朱芷莹 马冬梅 樊佳佳 朱华平

鱼类性别控制在水产养殖研究中，是最重要、最具有针对性的领域之一，具有重要的实用价值。一方面，由于罗非鱼、乌鳢等许多鱼类雌雄个体之间的生长速度、个体大小等的经济性状具有明显差异，所以在渔业生产中，通过控制鱼类性别，专门生产全雌性或全雄性苗种以进行单性群体养殖这一生物技术显得极为重要，是提高养殖经济效益的有力手段。另一方面，养殖鱼类在养殖过程中如果成熟期早、繁殖力强，大量能量用于繁殖影响生长，同时池塘中亦会因其过度繁殖造成养殖密度过大，导致养殖个体太小或养殖个体质量下降，从而影响养殖的产量。可见诱导单性群体进行养殖，使得养殖密度得到控制，对养殖生产具有极大意义。所以，鱼类性别控制可以做到延长有效生长期，大幅提高养殖产量;由于单性群体减少了生殖损耗，所以生长快、个体大，提高了商品鱼质量;多种观赏鱼雄性个体比雌性个体的色彩更为艳丽，更加具有观赏价值，利用性别控制技术来生产更多雄鱼，可以使经济效益得到有效的提高。

1 使用外源性激素和其他化学物质来控制性别

早在1969年，日本学者Yamamoto就提出了使用可以使用外源性激素来诱导鱼类发生雄性化和雌性化的设想，这些年来国内外相继有许多学者在各种不同的鱼类进行了外源类固醇激素诱发性逆转的试验。现今在已知的控制鱼类性别方法中，使用外源性激素可以說是最常见的方法[1]。通过对鱼体进行性激素的处理，使鱼群体由基因型的雄性或雌性转变成为具有功能性的表现型雌性或雄性。一般通过饲喂、浸泡和注射性激素等方法对鱼类性别进行性别控制[2]。

1.1 雄激素

外源激素如 17α-甲基睾丸酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睾酮（11-KT）、11β-羟雄烯二酮（OHA）等雄激素，具有雄性化效应，它们可以通过影响鱼类性腺发育过程，改变鱼体个体的内源激素表达水平，使雌鱼转换成雄鱼，从而使得鱼类群体性别比率发生改变[1]。例如，外源性雄激素17α-甲基睾丸酮的使用已被证明在约35种物种的基因雌性鱼的雄性化中是有效的[3]。

1.2 雌激素

同样，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素对鱼类具有雌性化效应，能够诱发鱼类性腺向雌性化方向发育，导致雄鱼发育成为功能性雌鱼[4]。此外，激素处理不仅对不具有遗传性别决定的物种有效，例如，蜂窝石斑鱼[5]、红斑石斑鱼[6]、澳洲肺鱼[7]，也证明了在具有明确的染色体性别决定系统的物种中是有效的，例如，大西洋鲑鱼[8]、尼罗罗非鱼[9]、虹鳟鱼[10]。激素控制鱼类性别必须在性别分化前进行，宜早不宜迟，早期处理有利于获得较好的诱导效果，对于性别分化较晚的鱼类可稍作推后。另外，环境等外界因素会对处理的结果产生很大的影响。

尽管用性激素诱导、控制鱼类性别的技术在许多鱼类中成功应用，但是如果对养殖的商品鱼直接使用性激素，可能会对养殖水体或消费者产生不良影响，所以性激素用于鱼类生产对环境和食品安全存在隐患。在欧洲，禁止将激素应用于商业养成食用鱼。如今，国际环境对食品质量的要求越来越高，在养殖生产过程中，这种方法已不宜使用。

1.3 芳香化酶抑制剂

除了使用外源性激素来诱导鱼类性别分化，其他化学物质也可控制鱼类性别分化。其中芳香化酶抑制剂（aromatase inhibitor，AI），如来曲唑（letrozole，LE），通常用于诱导鱼类性别分化。P450芳香化酶（P450 aromatase）是细胞色素P450家族中的一员，催化某些雄激素转化为雌激素，是雌激素生物合成中的关键酶和限速酶[11]，抑制芳香化酶会使某些雌激素不能合成，有效诱使性未分化的、基因型为雌性的雌雄异体鱼类发育成表型雄鱼。对于已完成性分化的雌雄同体鱼类，如赤点石斑鱼[12]，AI同样可有效促使其发生性逆转，并获得可用于繁殖的成熟个体[13]。但AI会对人类治疗或妊娠造成影响，所以在生产上也不适宜使用该种方法。

