凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)选择育种G0代的生长性能比较与选择效果预估*

胡志国 刘建勇 袁瑞鹏 张嘉晨

(广东海洋大学水产学院 湛江 524088)

凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei), 又称南美白对虾(White Prawn), 别名白脚虾、凡纳对虾, 原产国家厄瓜多尔, 分布于太平洋西海岸至墨西哥湾中部,生命周期一年(潘玉洲等, 2010)。因具有适应性强, 抗病力和抗逆能力强, 生长速度快等优良特点, 逐渐成为我国沿海和内陆地区的主要对虾养殖品种, 其养殖量约占我国对虾总养殖量的70%。近几年来, 凡纳滨对虾病害频发, 生长速度减慢, 养殖周期延长和个体大小分化严重, 严重制约了对虾产业的健康发展(李亚春等, 2010), 其中种质退化是其主要原因, 通过开展凡纳滨对虾的遗传选育工作对种质进行遗传改良是解决这一问题的有效途径。

选择育种是以一个固有品种内存在的变异为基础, 通过选择和交配制度的控制, 创造新的基因型最终育成新品种, 即选择育种利用的是现有品种在繁殖过程中的自然变异作为选择工作的原始材料(王金玉等, 2004)。因此, 选择育种的原始亲本材料要求遗传背景丰富, 在制定选择育种方案时, 进行亲本性能的测定与评估尤为重要。在水产动物育种中, 田永胜等(2009)比较了牙鲆不同家系生长性能并对优良亲本进行了选择; 秦钦等(2011)研究了斑点叉尾家系育种核心群的生长性能及优良亲本选择。阮晓红等(2013)评估对 7个凡纳滨对虾引进群体的生长性能,对亲本进行了初步筛选。通过后裔生长性状的表现,对亲本进行选择, 筛选出具有生长快速、抗病力较强等优良性状的亲本及优良的交配组合, 可加速凡纳滨对虾育种进程。本研究收集凡纳滨对虾多个不同遗传背景的亲本群体, 采用群体自繁或杂交方法获得11个凡纳滨对虾选育群体, 分别对标准化养殖270日龄后的不同群体和不同性别个体生长性能差异进行了比较, 通过 Kung育种值和综合评定值评估和筛选亲本群体, 并进行 G1代体质量性状选择效果预估,以期为下一阶段凡纳滨对虾家系选育基础群体的构建提供生长性能资料, 加快凡纳滨对虾的遗传改良进程。

1 材料与方法

1.1 实验材料

试验所用凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)亲本材料相继于2013年5—6月运抵广东海洋大学东海岛产学研基地, 共计7个, 其中包括美国科纳湾海洋资源公司亲虾(KN)、美国弗罗里达对虾改良系统公司(SIS)亲虾(SS)、广东东方实业有限公司中科1号(ZK)、广东恒兴集团公司中兴1号(ZX)、广西桂海公司桂海1号(GH)、广东海洋大学对虾育种中心选育群体(HD)、广东粤海水产公司选育对虾群体(YH)。所有亲本按不同群体分开, 放入虾池中单独强化培育。

2013年8月5—12日, 分别从各不同来源的群体中挑选个体大、性腺发育成熟、活力强的雌、雄亲虾,进行群体内或群体间自然交配试验。每个交配组合以自然交配成功20尾以上为标准构建G0代选育群体。一周时间内建立交配组合 17个, 其中育苗成功的交配组合为 11个, 分别为 KN♀×KN♂、SS♀×SS♂、GH♀×GH♂、HD♀×HD♂、ZX♀×KN♂、YH♀×KN♂、HD♀×YH♂、ZK♀×YH♂、ZX♀×ZX♂、KN♀×HD♂、HD♀×SS♂。

