水产动物遗传育种学教案

水产动物遗传育种学

课程名称：水产动物遗传育种学

授课教师：洪一江，彭扣

所在单位：生命科学与食品工程学院

教 案

绪 论

一、水产动物育种学研究的对象 （一）水产动物的范畴

水产动物是对人类生产和生活具有经济价值的水生动物.种类十分广泛,有多种无脊椎动物和脊椎动物.如轮虫、甲壳类、鱼类及水生哺乳类等。 （二）水产动物的繁殖特征 １、群体大小 ２、生殖方式

（１）水产动物的生殖策略几乎包含了动物界已知的各种形式，根据其生殖细胞的有无及作用氛围以下两种：有性生殖、无性生殖； （２）生殖方式：根据生殖中胚胎发育的场所和营养来源，水产动物的生殖方式可以分为：卵生、卵胎生、胎生。 ３、遗传特点及育种的关系

由于异质性的存在，大群体的各种生长性能具有杂和体的典型特征，一旦群体变小，异质性降低，群体就会表现出来某种程度的遗传衰退和生长速度降低，在生产中这种现象成为衰退或退化。在水产动物的育种过程中，要充分考虑异质性的特点，采用适合这种群体的育种方法才能提高育种效率。 （三）水产动物育种的对象

养殖对象种类繁多，是水产动物育种区别于畜、禽育种的显著特点。 育种对象的选择要考虑以下几点：

首先，应该考虑土著种类而且时常上对新品种需求比较迫切的重要水产动物作为主要育种对象。 其次，有些种类虽非土著种类，但因如时间较长，有一定的资源基础，在生产和消费上都有较大的比重，经过努力可以解决国内时常需求，培育出适合时常需求的新品种。 合适的与措施对于所有水产动物都是必需的，但不同育种对象的育种任务往往也有过不同：

（１）池塘和网箱养殖对象育种的主要任务在于提高品种的生产性能；

（２）海洋牧场几海水工厂化养殖的养殖对象育种的首要任务是使水产动物适应于

海水养殖的特殊条件，特别是在限制活动的条件下，要求适应于高密度和有效地利用天然饵料资源几人工配合饲料； （３）水产观赏动物育种的目的是培育出体色鲜艳及体形变异的新品种，培育出具

有特殊形态的观赏水产动物家系；

（４）水产实验动物育种的目的是培育用语现代科学研究，在遗传上具有同质性、

对各种实验反应具有一致性的水产动物 （５）野生淡水和回游性水产动物的任务也有其具体要求 二、水产动物育种学的任务和方法 （一）水产动物育种学的任务与内容

水产动物育种：指应用各种遗传学方法，改造水产动物的遗传结构，培育出适合人类养殖生产活动需要的品种的过程。 其根本任务是：在研究和掌握水产动物形状遗传变异规律的基础上，根据各地区的育种目标和原有品种的基础，发掘、研究和利用各种动物资源，采用适当的育种途径和方法，选育出适宜于该地区生态环境、生产条件，符合生产发展需要的高产、优质、抗逆和适应性广的优良品种，或者创造出新的动物；并通过行之有效的繁育措施，在反之、遗传性能的维护和推广过程中保持和提高品种的特性，促进水产养殖业的发展。 水产动物育种学的内容

野生种类驯化，优良物种引进，水产动物品质改良，繁育群体生产性能保护，杂种优势利用以及优良新品种培育的理论和实践 （二）育种方法

? 选择——育种实践中最基础，最原始，最常用的方法。分为人工选择和自然选择； ? 引种和驯化——育种工作中非常重要的手段；

? 生物技术——常用的生物技术有：单倍体育种，多倍体诱导，细胞核移植，转基因技术，分子标记等。 三、水产动物的育种目标

? 育种目标：是对育种工作所需要解决的主要问题的定性或定量的描述，也是所要培育的新品种在一定自然、生产、经济及技术条件下养殖时，应具备的一系列优良形状的指标，是育种方案的基本内容之一。 （一）水产动物育种的主要目标性状 1、生长特性和饲料转化率 2、繁殖特性 3、抗病能力 4、适应特性 5、体色与体形 6、产品品质

（二）制订育种目标的主要根据和原则

1、制订育种目标的 主要根据：客观需要、主观条件、最佳效益和竞争优势； 2、制订育种目标的主要原则

需要与可能，当前与长远，目标性状和非目标性状，育种目标和组成性状的具体指标。 四、品种与杂交的吧、概念及特点 （一）品种的概念 1、品种与品系

种是生物学分类单位；

品种是人类根据滋生需要创造出的一种生产资料 ，一般是指经多代人工选

择育成的，具有遗传稳定，并有别于原种或同种内其他群体模具有有两经济性状及其他表形性状的水声动物群体。它是人类生产活动的产物，其产生是养殖业发展到一定阶段后的必然产物。

品系是指来源于一个亲本对（或共同祖先）形成的群体，它具有突出的特点和性状，相对稳定的遗传性和一定数量的个体 。 一个品系的性状必须独特但不一定符合生产需求；育种过程种首先得到若干个性状独特的品系，具备优良性状的品系经过鉴定，即可作为品种推广使用。

? 几个概念：

家系：一般是指由一对系祖繁育而来的群体。

近亲交配系（自交系）：在品种的发展过程中，随着动物群体的不断扩大，分布区域 也会逐步扩大由于各地的自然田间不同，饲养管理水平和方式的区别，在品种内会出现差异。具有这样差异的类群可以称为地方品系。 单系：由一个系祖发展而来的群体。 群系：一个品系的系祖是一个群体。

种群：水产动物中种群的概念类似于家畜育种的单系或群系，是指同一五种在某一特定时间内占据某一特定空间的一群个体所组成的群集。 2、品种应具备的条件

凡能称为品种的水产动物，除具有较高的经济价值以外，还应具有一下特征： （1）性状及适应性相似； （2）稳定遗传； （3）生产性能； （4）数量。 （二）品种的分类

