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我所海水养殖和遗传育种高新技术研究的成就与展望

王清印
(中国水产科学研究院黄海水产研究所)

      60年一个甲子。在历史的长河中一个甲子只是转瞬之间,但对于一个研究所来说,一个甲子的发展意味着成熟、成功和辉煌。在隆重庆祝黄海水产研究所建所60周年的喜庆日子里,回顾建所以来走过的风雨历程,重温老一辈创造的辉煌业绩,总结新一代取得的突出成就,展望新时期描绘的美好愿景,不由心潮起伏,感慨万千。本文试图对我所水产养殖学科、特别是水产生物遗传育种和新品种开发高新技术方面的研究进展做一简要回顾,尽管挂一漏万,但意在回眸过去,展望未来,缅怀前人,激励来者,为推动新时期黄海所的全面发展做出更大的贡献。

一、海水养殖技术研究成绩斐然

      做为我国成立最早的综合性海洋水产科研机构,黄海水产研究所一直十分重视水产高新技术的研究和开发,特别是在水产养殖新品种的开发和培育,研究和开发新的养殖技术,引领产业的发展和进步,为发展我国的海洋水产事业做出了突出贡献。

(一)藻类养殖技术研究

      海带(Laminaria japonica)养殖技术研究。共和国成立之初,我所朱树屏等老一辈科技工作者就开始了对海带生长周期、孢子囊形成和采孢子方法的探索性研究。1951年,朱树屏等把海带从烟台移植到青岛海区养殖成功,奠定了青岛海带养殖生产的基础。翌年又进行了贫区与肥区养殖比较试验,肯定了海区营养盐含量,尤其是氮素的含量对海带生长的决定性影响。1953~1955年,朱树屏等进行了海带施肥养殖的研究,从理论与方法上解决了北方沿海广大贫瘠海区商品海带养殖的技术问题。为把海带养殖扩大到东南沿海,1956~1957年,黄海水产研究所朱树屏等与中科院海洋所、浙江省海洋水产研究所等单位合作,开展了海带南移养殖试验,探讨了浙江近海海况特点与养殖商品海带的规律。海带南移养殖的成功,使海带养殖从北方的辽宁、山东沿海向南扩大到浙江、福建沿海。长江以南海域营养盐丰富,弥补了水温偏高海带生长适温期短的缺陷。由此,海带养殖面积得以迅速扩大。海带养殖生产的迅速发展,对苗种的需求量猛增,成为发展海带生产的制约因素。1957~1958年,黄海水产研究所朱树屏等研究的海带自然光育苗法取得成功,为海带苗种培育提供了全新的技术方法。该技术推广以后成为培育海带夏苗的唯一生产方式。我国沿海北起辽宁南至福建,都建立了海带自然光育苗厂,保证了海带养殖生产苗种的需要。海带自然光育苗技术的研究成功是中国海带养殖史上具有重大意义的科研成果,l978年获全国科学大会奖,国家科委颁发创造发明记录登记。

      紫菜养殖技术研究。1964~1969年,在国家科委和水产部的领导下,由朱树屏等主持、国内14个单位参加的“福建紫菜歼灭战”项目,进行坛紫菜(Porphyra haitanensis)人工养殖技术攻关,历时5年,为中国紫菜人工养殖开创了新局面。该攻关项目一方面总结中国藻农创造的“菜坛养殖”经验,通过实地考查,搞清了菜坛的孢子来源、出现季节和数量分布、潮位,早、中、晚坛紫菜生长的差异等;另一方面集中力量开展紫菜人工养殖技术的研究。通过对丝状体形态和实验生态学的系统研究,掌握了坛紫菜丝状体生长,壳孢子成熟、放散所需的温度、光照、营养条件,为丝状体大面积人工育苗奠定了科学基础。通过半人工采苗和全人工采苗技术的研究,掌握了壳孢子放散和附着的规律,尤其是下海刺激对坛紫菜丝状体大量集中放散壳孢子具有特殊效应。采苗和育苗方法的解决为在福建沿海普及坛紫菜人工养殖提供了一整套技术。这项研究成果荣获1978年全国科学大会奖。

