部分，近年來得到了迅速的發(fā)展。隨著人口增長、收入水平提高以及消費者對健康食品需求的增加，水產(chǎn)品的需求呈現(xiàn)出持續(xù)上升的趨勢。這促使水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)不斷擴(kuò)張，技術(shù)創(chuàng)新和可持續(xù)發(fā)展成為行業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵。在技術(shù)創(chuàng)新方面，遺傳技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控和智能管理等現(xiàn)代技術(shù)被廣泛應(yīng)用。這些技術(shù)不僅提高了水產(chǎn)養(yǎng)殖效率和產(chǎn)量，還提升了水產(chǎn)品的品質(zhì)和安全性。例如，通過基因編輯技術(shù)，可以培育出抗病性更強(qiáng)、生長速度更快的養(yǎng)殖品種，從而提高生產(chǎn)效益。市場需求的變化也對水產(chǎn)養(yǎng)殖行業(yè)產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響。消費者對水產(chǎn)品的品質(zhì)、安全和可追溯性的要求越來越高，這促使養(yǎng)殖企業(yè)加強(qiáng)質(zhì)量控制和產(chǎn)品認(rèn)證。

二、水產(chǎn)養(yǎng)殖中物種品質(zhì)與產(chǎn)量問題

1、水產(chǎn)養(yǎng)殖生長速度與體型問題

在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，物種的生長速度和體型是決定經(jīng)濟(jì)效益的關(guān)鍵因素。然而，許多養(yǎng)殖物種面臨著生長速度慢和體型小的問題。這是由于遺傳、環(huán)境、飼料質(zhì)量等多種因素的影響。遺傳因素對生長速度和體型有著重要影響，一些品種的基因決定了它們的生長速度和最大體型。如果這些品種沒有得到有效的改良，那么它們的生長速度和體型可能會受到限制。此外，近親繁殖也可能導(dǎo)致生長速度下降和體型縮小。環(huán)境因素也會影響生長速度和體型，例如，水質(zhì)、溫度、光照等環(huán)境條件都會影響魚類的生長。如果這些條件不適宜，那么魚類的生長速度可能會減慢，體型也可能變小。除了遺傳、環(huán)境，還有飼料質(zhì)量和投喂策略也會影響生長速度和體型。如果飼料的營養(yǎng)成分不足，或者投喂策略不合理，那么魚類的生長速度可能會受到影響。

2、水產(chǎn)養(yǎng)殖繁殖問題

繁殖問題對物種的品質(zhì)和產(chǎn)量有著直接的影響，一方面，性成熟晚或不一致性成熟會導(dǎo)致養(yǎng)殖周期的延長，影響年養(yǎng)殖次數(shù)，從而減少年度產(chǎn)量。例如，如果部分個體在預(yù)期時間內(nèi)沒有達(dá)到性成熟，那么整個群體的繁殖計劃都會受到影響，導(dǎo)致產(chǎn)卵、孵化等后續(xù)步驟推遲執(zhí)行。另一方面，產(chǎn)卵量少通常與親魚的健康狀況、營養(yǎng)狀況以及環(huán)境條件有關(guān)。營養(yǎng)不良會直接影響親魚的繁殖能力，導(dǎo)致產(chǎn)卵量下降。不適宜的水溫、pH值、溶解氧含量等水質(zhì)參數(shù)都可能對產(chǎn)卵行為產(chǎn)生負(fù)面影響。還有疾病也是導(dǎo)致繁殖效率低下的一個重要因素。病原體如細(xì)菌、病毒或寄生蟲的存在會導(dǎo)致生殖系統(tǒng)受損，影響繁殖性能。