根据养殖对象遗传基础的不同，养殖的对象可以分为：

? 育成品种——品种种有许多人工雕刻的合计，是人类有意识选择的结果，因此又

称为育成品种。

? 自然品种——指未经任何人工选择或育种活动，经过简单的驯化过程或不经过驯

化直接为人类的养殖活动所利用的自然种。

? 原种——指取自模式种采集水域或取自其他天然水域并用于养（增）殖生产的野

生水产生物五种以及用于选育种的原始亲本。

? 杂交种——指不同品系、不同品种甚至中间个体交配得到的具有一定生产性能的

群体。

另外，在鱼类中还有多倍体品种及其他类型的养殖群体 （三）杂交种

杂交种指不同品系、不同品种甚至中间个体交配得到的具有一定生产性能的群体。它是经过杂交试验选择出的配对组合，其杂种一代具有生长优势或其他方面的优势。 （四）品种的审定

全国水产原、良审定委员会是主观全国水产原种、良种（包括品种、杂交种和引进种）审定的权威机构。 经过试验需要推广的品种有全国水产原、良种审定委员会审核发布中华人民共和国农业部公告。公告种品种命名登记好说明：G为“国”的第一个拼音字母，以示国家级品种；S为“审”的第一个拼音字母，以示审定通过的品种；为了命名上的方便，将品种、引进种统称为品种，01、02、03分别表示品种和引进品种程序好；001、002为品种顺序号；年代为审定通过的时间。如GS01001-2000为团头鲂浦江1号的命名登记号。 五、水产动物育种的成就与展望 （一）育种学基础与生物技术研究 （二）鱼类品种培育 （三）鱼类的引种工作 （四）存在的问题及展望

1、引种的成就；2、品种选育；3、育种理论；

4、生物技术；5、繁育群体的保护

第一章 水产动物种质资源

第一节 种质资源的概念、重要性和类型

（一）种质资源的概念

1、种质：由德国生物学家魏斯曼1892在建立其“种质学说”过程提出的概念，即决定遗传性状，并将遗传信息传递给后代的遗传物质（或遗传材料）。 2、资源：是指资财的来源，是对人类具有实际或潜在利用价值的材料，是在一定的技术经济条件下，现实或可预见的将来能作为人类声场和生活所需要的一切物质和给物质的要素。 3、种质资源：又称遗传资源，在我国习惯称为品种资源。《生物多样性公约》中将其定义为对人类具有实际或潜在用途或价值的遗传材料。 4、水产动物种质资源：是指对水产养殖和水产动物的遗传改良有实际或潜在利用价值的遗传材料，包括水产动物的家养种（品种、品系）和野生种（变种。） （二）研究种质资源的重要性

? 现代的育种成就，从根本上来说决定于对种植资源的认识和利用，如果育种工作者掌握的种质资源越丰富，对它们的研究越深透，则利用它们选育成新品种的可能性也就越大。 ? 国际遗传育种学界流行的一句话是：“谁掌握种质，谁就掌握未来”。 （三）种质资源的类型

第二节 水产动物种质资源研究概况

（一）种质资源问题的提出

自1980年1月在瑞典斯德哥尔摩召开了天然鱼类种质资源保护——鱼类基因库的国际学术会议之后，有关鱼类种质资源问题已正式提出。 （二）水产动物种质资源的特殊性

水生动物和陆生动物在种质资源的研究和保护上存在各方面的差异： （1）国家所有权不明确； （2）环境更具连续性； （3）观察、研究更难； （4）亲昵感较低； （5）生物多样性的量更高；

（6）表型的变异性较大； （7）释放时间较多，影响较大； （8）杂交能力较强；

（9）野生群体的重要性更突出； （10）人工控制繁殖应用较少； （11）重视程度较低。 （三）研究概况

? 我国水产动物种质资源方面研究相对较早，自20世纪50年代以来做了大量工作。 （四）水产动物种质资源研究的主要方向

?

查明海洋和内陆水域渔业资源的种类组成、分布、数量及变化规律，制定科学合理的水生动物种质资源保护和持续利用的中长期规划；

对我国水产动物和新近开打的野生养殖种类及引进品种开展综合研究，建立种质资档案，掌握基因知识产权；

建立功能齐全、数据相似，功能强大的数据库，建立便捷使用的网络，以达到资源共享；

研究精、卵和胚胎的低温保存技术，建立水生动物种质资源胚胎库、细胞库和基因库；

研究濒危五种繁殖和养殖技术，建立人工养殖群体，进行大规格鱼种的标志放流； 研究和选择野生水生动物种质资源中有价值的种类，进而开发利用；

研究恢复和重建水生动物栖息地的途径和方法，修复水域生态环境，进行科学合理的资源增殖放流，恢复衰退中的种质资源，保持水体中水生动物种质资源的多样性，以利于水生动物种质资源持续利用。

第三节 水产动物种质资源的多样性

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一、物种多样性

物种：指个体间可以自由交配和生殖繁衍（或潜在地具有这种能力）的一组自然种群，通过某种隔离机制，使得它们在遗传上同其他类似的一组种群相互隔离着。从种质资源角度来看，物种就是拥有自然闭锁机制的相对独立的基因库。 基因库：是指一个物种所含有的总的遗传信息。

物种多样性，实质上是关于生物物种的生物学多样性，物种数量是物种多样性最直接也是最终的度量指标。 （一）中国特有物种

目前，已调查并记录的我国水生生物达20200余种，其中鱼类3862种，占世界鱼类物种数量的20%左右。 受独特的气候、地理及地质历史等因素的萦系那个，我国水生生物具有特有程度高，孑遗物种数量达、生态系统类型齐全等特点，在世界生物多样性种占有重要地位，其中有许多是特有物种。中国特有鱼类有440余种，如青、草、鲢、鳙等，占已知种数14.6%；特有两栖动物30余种，占已知种数的10.8%；特有爬行动物26种，占已知种数的6.9%。 （二）经济物种

