金钱鱼生物学及繁养殖技术研究进展

杨尉, 陈华谱, 江东能, 邓思平, 吴天利, 朱春华, 李广丽

(1. 广东海洋大学 水产学院，湛江 524088； 2. 青岛海洋科学与技术国家实验室 海洋渔业科学与食物产出过程功能实验室， 青岛 266071; 3. 阳江职业技术学院 食品与环境工程系， 阳江 529566)

金钱鱼(ScatophagusargusLinnaeus 1766)隶属鲈形目(Perciformes)、刺尾鱼亚目(Acanthuroidei)、金钱鱼科(Scatophagidae)、金钱鱼属(Scatophagus)，广泛分布于印度-太平洋水域。国际上金钱鱼科仅金钱鱼1属，含金钱鱼、多带金钱鱼和四棘金钱鱼3种。金钱鱼是目前我国唯一记录在案的该科鱼类，主要分布于东海南部至南海及北部湾区域[1]。金钱鱼不仅是名贵的观赏鱼，而且富含EPA、DHA等多不饱和脂肪酸，营养价值高、味道鲜美，是广受喜爱的优质食用鱼。该鱼食性广，适应性和抗病抗逆性强，可在咸淡水及淡水中生长发育，容易养殖且成本低，是我国东南沿海地区重要的经济品种。金钱鱼的早期研究主要限于基础生物学、人工繁殖及养殖，随着细胞生理学、分子生物学、基因组学、分子遗传学的发展，繁殖生理与调控机制、功能基因挖掘分析、分子标记开发与应用等研究逐渐开展。文章总结了近年来各领域的研究成果和进展，以期为金钱鱼资源开发利用和产业发展提供参考。

1 基础生物学

1.1 形态特征

金钱鱼体高、侧扁，侧面呈圆盘形，背部高耸隆起，口小；鱼体黄褐色，腹部银白，体表满布大小不等圆形黑斑；鳃盖膜与峡部稍连；皮坚韧、被小栉鳞；侧线完全；胸鳍稍圆，腹鳍长于胸鳍，尾鳍宽大、双凹近截形，鳍条挺括；臀鳍有4根鳍棘；鳍棘前部具凹槽，有毒腺。稚鱼头部颅骨后方两侧出现一对三叶状特异形骨结节突起、末端尖锐，有微细辐射纹[2]，是此阶段种类鉴别的重要参考特征。金钱鱼雌、雄个体形态差异明显，雌鱼个体较大、体形较高、头较大、吻较长，雄鱼头部较雌鱼尖、小，该特征可辅助鉴别成鱼性别。性别鉴定在鱼类生物学研究及人工繁殖、单性养殖中有重要应用。吴波等[3]以吻长/头长、眼间距/头长、体宽/体长、体高/体长、头高/体长5个性状建立了性别判别方程，准确率达85.96%，不仅能快速准确地鉴定金钱鱼的雌雄，也为其他雌雄表型性状差异不明显的鱼类的性别鉴定提供了新策略。

1.2 习性与食性

金钱鱼喜成群游动，性情温和，不相互打斗或抢掠食物。该鱼为广盐性，稚鱼在咸淡水中生活，随着生长逐渐向深海移动。与较高盐度(25‰～30‰)相比，较低盐度(5‰～20‰)更适合稚鱼生长[5]。金钱鱼水温及pH适应范围广，极限生存水温为8℃，最适水温20℃～28℃，适宜pH 6.5～8.4[1]。幼鱼耐酸、耐高温能力较强，但低温耐受力差，低温半致死温度为12.2℃[4]。作为暖水性鱼类，金钱鱼对低温敏感，在极端天气时常发生冻死事件，因此养殖中须做好防寒保暖工作。

金钱鱼为杂食性，食性广且随生长逐渐变化，自然状态下偏爱植物性饵料，但人工驯化能使其食性发生转化。稚、幼鱼主要摄食单胞藻、硅藻类、轮虫、小型软体动物、桡足类、十足类幼体、鱼卵等；幼、成鱼则以多胞藻为主，亦摄食硅藻类、甲壳类、双壳类、轮虫类、桡足类、海绵动物、多毛类等[6]。成鱼对动物蛋白需求低，投喂植物蛋白饲料时生长显著快于动物蛋白饲料，这为高效人工饵料的选择提供了正确指导。

