马氏珠母贝的研究进展

2009-03-16邓陈茂童银洪符韶

现代农业科技 2009年2期

关键词：珍珠

邓陈茂　童银洪　符　韶

摘要综述了马氏珠母贝的遗传育种、插核育珠以及珍珠层的结构、成分和成因等方面的研究进展，以期为马氏珠母贝的进一步研究提供依据。

关键词马氏珠母贝；遗传育种；插核育珠；珍珠

中图分类号 S966.24 文献标识码A文章编号 1007-5739（2009）02-0204-03

马氏珠母贝（Pinctada martensii（Dunker）），又称合浦珠母贝，是培育海水珍珠的主要珍珠母贝。中国南珠，是指在中国南海海域用马氏珠母贝养殖的海水珍珠。20世纪初，日本人利用改进我国养殖佛像珍珠的方法进行大规模海水有核珍珠的生产，并全面系统地研究了珍珠的养殖与加工技术，近100年来，日本珍珠产量和质量都居世界第一。20世纪50年代末，我国水产科技工作者开始了马氏珠母贝资源的调查、人工育苗和养殖试验。在老一辈珍珠贝类专家张玺、熊大仁等教授的指导下，我国于1958年取得海水有核珍珠养殖试验的成功，开辟了人工养殖珍珠的新纪元。1965年又获得了马氏珠母贝人工育苗的成功，并通过对马氏珠母贝的生理、生态、插核、育珠和病虫害防治等方面的研究，解决了育珠母贝来源的难题，掌握了人工插核育珠技术，从而实现了海水珍珠的全人工培育，为珍珠养殖业的发展奠定了良好的基础。广东、广西、海南属热带、亚热带海洋性气候，有几千千米长的海岸线及众多的岛屿和港湾，常年海水温度为15～30℃，海水盐度稳定，水质良好，饵料生物丰富，非常适合利用马氏珠母贝养殖海水珍珠。目前，我国的海水珍珠产业在南海部分地区已成为经济发展的支柱性产业和沿海群众脱贫致富的重要门路[1]。近100年来，马氏珠母贝的的研究主要集中在遗传育种、术前处理、插核育珠、珍珠层结构、成分和成因等方面。

1马氏珠母贝的遗传育种

20世纪初，日本的御木本幸吉等取得海水珍珠养殖研究的成功，并促成了珍珠的商业化养殖生产。20世纪上半叶，小林新二郎等日本学者对珍珠的养殖从生物学的角度进行了系统研究[2]。我国对马氏珠母贝的研究开始于20世纪60年代，这期间我国的科技工作者对马氏珠母贝的生理生态等方面做了深入细致的研究。张玺、熊大仁、谢玉坎等为代表的科学家解决了马氏珠母贝的人工插核技术和人工育苗技术，使海水珍珠的养殖得以大面积的推广。1995年谢玉坎的《珍珠科学》对我国现代海水珍珠养殖和珍珠研究成果进行了较为全面的总结[3]。2005年邓陈茂和童银洪编著的《南珠的养殖和加工技术》对马氏珠母贝的养殖和加工技术进行了系统的研究和总结[4]。

由于马氏珠母贝种质资源存在一定程度的退化，20世纪80年代以来我国在遗传育种方面开展了大量的工作。普遍认为马氏珠母贝的染色体数目为N=14，2N=28[5]。杂交是动植物遗传改良的重要手段，其作用主要是直接利用杂种优势。杂种优势是指2个遗传背景不同的亲本杂交产生的杂种F1在生长势、生活力、生殖力、抗逆性、产量和品质上比亲本的一方或双亲优越的现象。魏贻尧等（1983）和姜卫国等（1983）对马氏珠母贝进行了属内的杂交育种工作，对F1代进行了染色体的观察研究[6-7]，并对马氏珠母贝、长耳珠母贝（P.chernnitzi）和大珠母贝（P.maxima）3种同属珠母贝属的海水珍珠贝进行了种间杂交，结果不理想。李茂照等（1981）用企鹅珠母贝与马氏珠母贝进行人工杂交，并获得了子代[8]。王爱民等（2003）用广西北海野生种的马氏珠母贝（BW）、广东大亚湾野生马氏珠母贝（DW）和海南三亚野生马氏珠母贝（SW）进行了种群间的杂交和种群内的自繁，并对这些系列进行了连续2代的选择[9-10]。结果表明，不同地理种群内连续选择的系列BB2、DD2、SS2的壳长和壳高的生长速度与未经选择的对照组相比，未呈现显著的杂种优势。他们认为要减少这种人工选择带来的负作用，就要在每一代选留足够数量的亲本，以保证有效的繁殖群体。王爱民等（2005）还以三亚野生的马氏珠母贝和印度养殖贝进行了杂交试验[11]。结果表明，杂交组合在壳高和总体重方面表现出了明显的杂种优势，同时改善了壳宽指数和壳重指数。三亚贝（♀）×印度贝（♂）杂交子代插核育珠表现出了优良的育珠效果。在多倍体育种方面，何毛贤等（2000）开展了三倍体诱导，随后又开展了诱导四倍体的研究[12-13]。尽管三倍体和二倍体比较，在养殖生产性能方面表现出一些优势，如三倍体个体大，生长速度快，抗逆性强，不育，珍珠层较厚，核位较大利于插大核，培育大珍珠等。但从诱导三倍体的技术本身来看，一些关键步骤尚未完全解决，因此三倍体技术至今无法在珍珠养殖生产上推广和应用。