在我国内陆水域鱼类资源种，主要经济鱼类约有140种。

我国为养殖目的引入我国大陆的鱼类有30多种，如罗非鱼，白鲫和白鳟等。 中国经济甲壳动物主要种类有中华绒螯蟹，日本沼虾，秀丽白虾，克氏原螯虾等； 现今世界上龟鳖目动物约有240种，我国正式记载的有31种，其中乌龟、山瑞鳖和中华鳖是主要养殖对象； 扬子鳄、大鲵是我国重点保护的爬行类水产动物。 （三）濒危物种

国际自然保护联盟（IUCN）根据各种指标，将物种受环境胁迫的程度分为灭绝、自然灭绝、受危和低危4级。 具体如下图所示： 濒危的判断依据：

第一，群体数量减少，在过去10年或3 个世代的时间内减少了50%以上，估计在今后10年或3 个世代的时间内将继续减少50%以上； 第二，分布区严重分割，或已知栖息点不到5个，栖居范围不断减少，栖居范围波动剧烈，出现范围不到5000km2，或估计世纪栖居范围不到500km2； 第三，估算性成熟个体不到2500个；

第四，估计在今后20年或5个世代时间里，在自然界灭绝的概率至少为20%。 目前，列入《中国濒危动物红皮书》的濒危鱼类物种数量92种，包括仅分布于台湾的4个物种和香港的林氏细鲫，占全国淡水鱼类的11.7%，其中中国特有鱼类60种。 濒危两栖类有3目8科13属31种，占全国已知两栖动物总数的10.6%，其中包括17种我国特有两栖动物 濒危爬行动物有20科54属96种，占全国已知爬行动物总数的24.3%，其中30种为中国特有。 二、遗传多样性

遗传多样性也称基因多样性，是生物多样性三大层次之一，也是种质资源多样性的核心。广义的遗传多样性指种内或种间表现在分子，细胞，个体三个水平的遗传变异度。下一的遗传多样性指种内不同群体和个体间的遗传变异度。 （一）多样性和杂合性

多样性表现在从形态特征到DNA的核苷酸及它们所编码的酶与蛋白质的氨基酸序列。一个基因或一个表型特征若在群体内有多于一种的形式，它就是多态的基因或多态的表型。为了量化描述遗传变异，以群体种多态基因的比例来表示多样性的大小。 例如：用电泳法观测了虹鳟的30个基因座，其中12个基因座上为发现变异，其余18个基因座上检出了变异，可以计算有18/30=0.60基因座在群体中是多态的 ，或者说群体多态性程度是60%。 杂合性（度）是遗传变异的另一个量度，是指基因座上是杂合的个体的平均频率，或称为群体的平均杂合性。其计算公式为： H=每个基因座为杂合子的频率总和/基因座总数

例如：在某一群体中研究了4个基因座，每个基因座上杂合子的频率分别为0.25、0.42、0.09和0.00.对于这4个基因座而言，其H=0.25+0.42+0.09+0.00/4=0.19 （二）形态变异

陆地蜗牛是一种普通的欧洲蜗牛，在欧洲有广泛的分布，几乎所有曾经研究国的群体都发现有多样性，其主要表形在蜗壳五彩缤纷的颜色和条文特征上。蜗牛形态变异的多态性涉及许多对基因。其中最重要的是决定蜗壳底色和决定有、无条纹的基因。 （三）染色体多态性

核型是一个物种的显著特征，然而也并非一成不变，许多物种再染色体数目与形态上有很高的多态性。 如马口鱼的不同种群除臂数外，染色体数目和核型均不相同；泥鳅的不同种群再染色体数目、核型和臂数也不相同。 （四）蛋白质多态性

以凝胶电泳方法对大量物种的蛋白质多态性分析结果显示，有1/3的结构基因是多态的，群体种所有被测基因座的平均杂合度约为10%。这就是说在几乎所有的物种中，对基因组进行扫描分析，将会发现每10个座位中就有1个是处于杂合状态的。 我国学者对长江、珠江、黑龙江的鲢、鳙和草鱼的8个种群的酯酶等16个同工酶位点进行聚丙烯酰胺凝胶电泳分析，结果表明无论是群体间还是群体内，都存在着明显的蛋白质多态性。 （五）DNA序列多态性

Alec Jeffrey采用限制性内切酶检测核苷酸序列核苷酸序列多态性的方法，测量了60个没有任何亲缘关系的个体，用以估计人类种DNA全序列的差异，结果显示，在β珠蛋白基因家族中，每100个碱基中就有1个是多态的。 另一种形式的DNA序列差异是从多重复DNA序列中发展出来的限制性片段方法。 （六）数量性状的变异

大部分重要经济性状都是数量性状，数量性状可遗传变异的存在是经济性状改良的前提。变异系数是衡量数量性状变异程度的指标之一[变异系数=标准差（SD）/平均值×100]。水产动物数量性状的变异系数往往比陆生动物的更大。

第四节 水产动物种质资源的保护

一、我国水产动物种质资源面临的主要问题 （一）水域污染

我国近海和内陆水域污染严重，水生动物环境不断恶化，严重威胁到水生动物的生存和繁衍。 （二）过度捕捞导致的资源衰退

我国有激动渔船48万多艘，其捕捞强度大大超过了渔业资源的良性再生能力。 （三）珍稀濒危物种数量增加，濒危程度加剧 二、濒危物种资源的保护

今年来，我国通过采取一下综合保护措施，取得了较好的效果： （一）保护水域自然环境 1、减小水工建设影响 2、加强水体资源调查管理 3、流域环境的保护

4、水产动物产卵场所环境保护 （二）合理捕捞 1、制止酷捕 2、实行禁渔区（期） （三）开展濒危水生动物保护生物学研究 （四）建立自然保护区 （五）坚持合理引种

回交可以导致基因型纯合。 在应用回交时，必须注意以下两点： 一是应该选择好的轮回亲本；

二是非轮回亲本的选择也十分重要，它是被改良性状的唯一来源。 4、回交次数

理论上回交4次后，其后代的经济性状将与轮回亲本极为相似。但在实际工作中，应视具体情况而定。 （三）杂种后代的培育和管理

在杂种后代的培育过程中，应注意以下几点： ? 保证杂种后代正常发育以供选择； ? 培育条件要均匀一致； ? 大水面饲养杂交种要慎重。

第二节 杂种优势利用

一、杂种优势的概念及特点 （一）杂种优势的概念

所谓杂种优势是指两个或两个以上不同遗传类型的个体杂交所产生的杂种第一代，往往在生活力、生长势和生产性能等方面在一定程度上由于两个亲本种群平均值的现象。 （二）杂种优势的特点

