脊尾白虾耐盐碱性状遗传力和遗传相关的估计*

李明栋 李吉涛 史鲲鹏 何玉英高保全 刘 萍 李 健

(1. 上海海洋大学水产科学国家级实验教学示范中心 上海 201306；2. 中国水产科学研究院黄海水产研究所 农业农村部海洋渔业可持续发展重点实验室青岛海洋科学与技术试点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)

脊尾白虾(Exopalaemon carinicauda)又称小白虾、迎春虾，主要分布于黄渤海浅海低盐水域，是我国重要的中小型经济虾类。脊尾白虾为广温、广盐、广布种，具有生长速度快、繁殖周期短、适应能力强等优点，现已成为我国沿海地区的特色养殖品种(李新正等,2003; 梁俊平, 2013)。我国有低洼盐碱水域4600万hm2，具有养殖潜力的盐碱水面积可达667万hm2，盐碱水由于具有高pH、高碳酸盐碱度及离子组成复杂等特点，阻碍了盐碱水资源的充分开发利用。脊尾白虾因环境适应能力强，近年来在滨海型盐碱水域养殖初获成功。为进一步提高脊尾白虾耐盐碱能力及其盐碱水养殖产量，对其进行种质改良迫在眉睫。

遗传力估计是水产动物选择育种的一项基础工作，主要用于研究和揭示数量性状的遗传规律，探讨选育效果。遗传力的准确估计对正确评定育种值、制定和优化育种方案、计算遗传进展具有重要指导意义(李吉涛等, 2013)。近年来，国内外已报道的甲壳动物抗逆性状的遗传参数主要集中在三疣梭子蟹(Portunus trituberculatus)(王正等, 2015)、日本囊对虾(Marsupenaeus japonicus)(郑静静等, 2017)、中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)(董丽君, 2018; 王明珠等, 2018)等物种，其抗逆性状主要涉及耐低盐、耐高氨氮、耐低温和耐高温等。目前，关于水产动物耐盐碱遗传参数估计的研究较少，大多数研究集中于盐碱胁迫对水生动物的影响机制，如碳酸盐碱度对尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticu) (赵丽慧等, 2013; 赵岩等, 2016)、异育银鲫(Carassius auratus gibelio) (沈立等, 2014)、青海湖裸鲤(Gymnocypris przewalskii) (王卓, 2013)、缢蛏(Sinonovacula constricta) (叶博等, 2019)、凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei) (杨富亿等, 2008; 么宗利等,2010) 、 罗 氏 沼 虾(Macrobrachium rosenbergii)(González-Vera et al, 2017)生长和存活的影响等方面。史为良(1981)研究发现，鱼类中青海湖裸鲤的盐碱适应能力最强，其次为尼罗罗非鱼、鲫鱼(Carassius auratus)、瓦氏雅罗鱼(Leucisus wαleckii)。另外，还有一些环境适应性广的甲壳类，如凡纳滨对虾、脊尾白虾等，也是开展水产动物盐碱适应性及耐盐碱分子生理机制研究的理想材料。

水产动物一般具有高繁殖的特性，因此，遗传参数的估计方法多采用同胞分析进行估计。同胞分析所采用的方差组分估计方法，主要包括方差分析法、最小范数二次无偏估计和极大似然法(盛志廉等, 2001)。本研究通过定向交尾构建脊尾白虾全(半)同胞家系，利用72 h 半致死碱度进行胁迫实验，采用方差分析法对脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力和遗传相关进行估计，可为脊尾白虾耐盐碱性状的选育提供基础数据。

1 材料与方法

1.1 亲本材料

脊尾白虾全(半)同胞家系构建的亲本来源于山东省日照海辰水产有限公司的养殖群体，其中，雌虾142尾，雄虾45尾。

1.2 实验方法

1.2.1 亲虾定向交尾 2019 年4 月挑选性腺发育成熟的脊尾白虾，采用1♂︰3～4♀进行定向交尾。亲虾交尾后，将抱卵雌虾捞出，进行单独孵化。5 月下旬，50 尾抱卵亲虾成功排幼得到子一代，即50 个全同胞家系，其中包括同一雄性亲本不同雌性亲本的半同胞家系42 个。

1.2.2 幼体的培育 每个家系各取300 尾Ⅰ期溞状幼体，分别放入300 L 塑料桶进行培育，各家系培育条件一致。在幼体培育过程中，以褶皱臂尾轮虫(Brachinonus plicatilis)和卤虫(Artemia sinica)为主要饵料，每天换水10%，孵育温度为24℃，连续充气培育至仔虾(李吉涛等, 2013)。