在分子标记辅助育种方面，李刚等（1983）应用8种同工酶和肌浆蛋白研究了马氏珠母贝和解氏珠母贝的F1生化遗传[14]；李广丽等（2001）和杜晓东等（2002）用形态特征比较与同工酶电泳分析相结合的方法，对产于我国北部湾和大亚湾的野生合浦珠母贝的遗传多样性进行了研究[15-16]。结果表明，在贝壳形态方面，北部湾种群的平均壳长与壳高都略大于大亚湾种群，壳高与壳长呈乘幂相关，壳宽与壳长呈对数相关。大亚湾种群的壳宽指数、壳重指数和肥满度指标都大于北部湾种群。王爱民等（2003）采用RAPD技术对海南三亚、洋浦、广西围洲岛3个野生种群和广东雷州人工养殖群体开展了研究[17-18]，结果表明，野生种群的地理位置相距越远，遗传距离越大；长期的人工养殖降低了马氏珠母贝的遗传多样性。王梅芳等（2004）利用垂直板状聚丙烯酰胺悌度凝胶电泳分离技术，对马氏珠母贝和企鹅珍珠贝的鳃、后闭壳肌2种组织的5种同工酶进行了检测[19]，结果表明，不同种间的个体酶谱表型有稳定的差异，筛选出的鳃组织过氧化物歧化酶（SOD）、酯酶（EST）及闭壳肌组织的苹果酸脱氢酶（MDH）、苹果酸酶（ME1）葡萄糖-6-磷酸脱氢酶（G6PDH）等同工酶，具有种特异性，这些酶带清晰稳定，可作为区别种的分子标记。马氏珠母贝的选育工作在日本开始较早，Wada 等（1990、1994、1996）对日本马氏珠母贝的选育试验结果显示，选择育种对提高生长速度、增加壳厚指数和提高贝壳白色珍珠质的频率是非常有效的[21-22]。在中国，何毛贤等（2006）对马氏珠母贝养殖群体进行了选育研究[23-24]。他们用通过选择培育获得的大亚湾养殖群体的选育子一代（DDS）和大亚湾养殖群体作对照（DDC），经过对比分析他们发现，经过一代的选育，DDS在壳长、高、宽和总重上均大于DDC，且存活率提高了9.18%。研究表明，通过对亲本的大小进行定向选择，能够提高其后代的生长率和个体大小，他们预测，假如再经过多代的连续选择，定能培育出适合我国海区养殖的马氏珠母贝优良品种。何毛贤等（2006）采用家系育种技术培育出了10多个马氏珠母贝家系[25]。其中1个家系壳表色表现为红色，且珍珠层外缘壳质为红色。经传代后，建立了4个第2代分离家系，分离家系的红壳比例出现了较大差异，其中自交家系红色比例最高达到96%，且后代的红壳特征更为明显，而对照组家系红壳比例只有10%。他们将其命名为“南科珍珠红”品系。王梅芳等（2006）对马氏珠母贝成体的性腺进行了外观和切片的观察[26]，她们把马氏珠母贝雌雄同体的个体分为A、B 2种类型，采用人工解剖授精的方法对雌雄同体个体进行了自体授精，建立自交家系，并对其早期胚胎发育进行了研究。结果发现自体授精的受精率低于异体授精，同时在发育过程中有较多的卵裂球解体，但仍有部分胚胎可以发育成D型幼虫。可见，通过自体受精的方法可以加速马氏珠母贝良种纯化的进程。

