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长江鲢、草鱼原种———人繁群体生长差异与生化遗传变化

   杨学明  李思发

( 上海水产大学水产增养殖生态、生理农业部重点实验室, 200090)

摘要

用完全随机区组设计的方法在三个池塘中进行了源于长江的鲢、草鱼原种与封闭人繁群体子三代1 龄鱼种阶段的生长比较试验。结果表明:原种鲢、草鱼的体长绝对增长高出封闭人繁子三代群体17 -21 %, 相对增长( 瞬时增长率) 快13 -18 %;体重绝对增重高出25 -26 %, 相对增重( 瞬时增重率) 快15 -20 %。但这些差异( P >0.05) 均未达数理统计上差异显著的标准。又用同工酶电泳, 测定了鲢、草鱼的原种、原种F1 代、封闭人繁子三代共六个群体肌肉、肝脏组织中10 种酶、一种蛋白质18 -19 个位点上的等位基因频率变异。未见两种鱼的三个群体间的多态座位比例有何不同, 但平均杂合度有异, 其大小顺序都是原种>封闭人繁子三代>原种F1 代。聚类分析显示:鲢、草鱼两种鱼封闭人繁群体对原种的亲缘关系都较远。另外, 发现在鲢、草鱼原种中存在一条特殊的酶带ES T -5 。本研究结果证明:封闭人繁群体在生长性能上不如原种, 在生化遗传上已出现有别于原种种群的变化。

关键词

鲢, 草鱼, 原种, 原种F1 代, 封闭人繁群体, 生长, 同工酶

目前, 我国养殖鱼类人工繁殖中的“退化” 现象较为普遍, 近交是原因之一。李长春[ 1]曾报道, 同第二代近交鳙相比, 第四代近交鳙苗种畸形率增加0.7 倍, 鱼苗成活率下降21 %, 生长速度减慢22.7 %, 鱼病发生率增加13 %, 草鱼也类似。李思发等[ 3] 报道天然繁殖鲢、鳙、草鱼的生长速度优于人工繁殖鱼5 ～ 10 %。贺端澍等[ 9] 报道长江原种一代比当地自繁自养亲鱼子代生长快。李思发和杨学明[ 6] 报导了双向选择对团头鲂生化遗传变异的影响, 发现经4 代选育, 平均杂合度增加4 %, 而经2 代近交, 平均杂合度降低15 %。在国外,Kincaid[ 16] 报道虹鳟一代兄妹近交使鱼苗致畸率增加38 %, 成活率降低15 %, 生长率降低6-23 %, 延续几代, 衰退加剧。

但这些结果仍未能引起人们足够重视, 亲鱼管理存在问题甚多。其原因一是这类试验难度较大, 有的试验不够严密, 结果尚不能使人完全信服;二是有关科学知识仍然不足。为进一步弄清“退化”的表现和机理, 本文进行了长江鲢、草鱼原种群体( 以下简称原种) 、原种F1代群体( 以下简称原种F1 代) 及封闭人繁群体共六群体的生长对比试验;以及这六个群体的同工酶电泳测定。通过这两方面的比较试验, 了解人繁群体在生长性能和生化遗传方面的变化, 并探寻这两方面差异的联系, 进而了解原种的优势所在, 查明近交所引起的遗传衰退程度, 以期为养殖鱼类繁育群体的科学管理, 特别是如何正确有效地防止近交提供科学佐证。

材料和方法

( 一) 材料来源

1.长江鲢、草鱼原种 由当年在长江安庆—芜湖江段捕捞的长江江苗在安徽省芜湖市水产原种场培育生长。

2.长江鲢、草鱼原种F1 代 是长江汉阳江段长江江苗在江苏省邗江县长江系家鱼原种场经池塘培育成熟后繁殖的第一代。

3.鲢、草鱼封闭人繁子代 鱼苗取自经多方调查, 确信从长江引进江苗后从未以长江原种更换亲鱼的封闭性的人工繁殖群体。鲢鱼取自安徽省当涂县水产养殖场, 草鱼取自安徽省宣州市水阳水产养殖场。推算两种试验鱼都是长江原种在当地繁育的第三代。

原种F1 代和封闭人繁子代的夏花从生产场运到芜湖市水产原种场, 同本场的原种鱼分别饲养至全长5 -6cm 、适合剪鳍标志时, 开始生长对比试验。

在生长试验中, 对F1 作剪鳍标志时适逢异常高温, 兼之鱼种体质较弱, 出现了80 %以上的死亡, 存留的数量虽足够电泳研究, 但不足以生长分析, 故本文生长部分仅报道原种和封闭人繁子代的结果, 同工酶部分仍报道原种、原种F1 代及封闭人繁子代的结果。