      20世纪70年代初,刘恬敬等在江苏启东吕泗低盐海区进行条斑紫菜(Porphyra yezoensis)人工育苗和养殖试验获得成功。1977~1978年,在群众生产经验的基础上,为提高养殖技术水平和产量进行了防治病烂与大面积高产试验,探讨了与高产有关的壳孢子采苗时间、密度、筏架设置与放养密度等因子的各种试验。70年代末至80年代初,对条斑紫菜自由丝状体的营养、光照、接种密度、壳孢子成熟与放散以及采壳孢子的方法进行了系统的研究。“条斑紫菜大面积高产养殖技术”1980年获国家科委、农委技术推广奖。巨藻是刘恬敬等于1978年从墨西哥引进我国的一种新的海藻资源。分别在实验生态、人工育苗和筏式养殖技术,以及巨藻在鲍鱼养殖和巨藻粉作为蛋鸡、奶牛饲料添加剂等中的应用进行了研究,取得了一系列成果。巨藻保种技术采用将分离出的单个雌、雄配子体进行培养,建立单克隆无性繁殖系,在适宜条件下进行保存,解决了巨藻藻种长期保存的难题。

(二)对虾养殖技术研究

      黄海所在对虾育苗和养殖技术方面的研究成果曾在我国海水养殖史上写下辉煌的篇章。早在上世纪50年代就对中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)的繁殖和发育进行研究,并开展系统地以实用生产技术为目的的育苗和养殖技术的研究工作。1959年,在天津北塘蛏头沽的土池中首获人工培育虾苗并养殖成功。同年冬季进行了亲虾人工越冬,促使其提前成熟产卵并育出虾苗。1960年,在日照石臼所水产实验场采用室内水泥池、室外土池及孵化箱育苗均获成功。与此同时,进一步研究了对虾的生殖习性、性腺发育规律、对虾胚胎发育以及同环境条件的关系等,取得了“对虾发育条件及苗种的人工培育”研究成果,并于1964年10月列入国家科委的成果公报。养殖方式也从最初的港湾粗养逐步发展为小水面精养。1965年,赵法箴发表“对虾幼体发育形态”一文,系统描述了中国对虾幼体的发生,为开展幼体培育工作奠定了理论基础。1967~1969年获得大面积育苗成功,确立了一套室外土池育苗法。1967年,开始推广对虾养殖示范试验结果,取得小面积以及中、大型水面养殖试验的成功。同时提出了繁殖基础饵料的技术方法、低值贝类等自然饵料的开发利用及投喂人工饵料的综合饵料措施。该成果1978年获全国科学大会奖。

      到1978年,我国的对虾养殖业已开始形成规模。1979年原国家水产总局开始推广对虾育苗和养殖的研究成果,全国沿海掀起大规模的对虾养殖热潮。在系统开展对虾工厂化育苗工艺的研究基础上,于1979年末向国家提出申报并于1980年开始承担国家攻关项目“对虾工厂化育苗技术的研究”。经过不懈的努力和协作攻关,赵法箴及其合作专家群体共同开发确立了从亲虾培育、产卵孵化、幼体发育到育成虾苗全过程的技术和设施,研究出一套高效、稳定,可以有计划、大批量生产苗种的对虾工厂化全人工育苗技术。从而不仅满足了养殖生产所需苗种,使我国养虾业由原来主要依靠天然苗的小规模半人工养殖,进入到大规模全人工养殖时期,而且还为中国对虾放流、增殖对虾资源提供了所需苗种。由于苗种有了保证,有力地促进了我国对虾增养殖业的大发展,取得了显著的经济效益和社会效益。该项成果于1985年获国家科技进步一等奖,1988年获世界知识产权组织特别奖金奖。

      在对虾的增殖放流研究方面,随着对虾工厂化育苗技术的研究成功,为人工放流虾苗增殖对虾资源提供了可靠的苗种来源。1981年首先进行了中国对虾苗种的中间培育、苗种标志方法、放流增殖技术和生产性放流等试验,均取得良好成果,为促进我国对虾的大规模放流增殖起到了积极作用。

      20世纪90年代中期以来,针对我国对虾养殖业面临的形势和挑战,我所的对虾研究学科及时调整了研究的重点和发展战略。在国家“973”、“863”、科技攻关、“948”、农业科技跨越计划以及一批省部级重点课题的支持下,对养殖对虾新品种(品系)选育、无特定病原(SPF)对虾苗种培育、疾病控制及健康养殖、安全用药和清洁生产、主要病原的诊断与检测、免疫增强剂开发等方面进行了系统研究,形成了配套的技术体系。该系列研究成果包括:培育出我国第一个人工选育海水养殖动物新品种“黄海1号”中国对虾,发明了中国对虾无白斑综合症病毒(WSSV)苗种及抗WSSV种群选育技术、对虾暴发性流行病检测试剂盒及检测方法、以肽聚糖制剂为主的预防对虾病害免疫增强技术、中国对虾三种健康养殖新模式和中国对虾种质鉴定的微卫星标记检测技术等一系列配套技术。已获国家发明专利授权7项,分别为:对虾流行病病原检测试剂盒及其检测方法、非特异性免疫激活剂的制备方法、对虾胚胎白斑综合症病毒脱毒方法、无白斑综合症病毒对虾苗种生产技术、半地下池保温大棚对虾养殖方法、中国对虾S33微卫星标记的检测技术、中国对虾B683微卫星标记的检测技术。

