6 金鱼的遗传育种、繁殖技术和生产技术一、金鱼的遗传与育种

一、金鱼的遗传与育种

(一)遗传学基本原理

形态学是生物学的基础,分类学是生物学的原始目的,而遗传学是生物学的核心,是生物学研究由表面进入本质的体现。

早期的遗传学研究者,通过对生物外表性状的遗传规律的观察,发现了一些基本遗传规律,后人将其总结为三大遗传学定律。

1.分离定律

该规律由奥地利遗传学家孟德尔于1865年首先提出。分离定律的内容是:遗传基因是双份的,在形成配子(即生殖细胞)时两份遗传基因发生分离,每个配子只带有一份遗传基因。这个规律也可以解读为:有性繁殖的生物,每个个体的遗传基因是双份的,一份来自父本一份来自母本,如果来自父本的等位基因与来自母本的等位基因是不同的,那么这个生物个体就是杂合体;如果父本与母本的等位基因相同,这个生物个体就是纯合体。

在提出这一定律时,孟德尔还提出了显性基因和隐性基因的概念,当一对等位基因的显性基因和隐性基因同时存在于一个生物个体时(这个生物个体是杂合体),表现出来的性状为显性基因,无法表现出来的性状为隐性基因。

我们用A代表显性基因,a代表隐性基因,那么杂合体的基因为Aa,它产生的配子(生殖细胞)有2种基因型,即A和a,两个杂合体交配产生的后代就有3种基因型,即AA、Aa、aa,而表现型只有2种,因为基因型AA和Aa的个体表现出来的都是显性性状,只有aa表现隐性性状。

2.自由组合定律

这个定律是孟德尔在提出分离定律时同时提出的,所以被称为孟德尔第二定律。该定律的内容是:不同性状的基因在遗传给子代时是各自独立的,自由组合形成子代不同的基因型(注:一个性状代表一对等位基因,N个性状有N对等位基因)。

我们用A和a分别代表甲性状的显性基因和隐性基因,用B和b分别代表乙性状的显性基因和隐性基因,那么杂合体的基因为AaBb,它产生的配子(生殖细胞)有4种基因型,即AB、Ab、aB、ab,两个杂合体交配产生的后代就有9种基因型,即AABB、AaBB、aaBB、AABb、AaBb、aaBb、AAbb、Aabb、aabb,而表现型只有4种,这4种表现型分别为甲显乙显、甲显乙隐、甲隐乙显、甲隐乙隐,表达的比例为9∶3∶3∶1。

3.连锁互换定律

配子(生殖细胞)形成过程中,有些不同性状的基因是连锁在一起(未发生自由组合),作为一个单位进行传递,称为连锁定律。相对地,连锁的2个性状并没有100%地连锁,而是出现了一定比例的等位基因之间的交换,这称为互换定律。

这条定律是美国遗传学家摩尔根和他的学生在1909年通过果蝇杂交实验发现的。

1879年德国生物学家弗莱明在细胞核中发现了染色体,1883年美国学者提出了遗传基因在染色体上的学说,1888年染色体被正式命名。1902年,美国生物学家萨顿和鲍维里观察细胞的减数分裂时又发现染色体是成对的,并推测遗传基因位于染色体上。1928年摩尔根证实了染色体是遗传基因的载体。

这些科学发现使我们很容易地理解三大遗传学定律的本质:染色体是遗传基因的载体,生物个体的染色体是成对的,每个生物个体的遗传基因包含若干对染色体,每一对染色体相对位置的基因为等位基因,生殖细胞的染色体是单条的,即生物个体的每对染色体中的一条进入一个生殖细胞,这一对染色体在进入生殖细胞时发生了分离,这就是分离规律。同一条染色体上的基因为同源基因,不在同一条染色体上的基因为非同源基因。非同源基因各自独立地分配到生殖细胞中,形成杂合基因的不同组合,这就是自由组合定律。同一条染色体上的两个或两个以上的同源基因连锁在一起(实际是以染色体为单位的自由组合)分配到生殖细胞中,这就是连锁定律。一对染色体发生了局部的互换,造成两个等位基因互相调换位置,这就是互换定律(比如原本A和B在一条染色体上,a和b在另一条染色体上,互换造成了这两条染色体上的基因变成Ab和aB)。