( 二) 试验方法

1.生长试验　在芜湖市水产原种场选3 口池塘, 每口面积约1 300 平方米, 深1.5 -2.0 米。

试验采用完全随机区组设计:把二群体鱼随机分配到区组———每口池塘中去。在同一池塘中的二群体鱼所处的环境一致;在不同的池塘间则有差异。故同一池塘中有二群体鲢鱼, 原种250 尾, 人繁子代250 尾;同时有二群体草鱼, 原种250 尾, 人繁子代250 尾, 合计1000尾。属同池比较试验。为区分不同群体, 采用了剪鳍标志法。生长比较试验共74 天( 8 月16 日至10 月30 日) 。

2.同工酶电泳　电泳方法参考《鱼类电泳技术手册》 。

( 三) 分析方法

1.生长比较　试验期间, 每月每群体鱼随机抽样30 -40 尾, 逐尾测定全长、体重。绝对生长率与瞬时增长率( IG R) 计算按Gall 与Gross[ 15] 。体长、体重的方差分析采用t 检验及F检验[ 7] 。

2.生化遗传分析

群体内的基因变异:用多态座位比例( P) 与每个座位的平均杂合度( H) 度量[ 10]。群体间的基因变异:用遗传相似系数( S) 和遗传距离( D) 来度量, 采用Rogers[ 18] 公式,并用Nei[ 17] 公式验证。

根据遗传相似度值, 采用类平均法( UPGMA) 绘制每种鱼三群体聚类分析图[ 11] 。

群体间等位基因频率差异用2 ×2 联表检验[ 7] 。

结果

( 一) 生长差异

鲢、草鱼生长试验结果见表1 ～ 4 。

表1 白鲢原种与封闭人繁群体鱼种体长绝对增长值与瞬时增长率( IGRL) , 8 -10 月, 1994 年

Table 1 　The absolute growth value and instantaneous growth rate ( IGRL) of body length of silver carp fingerlings of wild and isolated hatchery population, August -October, 1994

从总体平均来看, 无论是鲢还是草鱼, 无论是体长、体重的绝对增长量还是瞬时增长率，原种均优于封闭人繁子代。原种的体长绝对增长量要高出封闭人繁子代17 -21 %, 体长瞬时增长率要高出13 -18 %;原种的体重绝对增重要高出封闭人繁子代25 -26 %, 体重瞬时增重率要高出封闭人繁子代15 -20 %。

经t检验与F检验, 原种与封闭人繁群体间生长差异不显著。t <t0.05, F <F0.05 。虽然如此, 在鲢与草鱼中都能看到, 尽管原种的起始体长、体重小于封闭人繁子代, 而试验结束时体长与体重都超过封闭人繁子代, 这表明原种有一定的生长优势。

( 二) 同工酶

对鲢、草鱼六群体肌肉、肝脏组织中10 种酶和白肌蛋白进行了电泳。鲢鱼G -6PDH 的酶带分离效果差, 不便分析, 舍去。共检测到19 个位点, 见到多态位点3 个:ADH, IDH -B,LDH -C 。草鱼中共检测了18 个位点, 见到多态位点2 个:ADH, SOD -A 。值得一提的是鲢鱼肝中的EST 酶, 该酶采用7.5 %凝胶电泳后表现出较复杂的带型, 其基本带有2 条:EST -2, EST -3 ;而EST -1, EST -4 在个体间表现不规则;ES T -5 是一条特殊酶带, 仅在原种中表现( 图1) , 有关其讨论见后。

表2 　白鲢原种与封闭人繁群体体重绝对增长值与瞬时增长率( IGRW) , 8 -10 月, 1994 年

Table 2　The absolute growth value and instantaneous growth rate ( IGRW) of body weight of silver carp of fingerlings of wild and isolated hatchery population, August-October, 1994

表3 　草鱼原种与封闭人繁群体体长绝对增长值与瞬时增长率( IGRL) , 8 -10 月, 1994 年

Table 3　The absolute growth value and instantaneous growth rate ( IGRL) of body length of grass carp f ingerlings of wild and isolated hatchery populations, August -October, 1994

( 三) 群体间的等位基因频率差异

鲢、草鱼两种鱼六群体多态座位及等位基因频率测定结果见表5 。

群体间等位基因频率的检验结果:在鲢鱼的原种F1 代与封闭人繁子代之间, IDH -B座位上等位基因频率有显著差异( P <0.05) , 其它各多态座位上的等位基因频率在群体间均不显著( 鲢鱼P =0.05 ～ 0.30, 草鱼P =0.10 ～ 0.20) 。