? 杂种优势不是某一两个性状变现突出，二是许多性状综合地表现突出； ? 杂种优势的大小，大多取决于双亲性状间的相对差异和互补程度； ? 亲本基因型的纯合程度不同，杂种优势强弱也不同； ? 杂种优势在杂种第一代表现最为明显，之后就显著降低。 二、杂种优势的理论基础 解释杂种优势的三个论点 （一）显性学说

显性学说也叫显性基因互补或显性连锁基因说，是由Bruce（1910）提出，经Jones（1917）和其后一些人的补充发展而成。该学说认为显性基因多为有利基因，有害、致病以及致死呼吁大多是隐性基因；显性基因对隐性基因有抑制和掩盖作用，从而使隐性基因的不利作用难以表现。显性基因在杂种群中产生累加效应。

非等位基因间的互作会使一个性状受到抑制或增强，这种促进作用可因杂交二表现出杂种优势。 （二）超显性学说

该学说又称则和假说，是Hull和East于1908年分别提出的。这个假说热为杂种优势是等位基因间相互作用的结果。由于具有不同作用的一对等位基因在生理上互相刺激，使杂合子比任何一种纯合子在生活力和适应性上都更优越。 （三）遗传平衡学说

该学说认为，杂种优势是各种遗传过程相似作用的总效应，所以根据遗传因子相互影响的任何一种方式而提出的假说均不能作为杂种优势的一般理论。 三、杂种优势的度量

现在通常所用的度量法根据衡量优势强度所用的技术不同主要有以下几种。 （一）杂种优势率

所谓杂种优势率（又称杂种效果），就是指在某性状上，F1的计量平均值

与双亲平均值之差，而杂种优势的大小通常以杂种优势率表示。杂种优势率（又称超中优势率）就是指在某性状上，F1的计量值与双亲平均值差数的比率。 （二）超亲优势率

所谓超亲优势率（又称真杂种优势率），就是指在某种性状上，F1的计量平均值与高值亲本平均指差数的比率，计算公式为： （三）超标优势率

所谓超标优势率，就是指在某种性状上，F1的计量平均值与当地推广品种平均值差数的比率。计算公式为： （四）杂种优势指数

所谓杂种优势指数（HI），就是指在某种性状上，F1的剂量平均值与双亲平均值的比之。计算公式为： 四、杂交亲本的选择

杂交亲本种群的选择需要注意类别，初选以及选育三个问题。 （一）亲本群的类别

1、品系——杂交组合多由品系配置；

2、品种——在某些特殊条件下，可用品种替代品系。 （二）亲本群的初选

在进行试验前，需要对亲本群进行初步估计，这样就可以起到事半功倍的效果。 目前常用的初选方法有遗传差距法和配合力法两种。

（三）亲本群的选育

亲本群的选育主要包括选优、提纯两个方面。选优就是通过选择，选出性能优良、合乎理想的个体。提纯则是通过选配，使亲本群在主要性状上纯合子的基因频率尽可能增加，个体间差异减少。 五、杂交组合方式 六、鲤的纯种优势利用 1、丰鲤

兴国红鲤♀×散鳞镜鲤♂杂交得F1 2、建鲤

荷包红鲤♀×元江鲤♂杂交后采用家系选育，F1经三代自交和一代系间杂交得F4，用两个雌核发育系与的F4杂交得F5-F6代，然后选育成性状稳定的鲤鱼优良品种

第三节 远缘杂交

远缘杂交：是指亲缘关系比较远的生物类型之间的杂交，即起码是种与种之间的杂交。从分类学角度来说，不仅有中间杂交、属间杂交，和亚科间杂交，甚至有科间和目间的杂交，以区别种内的不同地理种群间的杂交。 一、远缘杂交育种概况 二、水产动物远缘杂交的特点 （一）远缘杂交的可孕性

水产动物远缘杂交较易进行，主要原因可能是多数为体外排放精卵，体外受精易进行操作。 实际应用中的主要问题：杂交不孕和杂种不育。

杂交不孕：是指不可交配性，即由于亲缘关系远，使两个物种的生殖细胞产生配子各类而不能正常受精、胚胎不能正常发育，因而不能获得有生活力的后代。 杂种不育：是指亲缘关系较远的物种彼此能够获得杂种但因其胜利功能不协调，生殖系统遭受干扰而杂种不能繁殖后代或繁殖力很低的现象。

生殖隔离（杂交不育）是物种育物种之间的分界线，是鉴定物种的最基本的依据。造成生殖隔离的原因一般可大致分为地理隔离、季节隔离和生理隔离3种。 地理隔离：由于地理因素造成的隔离，长期的隔离阻断了两物种之间的基因流动，进而导致生殖隔离。

季节隔离：由于动物繁殖季节不同，即使在同一地区也无法交配，因而你造成的隔离。 生理隔离：动物存在性选择，只选择或接受同种的异性个体交配，而拒绝一种的异性个体。 （二）远缘杂种的可育性