从孟德尔提出分离定律算起,遗传学研究历经150多年,对遗传学的研究一直在不断深入,从一开始通过群体的表现型遗传规律,到后来的细胞水平的研究,再到1953年美国的沃森和英国的克里克提出DNA双螺旋结构开始的分子水平的研究,越来越接近遗传的本质,甚至生命的本质。

(二)金鱼育种技术

育种技术是指创造新品种培育优良品质的技术。如果每一种形态或色彩的变异都算作一个品种,金鱼到目前有300个左右品种。

育种技术是以遗传学为基础的技术,是随着遗传学研究的进步而发展,并且最终能实际应用并产生效果的实用技术。在金鱼育种实践中,有些育种技术已经产生了明显的效果,有些技术还未实际运用,或没有取得理想的结果,但是,了解新的技术至少能给我们打开一扇窗户,看到一条新的道路。

1.选育技术

选育技术全称是“选择育种技术”,是指将符合人们要求的或者某些性状最接近人们所期望的个体,从一个群体中挑选出来,组成一个新的群体,并以这个新的群体的后代为下一次挑选的基础,不断重复选择和传代的过程,直至形成一个某些性状有别于最初的群体的新品种。这是一项萌芽最早、诞生最早、使用历史最久、使用最广泛的经典育种技术,同时也是基础性育种技术。

选育技术包括群体选择(混合选择)、家系选择、亲本选择和综合选择等类型。选育技术不但直接应用于培育新品种,它也是其他育种技术实际应用时重要的辅助手段。

金鱼是伴随着选育技术萌芽的诞生而诞生的。金鱼的雏形金鲫(草金鱼)就是从自然变异的红色鲫鱼中挑选出来,被人工放养于放生池,再后来红鲫鱼的后代慢慢演化成金鲫,而金鲫已经是不同于野生鲫鱼的新品种了。在金鲫的诞生过程中,“选择”这一技术操作得以实施,但是,没有对从野生鲫鱼中选出的红鲫鱼进行人为干预的传代,也没有对其后代进行后续的选择,因此,此时的选择只能称之为选育的萌芽。

从缸养时代开始,金鲫开始出现一些颜色和体形方面的变异,人们将这些出现新变异的个体留下来,作为亲鱼繁育后代,从其后代中再选择变异个体做亲鱼,开始了有意识地选种。此时的选种实为育种技术的雏形,因为当时没有人知道遗传规律,甚至不知道选择同类型变异的亲鱼配种,也不知道新的变异如果在下一代没有出现又如何再次获得这样的变异后代,下一代的表现偶然性很大,单纯的选种并不能保证逐代接近期望的目标。

直到清代后期至民国初期,有意识的人工选择使金鱼新品种大量出现,据王春元考证,这时期出现了墨龙睛、狮头、鹅头、朝天眼、绒球等10个重要的新品种,这正是人工选择技术应用的成果。

作为一种经典的育种手段、一种基础性育种技术,选育技术在现在依然保持着强大的生命力,在金鱼生产中,寄望从原始的突变个体选育新品种是很渺茫的,但是在种质改良、优化和保持方面,科学合理地运用选育技术是必需的。

2.杂交育种

杂交本意是指不同基因的个体之间交配产生杂种子代。但是,由于任何两个个体之间基因都不会完全相同,比如一个脊椎动物大约有10万个遗传基因,两个同种甚至同胞之间,各自10万个基因也不可能完全相同,按照这一定义,所有的有性繁殖都属于杂交,这就使杂交这个概念变得毫无意义。所以,在一般情况下,杂交是指不同品系、品种、种、属甚至科的个体间交配获得杂种后代。或者,以某一性状为标准,这种性状不同的两个个体之间的交配,也可以称为杂交,比如,一尾红色锦鲤与一尾黑色锦鲤交配,从颜色这个性状来看,这个交配就是杂交。