表4 　草鱼原种与封闭人繁群体体重绝对增长值与瞬时增重率( IGRW) , 8 -10 月, 1994 年

Table 4 　The absolute growth value and instantaneous growth rate ( IGRW) of body weight of grass carp fingerlings of wild and hatchery popuwtions, August -October, 1994

图1　鲢( A) 、草鱼(B) 肝中EST 同工酶电泳图谱

Fig.1　Electrophoretograms of EST isozymes in liver of silver carp ( A) and grass carp ( B)

各群体的多态座位比例( P) 与每个座位的平均杂合度( H) 见表6 。

每种鱼三群体聚类分析图如图2 、图3 所示。

表5 　鲢、草鱼原种、原种F1 代、封闭人繁子三代的多态座位及等位基因频率

Table 5　Observed polymorphic loci and allelic frequency of the enzymes studied of wild, F1 and isolated hatchery populations of silver carp and grass carp

图2　鲢鱼原种、原种F1 代、封闭人繁子三代遗传相似系数(S) 聚类分析图

Fig.2　Genetic similarity ( S) dendrogram showing relationship among wild, F1 and isolated hatchery populations silver carp

图3　草鱼原种、原种F1 代、封闭人繁子三代遗传相似系数(S) 聚类分析图

Fig.3　Genetic similarity ( S) dendrogram showing relationship among wild, F1 and isolated hatchery populations of grass carp

表6 　鲢、草鱼原种、原种F1 代、封闭人繁子三代多态座位比例(P) 及平均杂合度( H)

Table 6 　Mean proportion of polymorphic loci (P) and average heterozygosity per locus( H) of wild, F1 and isolated hatchery populations of silver carp and grass carp

用Nei 公式计算出的结果表明, 三群体间遗传距离的大小排列顺序与Rogers 公式的计算结果是相同的, 可互相验证。

讨论

( 一) 鲢、草鱼原种与封闭人繁群体间的生长差异

前已述及, 在鱼种阶段, 无论是体长、体重的绝对增长还是相对增长, 鲢、草鱼的原种鱼都要比封闭人繁群体快。也就是说, 与原种相比, 封闭人繁群体在生长性能上已出现了一定程度的负面差异, 不过这种差异的数理统计结果尚不显著。

李思发等[ 3] 的试验表明:长江鲢鱼的生长优势主要表现在2 龄、3 龄阶段。在1 龄阶段, 长江鲢鱼的生长显著慢于珠江鲢鱼的生长, 而在2 龄、3 龄阶段, 长江鲢鱼则显著超过珠江鲢鱼。从本实验来说, 限于研究的时间, 原种与封闭人繁子代只作了1 龄鱼阶段的生长比较, 它们之间的生长差异是否也会更多地表现在2 龄、3 龄阶段呢? 如果在2 龄或3 龄阶段原种的生长速度显著地大于封闭人繁群体的生长速度, 就更足以说明封闭式的人工繁育管理对繁殖后代的生长的不利影响。所以, 要全面了解原种与封闭人繁群体间的生长差异, 还应继续进行2 龄、3 龄乃至4 龄阶段的生长对比实验。

从理论上说, 鱼类生长速度遗传力较低, 很容易受到近交的影响。在我国的很多小型乡镇、私营人工繁殖场中, 亲鱼群体数量少, 由此产生的“遗传瓶颈”及近交现象普遍存在, 且多代延续, 导致遗传变异性的不断丧失。遗传变异的衰竭可用公式D =[ 1 -1/( 2Ne) ] t 来表示[ 14] 。式中Ne 为群体有效大小, t 为世代数。遗传变异在三、四代时间里的损失在生产上可能尚不显著, 不易为人们所察觉和认识。但如果这种“瓶颈”延续下去, 或长期实行这种封闭式的自繁自育管理, 情形将会变得非常严重。

( 二) 原种F1 代、封闭人繁群体多态座位比例( P) 、平均杂合度( H) 及遗传距离( D) 的变化

多态座位比例( P) :未发现多态座位比例在原种、原种F1 代及封闭人繁群体间有何差异。鲢都是15.7 %;草鱼都是11.1 %。这种群体间多态位点比例的一致性是可以理解的。因为我们所研究的原种、原种F1 代及封闭人繁子代三个群体间的时间跨度只有三十年左右。对于鱼类遗传特性形成的漫长进化历史而言, 三十年只是极短暂的。在测定总座位数相同的情况下, 多态座位数上出现的差别, 不是短期的变异积累就能表现出来的。