1.2 幼体培育和中间暂养

每个交配组合产卵、孵化后, 随机选取约150万无节幼体分别置于11个17 m2的育苗池中进行幼体培育, 整个过程均保持养殖水质、温度、盐度、pH、饵料等一致。为尽量消除养殖环境影响, 在育苗阶段的第5天、第10天和第15天由经验丰富的育苗技术员根据实际情况调整育苗密度, 使各群体保持一致。待培育至体长1—2 cm时剔除多余仔虾, 每个群体随机保留4000尾放入10 m2暂养30 d。

1.3 室外共同环境养殖

暂养结束后, 各交配组合群体随机选取300尾个体, 在第5腹节和第6腹节处, 进行可视嵌入性荧光标记(visible implant elastomer)注射, 以区分不同的群体。待标记稳定后, 放入室外水泥池中共同环境养殖,养殖密度为90尾/m2。共同环境养殖至270日龄时, 区分每个标记群体雌雄, 各性别样本随机选取 30尾,使用电子天平测量体质量, 使用游标卡尺测量对虾体长, 并根据数据分析进行留种。

1.4 数据处理与分析

使用 Excel软件对数据进行初步整理后, 使用SPSS17.0软件进行方差分析。所有交配群体的Kung育种值和综合评定值参照刘志刚等(2013)的方法计算。育种值(Z)的计算公式为:

综合评定值(Pi)的计算公式为:式中, 以Pi值大为优, k0为权重系数, aij为第i个群体第j个指标的数据, a0j为第j个指标最差家系的数值。

式中, ik为第k种选择强度, σj表示第j个群体的生长性状的标准差, h2为生长性状的遗传力[参考Caballero-Zamora等(2014)研究结果, 体质量性状遗传力h2= 0.33], n为群体总数。

2 结果与分析

2.1 交配组合生长性状描述性统计量

构建的11个交配群体包括4个自交组合和7个杂交组合。所有群体共计660个实测个体, 留种阶段体长和体质量性状的描述性统计量如表1所示, 各群体留种阶段体长和体质量箱线图如图1所示。由表1及图 1箱线图数据可知, 各群体总留种体长为11.37—16.66 cm, 平均留种体长为12.37—15.00 cm, 标准差为0.47—1.06, 变异系数为3.36%—7.76%。各群体总留种体质量为17.14—52.12 g, 11个群体平均留种体质量范围为24.06—42.73 g, 标准差的范围为3.72—7.08, 变异系数变化为12.22%—21.59%。体质量变异系数较大, 表明该性状存在较大遗传改良空间, 而体长性状变异系数较小, 表明遗传性能相对稳定。分别对体长和体质量性状进行单因素方差分析(表 1), 多重比较结果显示, 各群体间体长和体质量性状差异显著(P＜0.05), 表明各群体遗传型(组合)间的差异较大, 有必要进行不同群体的亲本筛选。

表1 凡纳滨对虾270日龄生长性状描述性统计量Tab.1 Descriptive statistics of 270d growth traits of L. vannamei

图1 凡纳滨对虾270日龄生长性状箱线图Fig.1 Box plots of growth traits at 270d in L. vannamei

2.2 体质量与体长回归分析

将凡纳滨对虾留种阶段每个群体个体体质量和体长成对测量数据绘出散点图, 可知体重和体长为线性关系。经回归分析, 得出凡纳滨对虾体质量(W)和体长(L)的一次回归、二次回归、三次回归方程式如表2所示, 回归系数分别为0.894、0.903和0.903。对建立的凡纳滨对虾体重与体长进行假设检验, 表明体重与体长回归关系达到极显著水平(P＜0.01)。

表2 凡纳滨对虾体质量与体长回归分析Tab.2 Regression analysis of body weight and length in L. vannamei

2.3 不同性别生长性状差异

凡纳滨对虾留种阶段雌雄生长性状差异分析如图2所示。各交配组合留种阶段雌性群体体长均值范围为(12.61±0.55)—(15.63±0.39)cm, 雄性群体体长均值范围为(12.41±0.43)—(14.36±0.68)cm;11个雌性和雄性群体体质量均值分别为(26.08±3.48)—(48.61±3.74)g 和(22.03±2.76)—(30.44±3.41)g。分别对各交配组合留种阶段雌雄群体体长和体质量均值进行 t-检验分析, 差异均达到显著或极显著水平。

