良种选育是实现水产品增产和水产品品质提高的有效途径, 可促进水产养殖业持续健康发展。与畜禽动物相比, 水产动物的遗传育种起步较晚, 因而在遗传改良上具有很大的空间^[1]。传统的选择育种是根据表型值进行选择, 受环境影响大且耗时较长, 存在一定的盲目性。目前, 人们更多的利用数量遗传学理论提高水产动物的生产力性状, 盛志廉等^[2]认为准确地估计遗传进展是水产动物选择育种项目成功的关键; 提高育种值的准确性可提高后代的遗传进展, 加快目标性状的遗传改良。育种值估计是水产动物选种的基础, 开展遗传参数评估是育种值估计的基本要素^[3]。1971年首次提出的约束最大似然法(restricted ma ximum likelihood, REML)是进行遗传参数评估的常用方法^[4]。动物模型最佳线性无偏预测法(best linear unbiased prediction, BLUP)是目前应用最为广泛的遗传评定模型, 既可反映出育种群的动态性又可实现固定效应以及随机效应育种值的最佳线性无偏估计。近几年, 越来越多的国内学者应用REML和BLUP方法对水产动物进行的遗传改良及育种值估计, 如在牙鲆(Paralichthys olivaceus)^[5]、大菱鲆(Scophthalmus maximus)^[6]、菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)^[7]、三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)^[8]等都有报道。

长牡蛎(Crassostrea gigas)是世界上养殖范围最广、产量最高的经济贝类。近年来, 由于近亲交配以及累代养殖等各种原因, 致使中国养殖的长牡蛎出现了品质和规格下降等问题^[9], 严重影响了国内牡蛎养殖业的健康可持续发展。因此, 对长牡蛎进行遗传改良, 培育生长快、品质优良的新品种尤为重要。

利用群体选育, 中国海洋大学成功培育了生长迅速、壳型规则的长牡蛎新品种‘海大1号’。本研究利用长牡蛎‘海大1号’建立家系, 测定其子代的壳高、壳长、壳宽和总重等生长性状, 分析各家系的生长性能; 以REML方法估计遗传参数, 利用BLUP方法对‘海大1号’进行育种性能分析, 研究其在长牡蛎育种中的应用, 以期为制定合理的长牡蛎育种规划及长牡蛎的良种化提供基础资料。

以长牡蛎新品种‘海大1号’和乳山野生牡蛎为亲贝, 挑选大小整齐, 体质健壮, 无损伤的2龄贝100个个体进行亲贝的蓄养与促熟, 定期取样镜检精卵发育情况。经过1个月的蓄养, 亲贝发育成熟, 采用巢式交配设计, 选取性腺发育良好的7个雄性个体和21个雌性个体建立21个‘海大1号’全同胞家系和7个半同胞家系。从乳山野生牡蛎中挑选雌雄个体各3个, 通过单对交配, 建立3个全同胞家系, 作为对照组。

人工取出的卵和精子均单独存放以控制受精。授精30 min后, 倒掉多余的精子并洗卵, 再转移到100 L塑料桶中培育50 d, 标记各家系后放入同一海区养殖。整个过程操作严格, 避免家系间的污染。

在长牡蛎生长至200日龄的时候, 从各个家系随机选取30个个体, 用游标卡尺测量壳高、壳长、壳宽, 精确至0.1 mm, 用电子天平测量总重, 精确到0.1 g。

实验数据采用SPSS(20.0)软件进行单因子方差分析, 结合最小显著法LSD多重比较分析各家系间差异, 显著性水平设为P < 0.05。

采用单性状动物模型估计长牡蛎‘海大1号’200日龄生长性状的遗传参数和育种值:

y_ijk=μ+a_i+f_j+l_k+e_ijk

式中, y_ijk为第i个体的性状观察值, μ为生长性状群体均值, a_i为第i个体加性效应(育种值), f_j为第j个桶的固定效应, l_k为全同胞效应, e_ijk为随机残差效应。