该系列研究成果的主要技术经济指标包括:

(1)“黄海1号”中国对虾新品种具有生长快等优良性状,同比体长比未选育群体平均增长840%,体重增长2686%;养殖成功率超过90%;

(2)建立了中国对虾无WSSV苗种及抗WSSV种群选育技术;

(3)发明了4种对虾暴发病诊断及病原检测技术,包括T-E染色快速诊断法、单抗ELISA检测技术、核酸探针点杂交检测试剂盒、核酸探针-PCR检测技术。

(4)建立了以肽聚糖制剂为主的对虾免疫增强技术,具有良好的抗病毒和细菌感染作用;平均提高对虾培苗成活率18%,提高养殖期生长率15%,提高存活率25%。

(5)建立了中国对虾三种健康养殖新模式,能有效控制对虾暴发性流行病,使对虾养殖成功率达到70%以上。


(6)在构建中国对虾部分基因组文库基础上,建立了微卫星检测技术,可用于对虾群体的遗传背景分析,使系谱认证的个体识别率达到100%。上述研究成果标志着我所在对虾研究领域继续保持着国内领先的地位和水平。

(三)贝类养殖技术研究

      贝类养殖是我国传统的海水养殖项目,在海水养殖业中占有十分重要的地位。早在20世纪50年代,我所水产科技工作者就开展了“缢蛏半人工采苗中附着期的预报”研究,对缢蛏繁殖习性和幼贝变态附着与环境条件的关系等作了长期观察,根据缢蛏生殖腺的发育、精卵的排放、幼体发育变态、数量变动等与水温的关系,预测幼体附着变态期,发布平畦预报,及时进行附苗生产操作,为进行半人工采苗提供了科学依据。根据相同原理进行牡蛎附苗,也收到了很好的结果。这一研究结果在1965年被国家科委列为科技成果,获国家科委、农委推广奖。

      20世纪70年代以后,开展了贻贝人工育苗与养殖技术的研究及攻关。经过几年的艰苦努力,创建了生产规模的贻贝育苗技术,建立了完整的人工育苗与养殖技术体系。之后又解决了贻贝的半人工采苗技术,创建了贻贝自然采苗技术,加速了贻贝养殖业的发展。直到70年代中、后期,贻贝养殖一度成为当时我国海水养殖的支柱产业之一。该成果1978年获山东省科学大会奖。

      在腹足类软体动物中,人工育苗和养殖技术研究最为成功的当属鲍鱼。20世纪80年代初,聂宗庆等先后开展了皱纹盘鲍苗种培育、幼鲍越冬与配合饵料技术的研究。在掌握了鲍鱼发育与光照周期、温度、盐度、营养等关系的基础上,摸清了鲍鱼苗种最佳培育条件。在总面积为164 m2的16个水池中共育出幼鲍49万只、平均密度为2900只/m2,其中壳长 8毫米的幼鲍占667%,超过了全国鲍鱼、海参攻关协作会议规定指标(1981~1985年)。在解决幼鲍越冬存活率较低的问题时,通过采用海水循环升温的操作工艺和综合措施, 使幼鲍在室内安全越冬,存活率达到 65%。研制成功幼鲍高效片状饵料,在24℃水温下浸泡与充气试验24小时保形率为82%,48小时为80%。饲喂效果超出自然饵料,优于日本产的配合饵料。

      20世纪80年代中后期至90年代,我所的科技人员对扇贝、菲律宾蛤仔、牡蛎的苗种培育与养殖技术进行了系统研究。摸清了胶州湾及山东半岛沿海蛤仔的两个繁殖期,确定了播养苗种的规格、时间、水温条件,形成了护滩、播苗、移养轮捕和除害等增值措施。1990年前后开展了黄海深水贝类魁蚶资源增值的试验研究,完成了魁蚶人工生产性育苗技术,中间暂养及底播增值放流以及增殖生物学等研究工作,为我国近海渔业农牧化提供了新的品种。

(四)鱼类养殖技术研究


      我所对海水鱼类养殖技术的研究,注重了从亲鱼培育、性腺促熟、人工受精、幼体培育、成体养殖到营养、饲料等配套技术的开发,一直在引领着我国北方乃至全国的海水鱼类养殖业的发展和技术进步。在我所科技人员的努力下,先后共有20多种海水鱼类的人工培苗获得成功,推动了池塘、网箱和室内工厂化养鱼事业的发展。