1、种间杂种：同一属内的不同种间杂交，比属间杂交的可育性大，有许多完全可育（全育型）的种类。 2、属间杂种：不同属间的远缘杂交，则出现杂种能育性较为复杂的情况—— 完全可育、完全不育、单性可育。 3、 亚科间杂种：不同亚科间的远缘杂交，至今未见报道能育的杂种，一般认为是不育的。 （三）远缘杂交不相容性的主要原因

引起杂交不相容性的主要原因可能有以下3个方面： 1、核型差异

2、基因位点及基因表达的差异 3、核质不相容 （四）杂种的生活力

不同杂交组合间的生长和生产性能差异显著。两个物种杂交，大多数情况下，杂种生活力提高，产生杂种优势。有些远缘杂交的杂种生活力无明显改变。第三种情况是杂种生活力降低，产生杂种劣势。 （五）促使远缘杂交可孕和克服远缘杂种不育的方法 1、亲本的选择和配组

选择杂交亲本时首先要考虑它们的血缘关系的远近，正确选择远缘杂交亲本并进行合理的配组，是远缘杂交的关键。 2、混合受精

混合受精优势可以克服远缘杂交的不孕性。 3、诱发多倍体和单性发育

远缘杂交即”异种受精“，在亲和力较强的配组中杂种可育，但当核型存在差异时可能产生两种结果：诱发多倍体和单性发育 三、远缘杂交的实例及应用前景 （一）鲤科鱼类的远缘杂交 （二）鲟科鱼类的属间杂交

（三）鳟鱼类的远缘杂交 （四）罗非鱼类的种间杂交 （五）贝类的远缘杂交 （六）虾蟹类的远缘杂交

第五章 雌核发育与雄核发育

第一节 雌核发育

一、雌核发育现象

雌核发育：指卵子在精子的刺激下，依靠自身的细胞和发育成个体的一种有性生殖方式。 与一般两性生殖物种的单倍体卵子不同，雌核发育种类产生卵子的染色体数目仍与体细胞的染色体数目相同，称为非减数卵子。当精子进入卵子后，仅起激活作用，不发生原核化，不与雌性原核融合，因而是一种无融合的繁殖方式，所产生的后代完全与木本相似。 在自然界中，营天然雌核发育的动物种类很少，其中最著名的例子是银鲫。

人工雌核发育是指用遗传是活的精子激活卵子的发育，精子不参与合子核的形成，卵子仅靠西河发育成胚胎的现象。1911年Hertwig首次发现了人工雌核发育的可能性。 雌核发育二倍体的人工诱导有多种方法，但都要通过两个步骤实现，即精子染色体的遗传失活以及卵子染色体的二倍体化。 二、精子染色体的遗传失活与雌核发育的诱导

精子染色体的遗传失活是人工诱导雌核发育的关键技术。目前，失活精子所采用的方法一般包括γ射线，X射线，紫外线，化学试剂，杂交诱导等。 三、雌核发育二倍体的诱导

用遗传失活的精子与卵子受精，发育出来的胚胎通常为单倍体。这样的个体通常不能正常的生存。要获得具有生存能力的雌核发育个体，除遗传失活精子之外，还必须通过抑制第一、第二极体的释放或早期卵裂恢复乱则染色体的二倍性。 （一）诱导原理

鱼类只能通过抑制第二极体或第一次卵裂两种方法产生雌核发育二倍体。

贝类雌核发育二倍体的人工诱导可以通过抑制第一极体、第二极体释放或第一卵裂3种方法获得。 （二）诱导方法

人工诱导雌核发育二倍体，也就是是雌核发育的单倍体加倍的过程，主要有物理学方法，化学方法和生物方法。 物理学方法有温度休克法，静水压力法；

化学方法有CB处理法，6-DMAP处理法，秋水仙素、聚乙烯乙二醇、三氯甲烷和氯化钙等化学试剂处理法。 （三）雌核发育二倍体实例

在20世纪80年代依赖，人们对鱼类雌核发育二倍体的诱导技术进行了大量研究，迄今已获得人工雌核发育二倍体鱼类30多种。然而，在海产经济贝类方面，人工西河发育研究开展较晚，至今还没有培育到成体的报道。 四、雌核二倍体的鉴别

采用理化方法人工诱导雌核发育，由于人工失活精子的处理并非百分之百成功，倍化率也因处理条件和诱导方法不同又很大差异，因而当雌核发育二倍体产生的时候，必须又充分的证据证明染色体数目的二倍性，且精子DNA确实没有参与胚胎发育，因此雌核发育个体的倍性检测和鉴定是雌核发育二倍体诱导中的一个重要环节。 常用的鉴定方法有：流式细胞仪检测法，荧光显微分析法，染色体分析法，同工酶电泳方法，分子标记鉴定等。 五、雌核发育二倍体的受精细胞学机制

在鱼类的人工诱导雌核发育研究中，一般认为入卵后的精核始终受到抑制，而不形成雄性原核，保持固缩状态，不育雌性原核融合，精核仅起激活卵子启动发育的作用。 六、雌核发育二倍体的生物学特性 （一）性别

自然界大部分鱼类是雄性异型（XY型），因此这类鱼的雌核发育后代应该全部是雌性（XX型）。若是雌性异型的鱼类（ZW型），西河发育后代的性别结果则是雄性（ZZ型）和雌性（XX型）各占一半。因此，通过分析雌核发育后代的性别比例就可以了解该动物的性别决定机制。 （二）繁殖力

吴清江等（1999）认为通过物理或化学方法加倍的鱼类雌核发育个体，大约有80%的性腺不能正常发育，而染色不完整是人工雌核发育鱼类不育的主要原因。 （三）生长与发育

