家蚕春制越年种延期冷藏的孵化率

欧阳桂,郭会朵,刘明珠,2,钱荷英,2*

(1.江苏科技大学 生物技术学院,江苏 镇江 212100;2.中国农业科学院 蚕业研究所,江苏 镇江 212018)

0 引言

【研究意义】中国作为蚕桑丝绸文化的发祥地,迄今已有超过5 000年的栽桑养蚕历史[1]。从《孟子.梁惠王上》记载的“五亩之宅,树之以桑,五十者可以衣帛矣”,到“家有五亩桑,脱贫奔小康”等,蚕桑产业一直是我国传统优势特色产业,为我国经济发展做出了重要贡献。农以种为先,经过数千年的驯化和人工选择,家蚕逐渐形成了各具特色的四大地理系统,进化成丰富多样的种质资源。这些种质资源是家蚕遗传学研究的珍贵素材,为新品种培育提供了重要的物质基础。因此,做好蚕种质资源的收集和保存对家蚕遗传学研究和新品种培育均具有重要意义。【前人研究进展】蚕种质资源有其特殊性,不能像植物种子一样进行低温或干燥的长期保存,也不能像动物一样进行精液、卵或胚胎的冷冻保存,只能每年进行活体饲养继代保存[2-3]。目前,国内常规一化或者二化品种一般采取单式冷藏法[4],在春季饲养、产卵,然后经过夏秋季的蚕种保护,到冬季浴消后置于冷库保存;次年春季出库饲养,继代保存。单式冷藏法操作简便,冷藏有效期不能超过90 d,基本能满足常规越年种春制春用的要求,为生产上常用方法[5]。复式冷藏法和三级冷藏法流程较繁琐,但冷藏有效期可达200 d,孵化率在90%以上[5-9]。在生产上常因桑叶不够、人力或物力紧张,以致春天不能及时出库饲养,需要将春制春用、秋制春用的蚕种冷藏至夏秋季再饲养;此外,春蚕饲养期间各种病毒害带来的风险或意外情况,需要有备用的蚕种留在冷库,以备不时之需[10]。【研究切入点】常规方法保种时,如果春季不出库,随着时间的延长,蚕种的孵化率会急剧降低,甚至不孵化,导致该资源灭绝,了解蚕种的耐冷藏能力尤为重要。【拟解决的关键问题】选择2020年春制种370个,常规冷藏至2021年6月22日出库催青,探明家蚕春制越年种延期冷藏的孵化率,以期为蚕种过剩时合理制定家蚕的保种及饲养方案提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 材料

370个不同家蚕品种,均为中国农业科学院家蚕种质资源保存中心保存的2020年春制春用种,按不同地理系统及不同的化性、眠性等性状将其分为7个类别,包括20个中系一化三眠种、15个日系一化四眠种、50个欧系一化四眠种、49个一化地方四眠种、38个二化地方四眠种、100个中系二化四眠种和98个日系二化四眠种(表1)。

1.2 方法

1.2.1 孵化率 蚕种单式冷藏法[11]冷藏至2021年6月22日出库催青,于7月4日调查孵化率。每品种调查7蛾圈(28蛾框制种随机抽取1列),扫除孵化蚁蚕,数每个卵圈的总良卵数和孵化的卵壳数,计算孵化率。

孵化率=孵化的卵壳数/总良卵数×100%。

1.2.2 不同孵化率级别的分布频率 将孵化率的观测值划分为 10个(Ⅰ～Ⅹ)等级,每个级差为10.00%,以此计算不同地理系统的蚕卵在不同孵化率级别的分布频率(pi)。孵化率观测值的10个等级划分标准:Ⅰ级,孵化率<10.00%;Ⅱ级,孵化率为10.01%～20.00%;Ⅲ级,孵化率为20.01%～30.00%;Ⅳ级,孵化率为30.01%～40.00%;Ⅴ级,孵化率为40.01%～50.00%;Ⅵ级,孵化率为50.01%～60.00%;Ⅶ级,孵化率为60.01%～70.00%;Ⅷ级,孵化率为70.01%～80.00%;Ⅸ级,孵化率为80.01%～90.00%;Ⅹ级,孵化率为90.01%～100.0%。