      从20世纪50年代开始就对梭鱼人工繁殖技术进行研究,首先对黄渤海区的梭鱼繁殖习性进行了详细调查,之后对港养和池养梭鱼的性腺发育进行了观察研究,取得了大量梭鱼繁殖生物学和生态学资料。到20世纪60年代初,在山东日照石臼所的黄海水产研究所基地,取得梭鱼繁殖孵化成功,为全面攻克梭鱼人工繁殖打下了良好的理论和技术基础。此后,我所科技人员先后开展了真鲷、黑鲷、红鳍东方魨、假睛东方魨、牙鲆、黄姑鱼等多种经济鱼类的人工繁殖技术研究,为我国海水鱼类养殖业的发展做出了重要贡献。

      我国的海水鱼类工厂化育苗技术在20世纪80年代得以逐步完善。1987年雷霁霖等在天津进行的黄姑鱼育苗量达到56万尾。在广东省大亚湾进行的真鲷冬季育苗亲鱼催产和利用水温上升期加速鱼苗生长两方面的研究均获成功,并开创了“北卵南运”育苗的先例。进入20世纪90年代以来,黄海水产研究所在国内首先突破了红鳍东方魨工厂化育苗的技术关键。利用小麦岛中日合作项目的先进技术与设施,进行真鲷工厂化育苗,连续4年育苗量均达百万尾以上,育苗成活率达60%以上,为当时国际先进水平。

      为了解决北方沿海冬季水温低、适宜鱼类养殖的季节较短的矛盾,产业部门采取了许多有效措施,千方百计发展养鱼事业。如黄岛电厂、威海电厂、大连华能电厂等都建起大规模的养鱼场,利用发电冷却水开展海水鱼类的苗种越冬和养殖;黄岛电厂把工厂化养鱼和网箱养殖相结合,冬季把鱼种移入室内用电厂冷却水进行养殖,其它季节则开展网箱养殖。河北省唐海县积极发展国际市场上畅销的高产值、高创汇、高附加值名优特品种养殖。从1995年开始养殖红鳍东方鲀,并立足高起点,向规模化、产业化发展,并建起了具有供热、充氧等设施的较现代化的温室大棚,满足冬季鱼类生长的需要,成为我国最大的红鳍东方鲀养殖基地。

      黄海所在海水鱼类引种及养殖技术研究方面发挥了显著作用。雷霁霖等1992年从英国引进大菱鲆(Scophthalmus maximus),经过几年的研究和探索,已掌握从亲鱼的促熟、产卵、受精、孵化到幼鱼培育的全套技术,1999年培育出50多万尾鱼苗,2001年培育苗种的数量100万尾以上。开发出利用地下水温常年保持在14~15℃的特点,采用打井抽取地下海水养殖大菱鲆的技术。大菱鲆的引种和养殖技术的推广,在全国范围内形成了年产值达数十亿元的大菱鲆养殖业,产生了巨大的经济效益和社会效益,成为国际上鱼类引种成功的范例。该项研究成果获2001年国家科技进步二等奖。

(五)其它海产动物的养殖技术研究


      海参养殖技术。70年代初,张煜等在青岛崂山研究刺参的人工育苗和增殖。到80年代,海参的育苗和增养殖技术研究已取得较大进展,编写了“刺参人工育苗操作规范”。1987年,黄海水产研究所在蓬莱马戈庄进行刺参育苗试验,每立方米育苗水体平均出苗量达到16万头,最高达23万头,创当时最高水平。90年代以来,刘永宏等研究阐明了刺参的夏眠机制,突破了养殖刺参夏季休眠不生长的难题,推动了刺参工厂化养殖的发展。现在,海参养殖已经成为北方沿海人工养殖和增殖的热点种类。

二、水产遗传育种研究硕果累累

(一)藻类遗传育种的研究


      海带新品种的培育在发展养殖生产中发挥了重要作用。刘恬敬等于1959~l965年在广东汕头选育成功具有高产、耐高温、抗烂的59-1海带新品种。它的主要特征是叶片长、平直、叶带宽、叶缘波褶小、叶片厚。在高水温期叶片生长速度较快,制干率高,等级率也高,1963年先在广东、青岛进行大面积推广生产,1965~1968年又在山东、辽宁、浙江、江苏沿海推广,可增产10%~25%。该成果获1978年全国科学大会奖。索如瑛等于1970~1975年选育出860、1170、243等高碘、高产海带新品种,其单位面积产量可提高8%~40%,碘含量比对照组高20%~50%。研究成果分别获1981年国家科技发明三等奖,1978年获全国科学大会奖以及山东省、青岛市科学大会奖。