近年来，刘志刚等（2007）采用通径分析方法研究了不同养殖海区马氏珠母贝各分性状对体重的决定效应[27]，基于决定效应大小及性状易测性，育种目标性状的选择策略为首选壳长，二选壳高，三选壳宽。壳宽对加大软体部重量具有最大的决定效应，加大壳宽选择强度，可以培育大颗粒珍珠。邓岳文等（2008）按照生长目标对马氏珠母贝子一代群体进行持续选择，子二代群体早期的生长比对照提高了15.55%[28]。鉴于目前我国海水珍珠养殖的现状和国内外在马氏珠母贝选育上所取得的成就，以增加贝壳的凸度和颜色为选育目标，是马氏珠母贝选育的方向。

2马氏珠母贝的插核育珠

在马氏珠母贝手术贝的术前处理方面，日本人植本东彦认为术前处理就是要把母贝调整到适合插核手术的状态，避免母贝在手术时发生过量的机体防卫反应，导致吐核率高，造成手术贝的过度衰竭，甚至死亡[29]。邓陈茂（1995）和劳赞等（2003）先后进行马氏珠母贝手术贝的术前处理试验[29-30]，分别用控制海水流量、饵料等抑制马氏珠母贝的生殖腺发育，或者促进生殖腺发育并诱导产卵排精的方法，对手术贝进行术前处理。试验研究和生产结果表明：经过术前处理，珍珠产量和质量得到明显提高。

在马氏珠母贝的插核育珠方面，20世纪70年代以来，熊大仁（1975）、龚源海（1975）和符韶等（2001）从生产的各个方面、各个阶段和各个环节，不断地对马氏珠母贝插核育珠进行有效的技术改进[31-33]：包括用PVP处理外套膜细胞小片，可加速珍珠囊的形成；术后休养可降低育珠贝的排异能力，提高留核率；通过养殖笼具的改进，如用片状笼代替锥形笼吊养育珠贝，用塑料筐代替锥形笼进行育珠贝的术后休养，可以提高育珠贝的成活率、留核率和成珠率。这些技术对于提高南珠产量和质量起到了重要作用。

台风、淡水、低温等自然灾害和海洋敌害生物的侵袭，使育珠贝大量死亡，对海水珍珠养殖生产影响极大。为避免上述影响，邓陈茂等从1978~1985年开展了5次马氏珠母贝工厂化培育海水珍珠的试验，取得了一定进展[34]。但由于生产成本较高，贝病不可避免，工厂化育珠至今未能实现规模化生产。

为了寻求新的育珠方法，根据珍珠囊形成的原理，运用现代组织培养技术及生物工程技术，体外培养珍珠囊，插囊育珠，进一步进行体外培育珍珠，也许是从根本上提高海水珍珠产量和质量的最佳方案。日本马氏珠母贝外套膜组织培养已获得成功，王爱民等（1995）初步研究了马氏珠母贝外套膜组织培养的条件和方法[35-36]，为体外培养珍珠囊迈出了关键的一步。但要实现体外培育珍珠的目标，尚需很长时间艰难的努力。

3珍珠层的结构、成分和成因

珍珠层的结构研究随着电子显微镜技术的发展，也逐渐取得进展。20世纪50年代，日本学者开始使用电子显微镜观察珍珠层的微结构，矿物学家也从矿物学角度较系统地研究了珍珠层的物质构成。1977年Curry对珍珠层的力学性质的研究和系统总结，极大地提高了材料学家对珍珠层的研究兴趣，为材料学家参与珍珠层的研究打下了基础[37]。20世纪80年代开始，清华大学生物材料组对珍珠层的组织结构和晶体学取向等进行了较深入的研究[38-39]。周佩玲（1995）认为马氏珠母贝养殖珍珠中的有机质含量与珍珠质量成反比，且系统地总结了海水养殖珍珠的宝石学特征和鉴定特征[40]。袁奎荣等（1999）运用极图法测定了珍珠中文石特定晶面排列分布的统计规律，对珍珠中晶体定向问题进行了探讨[41]。邓燕华等（2001）总结了中国马氏珠母贝养殖珍珠的微观形貌特征[42]。孔蓓等（2002）发现优质马氏珠母贝珍珠中文石含量明显高于劣质珍珠，而劣质珍珠中方解石含量较高[43]。