1.3 生长发育

金钱鱼胚胎发育历经受精卵、卵裂、囊胚期、原肠期、神经胚期、器官形成期、肌肉效应期、心跳期、出膜期等阶段。在24℃、盐度28‰条件下，历时28.5 h破膜，积温为682.7℃·h[7]。初孵仔鱼全长1.62～1.88 mm，51 h开口；4～5 d龄仔鱼卵黄囊消失；32 d龄稚鱼尾部色素粒、体侧褐色横纹及背鳍、臀鳍、腹鳍鳍棘、鳍条等基本发育完整[2]。仔鱼早期发育除具硬骨鱼类发育特征外，还具红、黑色素带、鳍膜泡状结构。

金钱鱼年内生长呈明显阶段性，与水温密切相关，但与盐度的相关性不大。Pak Panang湾群体动态研究表明[8]，金钱鱼属异速生长型，体形参数比例随生长阶段而发生变化。体高的增长速率最快，背鳍前长、臀鳍前长次之，眼径最慢。金钱鱼雌雄生长差异显著，1龄雌鱼比雄鱼生长速度快30%～50%，2龄雌鱼生长速度则高于同龄雄鱼的1倍以上。Deng等[9]发现雌鱼垂体gh表达水平显著高于同龄雄鱼，30月龄雌、雄鱼差异达到6倍以上。鱼类的生长主要受生长激素/胰岛素样生长因子(GH/IGF)轴调控，雌、雄鱼gh表达水平差异可能是金钱鱼生长性别二态性的重要原因。基于此特性，繁育单一雌性鱼苗，实现单性养殖，对提高养殖效率、渔获品质和经济效益具有重要意义。

1.4 渗透压调节

金钱鱼对盐度的剧烈快速波动有很强的耐受力，因而成为渗透调节分子机制的理想研究模型。其在淡水驯化时经历两个阶段[10]：在适应期调节鳃氯细胞、肾脏收集管数量，以及肾小球、收集管直径、收集管肌肉组织厚度；适应期过后，鳃和肾脏形态学保持稳定。鳃在鱼类渗透压调节、酸碱调节及氨氮的分泌方面起重要作用。金钱鱼鳃表面及微细结构与其他硬骨鱼类基本相似，但氯细胞数量较少[11]；幼鱼由淡水转入咸水后鳃丝和鳃瓣的氯细胞密度显著增大，说明氯细胞可能与盐度变化适应性密切相关。肾也是鱼类重要的渗透调节器官之一，在维持体液平衡、适应不同盐度过程中起重要作用。与其他淡、海水鱼类类似，淡水驯化后金钱鱼肾组织形态学会发生改变，淡水及低盐度下收集小管和肾小球的密度显著降低[12]。细胞生理学研究亦表明[13-14]，金钱鱼肾细胞系的渗透调节能力高于草鱼肾细胞系，对盐度的耐受性较强。

比较转录组学是挖掘研究渗透调节相关基因的有效手段。Mu等[15]构建金钱鱼肾脏抑制消减杂交(SSH) cDNA文库，初步鉴定了11个上调的低渗胁迫反应相关基因，定量分析发现其中9个基因在胁迫后12 h发生了显著变化，这些基因在应激反应期和稳定期可能具有不同的调节功能。Su等[16]构建鳃SSH cDNA文库获得24个渗透调节相关候选基因，并发现低渗胁迫使aqp3和nkaβ233表达显著上调，是重要的渗透调节因子。这些丰富的候选基因为进一步研究提供了切入点。

FXYD离子转运调节因子(FXYD)与Na+/K+泵(NKA)相互作用参与硬骨鱼的渗透压调节。金钱鱼fxyd基因家族中，fxyd11主要在鳃表达，fxyd12主要在肾和肠表达；急性低盐胁迫可改变NKA活性，且鳃和肾中fxyd11、fxyd12表达水平与NKA活性呈负相关[17]，表明它们均参与金钱鱼对急性低盐胁迫的应激反应。多巴胺主要在脑和肾脏中合成，是多种动物适应环境盐度变化的关键调节因子。低渗胁迫时多巴胺会激活肾脏多巴胺受体1(DRD1)的表达，引发渗透调节信号转导级联反应。通过siRNA敲减DRD1 mRNA会显著增加肾原代细胞NKA活性，且外源多巴胺能增强肾原代细胞NKA对低盐胁迫的反应[18]。因此多巴胺调节可能是通过DRD1抑制NKA活性，从而引发肾脏多巴胺系统以实现渗透压平衡。由于相关研究还不够系统和深入，金钱鱼渗透调节分子机制尚未完全明晰，但可以预见，其将会是未来研究的热点。