总的来说，雌核发育所产生的后代与正常受精所得到的胚胎相比发育速度变慢，成活率低。 七、雌核发育二倍体的遗传学特性

根据卵子染色体加倍的时期不同，雌核发育二倍体划分为3种类型：第一极体抑制型，又称为减数分裂I型雌核发育；第二极体抑制型，又称为减数分裂II型雌核发育；第一卵裂抑制型，又称卵裂型雌核发育。 谷口（1989）使用x[基因（G）-着丝粒（C）重组率]、y（第二次分裂分离频率）和F（近交系数）3个参数描述了这3种类型雌核发育二倍体的遗传学特性。 ? 抑制第一极体释放诱导雌核发育二倍体时，如果不发生重组，子代都将成为母本的拷贝。但由于现实中往往发生重组，因而距离着丝粒近的基因位点保持着母本的杂合性，距离着丝粒远的基因位点则出现同组结合2型、异祖结合2型，共4种类型的卵子，第二次分裂分离（杂合体）的频率y=1-x。依染色体上基因位点的不同位置，y值为0.5~1.0.因此，近交系数F也随基因位点变化而变化，其值为0~0.5、 ? 抑制第二极体释放诱导雌核发育二倍体时，如果不发生重组，子代都应成为瓦健全的纯合体。由于鱼类的染色体一般都发生一次交叉，因此距离着丝粒近的基因位点为纯合体，距离着丝粒远的基因位点，G-C重组率为x时2x的卵成为杂合体，即y=2x。这个比例根据基因位点在染色体上的位置而变化，y为0~1.0.因此，近交系数F也随基因位点变化，介于1.0~0之间。 ? 抑制第一卵裂诱导雌核发育二倍体时，由于是抑制了有丝分裂，不存在基因重组，因而在所有的基因位点都是纯合体（y=0），近交系数F=1-y=1。 八、雌核发育二倍体在遗传育种中的应用

在遗传学基础理论和水产养殖应用研究中，雌核发育有着十分广泛的应用前景，如生产利用异育银鲫，快速建立纯系，并通过纯系间杂交选育个体大、生长快，和抗逆性强的优良新品种；用于基因定位，基因-着丝点作图；用于性别决定机制及其他基础遗传学研究。 （一）异育银鲫； （二）快速建立纯系；

（三）性别控制和单性种群利用； （四）确定性被遗传机制； （五）基因-着丝点作图。

第二节 雄核发育

一、卵子染色体的遗传失活与雄核发育的诱导

雄核发育是指通过用放射线照射等方法完全破坏卵核，仅把卵子作为营养源，

依靠精子又来的精核发育成胚胎的现象。

卵子遗传失活常用γ射线和X射线的辐射处理，照射剂量与发生率之间，与雌核发育同样可以看到Hertwig效应。 二、雄核发育二倍体的诱导

雄核发育二倍体的偶到可以通过抑制第一次卵裂的方法获得。此外，还可以通过双精子融合，或利用四倍体得到的二倍体精子或遗传失活卵受精的方法获得雄核发育二倍体。 三、雄核发育后代的性比

雄性异型鱼类的雄核发育二倍体，理论上应该产生XX雌性和XY雄性（超雄），并以1：1的比例分离。雌性异型配子的雄核发育二倍体，理论上应该全是ZZ雄性，与正常雌性交配性比正常。 四、雄核发育的应用 （一）濒危物种保护 （二）全雄生产 （三）克隆

（四）有害隐性基因的排除 （五）核质杂种

第六章 多倍体育种

染色体是遗传物质DNA的载体，是细胞中遗传物质存在的形式。不同种生物的遗传物质、遗传性状互不相同，其染色体数目和染色体形态也不尽相同；同种生物的染色体数目和形态则完全相同，所以染色体数目和形态特征是物种的标志。各种生物在世代交替中，染色体数目具有相对的稳定性，每种生物体细胞都有相对恒定的染色体数目。

第一节 生物染色体的多倍性

一、多倍体概念和种类

（一）多倍体最早是有德国学者温克勒诱发植物多倍体成功后提出来的。它指生物体体细胞中含有3个或3个以上染色体组的个体。相对与二倍体，多倍体的体细胞中含有3个、4个、6个或更多的染色体组，而依次贝称为三倍体，四倍体，六倍体等。 （二）多倍体的种类

同源多倍体：从来源上分析，如果加倍的染色体来自于同一物种或在原有染色体组的基础上加倍而成，则称为同源多倍体（homologous polyploid）。 异源多倍体：如果加倍的染色体来源不同的物种，则称为异源多倍体（heterologous ployploid）。 二、多倍体现象

多倍体在植物界很普遍。被子植物中大约有一半的物种是多倍体。但动物中的多倍体现象较少。在水产动物中，多倍体现象比较普遍，许多多倍体种类是重要的经济鱼类或重要的经济鱼类或重要的养殖对象。 三、天然多倍体形成的原因 （一）体细胞染色体加倍

由于生物自身或外界的原因，体细胞在有丝分裂中期发生分分裂异常现象（核内有丝分裂、核内复制或分裂后两个子细胞的融合）导致染色体加倍分裂失败，形成染色体数目加倍的多倍体细胞，进而形成一定的多倍体组织或器官。这种多倍体的组织或器官在动物和植物都可能出现，但植物比动物更容易流传下去。 有体细胞的核内有丝分裂（核内复制）和细胞融合导致的多倍体均为偶倍性。 核内有丝分裂：是体细胞在正常有丝分裂中，染色体复制一次，但至分裂中期，核膜没有破裂、消失，也无纺锤丝的形成，当然也不会发生细胞分裂中后期的细胞质分裂，因此每个染色体形成4条染色体，称为双倍染色体，这时染色体两两平行排列在一起，结果形成的细胞是四倍体。其后经过正常的细胞分裂，形成两个子细胞均为四倍体。 细胞融合：指两个细胞之间由于某种物质作用，细胞膜之间融合，形成一个双细胞核细胞，由于细胞有丝分裂时的核膜崩解，两个细胞核融合形成一个细胞的过程。这一过程发生在第一次卵裂形成的两个细胞之间，虽然是体细胞之间形成的多倍体，但由于用以后的生殖细胞也由之形成，故由此产生的四倍体是可遗传的。 （二）生殖细胞的异常减数分裂