杜晓东等（1991）利用扫描电镜的景深大、立体感强和可直接观察珍珠细微结构的优势，对马氏珠母贝珍珠的表面和断面进行了观察，以探讨珍珠的形成过程及其细微结构[44]。结果表明，珍珠的最内层是不定形的有机基质，一般厚5～10μm，最厚可达100μm，往往还含有一些结晶颗粒；紧邻有机基质层的是或厚或薄的方解石结晶层，一般厚20～50μm，最厚可达结晶层厚度的1/2，有些珍珠的方解石结晶层不完整；外围是较厚的霰石（文石）结晶层。在一些区域，方解石结晶层与文石结晶层可交替出现。文石结晶层的单元晶体为长3～5μm、宽2～3μm和厚0.2～0.5μm的不规则多边形板块，板块的大小由珍珠囊上皮细胞的表面积决定。张刚生等（2000，2003）研究了我国主要育珠贝贝壳珍珠层微结构[45-46]，在扫描电镜下观察到：马氏珠母贝贝壳珍珠层的小板片呈规则六边形，直径为13～17μm，粒径均匀，厚度为0.35～0.42μm；珍珠层和棱柱层呈突变关系；珍珠层文石晶体表现为强烈的择优取向，其面网平行贝壳层面，即C轴垂直贝壳层面，这与大部分学者的观点吻合。张刚生等（2000）总结了贝壳珍珠层的成因理论，主要有外套膜外上皮细胞年龄决定论、细胞内结晶细胞外组装说、隔室说、矿物桥说和模板说等，其中，模板说是比较完善和流行的理论[45]。传统认为珍珠棱柱层是由柱状方解石组成，马红艳（2003）提出了马氏珠母贝珍珠棱柱层的新认识[47]，珍珠棱柱层除了方解石棱柱外，还有文石棱柱以及方解石和文石共同组成的棱柱，以及文石呈方解石假像构成的棱柱层。

此外，对马氏珠母贝还开展了细胞生物学和组织化学等方面的研究。杜晓东（1997）研究了马氏珠母贝的外套膜小片表皮细胞的超微结构，分析了3种不同细胞在珍珠形成物质转运过程中的作用[48]。柱状表皮细胞是贝壳和珍珠的主要合成者和运转者，黏液细胞和嗜酸性粒分泌细胞的主要功能是参与物质运转。人工养殖珍珠需要向马氏珠母贝体内插核和输送外套膜小片。贝壳和珍珠都是贝类进行钙代谢，最终以碳酸钙结晶形式沉积而成的。珍珠主要在内脏团附近的珍珠囊袋中外套膜分泌碳酸钙结晶形成，贝壳是外套膜分泌物在外套膜与贝壳内表面之间沉积而成。在软体动物中，机体防御反应是由细胞免疫和体液免疫共同完成，体液免疫主要是依靠血清中的一些非特异性免疫因子来进行。这些非特异性免疫因子的高低表明了机体的免疫状态。周畅等（2001）对插核手术前后马氏珠母贝血清的超氧化歧化酶（SOD）活力、溶菌酶（LSZ）活力和抗菌活力以及血细胞的吞噬活性进行了比较研究[49]。焦钰等（2007）研究了珍珠囊发育中马氏珠母贝血清的非特异性免疫因子的活性变化[50]，结果表明，在珍珠囊发育初期（插核后3～10d），育珠贝血清的免疫因子酸性磷酸酶（ACP）、碱性磷酸酶（AKP）、过氧化氢酶（CAT）和超氧化歧化酶（SOD）均比对照组（未经插核的马氏珠母贝）显著性增大（p＜0.05），溶菌酶（LSZ）在插核后1～3d比对照组LSZ活性显著性增大（p＜0.05）；在珍珠囊发育中期（插核后15～20d），各种免疫酶活性都逐渐降低；珍珠囊发育后期（插核后30d），育珠贝血清的各种免疫酶活性都已恢复到对照组水平。这些基础研究将进一步揭示珍珠层成因，有利于指导插核育珠的生产实践。

4参考文献

[1] 童银洪，邓陈茂，陈敬中.中国珍珠业的历史、现状和发展[J].中国宝玉石，2005，57（3）：27-29.

[2] 小林新二郎，渡部哲光.珍珠的研究[M].熊大仁，译.北京：农业出版社，1966.

[3] 谢玉坎.珍珠科学[M].北京：海洋出版社，1995.

[4] 邓陈茂，童银洪.南珠养殖和加工技术[M].北京：中国农业出版社，2005.

[5] 何毛贤，姜卫国.合浦珠母贝遗传育种研究进展[J].海洋湖沼通报，2000，83（1）：75-82.

[6] 魏贻尧，姜卫国，李刚.合浦珠母贝、长耳珠母贝和大珠母贝种间人工杂交的研究——Ⅰ.人工杂交和杂交后代的观察[J].热带海洋学报，1983，2（4）：309-315.

[7] 姜卫国，魏贻尧，李刚.合浦珠母贝、长耳珠母贝和大珠母贝种间人工杂交的研究——Ⅱ.受精过程和杂交后代的染色体观察[J].热带海洋学报，1983，2（4）：316-320.

