水产动物三倍体育种技术研究综述

◎ 文/于涵 郭贵良 牛小天 郑伟 王桂芹

水产动物三倍体育种技术能够培育出高产、质优、抗病力强的苗种，是水产动物育种领域研究热点之一。文章系统地梳理了国内外研究者对水产动物三倍体育种技术的研究，在回顾相关文献的基础上，对该技术的发展进程、研究品种、研究内容等进行了特征总结，以期为后续更深入的研究提供参考。

20世纪中期以来，水产养殖业的快速发展为全人类食品供给作出了巨大贡献。随着全球经济的高速发展，人们的生活水平日益提升，对高品质食物摄入的需求也在逐步提高，水产养殖业显得尤为重要。在此背景下，培育高产、质优、抗病力强的水产动物品种乃大势所趋。为培育出更能满足人类需求的水产动物，近年来，国内外相关专家致力于水产动物三倍体研究，已取得了丰硕的成果。

三倍体是指生物体细胞中含有三个染色体组的个体。水产动物三倍体育种技术是“染色体组工程”的一部分，是指通过一定的诱导方式增加水产动物的染色体组来改造水产动物的遗传基础，从而培育出性状优良的水产动物品种，以满足人们的需求。通过三倍体育种技术诱导产生的三倍体水产动物在理论上是不可育的。由于三倍体自身的不育性，所以没有性成熟时用于性腺发育的能量消耗，同时也能够避免水产动物因产卵而导致的生长停滞及身体损伤，因此大多数三倍体水产动物会比与其同种类同时期的二倍体有更快的生长速度、更好的品质、更长的生命周期、更高的经济价值。

目前，水产动物三倍体育种方式概括起来可以分为物理、化学和生物三种。物理诱导方式主要有冷休克诱导、热休克诱导、静水压休克诱导等方式；化学诱导方式主要有细胞松弛素B诱导、秋水仙素诱导、咖啡因诱导等方式；生物方式主要是远缘杂交、核移植和细胞融合等方式。在进行水产动物三倍体诱导时可根据研究对象的不同特点来选择合适的方式进行诱导以达到最佳效果。

本文在回顾国内外水产动物三倍体育种技术研究文献的基础上，总结了国内外研究的各自特点，并提出了可以重点发展的方向，以期为后续水产动物三倍体育种技术的深入研究提供参考。

一、国外水产动物三倍体育种技术的研究进展

关于水产动物三倍体诱导的报道，最早可追溯到20世纪40年代，Mrkino和Ojima以鲤鱼为研究对象，将鲤鱼受精卵进行冷休克诱导处理（处理条件：受精后5min～10min，温度0.5℃～3℃处理10min～30min），处理后经细胞学观察发现，通过冷休克处理能有效地抑制卵子的第二次减数分裂，保留了原本将成为第二极体的单倍体染色体组，从而引起卵子的染色体组加倍，形成了二倍体卵核。与此同时，二人提出当二倍体卵核与单倍体精核结合后，可能形成三倍体的合子进而发育产生三倍体个体。虽然并没有后续报道说明两位研究者的实验结果最后是否培育出了三倍体成鱼，但这一实验过程为后来进行人工诱导水产动物三倍体的研究奠定了理论基础。

最早成功诱导出水产动物三倍体的研究者是Swarup，他采用冷休克方式成功地诱导出了三棘刺鱼的三倍体（处理条件：受精后3min，温度0℃处理1.5h～3h），并且经过饲养实验将三倍体三棘刺鱼培育至性成熟。1972年，Purdom通过冷休克对海水经济鱼类鲽和川鲽杂种进行人工诱导三倍体获得了成功（处理条件：受精后15min，温度0℃处理3.5h），并养至成鱼。随着技术的不断发展，研究者开始尝试通过化学方式进行水产动物三倍体的诱导。1979年，Aellen等通过注射细胞松弛素B的方式对大西洋鲑进行了三倍体的制备（处理条件：受精后32h，浓度10μg/mL处理12h），最终得到了嵌合体仔鱼。

到20世纪80、90年代后，越来越多的研究者投入到了水产动物三倍体育种研究工作中，这一时期，水产动物三倍体育种研究工作不仅在研究品种上丰富起来，在研究结果上也较为成功，此时，通过实验已经可以获得较高的三倍体诱导率。Colombo等采用冷休克方式对狼鲈进行了三倍体的诱导（处理条件：受精后5min，温度0℃～2℃处理20min），得到了90%左右的三倍体率；Gorshkov等通过热休克方法对金鲷进行三倍体的诱导（处理条件：受精后3min，温度37℃处理5min），结果显示三倍体诱导率100%；Holmefjord等采用热休克方式对庸鲽进行三倍体的诱导（处理条件：受精后15min，温度24℃处理15min～30min），得到的三倍体诱导率为84%。