3、水產(chǎn)養(yǎng)殖遺傳多樣性喪失問題

這一問題通常源于有效種群大小減小、繁殖群體的遺傳基礎(chǔ)狹窄以及人工選擇過程中的遺傳漂變等因素。當(dāng)養(yǎng)殖種群的有效大小受限時，即實際參與繁殖的個體數(shù)量較少，這導(dǎo)致基因庫中的遺傳變異度降低，進(jìn)而減少種群適應(yīng)環(huán)境變化的能力。例如，對具有高經(jīng)濟(jì)價值的品種進(jìn)行密集養(yǎng)殖，而忽視了維持遺傳多樣性的重要性，會導(dǎo)致這些品種在面對疾病、環(huán)境壓力或市場需求變化時缺乏必要的適應(yīng)性。由于養(yǎng)殖者傾向于使用少數(shù)被認(rèn)為性能優(yōu)良的親魚進(jìn)行大量繁殖，這種做法雖短期內(nèi)能夠提高特定性狀的表現(xiàn)，但長期來看會加劇近交程度，縮小遺傳基礎(chǔ)，最終導(dǎo)致遺傳多樣性的進(jìn)一步下降。這種近交衰退現(xiàn)象會導(dǎo)致生殖力降低、疾病易感性增加和生長性能下降等一系列問題。

三、影響水產(chǎn)養(yǎng)殖物種的品質(zhì)和產(chǎn)量的因素

1、水產(chǎn)養(yǎng)殖遺傳因素

在水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)，遺傳特性對于決定物種的品質(zhì)和產(chǎn)量具有基礎(chǔ)性的影響。品質(zhì)方面，遺傳因子決定了水產(chǎn)品的肉質(zhì)、風(fēng)味、營養(yǎng)價值以及外觀特征等。例如，不同品種的魚類其肉質(zhì)的脂肪含量、肌纖維細(xì)膩程度和脂肪酸組成可能截然不同，這直接關(guān)系到消費者的口感體驗和產(chǎn)品市場價值。產(chǎn)量方面，遺傳因素影響生長率、繁殖能力、抗逆性和適應(yīng)性等關(guān)鍵生物學(xué)特征。選育出生長速度快、繁殖力高和抗病力強(qiáng)的品種是提升產(chǎn)量的有效途徑。此外，遺傳多樣性也是一個重要因素，一個基因多樣性豐富的種群更能應(yīng)對環(huán)境變化和疾病挑戰(zhàn)，從而有助于維持穩(wěn)定的產(chǎn)量。因此，持續(xù)的遺傳改良和合理的遺傳資源管理對于提高品質(zhì)和增加產(chǎn)量至關(guān)重要。

2、水產(chǎn)養(yǎng)殖技術(shù)

先進(jìn)的養(yǎng)殖技術(shù)涵蓋了水質(zhì)管理、飼料與營養(yǎng)、疾病控制、環(huán)境系統(tǒng)設(shè)計等多個方面。良好的水質(zhì)條件為水生動物提供了健康的生活環(huán)境，降低了由于水質(zhì)不良導(dǎo)致的疾病和死亡。精準(zhǔn)的飼料配比和投喂技術(shù)能夠最大化飼料效率，促進(jìn)健康快速的生長。合理的養(yǎng)殖周期安排以及適宜的生態(tài)環(huán)境構(gòu)建也屬于高效養(yǎng)殖技術(shù)的范疇。這些措施有助于防止過度密集導(dǎo)致的應(yīng)激反應(yīng)和水質(zhì)惡化，同時增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)能力，降低對外界投入品（如藥物和化學(xué)品）的依賴。隨著科技的進(jìn)步，自動化和信息化技術(shù)的應(yīng)用也在養(yǎng)殖領(lǐng)域發(fā)揮著日益重要的作用，提高了操作的準(zhǔn)確性和管理的便捷性，進(jìn)一步提升了生產(chǎn)效率和產(chǎn)品一致性。