表1 370个家蚕种质资源的基本信息Table 1 Basic information of 370 silkworm germplasm resources

续表1

pi=ni/n

式中,pi表示孵化率处于第i个等级的分布频率,ni表示第i个等级所含品种数量,n表示品种总数量[12]。

1.2.3 延期冷藏后蚕种的实用价值 一般认为,延期冷藏后总孵化率低于10%的蚕种基本已无实用价值,低于30%的则为保种较难成功[4,12]。故又将孵化率划分为无实用价值(<10.00%)、保种价值低(10.00%～30.00%)、保种价值高(>30.00%)3个级别,根据p无实用价值=∑pi(i=1)、p保种价值低=∑pi(i=2,3)和p保种价值高=∑pi(i=4,5,6,7,8,9,10)分别计算7个类别蚕种无实用价值、保种价值低和保种价值高的蚕种分布频率,绘制7个类别蚕种的实用价值孵化率频率分布图,用以分析各类蚕种延期冷藏至6月下旬的实用价值。

1.3 数据统计与分析

采用Excel 2019和SPSS 19.0统计分析总孵化率的平均数、标准差及变异系数。

2 结果与分析

2.1 370份不同类别蚕种各孵化率等级的孵化率及蚕种数

从表2可知,370份蚕种最高孵化率为88.00%,最低孵化率为0,平均孵化率仅30.30%。其中,孵化率等级除Ⅹ级的品种数为0外,在其余9个等级中,Ⅰ级的品种数最多,为100个品种,占总数的27.03%;Ⅱ级和Ⅵ级其次,均为54个品种,各占总数的14.60%;Ⅶ级最少,为8个品种,占总数的2.16%。孵化率大于60%的品种仅有28个,占总数的7.57%。从品种类别看,370份蚕种可分为中系一化种、日系一化种、欧系一化种、地方一化种、地方二化种、中系二化种和日系二化种7个类别,其品种数分别20个、15个、50个、49个、38个、100个和98个,各类别的平均孵化率依次为欧系一化种(45.03%)>中系二化种(29.07%)>地方一化种(28.71%)>日系二化种(28.38%)>地方二化种(26.03%)>中系一化种(25.61%)>日系一化种(24.10%);变异系数依次为欧系一化种(61.16%)<日系二化种(73.23%)<地方一化种(75.04%)<中系二化种(77.21%)<日系一化种(85.08%)<中系一化种(88.06%)<地方二化种(89.33%)。

表2 370份不同类别蚕种各孵化率等级的孵化率及蚕种数Table 2 Hatching rate and silkworm egg number of 370 silkworm germplasm resources with different geosystem at different grades of hatching rate

2.2 不同地理系统蚕种各孵化率等级的分布

2.2.1 中系一化三眠蚕 从图1看出,中系一化三眠蚕有20个品种,平均孵化率为25.61%,在10个孵化率等级中,除Ⅶ级、Ⅷ级和Ⅹ级 3个等级无蚕种分布外,其余7个孵化率等级均有蚕种分布。在有蚕种分布的7个等级中,孵化率Ⅰ级品种最多,有7个,占总数的35.00%;Ⅳ级的品种其次,有4个,占总数的20.00%;Ⅲ级、Ⅵ级和Ⅸ级的品种最少,均仅有1个,各占总数的5.00%。其中,孵化率为Ⅸ级的1个品种为修水二号,其孵化率达88.00%。中系一化三眠蚕延期冷藏后整体孵化率下降严重,说明其蚕卵耐冷藏能力有限,若将春制种保存至夏季使用的风险极大,必须采取复式冷藏方法。

图1 中系一化三眠蚕各孵化率等级的分布Fig.1 Distribution of Chinese univoltine trimolter at different grades of hatching rate

2.2.2 日系一化蚕 从图2可知,日系一化种有15个品种,平均孵化率为24.10%,在10个孵化率等级中,孵化率Ⅰ～Ⅵ级6个等级均有蚕种分布。在有蚕种分布的6个等级中,孵化率Ⅰ级的品种最多,有5个,占总数的33.33%;Ⅲ级的品种其次,有4个,占总数的26.67%;Ⅱ级和Ⅳ级的品种最少,均仅有1个,各占总数的6.67%。总体看,延期冷藏后日系一化种整体孵化率低,孵化率的变异系数较高。

图2 日系一化蚕各孵化率等级的分布Fig.2 Distribution of Japanese univoltine silkworm at different grades of hatching rate