      张佑基等于1979~1984年开展了条斑紫菜遗传育种的研究工作。对条斑紫菜自由丝状体的营养、光照、接种密度、接种方法以及壳孢子的成熟、放散等进行了系统的研究,研究结果为进一步开展紫菜的遗传育种工作奠定了基础,并提供了有效的技术方法。在肯定了叶形、色泽是遗传性状之后,采用选种、自交、采自交的果孢子培养自由丝状体,再用自由丝状体代替果孢子接种到贝壳上进行育苗。经反复选育,最后获得了127、128等数个长叶形、生长快、生长周期短、成熟率低、成熟面积小、产量高的条斑紫菜新品系。在江苏吕泗进行的50公顷大面积推广试验,证明可增产10%~15%,深受养殖业者的欢迎。

(二)对虾遗传育种的研究


      1985年,杨丛海组织成立了黄海所对虾遗传育种课题组,正式拉开我所对虾遗传育种研究的帷幕。1986~1990年,杨丛海等承担的“对虾良种选育技术”列入国家“七五”科技攻关计划的研究专题;与此同时,“对虾性别控制技术研究”被列入农业部的生物技术研究专项。分别在对虾精荚的人工移植技术(1988年获农业部科技进步二等奖),对虾精荚和精子在常温、低温和超低温条件下的保存技术,对虾精子和卵子的发育生物学,中国对虾的染色体和核型分析,对虾多倍体与性转化的诱导,对虾性成熟的控制技术等方面进行了比较系统的研究和探索,取得了一大批宝贵的第一手资料,为后续的研究工作奠定了扎实的基础。在国内较早地证明中国对虾的染色体为2n=88条,并在染色体的制备技术、显带技术以及核型分析等方面取得有重要意义的进展;“高温处理受精卵对中国对虾性比结构的影响”的研究,首次报道了利用半致死温度处理受精卵,可以大幅度提高养殖群体中雌性对虾的比例,从而达到提高养殖产量的目的。

      1994年以后,我所对中国对虾遗传育种的研究进入了一个全新的发展时期。1994年由山东省科委组织申报并实施的国家攀登计划B类项目“海水增养殖生物优良种质和抗病力的基础研究”,把鱼、虾、贝、藻各类生物种质资源的基础研究列为重点之一,研究结果为相关种类的育种研究提供了理论依据和技术指导。杨丛海主持的该项目之课题二“对虾繁殖和发育生物学的研究”,对中国对虾的生长、配子的发生、受精过程、胚胎发育以及生殖调控等进行了系统研究。研究结果于1999年由山东科技出版社出版了《对虾繁殖和发育生物学》专著。

      “九五”以来,王清印及其合作伙伴李健、孔杰等主持的多项国家级课题把中国对虾遗传育种的研究推到了国内领先水平。“培育抗病新品种的新途径和新方法”课题被列为1999年立项的国家重点基础研究发展计划(973计划)项目“重要海水养殖生物病害发生和抗病力的研究”课题之一,重点支持了中国对虾、栉孔扇贝和条斑紫菜的育种研究。如果说1997年~2000年实施的国家农业新技术新品种引进计划(948计划)课题“无特定病原(SPF)对虾种群选育技术研究”为培育无特定病原的中国对虾新品种建立了技术平台,而“十五”期间立项的国家高技术研究发展计划(863计划)课题“中国对虾的遗传改良技术”和国家科技攻关专题“中国对虾新品种培育”研究则把中国对虾遗传育种的研究推到了一个新的高度,实现了培育出一个新品种的阶段目标。

      黄海水产研究所与日照市水产研究所合作,采取家系选择和群体选择相结合、常规技术和现代生物技术相结合的方法,对中国对虾(Fenneropenaeus chinensis)进行的“黄海1号”新品种选育是近年来国内水产生物选育研究中有代表性的工作之一。选育亲本来自于黄渤海中国对虾的野生自然种群。1997年4月从黄海捕获的野生亲虾中选择健壮的大个体亲虾做为育种的基础群体,采用群体选育的方法进行育种研究。从子一代起每年从人工养成的交尾雌虾中选择个体大、健康、无外伤、无病征的个体进行越冬,选择强度控制在1~3%。分冬、春两次进行选择;每年11月份从养殖池中结合出池进行初选,选出5000尾左右进行越冬,翌年3月中上旬再从越冬个体中选出500~1000尾亲虾用于苗种培育。冬季初选的亲虾全部测量体长并记录,用于统计每代的选育结果。春季复选后的亲虾进行病原检测,WSSV检测呈阴性的个体用于苗种培育。经过连续7代的选育, “黄海1号”中国对虾表现出以下优良的性状:①生长速度快。选育群体的平均体长比未选育群体平均增长840%,体重增长可达2686%。②遗传结构比较稳定。多态位点比例在第15代选育群体间呈下降趋势,遗传变异水平存在一定程度的分化,但分化程度较弱(Gst<005)。③遗传标记明显。以野生群体为对照,获得2个与生长性状相关的候选基因标记,分别与生长性状呈正、负相关。④无特定病原。通过严格的病原检测和无WSSV苗种培育操作,确保所用的亲虾和苗种无白斑病病毒。⑤形态差异显著。“黄海1号”中国对虾的第3、5、6及腹节总长度增加,比野生群体分别提高了241%、227%及341%,差异显著;头胸甲及第1腹节的宽度降低,分别降低了197%和576%,差异达到显著和极显著。