2 人工诱导三倍体和人工诱导雌核发育

2.1 人工诱导三倍体

行有性生殖的二倍体鱼类，大多为体外受精。排出体外的卵，已发育到第二次减数分裂的中期，精子进入后，继续发育放出第二极体，完成第二次减数分裂。如果在精子入卵以后，放出第二极体以前，给受精卵以人为处理，阻止其第二极体的放出，此受精卵就会含有来两套雌核的染色体和一套雄核的染色体而成为三倍体[14]。人工诱导鱼类三倍体的方法很多种，概括起来有：①物理学方法：温度休克、静水压法、电休克法;②化学方法：细胞松弛素B（CB）、秋水仙素、 6-二甲基氨基嘌呤（简称6-DMAP）;③生物学方法：远缘杂交、核移植、细胞融合。自20世纪50年代以来，多倍体诱导技术已在鱼类遗传育种领域得到广泛的应用，国内外已先后在鲤、鲢、虹鳟、水晶彩鲫、三棘刺鱼、牙鲆、黑鲷、真鲷、大黄鱼等30多种鱼类育种成功获得三倍体[15]。三倍体鱼类因具有不育或低育性，从而具有潜在的生长速度快、肉质好、抗逆性强等优点，受到国内外水产科研工作者的广泛重视[16]。另外，三倍体不育不会对环境造成威胁，对鱼类自然资源具有保护作用。刘蔓等[17]试验表明，三倍体雌性虹鳟性体指数（GSI）的变化幅度很小，17月龄时达到最大值（0.103%），35月龄时最小（0.032%）且三倍体雌性虹鳟的肝脏与卵巢之间不存在大量的物质与能量转移，说明可能有更多能量用于生长，有利于商品鱼的生长。

但是有些鱼类存在三倍体出现频率低及结果不稳定等问题[18]，三倍体技术应用于常规生产中，很难得到100%的三倍体。诱导过程中，起始时间、休克温度、持续时间和最佳休克模式等条件根据物种的不同，也会有相当大的差异。因此，在生产应用中必须单独优化和精确处理条件，因为处理条件会敏感地影响三倍体诱导成功率的高低。据邹远超等[19]，乌鳢在热休克持续时间为1、2、3、4 min时，三倍体率分别为58.36%、75.54%、87.69%、66.27%，在热休克持续时间为3 min 时，三倍体率最高，且与其他处理组相比，三倍体率存在显著差异。据王炳谦等[20]，虹鳟在孵化水温为6.5 ℃，卵子受精后20 min经26 ℃热处理20 min，三倍体诱导率为86.67%;卵子受精后10 min经26 ℃热处理20 min，三倍体诱导率为100%。

四倍体与正常二倍体杂交，从理论上讲可以产生100%不育的三倍体，实现大量、安全、方便、可靠地生产三倍体。这种方法具有可操作性、连续性和经济性等优点，是生产的最佳方法。据李雅娟等[21]，利用湖北省洪湖市四倍体泥鳅与当地的二倍体泥鳅杂交能产生100%全三倍体。但是由于阻止第一次卵裂比起阻止极体的排出更为困难，因而获得四倍体的难度会比诱导生产三倍体大得多，而且人工诱导所采取的处理措施对孵化率及成活率影响很大。

人工诱导三倍体在生产中，还有一个问题，即与二倍体相比，三倍体的存活率更低，畸形率更高。因此尽管三倍体鱼具有生产上的优越性能，研究进展也较快，但与实际应用还有较大的距离。但随着其研究的深入与问题的解决，这项技术必将能为水产养殖生产带来极大的利益[15]。

2.2 人工诱导雌核发育

人工诱导的雌核发育是指用经过紫外线、X射线或γ射线等处理后的失活精子与卵细胞“受精”，再在适当时间施以冷、热或高压等物理处理，以抑制第二极体的排出，使卵子发育为正常的二倍体，通常来讲雌核发育子代均为雌性个体[22]。人工雌核发育能够在较短的时间内建立自交系或纯系，固定选育群体中的优良基因，大大加快良种选育进程[23]。对二倍体鱼类诱导人工雌核发育主要包含两个步骤：一是用遗传失活的精子激活卵子;二是使染色体加倍，使其恢复正常二倍体染色體组[24]。2011年选育的新品种全雌牙鲆“北鲆1号”，雌性比例约90%，生长比普通牙鲆快约20%;2014年，继续选育出“北鲆2号”，比普通牙鲆生长快35%，全雌性，且个体间差异小。