2.2.3 欧系一化种 从图3看出,欧系一化种有50个品种,平均孵化率为45.03%,在10个孵化率等级中,仅Ⅹ级无蚕种分布,其余9个等级均有蚕种分布。在有蚕种分布的9个等级中,Ⅵ级和Ⅸ级的品种最多,均有8个,分别占总数的16.00%;Ⅱ级和Ⅴ级的品种其次,均为6个,各占总数的12.00%;Ⅶ级的品种最少,仅有2个,占总数的4.00%。总体看,欧系一化种孵化率在60.00%以上品种最多(15个)和孵化率分布等级最广(9个)。

图3 欧系一化种各孵化率等级的分布 Fig.3 Distribution of European univoltine variety at different grades of hatching rate

2.2.4 地方种一化 从图4可知,地方种一化有49个品种,平均孵化率为28.71%,在10个孵化率等级中,Ⅰ～Ⅵ级6个等级均有蚕种分布,其中,Ⅶ级的品种最多,有14个,占总数的28.57%;Ⅰ级的品种其次,有13个,占总数的26.53%;Ⅲ级的品种最少,仅有3个,占总数的6.12%。

图4 一化性地方品种各孵化率等级的分布Fig.4 Distribution of local univoltine variety at different grades of hatching rate

2.2.5 地方种二化 从图5可知,地方种二化有38个品种,平均孵化率为26.03%,在10个孵化率等级中,Ⅰ～Ⅱ级和Ⅳ～Ⅶ级均有蚕种分布,其余5个等级无蚕种分布。在有蚕种分布的5个等级中,Ⅰ级的品种最多,有15个,占总数的39.47%;Ⅵ级的品种其次,有11个,占总数的28.95%;Ⅳ级的品种最少,仅3个,占总数的7.89%。可见,二化性地方品种的孵化率变异系数最大,为89.33%,且二化性地方品种与一化性地方品种的孵化率分布状况相似,显示出地方种种间差异大,遗传多样性丰富。

图5 二化性地方品种各孵化率等级的分布 Fig.5 Distribution of local bivoltine variety at different grades of hatching rate

2.2.6 中系二化育成种 从图6可知,中系二化育成种有100个品种,其总体平均孵化率为29.07%,在10个孵化率等级中,仅Ⅸ级和Ⅹ级2个等级无蚕种分布,其余8个等级均有蚕种分布。在有蚕种分布的8个等级中,Ⅰ级的品种最多,有25个,占总数的25.00%;Ⅱ级的品种其次,有21个,占总数的21.00%;Ⅶ级和Ⅷ级的品种最少,均为5个,各占总数的5.00%。总体看,中系二化种孵化率等级从低到高对应的品种分布频率整体呈下降趋势。

图6 中系二化种各孵化率等级的分布 Fig.6 Distribution of Chinese bivoltine variety at different grades of hatching rate

2.2.7 日系二化育成种 从图7看出,中系二化育成种有98个品种,其总体平均孵化率为28.38%,在10个孵化率等级中,仅Ⅷ级和Ⅹ级 2个等级无蚕种分布,其余8个等级均有蚕种分布。在有蚕种分布的8个等级中,Ⅰ级的品种最多,有30个,占总数的30.61%;Ⅳ级的品种其次,有17个,占总数的17.35%;Ⅶ级和Ⅸ级的品种最少,均为1个,各占总数的1.02%,其中6 100蚕种(T8F)孵化率为88.00%,是所有蚕种中孵化率最高的品种之一。

图7 日系二化种各孵化率等级的分布 Fig.7 Distribution of Japanese bivoltine variety at different grades of hatching rate

2.3 延期冷藏后蚕种实用价值的分布频率

从图8可知,在保种价值高各类别品种中,欧系一化种为68.00%,日系二化种为48.98%,地方一化种和地方二化种各约为47.00%,中系一化三眠种、中系二化四眠种及日系一化四眠种分别为45.00%、42.00%和33.33%。欧系一化种只有10.00%品种孵化率低于10.00%,表现最好;而其他类别品种孵化率低于10.00%的依次为中系二化种(25.00%)<地方品种一化种(26.53%)<日系二化种(30.61%)<日系一化种(33.33%)<中系一化种(35.00%)<地方品种二化种(39.47%)。虽然地方一化种与地方二化种保种价值高的品种分布频率不相上下,但地方品种二化种无实用价值的品种分布频率较地方品种一化种高很多。说明,地方二化种的耐冷藏能力总体上较地方一化种差,但由于其品种分布广泛,故孵化率较高的品种也较多。