3、水產(chǎn)養(yǎng)殖健康管理

全面的健康管理包括定期的疾病監(jiān)測、有效的免疫策略、嚴(yán)格的衛(wèi)生和消毒程序，以及及時的病害防治措施。定期的健康檢查和疾病監(jiān)控能夠及時發(fā)現(xiàn)并控制疾病的暴發(fā)，減少損失。有效的疫苗接種和免疫增強(qiáng)劑的使用可以提高種群的整體抗病力。嚴(yán)格的養(yǎng)殖場衛(wèi)生管理和進(jìn)出車輛、器具的消毒工作能夠有效阻斷病原體的傳播途徑。除了防控疾病，還需避免由于高密度養(yǎng)殖、惡劣的環(huán)境條件或不恰當(dāng)?shù)牟僮髟斐傻膲毫蛽p傷。

四、遺傳技術(shù)在提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種品質(zhì)和產(chǎn)量中的作用

遺傳技術(shù)在提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種品質(zhì)和產(chǎn)量中扮演著重要的角色。通過應(yīng)用分子標(biāo)記輔助選育、基因組選擇、基因編輯等先進(jìn)技術(shù)，我們能夠精確地識別與經(jīng)濟(jì)性狀相關(guān)聯(lián)的遺傳標(biāo)記，從而選擇具有優(yōu)良性狀的個體進(jìn)行繁育。這些性狀包括快速增長、高生存率、優(yōu)良的肉質(zhì)或特殊的營養(yǎng)價值，以及更強(qiáng)的抗病和環(huán)境適應(yīng)能力。例如，利用分子標(biāo)記輔助選育技術(shù)可以跟蹤特定基因或者數(shù)量性狀位點（QTL），在不改變其他部分基因組的情況下，增強(qiáng)特定性狀的表現(xiàn)。這種方法比傳統(tǒng)的表型選擇更加高效，因為它不受環(huán)境變化的影響，且能夠在動物尚未表現(xiàn)出其表型特征時就進(jìn)行準(zhǔn)確選擇?；蚪M選擇則采用全基因組信息，通過估計每個基因的效應(yīng)來預(yù)測個體的育種值，允許同時對多個性狀進(jìn)行改良。這種技術(shù)特別適合于那些難以測量或表現(xiàn)較晚的性狀，比如生長速度、繁殖性能和抗病性，從而加速了遺傳進(jìn)展并提高了選擇的準(zhǔn)確性。此外，隨著CRISPR-Cas9等基因編輯技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在能夠直接在生物的基因組上做出精確的修改。這意味著可以針對性地改善或插入有利的性狀，甚至可以消除那些不利的遺傳缺陷?；蚓庉嫾夹g(shù)的應(yīng)用潛力巨大，不僅可以創(chuàng)造出品質(zhì)更好、產(chǎn)量更高的養(yǎng)殖品種，還能開發(fā)出更適合特定養(yǎng)殖環(huán)境或者具有更強(qiáng)適應(yīng)性的品種。

五、遺傳技術(shù)在提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種品質(zhì)和產(chǎn)量中的應(yīng)用