生殖细胞可能发生异常的减数分裂，由于某种原因同源染色体或姐妹染色体在后期没有分开，二组染色体进入到同一配子中，导致配子中染色体数目的加倍形成2n配子。这样的配子经受精后形成倍性不同于亲代的多倍体，但其子代的可育性很低。 （三）双（多）精受精

动物的受精机制保证只有一个精子进入卵子。在一些鱼类中是精子产生雄配子素II，溶解卵膜孔的乱摸形成受精孔。卵子的卵膜孔区有两种雌配子素，雌配子素I有吸引和加速精子活动的作用。当一个精子进入卵子后，卵子立即释放雌配子素II，使卵膜孔封闭，并破坏贝吸引到卵表面而不能键入卵的精子。由于雌、雄配子素的共同作用，最好中使一个精子的头部由卵膜孔入卵，实现精卵的两核

融合。当卵子的受精孔由于某些生理的或自然的原因不能及时封闭时，则可能有两个或多个精子进入卵子，并同时完成受精过程，进而形成三倍体（双精），四倍体（三精）的合子，并发育形成多倍体个体。这种双（多）精受精的生物现象在植物，动物以及高等动物中均有发现。在自然界中靠自然力量形成多倍体的机制还不清楚，目前还没有通过这种方法人工诱导产生多倍体的先例。 （四）远缘杂交

不同二倍体物种之间杂交，当血缘关系比较近时形成异源二倍体杂种；当杂交的两个物种血缘关系较远，会产生杂交种不育现象；如果遗传基础差异较大，杂交很难获得二倍体杂种，但有时远缘杂交可以导致远缘多倍体的形成，这一现象在鱼类等水产动物的远缘杂交中经常出现，尤其是辅以一定的技术手段处理后更加容易获得异源多倍体。高等动物的远缘杂交能力较弱，而许多植物则能形成可育的异源多倍体。 （五）个体发育调节机制

植物有着复杂而完善的急速调节作用，但其精确性和时效性不及动物，对遗传物质改变的耐受性较大，这样就容易在自然选择中形成多倍体。而在动物体中，染色体、神经、体液调节的存在，对配子的产生、合子的形成、性别决定和子代个体的发育有着重要的影响。多倍体动物之所以稀少，可能与染色体的性别决定有关。

第二节 多倍体诱导

多倍体育种包括天然多倍体的挖掘和人工多倍体的诱导两个方面。由于天然多倍体已经镜鲤长时间的适应与自然选择，因而在适应环境和综合表现等许多方面具有优势。但在自然界中，多倍体自然发生的皮率极低，尤其是天然多倍体发生的年代较为久远，数量有限，难以全面满足人类对养殖新品种开发热情。因此，人工诱导多倍体便成为多倍体育种一个更好的选择。 一、人工诱导多倍体的原理

根据天然多倍体的生成机制以及生殖细胞发生和细胞分裂的机理，多倍体的诱导原理有以下几方面： （一）抑制第一极体的释放 （二）抑制第二极体的释放 （三）抑制第一次卵裂 （四）细胞融合

二、人工诱导多倍体产生的方法

目前广泛应用的诱导方法有物理学方法，化学方法和生物学方法。

（一）物理学方法

该方法主要有温度休克、静水压力处理和电休克法等 （二）化学方法

一些化学物质可以破坏细胞分裂中纺锤体的形成，进而组织卵细胞极体的排出或受精卵的有丝分裂而产生多倍体，这些化学物质有：秋水仙素、细胞松弛素B、聚乙二醇、6-二甲基氨基嘌呤、咖啡因等。 （三）生物学方法

该方法主要有远缘杂交、核移植及细胞融合等。

第三节 诱导多倍体的细胞学特征

（一）抑制受精卵第一极体释放的染色体分离方式

Guo等（1994）对牡蛎（2n=20）受精卵的细胞学观察研究中发现，经CB处理抑制第一极体释放后，在第二次减数分裂过程中，染色体的分离方式有以下几种： 1、联合二极分离 2、随即三极分离 3、非混合三极分离 4、独立二极分离

（二）抑制受精卵第二极体释放的染色体分离方式

抑制受精卵第二集体释放的染色体分离方式因种类不同而不同。在此一太平洋牡蛎为例说明抑制第二极体释放的遗传结果。 受精时，卵子处于第一次减数分裂的前期，含有20个四分体，受精后卵子继续减数分裂过程，同源染色体向两极一定，20个四分体均分为两组，每组10个，其中靠近卵子边缘的一组形成第一极体排出。剩余的一组继续第二次减数分裂，染色单体分开，向两极移动，每一极含有10条染色单体，靠近卵缘的一极将形成第二极体排出。在第二极体释放前，细胞核内形成2倍体的雌性原核（20条），再与正常的雄性原核（10条）结合就形成三倍体（MII三倍体）。

第四节 多倍体的鉴定

由于经人工处理的受精卵不能保证百分之百地称为多倍体，而且所形成的多

倍体常常表现为嵌合体，因此进行染色体倍性鉴定对于确认诱导效果就显得十分必要。鉴定方法分为直接和间接两种方法。直接方法包括染色体计数和DNA含量测定等，间接方法包括细胞测量、蛋白质电泳、生化分析和形态学检查。 一、染色体计数法

（一）鱼类染色体玻片标本制备 1、肾脏组织染色体制片法 2、小型鱼类鳃细胞制片 3、胚胎细胞制片 （二）贝类染色体制片法

1、用单轮幼虫制备染色体标本 2、用鳃组织制备染色体标本

3、用上足触手、外套膜制备染色体标本 二、细胞核体积测量

一般认为，真核细胞的核大小与染色体数目成正比，同时细胞核与细胞质在细胞种总是维持较稳定的核质比。因此，细胞及细胞核体积的大小可用于染色体倍性鉴定。 三、极体计数法

极体计数法已作为一种简单快速的方法用于早期胚胎三倍体的检测。因为三倍体的诱导是通过组织第一极体或第二极体的排出而完成的，所以三倍体合子只有一个而不是两个极体。具体方法是在显微镜下观察卵子的动物极有没有极体释放。 四、DNA含量测定方法