3 环境因素诱导鱼类性别分化

3.1 温度诱导性别分化

环境因素影响鱼类性别分化的现象已在包括野生型种群和实验种群在内的39 种硬骨鱼中发现。最主要的因素是温度，其次是种群密度、盐度、pH 值、光周期等。温度依赖型性别决定的鱼类与爬行类相似，可以划分为3种类型[25]。第1种类型是高温下生成较多的雄性低温则生成较多的雌性，大多数性别决定温度依赖型鱼类属于此种类型。据陈玉红等[26]，在自然水温（23～25）℃ 和较低水温（22±1.0）℃ 中培育的幼鱼，雄性率分别为（51.1±15）% 和（48.6±1.8）%，而培育于较高水温[（27±1.0）℃，（32±1.0）℃ ]中的泥鳅，雄性率分别达到了（82.0±3.4）% 和（90.0±2.5）%。第2种类型则与之相反，高温下为雌性，低温为雄性。如舌齿鲈、斑点叉尾鮰、莫桑比克罗非鱼等，发育时温度升高，鱼苗的雌性比率上升;如果发育时温度降低，雄性比率上升[27]。性染色体为XY 的鲶鱼，在其性别决定的关键时期（热敏期），高温使群体趋向雌性;大马哈鱼在温度升高时群体发育也趋向雌性。第3种类型在高低温均诱导出单性种群，中间温度发育成为性比1∶1 的种群[25]。据程晓春等[28]，江黄颡鱼幼鱼在20 ℃试验组中的雌、雄鱼比例接近1∶1，两者之间的雄性率差异不显著。30 ℃试验组中幼鱼的雌、雄比例为1∶4.89，雄性率上升，达83.3%，与对照组比较，存在极显著差异;34 ℃试验组中幼鱼的雌、雄比例为285∶1，雌鱼数量是雄鱼的近3倍，雄性率仅为26.4%;与对照组的雄性率相比也存在极显著差异。泥鳅和大鳞副泥鳅性腺性别分化的早期受温度的影响很大，高温（25 ℃～30 ℃）处理能得到明显的偏雄性群体，雄性比率达80% 以上，而在20 ℃条件下发育形成性比接近1∶1的种群[29]。

3.2 放养密度和pH对性别分化的影响

除了温度之外，还有其他因素可以影响鱼类的性别比例。例如，放养密度能对鱼类性别分化产生较大的影响，这种现象在鳗鲡科中十分常见，洄游性鳗鱼在高放养密度的情况下，会产生较多雄性[30]。另外，pH也能对鱼类性别比例产生影响。例如，剑尾鱼和黑腹泥鳉在酸性水中，分别能导致100%和90%的雄性种群[31]。对pH敏感在鱼类中也很常见，例如像凯氏隐带丽鱼这样的慈鲷，其中96%的雌性后代可以在pH 6.5下实现[32]。

环境因素对不同鱼类性腺发育的影响存在很大差异，而各个物种对性别分化作用环境的敏感性也存在差异不同，这导致了控制环境因素诱导鱼类性别分化十分有难度[33]。虽然控制环境因素较为复杂，但它不会造成不良影响，是一个对消费者极其友好的安全技术。

4 种间杂交

早在1960年，Hickling使用雌性莫桑比克罗非鱼和雄性霍诺鲁姆罗非鱼杂交，得到的后代全是雄性个体[34]。在1965年，Pruginin对各种罗非鱼进行种间杂交，也可获得比例极高或全雄性杂种一代[35]。Hickling认为产生这种结果的原因是：莫桑比克罗非鱼为XX/XY型，而霍诺鲁姆罗非鱼为ZW/ZZ型，雌性莫桑比克罗非鱼与雄性霍诺鲁姆罗非鱼杂交，子一代杂种的基因型全部为XZ型[36]。Z染色体上的雄性决定基因要比X染色体上的雌性决定基因强，因而子代XZ为雄性。利用罗非鱼的种间杂交技术获得全雄后代的种类较多，但是在商品生产上应用得很少，许多组合的后代鱼因个体小、生长速度慢失去了食用价值，还有一些对低温的抵抗能力下降，在养殖中不易推广，因此限制了其性别控制技术的使用。但种间杂交可以提高鱼类生长率、存活率、对不良环境的抵抗能力[37-39]等，还可使子代的雄性率或雌性率比例升高，而且操作简单，所以目前在国内外种间杂交还是培育全雄罗非鱼的主要方法。