杂交也是一种常用的育种技术,同时也是一种在遗传学研究中经常用到的研究和验证手段,众所周知的遗传学三大定律,都是通过杂交结果来分析、推导和验证的。而三大遗传学定律问世之后,对于杂交技术的广泛应用起到了极大的指导和推动作用

在金鱼发展史上,1925年之后新品种井喷式地出现,就是因为之前通过选育已经有十几个金鱼品种,这时,杂交技术被应用于金鱼育种,这十几个基础性品种提供了两三百个可能的杂交组合。

现在金鱼已经有大约300个品种,除了极少数品种是通过对原始变异的选育获得的,大多数品种是通过杂交与选育相结合的途径获得的。由于有庞大的品种数量为基础,杂交技术在金鱼育种中仍然有应用价值,近几年也陆续有新品种诞生,比如三色琉金、三色龙睛、蝶尾琉金等。

3.细胞核移植技术

细胞核移植是指将一种动物的细胞核移植到同种或另一种动物的去核成熟卵内,并使这个卵子发育成为一个生命个体的技术。我国鱼类核移植育种方面取得过引人注目的成果,处于世界领先地位。

我国已故著名生物学家童第周(1902—1979年)先生于1961年率先在金鱼和鳑鲏中进行同种间细胞核移植,获得了成功,之后又陆续获得不同亚种、不同种鱼类核移植的成功。1973年将鲤鱼的囊胚期细胞核移植到去核鲫鱼卵中,获得了具有繁殖力的“鲤鲫鱼”,这也是最早成功的属间核移植。

我国在20世纪70年代之后开展了比较多的细胞核移植研究,取得了一些研究成果,特别是在鱼类细胞核移植方面取得了许多研究成果,甚至培育出有实用价值的养殖新品种。

在金鱼方面,目前还没有通过细胞核移植获得的新品种,但是不能否认细胞核移植作为一种先进育种手段的价值,主要是在金鱼品种间的尝试还不够多,还没有获得有经济价值的成果,随着这项技术的发展和不断增多的尝试,或许有一天会诞生一个细胞核移植金鱼新品种。

4.人工雌核发育技术和雄核发育技术

曾经有人将雌核发育技术和雄核发育技术一并称作“单性繁殖技术”,或分别称为“孤雌生殖”和“孤雄发育”,但是这样的说法是不科学的,现在生物学界公认的称谓是雌核发育技术和雄核发育技术。因为到目前为止,已知的相关研究,都不是完全只利用单一性别达到生殖的结果,所谓的孤雌生殖实际上有雄性生殖细胞的参与,而孤雄发育甚至还需要雌性提供卵子。

雌核发育是指卵子经精子激发后开始发育,精子所携带的遗传物质不参与其发育,发育成的个体只带有卵子本身的遗传物质的有性生殖方式。而孤雌生殖真正的含义是没有雄性参与的生殖方式。

自然界有孤雌生殖的动物存在,比如蜜蜂、枝角类、轮虫甚至个别脊椎动物。

自然界也存在雌核发育的生殖方式,特别是在鱼类中,天然雌核发育的种群屡见不鲜,比如方正银鲫、彭泽鲫以及某些花鳉科鱼类。雌核发育的鱼类有一个共同特点,后代与其母亲的染色体组型完全一样。

人工雌核发育的操作分3步:①破坏精子的遗传物质。②人工授精。③诱使雌性遗传物质二倍化。

使精子遗传失活的方法包括辐射处理和化学处理,辐射处理主要是γ射线(钴60作为辐射源)、X射线、紫外线灯,化学处理是用甲苯胺蓝、乙烯脲、二甲基硫酸盐等。

诱使雌性遗传物质二倍化就是使单倍体雌核(只有一套染色体)变成二倍体,有两个途径,一个是抑制受精卵(实为激活卵)第二极体的形成和排出,二是抑制激活卵的第一次卵裂。具体操作方法包括物理方法、化学方法和远缘杂交法。其中物理方法是温度休克法和静水压法,化学方法则是用秋水仙素等。远缘杂交则是用不同种甚至不同科的杂交,精子刺激了卵子的发育,但精子所携带的遗传物质不能发育。