      “黄海1号”中国对虾是我国第一个人工选育成功的海水养殖动物新品种。2004年通过国家水产原良种审定委员会审定,并由农业部348号公告发布(水产新品种证书:【2004】新品种证字第1号。品种登记号 GS01001-2003)。2006年,“黄海1号”中国对虾新品种被农业部确定为三个水产主导推广品种之一,已推广到山东、河北、江苏、天津、辽宁等省市进行养殖,近年养殖面积达到5万亩。该研究成果2004年获中国水产科学研究院科技进步一等奖,2005年获青岛市科技进步一等奖。

      中国对虾的多性状复合育种技术研究。2004年,黄海水产研究所与全国水产技术推广总站合作,和挪威水产研究所遗传育种中心(AKVAFORSK,Genetic Center)建立合作关系,引进挪威鱼类多性状复合育种技术,目的是建立一套符合我国水产养殖业需求的遗传育种核心技术体系。引进的技术主要包括:多性状复合育种技术,目前使用的群体选育和家系选育技术只能作到单性状的选择,关键问题之一是要解决多性状的选择,特别是对多个负相关性状的选择;重点研究对性状进行赋值、计算选育指数等问题;家系和个体的标记技术;控制选育群体近交和避免遗传衰退的技术。目前的进展主要包括:用人工授精的方式进行了群体间和群体内的定向交尾,建立了29个中国对虾的半同胞家系和156个全同胞家系,并成功养殖到成体;对中国对虾各家系个体的生长发育性状参数和抗病性进行了测定,依据测定的数据,确定了选育指数;利用复合性状的选育方法,获得了每个个体和家系的遗传育种值,选出了25个优良家系;筛选生长速度快、存活率高、抗病力强的个体,留作下一代的亲本;同时对不同群体间和群体内的交尾后代进行生长速度和抗逆性等指标的比较,筛选出生长速度快、存活率高、抗病力强的杂交组合,确定了进一步选育的亲本。

(三)扇贝遗传育种的研究


      1996年6月启动,由王清印、杨爱国等承担的“扇贝多倍体技术研究”是黄海所承担的首批国家海洋“863”课题之一。该课题的目标是:重点研究和开发栉孔扇贝三倍体诱导、苗种培育和养殖技术;应用现代细胞工程技术手段,对扇贝养殖品种进行遗传改良,培育生长快、品质优、抗逆能力强的扇贝增养殖新品种;提高养殖扇贝的单产量、出柱率和抗逆性,为促进我国扇贝养殖业健康、稳定、持续地发展提供技术支持。经过5年的努力,该研究(1)确定了适宜的诱导参数。结果表明:三倍体诱导率的高低主要取决于处理时处于第二次减数分裂中期受精卵的比例;获得大批量同步发育的受精卵,是提高三倍体诱导率和成活率的关键;受精卵发育的同步性程度与卵子的成熟度和受精卵的发育水温有关,卵子成熟度愈差及在较低水温下受精,受精卵减数分裂的同步性愈差。生产上采用的适宜诱导参数为:获得大批量适度发育成熟的卵子;起始处理时间以第一极体排放率占40%时起;药物浓度60mg(L;持续处理时间15min;产卵至处理结束期间保持水温20℃,三倍体诱导率可稳定在80%以上,孵化率达60%左右。(2)阐明了6-DMAP 诱导栉孔扇贝产生三倍体的细胞学机理。结果表明,6-DMAP抑制第二极体产生的三倍体主要来源于发育至第二次减数分裂中期的受精卵,使一个双倍性的雌性原核与一个雄性原核结合形成三倍体;受精卵在第二次减数分裂的后期时接受处理,可使部分受精卵的两个雌性原核和一个雄性原核在融合和分离过程中发生异常。证明6-DMAP有效抑制了栉孔扇贝受精卵的染色体分离和原核移动,并可造成染色质分散,使极体排放受阻从而诱导出三倍体。(3)研究分析了栉孔扇贝受精卵减数分裂的细胞学过程。采用DAPI染色方法,在荧光显微镜下详细观察了栉孔扇贝受精卵的发育过程。刚排放的栉孔扇贝成熟卵子停留在第一次减数分裂的中期,受精后完成第一、第二次减数分裂,排出第一、第二极体,留在卵细胞内的染色体逐渐扩散膨大形成雌性原核。精子入卵后有两次明显的膨大过程,第一次在刚刚入卵时,精核去浓缩,第二次在第二减数分裂后,雄性原核开始形成时。雌雄原核同时达到最大,相互联合,准备进行第一次卵裂。栉孔扇贝卵子有多精入卵现象,并可发育成为雄性原核。精子入卵没有固定的位置。部分卵子的第一极体可分裂成两个细胞。此外,还对诱导群体在不同生长阶段三倍体率的变动趋势,三倍体和二倍体栉孔扇贝生物学性状的差异,三倍体栉孔扇贝生殖腺发育的观察,三倍体栉孔扇贝苗种生产试验和栉孔扇贝三倍体中试试验等进行了研究。