1、分子標(biāo)記輔助選育

分子標(biāo)記輔助選育（Marker-Assisted Selection， MAS）利用DNA分子標(biāo)記來追蹤那些與期望性狀相關(guān)聯(lián)的基因或數(shù)量性狀位點（QTLs）。通過這種方式，選育過程可以更加精確和高效，顯著縮短了傳統(tǒng)選育程序所需的時間。在實踐中，MAS的實施涉及幾個關(guān)鍵步驟。首先需要識別與目標(biāo)性狀關(guān)聯(lián)的分子標(biāo)記，這通常通過數(shù)量遺傳學(xué)研究完成，研究者會在具有已知表型性狀的群體中掃描基因組以尋找統(tǒng)計上與這些性狀相關(guān)的標(biāo)記。例如，在對生長速度進(jìn)行選育的項目中，研究人員會尋找與快速生長個體關(guān)聯(lián)的特定DNA片段。一旦確定了這些分子標(biāo)記，下一步就是開發(fā)能夠檢測這些標(biāo)記的診斷工具，如PCR測試。然后，在實際的育種計劃中，這些工具被用來篩選幼魚或其他生殖階段的個體，確保僅選擇那些帶有目標(biāo)性狀標(biāo)記的個體進(jìn)行繁殖。這種方法不僅增加了所選性狀的育種響應(yīng)，而且還允許同時針對多個性狀進(jìn)行選擇，提高了整體的選育效率。MAS的優(yōu)勢在于它減少了基于表型的選擇所帶來的不確定性，因為表型受環(huán)境影響較大，而分子標(biāo)記則直接反映了遺傳因素。MAS還可以幫助避免由于近親交配而引起的遺傳多樣性喪失，因為它允許更精確地管理種群的遺傳結(jié)構(gòu)。在水產(chǎn)養(yǎng)殖中，MAS已被成功應(yīng)用于多種物種的品質(zhì)和產(chǎn)量改良，包括提高抗病性、增強(qiáng)耐寒能力、提升生長率和改善肉質(zhì)等。通過精心選擇攜帶有利基因的個體作為下一代的種群，養(yǎng)殖者能夠有效地提升整個群體的平均性能，同時保持或甚至增加遺傳變異性，為未來的選擇提供原材料。

2、基因編輯技術(shù)

基因編輯技術(shù)能夠精準(zhǔn)、高效地對養(yǎng)殖物種的基因組進(jìn)行特定基因的修飾。這一技術(shù)以其實用性高、操作相對簡便、準(zhǔn)確性強(qiáng)的特點，在水產(chǎn)養(yǎng)殖領(lǐng)域得到了廣泛的關(guān)注和應(yīng)用。具體來說，基因編輯技術(shù)中的CRISPR-Cas9系統(tǒng)是目前應(yīng)用最為廣泛的一種方法。它可以通過簡單的設(shè)計，針對特定的基因序列，引導(dǎo)Cas9蛋白進(jìn)行精確的切割，從而實現(xiàn)對目標(biāo)基因的敲除或敲入。這種技術(shù)的運(yùn)用可以針對性地改良養(yǎng)殖品種的生長速度、耐寒耐熱性等性狀，從而提高品質(zhì)和產(chǎn)量。在實際的水產(chǎn)養(yǎng)殖中，利用CRISPR-Cas9技術(shù)成功實現(xiàn)了對某些魚類如青魚、草魚等生長相關(guān)基因的編輯，使得這些魚類的生長速度得到了顯著提升。同時，通過對某些抗病相關(guān)基因的編輯，增強(qiáng)了養(yǎng)殖魚類對疾病的抵抗力，降低了疾病暴發(fā)的風(fēng)險，進(jìn)而提高了養(yǎng)殖的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益。基因編輯技術(shù)還可以用于改善水產(chǎn)品的品質(zhì)。例如，通過編輯與肉質(zhì)相關(guān)的基因，可以增加肌肉含量、改善口感等，滿足市場對高品質(zhì)水產(chǎn)品的需求。

3、轉(zhuǎn)基因技術(shù)

轉(zhuǎn)基因技術(shù)允許直接修改特定物種的基因組，以此提高其品質(zhì)和產(chǎn)量。這種技術(shù)的實用性體現(xiàn)在其能夠引入新的性狀或改善已有性狀，而這些都是通過傳統(tǒng)選育方法難以實現(xiàn)的。一個實際的例子是轉(zhuǎn)基因三文魚（AquAdvantage Salmon），這是第一種被美國食品藥品監(jiān)督管理局（FDA）批準(zhǔn)用于食用的轉(zhuǎn)基因動物。這種三文魚通過轉(zhuǎn)基因技術(shù)插入了一個奇努克鮭魚的生長激素基因和一個大洋鱈魚的抗凍蛋白基因，使其生長速度顯著加快，并且能夠在較低的水溫下生存，這樣就擴(kuò)大了養(yǎng)殖的地理范圍并減少了對環(huán)境條件的依賴。轉(zhuǎn)基因技術(shù)可以改善水產(chǎn)品的營養(yǎng)價值，例如通過增加Omega-3脂肪酸的含量來增強(qiáng)魚類油的健康益處。這可以通過將某些微生物中與Omega-3脂肪酸生物合成相關(guān)的基因轉(zhuǎn)移到魚類中來實現(xiàn)。