2 繁殖生物学

2.1 基本繁殖特性

金钱鱼性成熟与产卵受温度、盐度、降雨、食物等环境因素影响。在菲律宾等东南亚地区，金钱鱼繁殖季节为6—7月；我国南方沿海繁殖季节则较长，始于4月中下旬，终于9月，盛期在5—8月。雌、雄鱼最小生殖生物学年龄均为1龄，首次性成熟体重分别为150～200 g、83.5～90 g，雄鱼性腺成熟系数(GSI)最高2.2%，雌鱼GSI最高达14.7%[1]，但性腺发育不同步，雄性一般先于雌性成熟。金钱鱼体重与怀卵量比约为20～18∶1，但具体繁殖力数值存在差异，可能与亲鱼大小、生长环境、饲养条件、地域品种差异等因素有关。成熟卵子直径为430～750 μm，球形，浮性，无色透明，含单个直径约300 μm的黄色油球[1,19]。成熟精子属于硬骨鱼I型精子结构[20]，精子存活率和运动性在25‰～30‰盐度最高。未受精卵子在1 h内变浑浊。受精卵呈规则球形、具光泽、卵膜薄且无色透明，受精后1～2 h内油球会不断融合。

2.2 性腺发育及其生理

目前已明确了金钱鱼精巢和卵巢的5个发育阶段(I-V)及其组织结构特征，其卵母细胞发育存在非同步现象，产卵后仍存在II-IV期卵母细胞，为分批非同步产卵类型。金钱鱼卵巢发育的适宜温度为23℃～26℃，此条件下GSI、血清雌二醇(E2)、蛋白磷和蛋白钙水平显著高于29℃[21]。因此，金钱鱼亲鱼的培育、促熟过程应合理地控制好水温，不可在过高的温度下进行。在鱼类性腺发育、成熟过程中，需从外界摄取充足的营养物质，尤其是蛋白质和脂肪。脂类中的多不饱和脂肪酸(PUFA)是鱼类特别是海水鱼类繁殖及生长发育过程中不可缺少的营养因子。鱼油中富含n-3 PUFA，其对海水鱼性腺发育成熟具有重要促进作用。研究证实[21-22]，金钱鱼饲料中添加6%的鱼油可显著上调一些繁殖相关基因的表达、促进E2分泌及卵巢发育成熟，该发现在亲鱼培育与促熟中有很好的实用价值。

2.3 繁殖相关调控基因

金钱鱼性腺分化发育与繁殖内分泌相关基因及其分子调控机理成为近年的研究热点。已有卵黄蛋白原(vtg)[21-22]、foxl2[21,24]、gnrh[23]、卵泡刺激素(fshb)[23]、促黄体生成素(lhb)[23]、芳香化酶(cyp19a1)[24-25]、抗缪勒氏管激素(amh)[26]、wnt4[27]、sox9[28]、dax1[29]、sf-1[29]、雌激素受体(er)[30]、雄激素受体(ar)[31]等基因被克隆研究。

Foxl2主要参与哺乳动物卵巢发育、功能维持和粒层细胞分化，在鱼类中也具有类似的调控功能。硬骨鱼类的脑型芳香化酶(cyp19a1b)和性腺型芳香化酶(cyp19a1a)基因是雌激素合成的关键酶和限速酶，可调节神经内分泌和繁殖功能。较高的温度(>26℃)会抑制金钱鱼卵巢中foxl2、cyp19a1b和vtg的表达，适宜的温度(23℃～26℃)则可上调foxl2的表达并有效促进卵巢发育成熟[21,25]，这从分子水平初步解释了温度影响卵巢发育的机制。Foxl2、cyp19a1a和cyp19a1b在金钱鱼精巢、卵巢的表达具有性别二态性，性腺发育早期foxl2在卵巢中表达较高，而在性成熟时下降到较低水平[24]，表明foxl2在性别分化中扮演重要角色，并可能调控cyp19a1a和cyp19a1b的表达。Amh在I～III期精巢维持高表达，在III、IV期卵巢表达量会升高[26]，可能对精巢发育、精子产生、卵母细胞发育和功能维持有重要意义。Wnt4a和wnt4b分别在I期精巢、II～III期卵巢高表达[27]，因此wnt4a可能参与精巢发育及精原细胞增殖，而wnt4b则与卵巢发育有关。性逆转研究初步表明[28-29]，dax1和sf-1参与性腺分化且二者具有明显的拮抗作用，而sox9在性腺雄性化过程中有重要功能。