[8] 李茂照，孙海峰.企鹅扇贝与马氏珠母贝人工杂交育苗成功[J].水产科技情成果报，1981（4）：24-25.

[9] 王爱民，阎冰，叶力，等.马氏珠母贝不同地理种群内自繁和种群间杂交子一代主要性状的比较[J].水产学报，2003，27（3）：200-206.

[10] 王爱民，石耀华，周志刚.马氏珠母贝不同地理种群内自繁和种群间杂交子一代形态性状参数及相关性分析[J].海洋水产研究，2004，25（3）：39-45.

[11] 王爱民，石耀华，顾志峰，等.马氏珠母贝遗传育种与养殖新技术[J].国际海洋论坛（中国湛江），2005：16-22.

[12] 何毛贤，林岳光，沈琪，等.合浦珠母贝四倍体诱导过程中非整数倍体的产生[J].热带海洋，2000，19（4）：59-64.

[13] 何毛贤，沈琪，林岳光，等.合浦珠母贝三倍体的卵诱导四倍体[J].水产学报，2000，24（1）：22-27.

[14]李刚，姜卫国，魏贻尧.合浦珠母贝、长耳珠母贝和大珠母贝种间人工杂交的研究——Ⅲ.同工酶谱的比较研究[J].热带海洋学报，1983， 2（4）：321-328.

[15] 李广丽，杜晓东，叶富良.合浦珠母贝同工酶的电泳分析[J].中国水产科学，2001，8（2）：17-22.

[16] 杜晓东，李广丽，刘志刚，等.合浦珠母贝两个野生种群遗传多样性的研究[J].中国水产科学，2002（9）：106-110.

[17] 王爱民，阎冰，叶力，等.三种野生种群马氏珠母贝遗传多样RAPD分析[J].农业生物技术，2003，11（2）：163-168.

[18] 王爱民，丁小雷，邓凤娇.马氏珠母贝大亚湾和三亚野生种群内自繁和种群间杂交子一代的RAPD分析[J].海洋水产研究，2003，24（4）：19-25.

[19] 王梅芳，余祥勇.2种珍珠贝的外套膜同工酶及粘液蛋白的电泳比较[J].华中农业大学学报，2004，23（5）：555-559.

[20] WADA KT.Inheritance of white coloration of the prismatic layer of shells of Pinctada fucata martensii and its importance in the pearl culture industry[J].Aquaculture，1990，85（2）：331-335.

[21] WADA KT，AKIRA KOMARU.Effect of selection for shell coloration on growth rate and mortality in the Japanese pearl oyster[J].Aquaculture，1994，125（1）：59-65.

[22] WADA KT，AKIRA KOMARU.Color and weight of pearls produced by grafting the mantle tissue from a selected population for white shell color of the Japanese pearl oyster Pinctada fucata martensii（Dunker）[J].Aquaculture，1996，142（1）：25-32.

[23] 何毛贤，史兼华，林岳光，等.马氏珠母贝生长性状的相关分析[J].海洋科学，2006，30（11）：1-4.

[24] 何毛贤，史兼华，林岳光，等.马氏珠母贝选育子一代生长特性研究[J].热带海洋学报，2006，25（1）：19-22.

[25] 何毛贤.马氏珠母贝红壳品系“南科珍珠红”的培育[J].热带海洋学报，2006，25（1）：58.

[26] 王梅芳，余祥勇，刘永，等.马氏珠母贝雌雄同体和自体受精的研究[J].水生生物学报，2006，30（4）：420-424.

[27] 刘志刚，王辉，孙小真，等.马氏珠母贝经济性状对体重决定效应分析[J].广东海洋大学学报，2007，27（4）：15-20.

[28] 邓岳文，符韶，杜晓东，等.马氏珠母贝选系F2早期选择反应和现实遗传力估计[J].广东海洋大学学报，2008，28（4）：26-29.

[29] 邓陈茂，林养，杜涛，等.马氏珠母贝的术前处理试验[J].湛江水产学院学报，1995，15（1）：6-9.

[30] 劳赞，邓陈茂，梁盛.马氏珠母贝术前处理的研究[J].水产科学，2003，22（3）：27-29.

[31] 熊大仁.珍珠的质量和影响珍珠质量的因素[J].水产与教育，1975（1）：56-61.

[32] 符韶，邓陈茂，黄海立，等.马氏珠母贝养殖与育珠笼具的改进[J].海洋科学，2001，25（3）：23-24.

[33] 龚源海.聚乙烯吡咯烷酮（PVP）处理小片加速珍珠形成研究的统计

分析[J].水产与教育，1975（2）：60-70.