4、基因組選擇技術(shù)

與傳統(tǒng)的選擇方法依賴于表型數(shù)據(jù)或少數(shù)分子標(biāo)記不同，基因組選擇利用高通量測序技術(shù)測量成千上萬的遺傳標(biāo)記，覆蓋整個基因組，從而精確預(yù)測個體的遺傳價值。在具體應(yīng)用中，首先需要建立一個參考群體，該群體中的個體被深度測序并評估其表型性狀，如生長率、肉質(zhì)或抗病性。然后，通過統(tǒng)計模型分析這些標(biāo)記與性狀表現(xiàn)之間的關(guān)聯(lián)性，創(chuàng)建所謂的“基因組估計的育種值”（Genomic Estimated Breeding Value， GEBV）。這一步驟涉及復(fù)雜的算法，如基因組最佳線性無偏預(yù)測（GBLUP）或其他更先進(jìn)的方法，以考慮所有的標(biāo)記效應(yīng)及其相互作用。一旦建立了預(yù)測模型，就可以對沒有表型數(shù)據(jù)的個體進(jìn)行基因組選擇。只需對其進(jìn)行基因分型，即可根據(jù)參考群體的數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確地預(yù)測其育種值。這極大地加快了選育進(jìn)展，因為不再需要等待個體表現(xiàn)出其表型性狀，特別是在性狀難以測量或需等到晚期才能測量的情況下。例如，在魚類養(yǎng)殖中，一些重要的經(jīng)濟(jì)性狀如生長速度和疾病抵抗力，通常需要等到養(yǎng)殖周期后期才能準(zhǔn)確評估。使用基因組選擇，可以在魚苗階段就預(yù)測出哪些個體將成為最佳的種魚，提前作出決策，從而縮短世代間隔和提高選育效率。基因組選擇可以節(jié)省資源，并且可以同時針對多個性狀進(jìn)行選擇，即使是那些負(fù)相關(guān)的性狀也能夠得到有效改良。這種方法的應(yīng)用也減少了對極端環(huán)境條件的依賴，因為在進(jìn)行遺傳評估時不需要將個體暴露于特定的壓力條件下來觀察其表型反應(yīng)。

總結(jié)而言，遺傳技術(shù)在提高水產(chǎn)養(yǎng)殖物種品質(zhì)和產(chǎn)量方面展現(xiàn)出顯著的潛力。通過基因編輯、分子標(biāo)記輔助選育和全面的基因組選擇，我們已經(jīng)能夠在多個層面改善水生動物的經(jīng)濟(jì)性狀。這些技術(shù)不僅為養(yǎng)殖業(yè)者提供了強(qiáng)大的工具，也為全球食品安全和可持續(xù)性做出了貢獻(xiàn)。然而，隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步，我們必須確保遺傳技術(shù)的應(yīng)用是在嚴(yán)格監(jiān)管和負(fù)責(zé)任的框架內(nèi)進(jìn)行，以保護(hù)環(huán)境和消費者的權(quán)益。未來的努力應(yīng)當(dāng)集中在提高公眾對遺傳技術(shù)潛在價值的認(rèn)識，同時確保這些技術(shù)的安全性、有效性和透明度。通過科學(xué)界、產(chǎn)業(yè)界和監(jiān)管機(jī)構(gòu)的共同努力，有望實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)的持續(xù)繁榮和進(jìn)步。

（作者單位：1.272600山東省濟(jì)寧市梁山縣水產(chǎn)事業(yè)發(fā)展中心;2.272600山東省梁山縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局）