利用ASREML软件的REML方法计算表型变量的方差组分, 进行遗传力评估, 并用BLUP法进行家系育种值预测。

‘海大1号’长牡蛎200日龄家系表型参数见表 1。各家系的壳高、壳长、壳宽和总重等生长性状均与对照组之间存在较大的差异, ‘海大1号’家系壳高均提高17%, 壳长平均提高27%, 壳宽平均提高29%, 总重平均提高85%。壳高、壳长、壳宽和总重最大和最小均值分别为44.54 mm和27.33 mm、29.99 mm和17.37 mm、13.98 mm和8.45 mm、10.65 g和3.19 g。采用LSD法进行差异显著性检验, 多数家系生长性状显著高于对照组家系(P < 0.05), 表现出良好的生长优势, 只有家系5、9、10和11与对照组无显著差异, 表明长牡蛎‘海大1号’具有优越的生长性能。

表 1(Tab.1)

表 1 200日龄‘海大1号’长牡蛎生长数据的表型参数 Tab.1 Phenotype parameters of growth traits of 200-day-old Pacific oyster 'Haida No. 1' n=630;x±SE 家系family 壳高/mm shell height 壳长/mm shell length 壳宽/mm shell width 总重/g total weight 1 44.54±5.51 29.99±4.95 13.98±3.64 10.65±4.33 2 42.85±5.98 28.99±6.38 12.77±2.69 9.52±3.74 3 41.30±8.16 25.60±6.52 14.45±3.76 8.39±4.59 4 41.05±5.91 27.84±5.32 13.14±2.98 8.02±2.54 5 29.30±4.43 20.49±2.67 9.81±1.56 3.19±0.92 6 44.68±8.06 29.97±6.85 14.03±2.92 9.85±3.83 7 34.80±7.76 20.47±3.62 13.45±3.24 4.11±2.33 8 37.54±5.96 23.29±4.82 11.85±2.55 4.98±2.31 9 32.82±5.87 20.23±4.18 11.84±3.72 4.19±2.25 10 32.97±5.54 20.56±4.18 10.00±2.03 3.80±1.34 11 27.33±6.08 17.37±3.50 8.45±2.21 3.25±0.93 12 30.08±7.29 20.22±3.92 9.04±2.54 3.61±1.62 13 36.11±8.08 21.23±6.43 10.63±3.24 4.93±2.82 14 37.46±7.89 22.66±4.30 11.46±3.94 5.30±2.38 15 39.97±9.49 22.06±5.47 11.03±3.15 5.76±3.47 16 37.08±6.70 23.73±5.52 11.69±2.94 5.75±2.69 17 36.65±7.06 22.70±4.62 11.03±2.45 5.36±2.89 18 34.32±7.03 22.15±4.14 11.20±2.56 4.67±2.41 19 31.61±4.74 20.77±3.84 10.87±2.17 4.06±1.53 20 34.98±6.81 20.74±4.37 10.38±2.08 4.80±2.37 21 36.33±5.20 21.46±3.40 10.90±2.99 6.37±2.43 平均值 mean 36.37±6.65 22.98±4.71 11.52±2.83 5.74±2.56 对照组 control 31.06±4.91 18.12±3.66 8.96±1.19 3.11±1.02

表 1 200日龄‘海大1号’长牡蛎生长数据的表型参数 Tab.1 Phenotype parameters of growth traits of 200-day-old Pacific oyster 'Haida No. 1'

利用ASREML软件计算出200日龄长牡蛎‘海大1号’壳高、壳长、壳宽和总重的性状遗传力分别为0.128±0.148、0.145±0.19、0.131±0.219、0.135±0.135, 属于中低等遗传力(表 2)。长牡蛎的各性状间的表型相关和遗传相关均为正相关(表 3)。遗传相关方面, 壳高与总重、壳长及壳长与总重的相关性较高, 分别为0.946±0.031、0.953± 0.034、0.962±0.027, 最低为壳长与壳宽0.730± 0.137;表型相关方面, 壳高与总重的相关性最高为0.768±0.031, 最低为壳长与壳宽0.503±0.045。

表 2(Tab.2)

