凡纳滨对虾幼虾耐高温性状的遗传力评估

曲 旻,谭 建,栾 生,强光峰,罗 坤,隋 娟,孟宪红,孔 杰

( 1.上海海洋大学 水产与生命学院 上海 201306; 2.中国水产科学研究院 黄海水产研究所,农业农村部海洋渔业可持续发展重点实验室 山东 青岛 266071; 3.青岛海洋科学与技术试点国家实验室,海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室,山东 青岛 266071 )

凡纳滨对虾(Litopenaeusvannamei),俗称南美白对虾,原产于南美太平洋沿岸水域,因其味道鲜美、生长速度快、成活率高,充分迎合市场的需求,已经成为世界三大养殖对虾品种之一[1]。凡纳滨对虾于20世纪末被引入中国,经过多年的养殖发展,已经成为我国最重要的水产经济养殖品种之一[2]。2019年凡纳滨对虾海水养殖和淡水养殖产量总和超过1.8×106t,占全国对虾养殖总产量的85%[3]。凡纳滨对虾属于变温动物,对外界环境温度的敏感度较高[4-5]。当温度存在较小的波动时,对虾会顺应温度的转变,从而体温与水温一致;当温度存在较大的波动时,对虾调节机制受到阻碍,难以适应新的水温平衡,从而影响凡纳滨对虾的存活率和产量[6]。近年来全球变暖的影响逐渐显著,夏季高温持续时间也有明显的增幅[7]。在我国南方夏季室外露天土池养殖凡纳滨对虾,太阳直射,水体温度过高,对凡纳滨对虾的高温放苗造成了一定的影响。因而,迫切需要选育出耐高温的优良品系。

凡纳滨对虾的生长、存活、繁殖性能均受温度的影响[6]。有研究表明,凡纳滨对虾的适应水温为13～40 ℃,最适生长温度为23～30 ℃[8]。当凡纳滨对虾在最适温度情况下,水温下降3 ℃时,对凡纳滨对虾仔虾生长存活无明显差异,而水温下降6 ℃时,凡纳滨对虾仔虾的生长存活会受到影响,相关的免疫指标发生明显变化[9]。并且凡纳滨对虾仔虾在受到合适范围内的水温升高的刺激下,不仅能提高对高温的耐受性,还会增强对白斑综合征病毒的抗感染性[10]。所以,凡纳滨对虾仔虾在适当升温和降温的条件下,自身的免疫指标均发生一定的变化。国内外对于对虾耐温的研究已开展多年,涉及日本囊对虾(Marsupenaeusjaponicus)[11]、罗氏沼虾(Macrochiumrosenbergii)[12]、南极磷虾(Euphausuasuperba)[13]、长臂虾(Palaemonperingueyi)[14]等种类。相关报道指出,在凡纳滨对虾、日本囊对虾、脊尾白虾(Exopalaemoncarinicauda)仔虾耐热性研究中,凡纳滨对虾仔虾耐热性最强[11]。已见凡纳滨对虾耐高温胁迫的分子机制相关研究[15],及凡纳滨对虾耐低温胁迫的遗传评估相关研究[16]等,尚未见有关凡纳滨对虾耐高温性状遗传力的报道。

笔者采用室内人工升温的方式,对凡纳滨对虾幼虾家系进行耐高温试验,并以耐热性作为评定耐高温性状的指标,同时测定相应的存活指标,运用单性状动物模型估计耐高温性状的遗传方差组分,获得凡纳滨对虾耐高温性状遗传参数,为选育中国南部地区的夏季高温养殖的凡纳滨对虾优质品种提供数据支撑。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验在潍坊邦普种业科技有限公司凡纳滨对虾育种基地进行。试验群体为2018年由国外引进的4个凡纳滨对虾种群(EGDB、PRMA、API、SIS)构建的育种群,从中随机选取40个全同胞家系(7个父系半同胞家系,4个母系半同胞家系)(表1),每个家系随机选择100尾个体,共计4000尾仔虾。

表1 凡纳滨对虾试验家系结构

1.2 试验方法

为减少日龄对试验结果的影响,本试验选取仔虾日龄相差3 d内的40个家系。将构建好的凡纳滨对虾家系培育至仔虾第21～23天(P21～P23),温度28 ℃、盐度29、pH 8.2±0.2。将每个家系分成2份,每份50尾,移入80个15 L的小白桶中暂养3 d,防止在移虾过程中因受伤或者应激而死亡。每个家系的2个小白桶为1组,放入4个5.0 m×2.5 m×0.3 m水泥池中进行水浴加热,利用加热棒和自动控温仪调控水温。试验初始水温为28 ℃,采用缓慢升温方式进行耐高温试验,按照1 ℃/12 h的速率缓慢升温至40 ℃,保持此温度直至对虾全部死亡。在整个试验过程中,每2 h观察1次,发现死亡的对虾时,及时捞出并记录对虾的死亡时间、温度、家系号、桶号和池号等信息。