图2 凡纳滨对虾G0各群体不同性别生长性状差异分析Fig.2 Analysis of gender differences in growth traits of L. vannamei

2.4 各群体的雌雄生长性能评价

留种阶段各群体 Kung育种值和综合评定值如表 3所示。各群体作为父本和母本时体长的 Kung育种值范围分别为 12.145—14.338和 12.636—15.602, 体质量的 Kung育种值大小依次为 22.158—36.668和 26.224—48.343。根据各群体的综合评定值大小将所有群体评定为优、良及一般3个等级(见表4), 其中作为母本时优等级群体为GH♀×GH♂、ZX♀×ZX♂, 良等级群体包括 KN♀×HD♂、SS♀×SS♂、HD♀×SS♂, 一般等级包括ZK♀×YH♂、HD♀×HD♂、YH♀×KN♂、KN♀×KN♂、ZX♀×KN♂、HD♀×YH♂; 而作为母本时优等级群体为 GH♀×GH♂和 SS♀×SS♂, 良等级群体为 KN♀×HD♂、HD♀×SS♂、ZK♀×YH♂,一般等级群体包括 ZX♀×KN♂、ZX♀×ZX♂、YH♀×KN♂、HD♀×HD♂、KN♀×KN♂和 HD♀×YH♂。

2.5 体质量选择效果预估

根据综合评定值划分等级后, 对体质量性状进行选择效果预估, 结果见表4。11个群体留种阶段体质量来自母本的选择反应在 1.436—3.158g之间, 来自父本的选择反应为 1.233—3.656g。综合选择反应为1.927g, 即下一代凡纳滨对虾留种阶段体质量可望比这一代提高约1.927g。

表3 凡纳滨对虾G0各交配组合生长性状Kung育种值和综合评定值Tab.3 Kung values and comprehensive evaluation values of different mating combinations

表4 凡纳滨对虾G1体质量性状选择反应预估Tab.4 Selection response prediction of body weight traits in L. vannamei

3 讨论

3.1 亲本群体的自繁和杂交

本研究通过收集不同遗传背景的亲本开展凡纳滨对虾的遗传选育工作, 收集的亲本群体包括 2个商业引进群体和 5个经多代选育的国内养殖群体。然而凡纳滨对虾选育基础群体的构建相对于其它水产生物有其特殊性: 第一, 凡纳滨对虾为引进物种, 我国沿海不存在野生资源; 第二, 国外利用近亲繁殖策略严格控制对虾种质资源, 美国供应商每次提供的进口亲本只是两个家系杂交的子一代,不具备进一步选育的遗传资源; 第三, 国内现已报道的“中兴1号”、“中科1号”和“科海1号”等凡纳滨选育良种均是以遗传距离较远的群体杂交手段获得, 也只能满足一代的养殖需求(阮晓红等,2013); 第四, 本研究收集所得不同来源亲本群体选育目标不同, 遗传背景不同, 大多为经过多代选育的群体, 遗传多样性会逐代降低。从群体遗传学角度分析, 通过杂种的自繁和杂交将产生性状分离和重组, 可使基因型纯合或创造新的变异, 增加群体的遗传多样性(Vela Avitúa et al, 2013)。因此本研究在构建家系选育基础群体前, 开展了 G0代群体选育工作, 以期通过群体间的自繁和杂交手段, 优化重组凡纳滨对虾遗传结构, 弥补种质资源库缺乏的不足, 并为凡纳滨对虾进一步遗传改良提供理论依据和基础资料。