进入21世纪以来，对水产动物三倍体育种的研究进入了快速发展阶段，取得了一系列重大研究成果，这期间，除了研究品种的增多外，在研究内容上也变得更加丰富，研究者在人工诱导三倍体的基础上，开展了三倍体与普通二倍体的差异化分析研究工作。通过对比发现，大多数水产动物三倍体与普通二倍体在生长发育过程中存在差异，且三倍体在性状表现上普遍比二倍体更显优势。Leal等通过对比实验发现，三倍体高首鲟相比二倍体对环境胁迫有更高的敏感性；Matti等对二倍体和三倍体虹鳟进行了生长比较，发现在生长期三倍体组的日生长系数均值和饲料转化率均高于二倍体；挪威研究者通过将三倍体和二倍体大西洋鲑鱼进行对比，发现三倍体具有比二倍体更好的淡水和早期海水生长性能。当然也有一些研究表明在某些种类上，三倍体与二倍体差异不明显或三倍体与二倍体相比处于劣势。研究者在进行细鳞大马哈鱼三倍体诱导后，通过对比实验发现，细鳞大马哈鱼三倍体成鱼的生长性能明显比二倍体差；在对北极红点鲑研究中，发现从幼鱼到成鱼的过程中，三倍体与二倍体在生长上没有显著差异。

目前为止，国外研究者已在近50余种水产动物中成功诱导出了三倍体，研究的对象包括虹鳟、美洲牡蛎、哲罗鲑、马苏大麻哈、大菱鲆等。所诱导种类中，虹鳟、大西洋鲑等三倍体育种体系最为成熟，并已开始在世界范围内广泛地开展商业化养殖。

二、国内水产动物三倍体育种技术的研究进展

我国水产动物三倍体育种工作开始于20世纪70年代。1976年，我国研究人员通过温度休克法对草鱼进行了三倍体诱导，通过实验获得了约57%的草鱼三倍体，由此开启了我国水产动物三倍体育种的研究工作。

20世纪80、90年代，我国水产动物三倍体育种研究工作开始快速发展，这一时期，在三倍体诱导方法上仍多采用物理方式，并且随着配套技术的完善，更多使用一些专业仪器来进行三倍体的制备。桂建芳等通过使用静水压力机对水晶彩鲫进行静水压处理（处理条件：受精后4min～5min，压力65MPa处理3min）成功获得了三倍体成鱼；尹洪滨等通过静水压方式对鲶鱼进行三倍体的诱导（处理条件：受精后4min～5min，压力60MPa～64MPa处理3min）得到了鲶鱼三倍体幼鱼；付佩胜等对淡水鲳进行了静水压处理（处理条件：受精后4min，压力60MPa处理1.5min）获得了三倍体胚胎。

21世纪以来，我国水产动物三倍体研究工作在研究内容上也逐渐丰富起来，除了研究种类增多外，也开始更多地关注三倍体与二倍体的差异性研究以及对水产动物三倍体制备条件的探讨。在差异性研究方面，魏凯等对二、三倍体细鳞鲑幼鱼进行了为期90d的饲养实验，分别测定了实验鱼的体长、体重、肥满度、存活率等生长指标，综合结果显示，三倍体细鳞鲑幼鱼的生长特性要明显地优于二倍体幼鱼；李宝玉等同时对二、三倍体团头鲂进行生长对比实验，对团头鲂二、三倍体的生长性能进行了评价，结果表明，在一龄之前，三倍体生长速度与二倍体相近，一龄后三倍体生长速度较二倍体快，生长优势表现明显；江涛为了解二、三倍体黄颡鱼的形态特征区别，选取了性成熟的黄颡鱼二、三倍体雌雄个体，分别测量了全长、体长、体高等鱼体各形态指标，根据测量结果比较研究，得出结论：同时期的三倍体黄颡鱼在体积上比二倍体黄颡鱼大，并且头部、腹鳍、背鳍和尾部等大部分结构都比二倍体大。

在三倍体制备条件方面，付佩胜等对静水压休克法诱导淡水鲳鱼三倍体的诱导条件进行了探究，结果表明，在精卵结合4min时，采用60MPa静水压处理1.5min，可获得最高三倍体诱导率；尤颖哲在进行双斑东方鲀三倍体诱导条件研究时，通过对比实验结果表明：在水温18℃～20℃，受精后5min，采用10MPa～15MPa的静水压强，对双斑东方鲀处理5min～7min诱导效果最好，可获得96.67%以上的三倍体诱导率，并且孵化率能达到77%以上；张薇薇等在石斑鱼受精6min后，采用温度为4℃～6℃的冷休克对石斑鱼诱导17.5min，获得了最高三倍体率约80%左右。