图8 各类别蚕种实用价值的分布频率 Fig.8 Distribution frequency of practical value of different silkworm categories

2.4 不同眠性和化性蚕种的孵化率

370个蚕品种按眠性和化性进行划分,共有一化三眠品种20个、一化四眠品种114个和二化四眠品种236个。以化性分类比较,一化种的平均孵化率为33.82%,二化种(二化四眠)为28.30%;经t检验结果显示,一化种孵化率显著高于二化种。以眠性分类比较,四眠蚕的平均孵化率为30.57%,三眠蚕(一化三眠)为25.61%,经t检验结果显示,四眠蚕平均孵化率高于三眠蚕,但差异并不显著。综合眠性和化性看,延期冷藏后平均孵化率为一化四眠种>二化四眠种>三眠蚕。

3 讨论

康秀清[13]研究发现,单式冷藏法延期冷藏100～130 d对春制春品种良卵孵化率无影响,而超过140 d后孵化率较低。吴冬秀等[14]对中国农业科学院蚕业研究所357个品种春制越年种采用复式冷藏法冷藏至8月下旬后,三眠蚕普通孵化率最高,其次是日本系统二化种、欧洲系统一化种和中国系统一化种,均超过40.0%;而日本系统一化种达32.1%,中国系统二化种仅18.5%。研究结果表明,370份蚕种最高孵化率为88.00%,最低孵化率为0,平均孵化率仅30.30%,且超过1/2的品种孵化率低于30.00%,整体孵化水平低;其中,孵化率<10.00%的品种数最多,为100个品种,占总数的27.03%;孵化率大于60.00%的品种仅有28个,占总数的7.57%。从品种类别看,370份蚕种可分为中系一化种、日系一化种、欧系一化种、地方一化种、地方二化种、中系二化种和日系二化种7个类别,其品种数分别20个、15个、50个、49个、38个、100个和98个,各类别的平均孵化率依次为欧系一化种(45.03%)>中系二化种(29.07%)>地方一化种(28.71%)>日系二化种(28.38%)>地方二化种(26.03%)>中系一化种(25.61%)>日系一化种(24.10%);变异系数依次为欧系一化种(61.16%)<日系二化种(73.23%)<地方一化种(75.04%)<中系二化种(77.21%)<日系一化种(85.08%)<中系一化种(88.06%)<地方二化种(89.33%)。从实用价值看,春制越年种延期冷藏后约有48.38%的品种孵化率>30.00%,可用于保种备用。综合眠性与化性,春制越年种延期冷藏后平均孵化率依次为一化四眠种>二化四眠种>三眠蚕,与康秀清[13]的研究结果相近;与吴冬秀等[14]采用复式冷藏法的研究结果存在一定差异,原因可能是采用的冷藏法方法或取样的品种不同所致。另外,在本研究中,欧系一化种延期冷藏后平均孵化率为45.03%,具保种实用价值的品种达68.00%,均远大于其他类别。原因可能是该类品种幼虫期长,食桑量多,蚕卵大,卵质饱满,具有良好的耐冷藏能力。而中系一化种和日系一化种种延期冷藏后平均孵化率最低,总体耐冷藏能力表现较差,可能是2类品种的食桑量少,幼虫经过短,卵小有关。不过中系一化三眠种1004(修水2号)孵化率达88.00%,此品种从来源分类可归于地方土种。而地方种四眠蚕(一化和二化)孵化率呈两极分化状态,处在中间的品种较少;且一化种比二化种耐冷藏能力更强,与所有品种整体上一化种比二化种更耐冷藏的结果相吻合。可见,不论是欧洲还是中国本土的地方种,这类资源中蕴含的遗传多样性更丰富,与杜周和等[15]的研究结果一致。因此,要加强地方种的收集与保护。此外,虽然中系二化种平均总孵化率比日系二化种高,无实用价值品种的频率比日系二化种小,但日系二化种变异系数很大,且保种价值高的品种频率比中系二化种多,说明,日系二化种有较大的种性挖掘潜力。

4 结论

不同类别蚕种以欧系一化种的孵化率最高,地方品种的遗传多样性较丰富;春制越年种采用单式冷藏法冷藏至6月下旬后整体孵化率会大幅降低,孵化率大于60.00%的品种仅占总数的7.57%,蚕种最好在春季使用,单式冷藏的春制越年种不适合延迟至夏季饲养。