      “863”专家组对养殖扇贝三倍体的生物学性状进行的现场验收结果表明,随机抽取扇贝94个,其中三倍体59个,占6277%,二倍体30个,占3192%,倍性不明的5个,占531%。三倍体的平均壳高比二倍体增加2.40%,平均重量增加2.63%,平均闭壳肌重量增加142.52%,鲜肉柱出率增加136.60%。

      杨爱国等在栉孔扇贝和虾夷扇贝的杂交育种研究中,采用基因组荧光原位杂交(GISH)技术,结合改进的染色体滴片和压片法,对栉孔扇贝和虾夷扇贝群体混合杂交和单对杂交产生的正、反交子代早期胚胎及幼虫的染色体组组成及其变异进行了研究。结果表明,无论是群体杂交还是单对杂交,绝大多数正交(栉孔♀×虾夷♂)子代早期胚胎的染色体数目为38条,与亲本一致,染色体组成上继承了双亲的各一套染色体,为真正的杂种子代,其核型为2n=5m+30(sm,st)+3t;反交(虾夷♀×栉孔♂)子代在染色体组成及数目上与正交子代相同,也继承了双亲的各19条染色体,但其核型与正交子代相比略有区别,其核型为2n=6m+29(sm,st)+3t。正、反交子代在胚胎发育早期存在极少比例的染色体数目异常、不对称染色体继承等遗传学现象。在群体杂交中还出现了极少的“雌核发育”现象,但在单对杂交的正反交子代中均未见雌核发育个体,可能是精子污染造成。该研究就这些异常现象产生的原因及在远缘杂交过程中要注意的问题进行了探讨,并应用ISSR-PCR(Inter Simple Sequenc e Repeats PCR)技术对栉孔扇贝♀、虾夷扇贝♂及其单对杂交子一代进行了分析,探讨了该技术在扇贝杂种鉴定及亲缘关系分析中的应用。

      对栉孔扇贝良种选育技术的研究,从不同群系中选择性状表现最突出的个体,形成一个混选群,针对生长率进行选择育种,培育出了1个栉孔扇贝快速生长品系G7,生长速度提高了384%;一个抗病家系K2,成活率提高了441%。

(四)基因工程育种技术研究


      我所比较系统地开展海洋生物基因工程育种的研究工作是在90年代以后进行的。1991~1994年,承担了中国水产科学研究院基金项目“中国对虾转基因技术的研究“。针对显微注射转基因技术用于对虾转基因研究培育出的幼体成活率低的问题,研究开发出用精子做载体,把基因溶液注入雌虾纳精囊中处理精子,外源基因可以经精子导入卵子。斑点杂交的结果证明外源基因的转移效果是理想的。用PCR技术对纳精囊中的外源基因跟踪显示,外源基因首先进入精子,在受精过程中和精子DNA一起进入卵子,从而达到转移外源基因的目的。经比较试验,用外源基因处理纳精囊中的精子,精子的受精能力不受影响。用精子介导外源基因转移的技术对于其他卵径小,产卵量大的海水养殖生物的转基因研究也具有参考和借鉴意义。

      1991~1995年,承担农业部重点项目“转基因栉孔扇贝的研究”,主要采用高压电脉冲技术,包括电击受精卵和电击精子两种方法。扇贝产生的精子数量很大,用高压脉冲技术电击精子,以精子做为外源基因的载体,实践证明是可行的。研究表明,当电压升高到450伏时,精子的受精能力受到明显影响,电压的进一步提高对精子受精能力的影响将进一步加剧。该项研究结果表明,用电击法处理扇贝受精卵,获得了转基因扇贝,共育出转基因幼贝20000余只,培育成贝6000多只。斑点杂交结果显示,5%左右的幼贝呈现阳性反应。经Southern检验约2%左右显示阳性。对转基因扇贝生长情况的观察表明其生长速度可比对照组快15%左右。