雌核发育的研究开展得比较早,积累了大量的研究成果,我国鱼类雌核发育研究的高峰期是20世纪80—90年代,研究达到了世界先进水平,有不少研究成果在生产上得到应用。

人工雌核发育在水产业上的应用主要包括两方面,一是性别控制,二是快速建立纯系。

在金鱼育种方面,目前还没有应用雌核发育技术的实例,但是在保持名贵品种种质、稀有特征的遗传、快速稳定新品种遗传特质等方面,有良好的应用前景

雄核发育是指只有雄性遗传物质而无雌性遗传物质参与,使卵子或细胞发育成只带有雄性的遗传物质的个体的有性生殖方式。

迄今为止,没有发现天然雄核发育的存在,更没有哪个生物种群靠这种方式延续繁衍。

人工雄核发育的操作方法与人工雌核发育类似,不过遗传灭活的对象是雌核,而且人工雄核发育的成功率比人工雌核发育低很多。

5.多倍体育种

所谓多倍体是指体细胞内含有三个或三个以上染色体组的个体。

一般正常生物个体是二倍体,即每个细胞内的染色体是二份(或称二套染色体)。但是,天然的多倍体也广泛存在,特别是在植物中,例如,显花植物中有不少于1000个物种是多倍体。

在鱼类中,多倍体也比较普遍,鲑鱼和6 金鱼的遗传育种、繁殖技术和生产技术一、金鱼的遗传与育种鱼都是四倍体,胭脂鱼科所有物种都是四倍体,鲤科鱼类有很多是四倍体。据研究,鲤属、鲫属和鲃属的染色体数是100~104,而一般鲤科鱼类染色体数是50,这些应该是二倍体,那么,染色体数翻倍的种类显然是四倍体。由于这些鱼类多倍体出现得比较早,后来二倍体化了,所以这些鱼的表现已经与二倍体无异了。还有一些鱼类是三倍体,比如银鲫、彭泽鲫、淇河鲫等。

诱导多倍体鱼类的方法与人工诱导雌核发育类似,差别只在于:诱导多倍体所用的精子是正常的,不需要在受精前破坏其遗传物质。

人工诱导产生的多倍体主要是三倍体和四倍体,多数情况下三倍体较多,有时四倍体较多,这和诱导的时间有较大的关系,和诱导方法也有一定关系。如果诱导发生时卵子的第二极体未排出,施加的诱导使其退回卵子内,成为第三套染色体,重新进入卵子的遗传体系,那么很可能产生的是三倍体;如果诱导发生时卵子的第二极体已排出,受精卵当时是二倍体,而诱导破坏了第一次卵裂,使复制完毕的染色体不能分成二份,分别进入一个胚胎细胞,而是成为一个带有四组染色体的细胞,然后在此基础上重新开始染色体复制和卵裂,那么产生四倍体的可能性较大。

诱导方法与产生的多倍体的倍数也有很大关系,比如说,用热休克、冷休克诱导产生的多倍体以三倍体为主,而使用秋水仙素、细胞松弛素B等化学试剂诱导,产生的多倍体则以四倍体为主。

人工诱导鱼类多倍体的研究开始于20世纪40年代,我国开展此研究的高峰是20世纪80—90年代,并在21世纪持续开展,目前居于世界先进行列,取得了大量研究成果,一些研究成果进入了实际应用。

人工诱导多倍体技术在金鱼育种和生产上有值得期待的美好前景,比如人工诱导三倍体金鱼生长速度快、个体大、抗病力强,可以带来更好的经济效益;三倍体金鱼很可能是不育的,可以借此防止种质扩散。

6.诱变育种技术

所谓诱变育种就是用物理和化学因素诱使生物的遗传基因发生突变或者提高生物发生基因突变的概率,从而获得新基因的育种手段。

诱变按采用的方法分为辐射诱变和化学诱变。

辐射诱变是用射线处理微生物、生物的生殖细胞(精子或卵子)、受精卵(植物种子)等,所采用的射线主要有:电离辐射线、X射线、α射线、β射线、γ射线、中子射线、紫外线、红外线、激光、微波、超声波等,甚至多种成分的宇宙射线也是诱变育种的一种选择。