表 2 200日龄‘海大1号’长牡蛎生长性状的方差组分 Tab.2 Variance components of growth traits of 200-day-old Pacific oyster 'Haida No. 1' n=630;x±SE 性状trait 加性效应方差additive effect variance, VA 剩余方差residual variance, VR 遗传力heritability, h2 壳高shell height 7.86±8.99 44.36±5.40 0.128±0.148 壳长shell length 4.50±4.89 22.58±2.91 0.145±0.159 壳宽shell width 1.32±2.19 7.93±1.23 0.131±0.219 总重total weight 1.38±1.36 7.33±0.84 0.135±0.135

表 2 200日龄‘海大1号’长牡蛎生长性状的方差组分 Tab.2 Variance components of growth traits of 200-day-old Pacific oyster 'Haida No. 1'

表 3(Tab.3)

表 3 长牡蛎‘海大1号’生长性状的遗传参数 Tab.3 Genetic parameters of growth-related traits in the Pacific oyster 'Haida No. 1' n=630;x±SE 性状trait 壳高shell height 壳长shell length 壳宽shell width 总重total weight 壳高shell height 0.128±0.148 0.953±0.034 0.841±0.092 0.946±0.031 壳长shell length 0.604±0.047 0.145±0.159 0.730±0.137 0.962±0.027 壳宽shell width 0.539±0.045 0.503±0.046 0.131±0.219 0.741±0.127 总重total weight 0.768±0.031 0.752±0.030 0.603±0.042 0.135±0.135 注:对角线下方为表型相关, 对角线上方为遗传相关, 对角线上粗体为遗传力. Note: Below the diagonal are the estimates of phenotypic correlations and above the diagonal are the genetic correlations, and heritabilities are in bold.

表 3 长牡蛎‘海大1号’生长性状的遗传参数 Tab.3 Genetic parameters of growth-related traits in the Pacific oyster 'Haida No. 1'

根据个体育种值和表型值两种方法进行选择, 再将两种方法的结果进行比较, 壳高育种值与其表型值选留个体相同率为74%, 壳长育种值与其表型值选留个体相同率为72%, 壳宽育种值与其表型值选留个体相同率为71%, 总重育种值与其表型值选留个体相同率为71%。对上述两种方法选留的个体的育种均值进行比较, 发现壳高、壳长、壳宽和总重育种值选择效率比其表型值选择分别高26%、28%、17%、25%。可以看出, 依据育种值对个体进行选留的方法能使下一代更快地获得遗传进展。

利用上述两种方法对家系进行选留, 200日龄长牡蛎‘海大1号’壳高、壳长、壳宽和总重的育种值与表型值选择的家系相同率分别为90%、80%、70%、90%。由此可见, 在进行家系选择时, 两种选留方式选择的家系差异不大。以50%作为选择强度, 根据育种值和表型选留的家系如表 4所示。比较两种标准下选留家系的育种均值发现, 200日龄壳高、壳长、壳宽和总重育种值选择效率比其表型值选择分别高8%、14%、34%、3%, 表明两种选留家系的方法存在差异, 但是依据总重进行选育时, 两种方式的差异不大。

表 4(Tab.4)

表 4 不同选择方式对长牡蛎‘海大1号’F1家系的选择结果 Tab.4 Selective results of F1 families by different methods in the Pacific oyster 'Haida No.1' 选择方式 selection method 壳高 shell height 壳长 shell length 壳宽 shell width 总重 total weight 育种值 BV 表型值 PV 育种值 BV 表型值 PV 育种值 BV 表型值 PV 育种值 BV 表型值 PV 6 1 6 1 6 1 6 1 15 6 1 6 3 3 1 6 1 2 2 2 7 6 21 2 21 3 4 4 1 7 2 3 2 4 16 3 16 4 4 4 4 15 21 16 21 2 16 21 16 8 17 8 4 8 15 15 17 14 18 17 18 9 3 16 3 16 14 14 19 16 17 17 14 17 20 18 14 14 20 14 注:表中数字表示家系编号. Note: Figures in the table are the family numbers.