三、人才队伍和条件建设日益完善


      水产遗传育种研究技术起点高,成果要直接服务于产业发展,所以在学科发展上必须采用现代高新技术和经典技术相结合的方针,努力建设一支以高学历的中青年科研人员为主、具有较强创新能力的海水养殖遗传育种队伍。为此,多年来我所一直坚持在老一辈科学家的指导下,综合运用现有的科研条件,精心组织,科学实施,突出重点,逐年有所突破,有所创新。推动着遗传育种的人才队伍和学科建设不断发展。1994年,建立遗传育种研究室,专门从事水产生物遗传育种的研究和技术开发工作。2001年,根据创新体系建设和学科发展的需要,作为我所科研创新体系的一部分,该研究室更名为“种质资源与工程育种实验室”。学科设置和研究方向包括虾类遗传育种、贝类遗传育种、种质资源检测与保存以及细胞系培养、基因组研究等等。

      人才培养:我所遗传育种学科从1995年开始与中国海洋大学合作培养硕士研究生,2000年开始合作培养博士研究生。与上海水产大学合作培养研究生的工作也是从2000年开始的。设在我所的博士后工作站从2005年开始招收博士后进站工作。到目前为止,已形成从硕士、博士到博士后的人才培养体系。遗传育种学科已建成一支以具有博士和硕士学位的高学历人才为主力的在职科研队伍。

      对外合作:我所的水产养殖与遗传育种学科一直高度重视与国内外大专院校和科研院所的合作与交流。近年来已分别与美国夏威夷海洋研究所、挪威水产养殖研究所、世界渔业中心、法国海洋开发研究院、澳大利亚CSIRO、新西兰国立水与大气研究所以及日本、韩国、英国等十多个国家和地区的数十家研究机构建立了良好的合作关系。对外合作与交流已从人员互访、学术研讨向实质性合作研究与人才培养方向发展,对提高我所的研究实力发挥了积极作用。

      基地建设:在农业部和青岛市政府的大力支持下,我所从2002年开始在即墨鳌山卫筹建立了海水养殖引种育种中心,2005年开始建设海水养殖遗传育种中心。该项目占地30亩,具备完善的水、电、气、暖供应系统,已建成1600多平方米的科研办公楼,3000多平方米的苗种培育室,2000多平方米的室外培养系统和养殖系统,可满足同时培育200多个家系的育种设施。与此同期在海阳市与企业合作建设的鲆鲽鱼类育种基地也投入使用。育种基地的建设和投入使用,标志着我所遗传育种研究条件有了一个质的飞跃,为“十一五”期间的发展奠定了良好的基础条件。

四、展望


      “十一五”期间将是我国海水养殖生物遗传育种研究实现跨越式发展的关键时期。国家“863”计划、科技支撑计划都加大了对水产养殖生物育种研究的支持力度。黄海水产研究所作为国家水产研究领域的重点研究所,在海水养殖生物的遗传育种研究方面必须不断引进新的理念,大力拓展研究范围,全面开展技术创新和育种材料创新,争取培育出更多的生长快、品质优、抗逆能力强的海水养殖动植物新品种,以满足海水养殖业发展的需求。这是我们的责任,也是促进我所水产遗传育种研究快速发展的基本动力。

      从目前已经落实的“十一五”国家级课题来说,国家“863”计划现代农业技术领域海水养殖种子工程研究重大项目中的“鱼、虾性别控制技术”、“鲆、鲽优质、高产、抗逆品种的培育”、“虾、蟹优质、高产、抗逆品种的培育”研究课题,国家科技支撑计划重大项目“农林动植物育种工程”中的“高产优质虾、贝、藻类新品种选育”课题,均由我所专家为课题主持人,我所科研人员参加的其它水产育种课题还有多项。上述课题的实施,将进一步落实《国家中长期科技发展规划纲要》提出的“加强农业技术集成和配套,突破主要农作物育种和高效生产、畜牧水产育种及健康养殖控制关键技术”的战略任务,同时也为全面提升我所在该领域的综合实力提供了发展机遇。通过海水养殖新品种培育与繁育技术研究和示范推广,推动和引导我国主要海水养殖品种加速向优质化、专用化、高效化发展。同时也为整体提升我国水产动植物育种水平,为水产养殖业的可持续发展,实现把我国从水产养殖大国向水产养殖强国的转变提供有力的物质基础和技术支撑,做出黄海水产研究所这一国家级研究所应有的贡献。

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