辐射诱变的原理是用射线冲击破坏生物的DNA、RNA的分子结构或染色体结构,使它们在修复、重组时发生错误,产生变化。射线的种类、剂量影响辐射诱变的效果,过大的计量将造成种子(或卵子)等直接死亡,过小的剂量又产生不了作用。

化学诱变则是用化学诱变剂处理微生物、生物的生殖细胞(精子或卵子)、受精卵(植物种子)等,诱使其发生基因突变或大幅度提高基因突变的概率。

目前已知的可作为诱变剂的物质有1000多种,主要是以下几大类别:

①碱基类似物。遗传物质是脱氧核糖核酸(DNA)(少数病毒是核糖核酸RNA),是一种由一系列脱氧核苷酸链构成的大分子。脱氧核苷酸又是由脱氧核糖、磷酸和含氮碱基组成,碱基有4种,分别是腺嘌呤(A)、鸟嘌呤(G)、胞嘧啶(C)和胸腺嘧啶(T)。向生物细胞核内施加碱基类似物,使其在DNA复制时混入其中,取代其中相似的碱基,于是DNA就发生了变化,突变就发生了。

②烷化剂。这类物质都带有烷基,自由基如甲基、乙基等能引起碱基变化或造成配对错误,从而使DNA产生异变。

简单的无机化合物。亚硝酸盐就是其中一种,据研究认为,亚硝酸盐是自然突变的主要诱因。

④简单的有机物,如甲醛等。

⑤抗生素类,某些不常用的抗生素据说有诱变作用。

⑥某些复杂的有机物,如苯的衍生物等。

诱变作为育种手段的好处是:大幅度提高了突变概率,操作方便,周期短,有时会产生意想不到的结果。缺点是:突变无法预料,方向难以把握。

在金鱼育种方面或许诱变值得去尝试,因为出现有价值的变异是完全可能的。

7.转基因技术

又称基因转移技术或基因植入技术,是指将外源基因通过生殖细胞、受精卵或早期胚胎导入生物的染色体上。

转基因技术开始于医学界对遗传性疾病的研究和治疗,20世纪80年代开始,畜牧业、水产业等领域引入该技术,对动物转基因技术进行了大量研究和应用。我国在鱼类转基因技术研究方面开展得比较早,20世纪80年代后期,中国科学院水生生物研究所的朱作言研究员成功地将人类生长基因转移到泥鳅和鲤鱼的受精卵,并培育为幼鱼和成鱼,证实移植的基因片段在受体内能合成基因产物。此后30年来,我国许多研究人员进行了大量的鱼类转基因研究,取得了丰硕的研究成果,使我国的鱼类转基因技术居世界先进行列。

观赏鱼方面,2003年中国水产科学研究院珠江水产研究所白俊杰研究员领导的团队成功研发转红色荧光蛋白基因唐鱼(转基因唐鱼),2006年台湾邰港生物科技发表了(实际2002年已推向市场)全球第一条全身型红荧光基因鱼“邰港红色1号”。

鱼类转基因的操作包括5个步骤

①获得目的基因。一个外缘基因至少包括3部分:启动子、编码序列、转录终止信号。

②基因克隆。获得的基因序列克隆到质粒或噬菌体中,并在匹配的菌株中扩增。

③受体鱼受精卵或胚胎的获得。

④注射基因。用显微注射将目的基因注射到受精卵(或胚胎细胞)内。

⑤注射后鱼卵的培养。

转基因技术是目前最热门的实用性生物技术之一,应用前景非常广阔。在观赏鱼领域,转基因观赏鱼不会对人类产生直接的或可以预见的危害,不需要像食用动植物的转基因品种有那样多的顾忌或潜在危害,不过,考虑到其逃逸可能会给自然界带来潜在的隐患,我国现在还没有批准其投放市场。但是,鉴于转基因技术在快速创造新品种、改善观赏鱼经济性状等方面的有实用高效的突出优势,相信必有其绽放光彩的一天。

(三)金鱼种质改良

金鱼的市场价值与其品相有很大的关系,同规格比较,品相好的金鱼价值比品相差的高数倍甚至数十倍,因此,产品品相好的金鱼养殖场,经济效益比产品品相一般的金鱼场要好得多。