细胞核内的DNA含量与它们所含的染色体数成正比，当细胞内染色体倍数增加时，其DNA含量也相应增加，所以可以通过DNA含量来确定染色体数目的多少。其具体方法有：流式细胞仪检测法、显微荧光测定法、同位素标记测定法。

第五节 多倍体的生物学特性

（一）性腺发育

人工诱导的三倍体鱼类理论上是不育的，因为计数染色体组将导致减数分裂因姊妹染色体配对不平衡而不能进行，由此引发性腺发育的受阻或非整倍体配子的产生。 迄今为止的研究结果显示，人工诱导三倍体贝类的性腺发育大致有3种类型：

第一种是三倍体的性腺成熟完全被抑制；第二种是性腺发育虽受到一定程度的抑制，但在产卵期仍有不同程度发育，且随种类不同而有很大差异，有些能产生成熟的卵母细胞和精子。第三种类型是有些三倍体贝类产生的精、卵能正常受精并发育。

四倍体个体的性腺发育正常，但育性较二倍体差。 （二）生活力与生长

大多数学者的研究发现，人工诱导的三倍体鱼类具有正常的生活力。 除在贻贝的幼虫发现三倍体与二倍体的生长存在差异外，多数研究认为，贝类达到成熟期后，三倍体才显示出生长优势。 （三）其他性状

经过对鱼肉质量、含氧量、抗病性和感觉特性等性状的研究，发现三倍体虹鳟的鱼肉质量由于二倍体。三倍体香鱼的抗病力与二倍体无明显差异。 多数情况下，三倍体的个体不比二倍体大，这必然伴随三倍体个体细胞数量的减少，同时也伴随各个器官细胞数量的减少。脑细胞数量的减少导致三倍体的治理可能比二倍体低下，这有可能使三倍体的竞争力低。

第六节 多倍体的应用

（一）提高生长速度 （二）控制过度繁殖 （三）延长寿命 （四）改善品质

第七节 多倍体育种实例

（一）鱼类多倍体育种实例 （二）贝类多倍体育种实例

第七章 细胞融合与核移植

第一节 细胞融合

一、细胞融合的方法

两种不同细胞的混合物，自发发生细胞融合的频率非常低，所以一般需要添加融合剂或使用点融合计数，认为促进细胞的融合。 （一）病毒融合

利用病毒诱导此包融合的方法最早被采用，其中最有效而又最常用的是仙台病毒（HVJ）。 HVJ是具有囊膜的病毒，对人没有致病性。该病毒能强力吸附于细胞表面，因而HVJ为介导两细胞间可以形成甲壳，部分细胞膜一时破解，两个细胞融合。 （二）化学融合

化学融合是在20实际70年代才开始研究和使用的，其中使用最广泛的是聚乙二醇（PEG）。 PEG早期使用植物细胞融合细胞的融合试验中，现在各种各样的动物细胞也都普遍使用。 PEG通过去除细胞内的水分，作用于细胞膜，引发细胞融合。 （三）电融合

? 电融合技术是利用交流非均匀电场使液体中浮游细胞沿电力线排列成串，形成待融合细胞之间的紧密接触，然后采用直流脉冲使细胞在相互接触部分进行细胞膜融合。 （四）激光融合

激光融合是利用激光微束破坏相邻细胞的接触区，从而诱导细胞融合的方法。 二、融合细胞的筛选

在随A、B两种细胞的融合中，可能会形成AA、BB和AB3种融合，而实际所需要的是AB融合体的方法有多种，下面介绍几种代表性的方法。 （一）荧光标记筛选

（二）形态、生化或遗传标记筛选 （三）选择培养基筛选 三、细胞融合技术的应用 （一）单克隆抗体的生产 （二）微生物育种 （三）植物育种 （四）动物育种 （五）基因定位 （六）生产活性蛋白质

第二节 核移植

细胞核移植是应用惊喜的显微操作技术，将一种动物的一个二倍体细胞核移植到同种或异种动物的去核（或核已灭活）卵母细胞（或受精卵）胞质中，在一定条件下，它能像受精卵一样分裂、分化、发育形成胚胎、幼体或成体技术。 一、鱼类的细胞核移植

在鱼类细胞核移植研究方面，我国学者做了许多工作，处于国际领先地位。1963年童弟周等首次将细胞核移植技术应用到硬骨鱼类，把金鱼和鳑鲏的囊配细胞核分别移入同种鱼的去核未受精卵内，成功获得正常的胚胎和幼鱼。此后的40年时间里，有关鱼类细胞核移植的报到主要集中在我国，国外只有5篇。 二、核移植的方法

细胞核移植技术操作主要包括核供体鱼细胞质受体的制备、移核和核质杂种的培养4个步骤。 （一）核供体细胞的准备

核供体的细胞来源于囊胚期细胞和体细胞。 （二）受体卵细胞的制备

鱼类细胞质受体为成熟的未受精卵细胞，通常采用人工催产的方法获得。去核的方法主要有挑核法和功能性去核。 （三）移核

移核是在显微操作仪上将供体核卵母细胞的过程，是核移植工作种最惊喜也是最困难的部分。 （四）核质杂种的培养

移核后，一般将移核卵转移到Holtfreter液中，在适宜温度下培养至2~4细胞期，然后转入1/2浓度的Holtfreter液中，发育至原肠胚后，换入暴气水培养。 三、核移植技术的应用 （一）培育优良品种 （二）复制优良个体 （三）保护濒危、珍稀动物 （四）诱导雄核发育二倍体 （五）基础研究

首先，利用核移植技术研究胚胎发育过程中，细胞质和细胞核的功能，以及两只之间的相互关系。 其次，研究细胞核发育的全能性

再次，细胞核移植技术和基因打靶技术、胚胎干细胞技术相结合，可以提高

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