平均杂合度( H) :Kirpichnikov[ 16] 报道, 脊椎动物的平均杂合度为0.03 ～ 0.08, Ayala[ 12]的报道为0.042 ～ 0.083, 鱼类在靠近其上限附近。物种间的平均值的差异无疑是相当大的。本研究发现, 平均杂合度在同种鱼的不同繁育群体间也有一些差异。鲢:原种( 0.0586)>封闭人繁子三代( 0.0513) >F1 代( 0.0459) ;草鱼:原种( 0.0483) >封闭人繁子三代( 0.0442) >F1 代( 0.0398) 。不同群体平均杂合度的大小排列顺序在鲢、草鱼间是一致的。

与李思发等先前的结果[ 2, 3] 相比, 本次测定的两种鱼平均杂合度的平均值( 鲢0.0519,草鱼0.0441) 较低, 主要是因为检测出的多态座位数较少。这与实验所选的酶种类有关, 但不影响本研究的横向比较结果。

本次测定的鲢、草鱼原种种群的平均杂合度均高于封闭人繁群体。在鲢鱼, 原种比封闭人繁群体大12.5 %, 草鱼要大8.5 %。这说明原种种群内的遗传变异要比封闭人繁群体丰富, 遗传异质性较好。反之, 封闭人繁群体的平均杂合度降低了, 即遗传多样性降低了。主要原因是近交。换言之, 封闭人繁群体与原种相比, 已出现了一定程度的衰退。这种衰退,必然会在生长、成活率、发病率方面反映出来。李长春[ 1] 曾报道, 同第二代近交鳙相比, 第四代近交鳙苗种畸形率增加了0.7 倍, 鱼苗成活率下降了21 %, 生长速度减慢22.7 %, 鱼病发生率增加13 %, 草鱼也类似。Kincaid[ 17] 报道虹鳟一代兄妹近交使鱼苗致畸率增加38 %,成活率降低15 %, 生长率降低6 -23 %, 延续几代, 衰退加剧。

另外, 鲢、草鱼原种F1 代的平均杂合度低于封闭人繁群体, 这可能同两个人繁场的长江原种亲鱼来源于不同江段有关。根据赵金良、李思发[ 8] 对长江中下游不同江段生长的鲢、鳙、草鱼、青鱼的电泳检测结果, 不同江段“四大家鱼”各自均属同一种群———长江种群,而平均杂合度在不同江段种群间稍有不同。这种差异可能对其子代的遗传变异有一定程度影响。

遗传距离( D) 与遗传相似度( S) 聚类分析表明:三群体间封闭人繁群体对原种的遗传距离较远, 即亲缘关系较远。

上述发现表明:原种经过三个世代的封闭式自繁自育后, 已出现在遗传上有别于原种种
群的变化。李思发和李广丽[ 5] 曾报道一代近交选育已使团头鲂的遗传变异产生微小的、但可监测到的改变。李思发和杨学明[ 6] 报道了双向选择对团头鲂生化遗传变异的影响, 发现经4 代选育, 平均杂合度增加4 %, 而经2 代近交, 平均杂合度降低15 %。

( 三) 特殊酶带EST -5 的分析

与原种F1 代、封闭人繁群体相比, 鲢、草鱼的原种EST 酶中有一条较特殊的谱带( 凝胶浓度为7.5 %) , 即EST -5, 电泳迁移率最快。在三个群体的所有样品中, 仅在原种鱼中检测到, 而在原种F1 代及封闭人繁群体中均未发现。我们推测:这条酶带可能是长江原种中EST 基因座位上的特殊或稀有等位基因表达的结果, 而在原种F1 代和封闭人繁群体中已经流失。不能说F1 代和封闭人繁群体中无此等位基因, 但其频率低是很显然的。李思发等[ 2] 发现长江和珠江草鱼的肝SOD 都有2 个等位基因和多态, 而黑龙江草鱼肝中只发现1个等位基因, 认为是黑龙江草鱼资源衰竭的重要标志。在淤泥湖、牛山湖、南湖及邗江团头鲂四种群中, 邗江种群的SOD -A 仅检出等位基因A100, 而未检出其他三种群都有的SOD-A70[ 4] 。从本文结果来看, 用EST -5 作为特征酶来区分原种与人繁群体是有可能的。

( 四) 加强人繁群体的科学管理

本研究初步证实, 封闭式的多代自繁自育会导致近交, 从而降低后代的遗传变异及生长
性能。在生产实践中, 为了避免这种情形, 最主要的措施是:( 1) 定期用原种更换亲鱼群体,杜绝自繁自育, 减少人为逆向选择危害, 限制“瓶颈” 、“漂变”及近交的发生;( 2) 维持亲鱼群体的适当大小, 有效群体大小应不小于50 尾, 这样能把近交降低至可以接受的程度[ 14], 即繁育一代的近交系数( ■F) 不超过1 %。

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(本文来源：中国水产科学，第3卷第4期，1996年12月)

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