人工诱导动物多倍体的方法初探

张爱清

(湖北省武汉市第六中学 430016)

多倍体是指体细胞中含有三组或三组以上染色体的个体。多倍体在植物中较常见，但在动物中却较为罕见。

尽管如此，在自然界还是发现一些多倍体动物。首先发现多倍体动物的是比利时生物学家凡·培内登，他在研究马蛔虫后提出多倍体动物的存在。研究发现，涡虫纲、寡毛纲中的多倍体常常为两性同体；昆虫纲中各个主要的目中都有多倍体种类存在，但总数不足百种；脊椎动物中也有多倍体被报道[1]，例如，鱼、两栖类、爬行类等；在小鸡的胚胎中,约有0.9%的三倍体或四倍体, 但由于在鸟类、哺乳类中，倍性的改变是致死的，在发育早期就会导致死亡，故成体未见多倍体[2]。近年来，在水产动物培育方面，多倍体研究取得重大的进展，已先后获得草鱼、鲤鱼、大西洋鲑、虹鳟等40 多种鱼类的三倍体及四倍体，以及扇贝、中国对虾、日本绒螯蟹等20 多种经济贝类和甲壳类的多倍体。这些多倍体以生长快、产量高、肉质好、抗性强等优势在生产上得到应用。

1 动物多倍体的产生机理

自然界中，多倍体产生的诱导因子往往是异常的环境条件，例如异常温度( 极端高温或低温)、水分和养分的胁迫、创伤、雷电、射线等，尤其在2n 配子形成中这种影响作用更显著。鱼类中有天然存在的三倍体，如黑龙江水系的银鲫、日本关东系银鲫等，它们以雌核发育的方式繁殖后代。鱼类远缘杂交杂种一代自然产生的异源四倍体，可能是在两性原核结合之后到第一次有丝分裂( 卵裂)之前，由于双亲染色体配对在时间上的延缓，导致染色体重复加倍后再进行有丝分裂，于是形成异源四倍体。此外，也不排除在两性原核结合之前，雌性原核和雄性原核的染色体各自加倍后再进行结合的可能性[3]。

多倍体是由于细胞内染色体加倍而形成的，人工诱导多倍体的机理就是利用极体排放时的条件控制，达到抑制第一极体或第二极体的排放，从而产生多倍体生物。在精卵结合后抑制卵母细胞第二极体的排出，可生成三倍体；若抑制二倍体受精卵的第一次卵裂，则可产生四倍体。

2 人工诱导动物多倍体的方法

人工诱导产生多倍体动物的方法主要包括物理学、化学和生物学三个方面[4]。

2．1 物理学方法 物理学诱导多倍体的方法包括温度休克法、静水压法和电休克法等。

2．1．1 温度休克法 温度休克法包括略低于致死温度的冷休克法(0℃～5℃)和略高于致死温度的热休克法(30℃左右)两种。通常冷水性鱼类(如鲑科类)宜采用热休克法；而温水性鱼类(如鲤科类)宜采用冷休克法[5]。温度休克法的作用机制是温度的变化引起细胞内酶构型的改变，不利于酶促反应的进行，导致细胞分裂时形成纺锤体所需的ATP供应途径受阻，使已完成染色体加倍的细胞不能分裂，从而诱导多倍体的产生。对受精卵进行处理时所选择的时刻、处理持续的时间和处理时的温度是三个关键因素。如果要阻止第二极体外排，应该在受精后马上进行处理；如果抑制第一次卵裂，应该在第一次有丝分裂中期进行处理。

2．1．2 静水压法 静水压法就是利用水压机产生较高的静水压来抑制第二极体的放出或第一次卵裂而产生多倍体。其作用机制是抑制纺缍体的微丝和微管的形成，阻止染色体的移动，从而抑制细胞的分裂。静水压法是进行鱼类染色体组操作的有效方法，其优点是：①休克的最佳条件易于掌握，处理程序易于标准化；②诱导率较高，一般能达到90%以上；③处理时间短，一般为3～5 min；④对受精卵的损伤小，成活率高。

2．1．3 电休克法 采用直流或交流电对受精卵进行刺激，一般电压为10 v 左右。由于该法为近年来才开始采用，还没有太多研究与成熟工艺，故未被广泛采用。

2．2 化学方法 化学方法是指应用某些化学药品，如秋水仙素、细胞松弛素B (CB)、6 -甲基氨基嘌呤(6 -DMAP)、聚乙二醇(PEG)、咖啡因、N2O和CHClF2(二氟一氯甲烷)等，在适当的时候处理水产动物受精卵，可以抑制第二极体的排出或抑制第一次有丝分裂，从而达到产生三倍体或四倍体的目的。在贝类的多倍体诱导中较多应用细胞松驰素B，通过其影响纺锤丝内微管的形成，抑制减数分裂或有丝分裂纺锤体的正常收缩，使细胞分裂受阻。另外，可采用高pH 或高盐诱导产生多倍体。

用化学方法诱导多倍体需注意处理的起始时间、持续时间和药物使用的浓度。化学方法在生产上并不常用，因为其成功率比物理学方法低；有些药物如秋水仙素、CB 和聚乙二醇具有毒性，不仅会对其诱导的胚胎存活率有影响，还易对生产者产生影响，而且其诱导的多倍体往往是嵌合体。

2．3 生物学方法 生物学方法主要是将异源精子通过远缘杂交诱发受精卵产生多倍体，该法在鲤科鱼类中较常见。此外，还有细胞融合法，该法是指在自发或人工诱导下，两个不同基因型的细胞或原生质体融合形成一个杂种细胞。该方法主要诱导囊胚细胞与囊胚细胞、囊胚细胞与未受精卵、囊胚细胞与受精卵或受精卵与受精卵之间的细胞融合，但由于细胞内染色体发生重排，实际得到的是各种不同数量染色体的细胞群；另一种生物学方法是核移植，但由于其精细和难度大，故通过该法获得多倍体还处于初始阶段。

3 动物多倍体育种的意义

多倍体的生长发育状况主要表现在生活力、生长速度和繁殖力等方面。与传统的育种方法相比，动物多倍体育种在很多方面显示出其优势，主要表现在：①能够增加杂种后代的成活率，提高生长速度，延长寿命；②延长水产动物的养殖周期，控制过度繁殖，提高经济性能；③培育出水产动物新品种，增加养殖动物种类，改善品质；④有利于维持渔业生态环境的稳定。多倍体诱导及其特性研究是水产养殖研究领域的一个热点，目前在鱼类、贝类等水产动物的育种中已经取得了一定的成就，具有广阔的发展前景[6]。