金鱼品相的好坏,很大程度上取决于其遗传基因(养殖管理也有较大关系),所以,养殖场应努力改良其金鱼群体的基因,并将优良基因保持下去。

改良和保持优良基因的方法和要求主要如下。

1.建立相关标准,实现标准化生产

在国际市场上,我国出口的金鱼价格远远低于日本金鱼,原因是我国金鱼品相差,差在形态不统一。我国的金鱼产品,同一品种、同一批次,尾鳍有长有短,头瘤有大有小,身体有胖有瘦。反观日本金鱼,条条形态一样,整齐划一,一眼看去,自然是日本金鱼更胜一筹。而我国金鱼产品中,不乏比日本金鱼品相更好的个体,但是,究竟哪些品相更好也没有一个权威的裁定,因为没有标准。

所以,必须制定国内公认的金鱼产品质量标准、等级标准。为使产品达到优质品的质量标准,企业应该建立相应的亲鱼质量(种质)标准、良种培育体系、繁殖育苗操作标准等。

2.建立科学的良种繁育体系

建立科学的良种繁育规则并严格执行。这些规则包括:关于亲鱼来源及更新的规则、关于亲鱼数量的规则、亲鱼质量要求、配对繁殖操作要求、后备亲鱼养殖管理规则等。

养殖场应明确产品质量目标,为实现产品(商品鱼)质量目标所需要的亲鱼质量,确定为保持高质量种质的延续、防止种质退化,保持后备亲鱼遗传多样性所采取的良种选育策略,在保证产品质量优良和一致的前提下,最大限度地保证繁殖群体的遗传多样性。

举个例子来说,假设某金鱼场的产品之一是黑龙睛蝶尾,首先应制定本养殖场关于黑龙睛蝶尾的质量和分级的企业标准(可以根据水产行业标准《金鱼分级蝶尾》加以细化,甚至提出更高的要求,但是分级的具体指标建议不要改变,可细化),以一级商品鱼为生产目标,据此制定本养殖场的《黑龙睛蝶尾 亲鱼》企业标准,对亲鱼的品相(颜色、形态)、年龄、规格、生长速度等提出明确要求,然后以《黑龙睛蝶尾繁殖操作规范》企业标准,规定繁殖配对方式(包括如何催产,是催产后自然产卵还是人工授精;自然产卵又如何配组,是以1尾雌鱼配2尾雄鱼,还是一批十几组甚至几十组同池产卵;什么规格的雌鱼配什么规格的雄鱼等)。后备亲鱼的来源及质量是保证其优良品质延续的关键,是良种繁育体系的核心,为此,应明确是建立家系还是用集体选择的方式选择后备亲鱼,要有保证避免后备亲鱼亲缘关系太近的措施。后备亲鱼的补充可以与商品鱼繁殖分割为两个体系,即专门设立一个繁殖体系来补充后备亲鱼;也可以在一个体系,即从商品鱼中挑选后备亲鱼,关键是要保证后备亲鱼之间亲缘关系不可太近,保证亲鱼群体的遗传多样性足够丰富。

3.养殖和繁殖过程中避免逆向选择

不恰当的养殖条件会造成金鱼变异并接受自然选择,使其品质下降,逐代影响的结果是遗传基因的改变即种质的下降。打个比方说,将金鱼养在大塘中,外形会向着有利于快速游泳的方向发展,体形拉长、头瘤缩小、尾鳍变短变硬,从其中挑选长得最快的那批鱼,挑到的往往是适应得最好的,游泳最快的,最不漂亮的,而那些品种特征最好的个体,比如头瘤最大的,已经在生存竞争中被淘汰了。

在挑选亲鱼时,有些鱼池将伤残的、生病留下疤痕的个体留下来做亲鱼,认为后天的损伤或疾病不会影响基因,这样的选种属于人为的逆向选择。因为,后天的伤残和疾病虽然不会遗传,但是,发生伤残和疾病和鱼本身的种质并非毫无关系,可能正是遗传基因的缺陷,使这些鱼比其他的鱼更容易发生伤残或疾病。

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