栾生等(2013)报道了凡纳滨对虾选育基础群体体质量的变异系数为6.28%—17.60%。Andriantahina等(2012)研究表明凡纳滨对虾选育子代体质量的变异系数为 18.26%。Castillo-Juárez等(2007)报道的凡纳滨对虾体质量的变异系数为 10.6%—13.3%。本研究中留种体质量的变异系数为 12.22%—21.59%, 与已报道的凡纳滨对虾体质量变异系数相近。本研究结果表明, 该性状存在较大遗传改良空间, 自繁和杂交后的群体可作为凡纳滨对虾体质量性状选育的基础群体, 并间接证实了开展G0代群体选育的必要性。

3.2 体长与体质量的相关性

国内外有关对虾体长与体质量的报道很多, 长毛对虾(Penaeus penicillatus)、中国对虾(P. chinensis)、斑节对虾(P. monodon)等虾类的体长与体重关系均有深入的研究报道(王渊源等, 1996; 徐炳庆, 2011; 黄忠等, 2011)。张灵侠等(2006)研究表明凡纳滨对虾家系体重与体长的关系为W = 0.0059L3.2974(R2= 0.9940);李卓佳等(2006)指出凡纳滨对虾体重与体长的二次函数、三次函数的判定系数高达 0.988。本研究中, 留种阶段体质量与体长的二次函数、三次函数的判定系数为 0.903, 回归方程式也存在一定差异, 这可能与养殖环境、对虾种群以及生长阶段不同有关。但总体而言, 体质量与体长具有高度的表型相关。生长性状是决定养殖产量的决定因素之一, 而确定对生长性状有效选择的指标是开展良种选育的重要内容。本研究表明体质量和体长存在正态线性回归关系, 对体质量的选择也是对体长的间接选择。但在实际操作过程中, 体质量的测量受操作者主观判断的影响小, 更能准确的反映受测对虾的生长性状, 因此, 本研究将凡纳滨对虾体质量性状作为生长性能评价的主要指标, 并进一步进行体质量选择反应预估。

3.3 性别差异

两性(雌、雄)生长差异即同一物种一种性别的个体比另一种性别的个体生长速度快(马细兰等, 2009)。在水产动物中, 雌、雄个体在形态及生长方面存在差异是较为常见的现象。李虎等(2012)报道了半滑舌鳎(Cynoglossus semilaevis)雌雄性别的生长差异; 肖广侠等(2014)研究了中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)雌雄性别的生长差异。雌雄之间的生长速度、个体大小等存在显著差异, 对于养殖周期的缩短、养殖产量的提高、良种选育规划等存在实际应用价值。本研究中, 11个群体雌雄个体间生长性状均存在显著差异, 表明在留种规划中需要分别对雌雄个体进行单独选择。

3.4 选择效果预估

选择育种具有长期性, 长期的选择和定向培育,才能使目标性状朝着期望的方向发展并逐步的固定(李思发等, 2000), 因此对每一代的选择效果的预测和评估显得尤为重要。本研究通过 G0代生长性能比较并划分等级, 对 F1代体质量性状进行选择反应预估, 综合选择反应约为1.927g。此预测结果较金武等(2013)报道的凡纳滨对虾选择反应值(0.6—1.1)略偏高。决定数量性状选择育种选择反应的因素很多, 除了选择目标、选择依据和选种方法外, 还有遗传力、选择差、性状间相关等(张天时等, 2008)。此外, 本研究基于体质量表型值以及表型值标准差进行选择反应初步预估, 与基于体质量的加性遗传标准差进行预估效果相比理论上也会偏高一些。综上所述, 可以预测本研究中所收集的凡纳滨对虾群体下一代选育进展明显。本课题组于2013年开始应用BLUP法开展凡纳滨对虾多性状复合育种工作, 研究处于起始阶段。随着研究的深入, 将应用BLUP法就选育过程中的以后各个世代体质量性状进行遗传进展的预测和评估, 加快选育进程, 同时为今后进一步选育提供理论依据。

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