1.3 日常管理

试验期间,每日按照所有对虾体质量的5%投喂高蛋白配合饲料,每日投喂4次,并根据饲料有无剩余进行适当调整。每日吸污、换水,养殖前期的换水量为10%～20%,后期逐渐增加换水量至20%～30%。

1.4 统计分析

利用Excel软件统计凡纳滨对虾家系耐热性参数。使用SPSS 26.0软件进行单因素方差分析,利用LSD法进行家系间耐高温性状值的多重比较,P<0.05表示差异的统计检验达到显著水平,P<0.01表示差异的统计检验达到极显著水平。

1.4.1 耐高温性状指标

本试验借鉴在大菱鲆(Scophthalmusmaximus)[17]高温和日本囊对虾[11]高温研究中使用的评定指标,采用耐热性(UTT)作为评定耐高温性状指标。该指标不仅消除了在试验过程中各水泥池的升温速率差异造成相同时间下各水泥池温度不相同,进而引起凡纳滨对虾在最高温度(40 ℃)下存活时间差异的影响,而且能够更加准确评定那些在温度尚未达到40 ℃就已死亡的个体。其计算公式如下:

(1)

式中,t为试验时间(h),Tt为在t时对应的温度(℃),T0为试验初始温度28 ℃,t1为存活时间(h)。1尾凡纳滨对虾在29 ℃存活12 h,在30 ℃存活12 h之后死亡,UTT=(29-28)×12+(30-28)×12=36 ℃·h。

1.4.2 遗传参数估计

本试验采用ASReml4软件,通过单性状动物模型估计凡纳滨对虾家系耐热性的方差组分。具体模型如下:

yijk=μ+ai+Tankj+eijk

(2)

式中,yijk为第i尾虾的耐热性的观测值,μ为总体平均值,ai为第i尾虾的加性遗传效应,Tankj为第j个水池的固定效应,eijk为第i尾虾的随机残差。

(3)

(4)

运用Z值来检验遗传力估计遗传力估计值与0之间是否存在显著差异,公式如下:

(5)

2 结 果

2.1 不同家系耐高温性状描述统计

凡纳滨对虾不同家系的耐高温性状统计描述见表2,各家系的耐热性为782.64～2074.33 ℃·h。单因素方差分析表明,凡纳滨对虾仔虾耐热性在家系水平上差异显著(P<0.05)。各家系的耐热性标准差差异较大,其中标准差最小的为10465号家系(120.61),最大的为10362号家系(979.30)。10338号家系耐热性值变异系数最大,为68%,10465号家系耐热性值变异系数最小,为10%。其余家系大多数为22%～48%。

2.2 不同家系耐高温性状方差分析

凡纳滨对虾各家系耐高温性状的单因素方差分析结果见表3,各家系间耐热性值存在较大差异,F检验达到显著水平(P<0.05)。凡纳滨对虾各家系平均耐热性的LSD多重比较结果(图1)显示,不同凡纳滨对虾家系间耐热性值达到显著水平(P<0.05)。

图1 凡纳滨对虾在高温养殖环境下各家系平均耐高温性状的LSD多重比较Fig.1 Multiple LSD comparison of average heat resistance of Pacific white shrimp L. vannamei in high temperature culture environment in each family

表3 凡纳滨对虾各家系耐高温性状的方差分析

2.3 不同家系高温存活率差异分析

不同高温时刻凡纳滨对虾各家系累计存活率见表4。当水温由28 ℃升至40 ℃时,各家系的累计存活率为58%～99%,其中10465家系的累计存活率为99%,10338家系的累计存活率为58%,差异明显。

表4 不同高温时刻凡纳滨对虾各家系累计存活率

2.4 凡纳滨对虾幼虾耐高温性状的遗传参数评估

凡纳滨对虾幼虾在高温养殖环境下耐高温性状的方差组分和遗传力估计值见表5。采用狭义单性状动物模型获得高温环境下耐高温性状的转换后遗传力为0.22±0.05,属于中等遗传力(0.2≤h≤0.4)水平。表明凡纳滨对虾幼虾耐高温性状具有较高的遗传变异水平,遗传改良的潜力较大。