5 性反转技术

性反转技术就是杂交和雌激素诱导相结合，又称三系配套技术。三系配套技术原理与工艺流程所谓“性别三系”，就是性别原系（XX♀，XY♂）、转化系（XY♀，YY♂）和雄性纯合系（YY♂）三系。性别三系配套技术就是根据鱼类生理遗传学原理，通过性逆转和杂交组合技术，先将原系雄鱼XY♂（基因型）在幼苗阶段人工诱导成转化系雌鱼XY♀（表现型），再将转化雌鱼XY♀与原系雄鱼XY♂交配，从子代中测交选出雄性纯合系（YY♂），即YY超雄鱼;将超雄鱼YY♂与转化雌鱼XY♀杂交，对其子代幼苗再次人工诱导成转化系雌鱼（XY♀和YY♀），从中测交筛选出YY♀;将此YY♀转化雌鱼再与已筛选出的YY♂超雄鱼交配繁殖，即可获得大量的全YY♂超雄鱼;最后将此全YY♂型超雄鱼直接与正常雌鱼（XX♀或WZ♀）群体交配，就可大规模地繁育全雄鱼[40]。三系配套技术的最大优势是生产的鱼苗雄性率更高，均为遗传上的雄性，未经过激素药物处理，对环境友好，对食用者无药物残留，符合无公害健康养殖的要求。三系配套技术也因前期研究时间较长、制种工艺复杂、技术操作严格、前期研究要有一定的财力和科技实力、回报较迟等因素而具有一定难度。据刘汉勤等[41]，已成功生产出YY超雄黄颡鱼，大规模生产全雄黄颡鱼已进入应用阶段，可见在其他鱼类上，该项技术亦有应用前景。2017年，珠江所陈昆慈研究员鳢育种团队以超雄斑鳢作为父本，以乌鳢为母本进行杂交，成功获得雄性率100%的全雄杂交鳢，这是世界上首个全雄杂交鳢品种，标志着为产业化开发扫清了技术障碍[42]。

6 展望与结论

大多数鱼类性染色体分化程度较低，从染色体形态上难以识别;而且鱼类性别易受环境因素特别是温度的影响，导致性别生理表型与基因型不一致。因此，寻找到可以快速识别鱼类性别遗传组成的简捷方法在水产养殖中具有十分重要的意义。随着鱼类分子标记技术如扩增片段长度多态性技术（AFLP）、单核苷酸多态性技术（SNP）、 随机扩增多态性 DNA 标记技术（RAPD）、微卫星标记技术（SSR）和数量性状位点技术（QTL）等的进步，成功筛选出性别特异的或性染色体连锁的位点和 DNA标记[37]，这让人们对鱼类性别决定遗传基础的了解更加详细和深入，而且开阔了鱼类性别决定及控制育种技术的研究前景。最近发现，决定鱼类性别的潜在机制可能不仅仅与性别特异性基因（或等位基因）有关，事实上也与表观遗传修饰有关，这拓宽了我们看待DNA的视角。另外，基因组定位、表观遗传学和改变性别比选择这三个互补的领域可能加深我们对如何有效控制和控制鱼类性别分化的理解。鱼类性发育是一个复杂的过程，并且每个物种都有差异，因此，成功控制一个物种性别的技术未必能控制另一个物种的性别，尽管如此，性别控制技术也在许多物种中做到了商业应用。由于现在能够容易地进行全基因组测序和转录组研究，我们如今对与性腺发育有关的基因以及环境因素诱导性别表型改变的机制的认识也在迅速增加。鱼类的性别控制对于鱼类增养殖业有着重要的作用，能够提高单位水体产量，提高群体的生长率，控制繁殖速度，延长有效生长期提高水产品质量，可以為水产养殖带来极大的经济效益，所以鱼类性别控制技术具有重要的研究价值。

参考文献

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[3] BEARDMORE J A，MAIR G C，LEWIS R I.Monosex male production in finfish as exemplified by tilapia：Applications，problems，and prospects[J].Aquaculture，2001，197（1/2/3/4）：283-301.