雌、雄激素受体在鱼类等脊椎动物繁殖调控过程中非常关键。金钱鱼3种雌激素受体亚型erα、erβ1和erβ2对vtgs(vtg-A、vtg-B、vtg-C)的表达调控有明显差异。在卵黄蛋白发生期，erα与vtgs的表达水平同步上调，erα对vtg-B和vtg-C基因起到关键调控作用[30]。Chen等[31]发现ar在精巢发育中期表达水平最高并维持至末期；经MT处理后，卵巢中ar表达水平显著增高，证明在外源类固醇激素作用下金钱鱼性腺具有可塑性，为性逆转及全雌育苗中伪雄鱼的培育奠定了理论基础。

黑素皮质素受体4(MC4R)是G蛋白耦联受体超家族成员之一，在多种鱼类性腺中表达，且mc4r基因拷贝显性负突变可推迟雄性剑尾鱼的性成熟，暗示其与鱼类的生殖有关。本实验室近年率先探究金钱鱼MC4R的生殖调控作用，初步结果表明，激活MC4R信号通路可促进下丘脑gnrh表达，进而调控脑垂体FSH和LH的合成；也可直接调控脑垂体fshb和lhb的表达水平[23]，证明MC4R确实参与鱼类生殖的调控。此发现有助于拓展对鱼类繁殖内分泌调控网络及其机制的认知水平，对生殖调控新技术的开发亦具有指导作用。

3 细胞遗传学

金钱鱼细胞遗传学进展缓慢，仅在染色体数目和核型方面有报道。金钱鱼为二倍体，核型为2n=48，48t，臂数NF=48，染色体数为48，均为端部着丝点染色体，不具性别二态性，不能依据染色体形态区分性染色体[32-33]。染色体组型研究是细胞遗传学和分子遗传学的基础，对了解遗传物质组成、遗传变异规律、发育机制和性别决定有积极作用，对系统演化与分类、进化地位确定和细胞分类学等研究也具有重要意义。深入开展细胞遗传学研究可有力推动金钱鱼染色体结构和功能等方面的研究进展。

4 分子遗传学

金钱鱼的分子遗传学研究主要局限于分子标记开发和线粒体基因组测序，而在遗传多样性、种群遗传结构、种群动态、分子系统进化等方面则鲜有报道。基于FIASCO[34]、高通量RNA测序[35]技术，目前已开发了一系列多态性SSR和SNP标记，但仍不能满足后续研究对大量分子标记的需求。高通量测序技术可快速获得丰富的标记资源，是当前最为高效的方法。这些标记资源为种群遗传学、保护遗传学、分子辅助育种等工作提供了分子工具。另外，我们开发SSR、AFLP和SRAP标记用于雌、雄群体的遗传多样性分析，3种标记的分析结果具有一致性，金钱鱼群体遗传多样性较低，雌雄间遗传变异小。金钱鱼线粒体基因组已完成测序[36]。线粒体DNA具有分子结构简单、母系遗传、几乎不发生重组、进化速度快、不同区域进化速度存在差异等特点，广泛应用于种群遗传学、分子系统学等领域。金钱鱼线粒体基因组数据为线粒体功能基因组学、分子生态学、分子分类学、分子系统发育和进化的深入研究奠定了基础。

5 人工繁殖养殖技术

5.1 人工繁殖技术

由于雌、雄鱼性腺成熟不同步、卵巢不易充分发育成熟、催产不及时卵巢很快退化、催产后亲鱼死亡率高等原因，金钱鱼的人工繁殖比较困难。20世纪80年代，国外尝试了用促黄体素释放激素类似物(LHRH-A)、17α, 20β-二羟黄体酮+人绒毛膜促性腺激素(HCG)、MT+LHRH-A等激素诱导精、卵成熟[37]，但未取得实用性成果。国内曾用LHRH和HCG进行人工催产，可产出大量的卵，但受精率和孵化率很低，难以应用。近年来，金钱鱼人工繁殖已取得重大突破，日趋成熟。实践证明，2龄以上亲鱼的生殖系统发育较完善、机能较健全，比较适合人工繁殖。雌鱼对催产激素敏感性较高，LHRH-A2单独或与HCG混合使用均有良好的促熟和催产效果，27℃～28℃催产效应时间约20～36 h[1]。