表5 在高温养殖环境下凡纳滨对虾幼虾耐高温性状的方差组分和遗传力

3 讨 论

3.1 凡纳滨对虾家系在高温环境下存活率比较

抗逆性状是指生物对外界因素反应的性状,对虾的抗逆性状主要表现为耐盐、耐冷、耐热、抗病等性状[18]。凡纳滨对虾属于变温动物,温度是凡纳滨对虾养殖过程中一个重要的环境因子,水温升高或降低均会影响其生长、发育和存活[19]。近年来全球变暖的影响逐渐显著,夏季高温持续时间也有明显的增幅。因此培育耐高温凡纳滨对虾新品种成为养殖行业亟待解决的问题。李东宇等[20]将水温按照1 ℃/d的速率缓慢降至19 ℃,结果显示,2种体质量的凡纳滨对虾群体在低温养殖环境下生长性能之间存在差异。杨章武等[21]在水温13.5～19.0 ℃时,对不同交配组合的凡纳滨对虾仔虾幼体进行耐低温的存活试验,结果显示:试验24 h时,各组仔虾幼体的存活率出现显著差异;试验48 h时,与A群体有关的子代存活率最高,与D群体有关的子代存活率最低。程光平等[22]设置5个低温梯度的胁迫试验,记录每尾凡纳滨对虾的死亡历程,结果显示,低温胁迫时间越长,凡纳滨对虾的死亡率越显著。然而有关凡纳滨对虾耐高温性状的相关指标的研究相较于耐低温性状的研究还是过少,关于凡纳滨对虾高温选育方向的研究仍需发掘。本试验中,从初始温度28 ℃,以2 ℃/d的速率缓慢升温至40 ℃时,各家系的累计存活率为58%～99%,10465家系的累计存活率为99%,而10338家系的累计存活率为58%,差异显著。10338号家系耐热性变异系数最大,为68%;10465号家系耐热性变异系数最小,为10%。这表明凡纳滨对虾幼虾家系在高温环境下的各温度存活率与其家系的耐热性变异系数负相关:耐热性变异系数越大高温存活率越低,耐热性变异系数越小高温存活率越高。并且高温胁迫时间越长,凡纳滨对虾幼虾家系的死亡率越显著,与上述的低温胁迫的结果保持一致性。

3.2 凡纳滨对虾不同家系耐高温性状比较

水产动物育种的方法,主要包括系谱选择、个体选择、家系选择、家系内选择和复合选择[23]。家系选育作为主推的方式,已经沿用多年[24]。国内外水产动物家系选育的研究主要涉及虹鳟(Oncorhynchusmykiss)[25]、大西洋鲑(Salmosalar)[26]、牙鲆(Paralichthysolivaceus)[27]等种类。陈松林等[27]为了培育牙鲆抗病新品种,用鳗弧菌(Vibrioanguillarum)感染59个牙鲆家系来测定各家系抗病能力的强弱,筛选出17个抗病力强的家系和6个抗病力弱的家系。曾凡勇等[28]为筛选凡纳滨对虾耐盐碱水性能,对61个凡纳滨对虾家系进行氯化物型盐碱水混合养殖测试,根据体质量和存活率,筛选出17个绝对质量增加率超过0.1 g/d的家系。笔者为选育凡纳滨对虾耐高温的新品种,对40个凡纳滨对虾幼虾家系进行高温胁迫试验,根据耐高温性状指标计算出各家系的耐热性为782.64～2074.33 ℃·h,凡纳滨对虾幼虾耐热性在家系水平上差异显著(P<0.05)。其中耐热性高于1800 ℃·h的有5个家系:10401、10364、10345、10361、10359,耐热性值低于900 ℃·h的有5个家系:10480、10462、10434、10417、10414。这表明凡纳滨对虾幼虾家系在夏季高温养殖下耐热性、存活率存在明显差别,具有较大的选育潜力,对凡纳滨对虾夏季耐高温品系的选育具有重要意义。

3.3 凡纳滨对虾幼虾耐高温性状遗传力

探究数量性状的遗传规律,是选育对虾优良品种的重要手段[29]。对虾的体长、体质量、耐寒、耐热、抗高氨氮的性状均属于数量性状[30]。王明珠等[31]利用混合模型对低温胁迫下中国明对虾的生长性状和耐低温性状进行遗传力评估,获得的中国明对虾耐低温性状遗传力为0.169±0.078,属于低等遗传力。而Li等[16]对不同生长温度下凡纳滨对虾体质量和存活率的环境交互,以及耐低温性状遗传力进行估算,计算出凡纳滨对虾耐低温遗传力为0.14±0.09,属于低等遗传力。笔者利用单性状动物模型对凡纳滨对虾幼虾在高温养殖环境下耐高温性状进行遗传参数评估,以耐热性作为耐高温性状指标,得出遗传力为0.22±0.05,属于中等遗传力。相比于耐低温性状本试验所得遗传力较高,表明凡纳滨对虾耐高温性状具有较大的遗传改良空间,可为下一步的凡纳滨对虾高温养殖选育工作提供数据支持。

4 结 论

凡纳滨对虾仔虾家系在高温养殖下耐热性、存活率存在明显差别,使用单性状动物模型对其耐高温性状进行遗传参数的评估,获得的遗传力为0.22±0.05,属于中等遗传力。这表明凡纳滨对虾的耐高温性状具有较大的选育潜力和遗传改良空间,可为下一步的凡纳滨对虾高温养殖选育工作提供数据支持。