从20世纪70年代中期开始，至今，我国水产动物三倍体育种工作已有近50年的历程，收获颇多。通过研究，目前已获得草鱼、鲤鱼、鲢鱼、鲫鱼、虹鳟、大鳞副泥鳅、牙鲆、马苏大麻哈、半滑舌鳎、合浦珠母贝等多种水产动物的三倍体，其中三倍体的异育银鲫、湘云鲫、湘云鲤已进入到了实用化的生产阶段。

三、小结与展望

三倍体育种技术在20世纪末非常盛行，研究的人也很多，但在当时只是作为一种新的生物工程技术在研究，虽然当时国内外研究者已获得了多种水产动物的三倍体，但在所研究的品种中，多数品种的三倍体育种研究仍处于实验室阶段，由于相关配套技术的制约无法广泛运用到实际生产中，在生产上的针对性不强，因而没能显现出明显的优势，所以自21世纪开始，研究此技术的人逐渐减少。近几年，随着生物工程技术的不断发展和提高，以及水产育种技术的更加精细化，人们开始更有针对性地将三倍体技术应用到水产育种当中，使得三倍体育种技术得到了进一步的发展。例如陆封型马苏大马哈鱼品质优良，发展前景极为广阔，但制约其进一步发展的因素就是性成熟时个体很小，而且性成熟后便立即死亡，为能够获得较大个体的陆封型马苏大马哈鱼，人们开始期待并尝试通过三倍体育种技术来制备三倍体苗种。再比如滩头鱼，是非常优良的养殖品种，但生长速度较慢，所以或许人们也可以通过三倍体育种技术来解决滩头鱼生长较慢的问题。由于三倍体育种技术在使用上变得更具有针对性，再加上其技术更加成熟，因而使得三倍体育种技术迎来了新一轮的研究高峰。

虽然目前国内外学者已在水产动物三倍体育种方面进行了大量的研究，取得了一定的成果，但从总体来看，仍存在值得进一步研究和改进之处。

在当前的研究中，虽然可以通过对受精卵的处理得到较高的三倍体诱导率，但在后续的孵化过程中一些品种三倍体的成活率较低，这在很大程度上是由于处理过程中诱导方法不完善所导致的。在水产动物三倍体诱导的三种方式中，生物方式在诱导过程中操作较为复杂，并且易出现嵌合体，会改变优势性状，所以应用相对较少；化学方式虽可以成功诱导出三倍体，但其成本较高，部分化学诱导剂具有毒性，对养殖对象和养殖环境都有一定的影响，所以在使用上存在一定的限制性；应用较为普遍的是物理方式，其中对温度变化较为敏感的水产动物可以采用温度休克法对其进行三倍体的诱导，一般冷水性动物使用热休克诱导，热水性动物使用冷休克诱导；而对温度敏感性较低的水产动物，如勃氏雅罗鱼、水晶彩鲫等温水性动物宜采用静水压休克法来进行三倍体的诱导。

虽然物理方式不会影响环境，处理程序也相对标准化，但采用物理方法进行三倍体诱导时，诱导效果也会受到处理开始的时间、处理强度的大小以及处理的持续时间所限制。

比如处理开始的时间选择，处理过早或过晚都会直接影响三倍体诱导率，只有准确找出三倍体开始诱导的最佳时间，才能获得更好的诱导效果。为此建议，可以通过采取对受精卵进行切片观察的方式来开展受精细胞学研究，充分了解受精卵发育的具体过程，从而准确找出进行三倍体诱导的最佳开始时间，以优化三倍体诱导方法，最终提高三倍体诱导率及成活率。

再比如处理强度和处理持续时间的问题，对受精卵来说处理强度过大或处理时间过长都会影响受精卵的成活率；而处理强度过小或处理时间过短又达不到诱导的效果；而且在进行三倍体诱导时不同种类的水产动物所需的处理强度和处理持续时间也不同。所以在使用物理方法诱导三倍体生产时，在找准处理开始时间的基础上，可以通过进行对比试验的方式来确定处理强度的大小和处理持续时间的长短，从而得出最佳的三倍体诱导条件。

水产动物三倍体具有生长速度快，品质高，生命周期长等养殖优势。若将三倍体育种技术广泛应用于名特优水产动物育种研究中，可大幅度提升养殖动物品质、提高养殖动物生长速度、增加养殖户经济效益，从而促进水产养殖业的持续发展。