5.2 人工养殖技术

金钱鱼人工养殖技术研究主要集中在池塘混养和淡化养殖。池塘混养能有效改善精养池塘水质，降低亚硝酸盐、氨氮及COD含量，稳定浮游植物种群结构，控制浮游动物过度繁殖。菲律宾曾考察了温度、盐度、溶氧、pH等环境因子对虱目鱼、斑节对虾池塘混养的影响[37]。对虾-金钱鱼-蕹菜多营养级综合养殖是一种高效低碳的养殖模式，可提高饲料氮磷利用率。金钱鱼、长毛对虾、青蟹、缢蛏立体生态混养能增加池塘生态系与结构的空间，维持良好的养殖生态环境，减少水污染和疾病的发生，提高饵料利用率和经济效益。杂食性的金钱鱼性情温和、易驯化，非常适合与虾、蟹、贝混养，可有效提高水域生产力和综合经济效益，是重点发展的养殖模式之一。

海区捕获的幼鱼经淡水驯化后可进行淡水养殖。我国于20世纪90年代试验了淡水驯化及网箱养殖，取得了一定的经济社会效益。近年，珠江口附近一些海水池塘经过逐步淡化后完全在淡水中养殖，早期以浮游生物和鱼浆为饵，逐渐转变为投喂配合饲料，生长良好。海水养殖的风险及成本相对较高，淡水驯化养殖突破了地域和条件限制，可在淡水资源丰富的内陆地区实现金钱鱼养殖，大大促进了该品种的推广。本课题组近年持续探索金钱鱼苗种的淡化培育，在规模化培育与推广应用方面取得了显著成效，有力推动了产业的可持续发展。

5.3 病害

随着金钱鱼大规模养殖的盛行，病原种类逐年增多，威胁逐年加剧。鱼苗阶段最常见的是诺达病毒，以垂直传播为主，同一母鱼孵化出的苗可能全部携带病毒，危害性较大。整个养殖阶段常出现鳃丝车轮虫病[38]、嗜水气单胞菌感染[39]、刺激隐核虫病、海水小瓜虫病、鱼鲺病和疖疮病。车轮虫主要寄生、损伤鳃丝，也会损伤肝、胆、肠，主要危害鱼苗，对成鱼致死率不高。嗜水气单胞菌是一种暴发性疾病，会引起金钱鱼鳃、肠、肾脏、肝脏等器官的病理损伤，感染后期会出现严重的败血症症状。惠州长宫吸虫主要危害少数重感染个体，对养殖生产的威胁相对较小。鱼类病害以细菌性疾病为主，其对养殖业的危害最大。而目前金钱鱼细菌性病原学研究仍十分薄弱，有必要加大研究力度，为疾病预防和控制提供理论支撑。

6 结语与展望

近年来，气候变化、环境污染、酷渔滥捕等严重威胁我国渔业环境质量和资源再生。作为极具潜力的特优养殖品种，金钱鱼资源逐年递减，兴起的养殖业与种苗匮乏现状之间矛盾突出。金钱鱼人工繁殖技术及苗种培育、优良品系繁育及养殖产业化、种质资源开发与保护是当前亟须突破的瓶颈。今后可在如下方面开展工作：1)深化繁殖生物学基础与应用研究。以繁殖生理及其分子调控通路为核心内容，解析金钱鱼性别分化、性腺发育、成熟及繁殖行为的基本规律，阐明发育、繁殖过程相关关键基因的功能与分子遗传学机制，开发高效可靠的人工繁殖技术体系，推进增养殖业发展，摆脱对野生资源的依赖，为全雌快速生长品系繁育及单性养殖产业化奠定基础。2)加快良种繁育进程。金钱鱼苗种主要是天然自繁鱼苗，尚未有真正意义上的养殖品种。运用家系选育、杂交选育等传统选育技术与分子标记辅助育种、雌核发育、转基因等现代育种技术，对主要经济数量性状进行选育，以培育出抗逆抗病强、经济性状好的优良品种。3)加速种质资源研究。利用分子标记对印度-太平洋水域各种群的遗传多样性、遗传结构、遗传分化、历史动态进行研究，明确种质资源的数量与质量，系统掌握种质资源状况，为金钱鱼养殖和育种效果评估等提供科学依据。制定合理的种质资源监测与保护策略，维持不同种群的生态稳定性、遗传多样性，以实现金钱鱼种质资源的可持续开发利用。