表 4 不同选择方式对长牡蛎‘海大1号’F1家系的选择结果 Tab.4 Selective results of F1 families by different methods in the Pacific oyster 'Haida No.1'

对200日龄长牡蛎‘海大1号’和对照组的表型参数进行分析, 结果表明, 与对照组相比, 长牡蛎‘海大1号’具有良好的生长性能, 生长速度显著快于野生牡蛎。Rutten等^[10]研究发现共同环境效应(c²)随着尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus L.)年龄的增长而平稳下降; 高保全等^[8]对三疣梭子蟹的研究中表明三疣梭子蟹遗传育种中选择时间越接近收获期, 结果越精确。因此, 本研究采用200日龄的长牡蛎新品种‘海大1号’生长测量数据, 以得到更加准确的结果。

利用单性状动物模型和REML法估计了长牡蛎‘海大1号’的壳高、壳长、壳宽和总重等生长性状的方差组分、遗传力、遗传相关、表型相关等参数, 其壳高、壳长、壳宽和总重的遗传力分别为0.128±0.148、0.145±0.190、0.131±0.219、0.135± 0.135, 属于中低度遗传力, 低于王庆志等^[11]的研究结果。这可能与研究时使用的牡蛎群体遗传背景不同有关, 选择会对遗传力造成影响, 从理论上选择将导致遗传基础一致性增强, 即σ²下降, h²也下降^[2]。本研究所用亲本经过了多代的选择, 因此会造成遗传力估计上的差异。Maluwa^[12]在罗非鱼(O. shiranus)选育过程中也获得了同样结果。研究时期的不同也可能带来遗传力评估结果的差异。刘峰等^[5]研究发现不同时期的牙鲆的遗传力会存在一定的差异。王庆志等^{[11, 13]}在评估长牡蛎不同发育时期遗传参数时也得到相似的结论。此外, 不同遗传力估计方法也会导致估算结果的不一致。与REML法和单性状动物模型相比, 全同胞组内相关法由于不能充分利用个体间的亲缘资料, 导致其进行遗传力估计时估计值一般偏高。Reagan等^[14]和栾生等^[15]分别使用全同胞组内相关法和动物模型对斑点叉尾鮰(Ictalures punctatus)的体重遗传力进行估计, 前者估计的遗传力为0.75, 后者为0.41。另外, 选取样本数量的变化也会对遗传力的估计造成影响。

遗传相关也是育种中重要的评估参数之一, 它反映两个性状之间由于各种遗传原因造成的相关程度的大小, 是进行间接选择时必不可少的参考依据。本研究中壳高、壳长、壳宽和总重的遗传相关为0.73~0.95, 各性状间的遗传相关均比较显著, 表明以壳高为目标性状选育的同时也会间接对壳长、壳宽、总重性状进行选育。

育种值又称估计育种值(estimated breeding value, EBV), BLUP法可较准确地估测育种值, 目前在水产动物育种值估计中应用越来越广泛。本研究利用BLUP方法对长牡蛎‘海大1号’的育种值进行估计, 分别在个体和家系两方面比较了长牡蛎‘海大1号’育种值选择与表型值选择的效率差异。在家系间对育种值和表型值选育进行比较, 发现育种值选择效率提高3%~34%;在个体间比较时, 前者比后者的选择效率高17%~28%。类似结果在鱼类及甲壳类动物育种研究中均有报道。刘峰等^[5]根据体重和全长的育种值和表型值对牙鲆进行选择, 比较两种方法后发现, 前者比后者高32.3%和35.4%。高保全等^[8]发现利用家系育种值进行选择时, 三疣梭子蟹的甲宽、体高和体重的选择效率分别比表型值选择高19.4%、14.8%和16.9%。马爱军等^[6]发现根据育种值对大菱鲆家系进行选择比根据表型值选择家系的效率高24.8%。因此, 在制定长牡蛎育种计划时可以根据家系和个体育种值对家系和个体进行选留, 以加快后代获得遗传进展的速度。然而, 由于BLUP法选留的个体往往来自同一个家系, 存在近交衰退的风险^[1], 因此, 在制定育种计划的时候还应采取一些措施, 如使用相对较大的基础群体以及制定更合理的交配方案, 来减缓近交衰退^[16]。