1.3 盐碱胁迫实验

根据前期预实验，得到脊尾白虾72 h 半致死碱度为8.26 mmol/L，利用72 h 半致死碱度对所有家系(全同胞和半同胞)进行盐碱胁迫实验。每个家系随机挑选30 尾虾，在50 L 整理箱中暂养24 h。每个家系分3 组，每组10 尾，在实验过程中各组盐度保持一致，碱度用1 mol/L NaHCO3溶液调节，用酸碱滴定法检测，每隔6 h 调整1 次水体碱度，保持水体碳酸盐碱度稳定，整个实验周期不投喂饲料。记录每尾个体的存活时间及生长性状。

1.4 数据统计分析

对耐盐碱性状遗传力的估计采用动物模型：

式中，u 为总体平均数，αi和βj分别为A 因素的第i 个水平效应与B 因素的第j 个水平效应，(αβ)ij为A 因素的第i 个水平、B 因素的第j 个水平时的交互作用效应，eijk为随机误差。通过SPSS 软件的一般线性模型对数据进行方差分析，全同胞资料表型变量的方差组成见表1。

因为每个雄性亲本的后代数目不相等，所以需要加权矫正：

根据全同胞资料进行二因素系统分组方差分析可得到3 个遗传力估计值。半同胞家系的狭义遗传力为组内系数的4 倍，所以父系半同胞狭义遗传力为：

母系半同胞狭义遗传力为：

全同胞估计的狭义遗传力为全同胞组内相关系数的2 倍，即：

根据全同胞资料，利用二因素系统分组的方差、协方差分析，估计出相应的方差组分和协方差组分，进行遗传相关的估计(盛志廉等, 2001)。

表1 全同胞资料表型变量的方差组成Tab.1 Analysis of variance for phenotypic variance

遗传相关的计算公式为：

表型相关的计算公式为：

2 结果与分析

2.1 脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力估计

2.1.1 脊尾白虾盐碱胁迫存活时间的方差分析 每个脊尾白虾家系经72 h 盐碱胁迫后，运用SPSS 软件对其存活时间进行统计分析，各家系存活时间方差分析见表2。由表2 可知，对雄性亲本间的存活时间进行F 检验，差异极显著(P＜0.01)；对雄性亲本内雌性亲本间存活时间进行F 检验，差异极显著(P＜0.01)。雄性亲本内相配的雌性亲本平均后代数 K1=20，每个雌性亲本的平均后代数 K2=20、 K3每个雄性亲本的后代数目 K3=47.21。

2.1.2 脊尾白虾存活时间变量方差的分析 根据亲本后代数目以及方差分析的结果，计算脊尾白虾雄性亲本、雌性亲本和全同胞组分的方差见表3。

2.1.3 脊尾白虾耐盐碱性状遗传力估计 根据父系半同胞、母系半同胞以及全同胞家系的方差组分，估计脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力见表4。

表2 脊尾白虾耐盐碱性状的方差分析Tab.2 Analysis of variance of survival time of E. carinicauda

表3 存活时间组成的方差组分Tab.3 Analysis of causal components of the survival time in E. carinicauda

经t 检验，依据父系半同胞与母系半同胞的方差组分估计的遗传力未达显著水平，可认为，依据全同胞方差组分估计的遗传力是脊尾白虾耐盐碱性状遗传力的无偏估计值。

表4 脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力及t 检验Tab.4 Heritability and t test of the tolerance to saline-alkali in E. carinicauda

2.2 脊尾白虾耐盐碱性状与生长性状的遗传相关和表型相关

脊尾白虾50 日龄生长性状与耐盐碱性状的协方差分析见表5。根据计算的遗传协方差分析和表型协方差分析见表6。估计50 日龄脊尾白虾生长性状和耐盐碱性状的遗传相关和表型相关见表7。

通过协方差分析可知，脊尾白虾体长与体重的相关系数为0.830～0.890，为极显著正相关(P＜0.01)，而耐盐碱性状与生长性状的相关性较低，为不显著的负相关；遗传相关与表型相关变化一致，说明抗逆性状与生长性状间无显著相关关系。

表5 表型变量的协方差分析Tab.5 Covariance analysis for components of phenotypic variance

表6 表型变量间的原因协方差组分Tab.6 Causal component of phenotypic covariance

表7 脊尾白虾生长性状和耐盐碱性状的遗传相关和表型相关Tab.7 Genetic and phenotypic correlations between growth and saline-alkali resistance traits in E. carinicauda

3 讨论

生长速度快、繁殖力强、抗逆性强是水产动物选育的基础标准，这些性状遗传参数的估计是制定育种计划的依据和进行遗传改良的基础。在选育过程中，遗传力越高的性状，其后代重现性状的可能性就高，当水产动物某个性状的遗传力大于0.4时，属高程度遗传力，适合个体或群体表型选择法来选种。当水产动物某个性状的遗传力小于0.2时，后代重现性状的可能性较低，适用于家系选择或家系内选择(赵存发等, 2010)。多数水产动物都未达到高程度遗传力的标准，李吉涛等(2013)应用全同胞组内相关法估计得到脊尾白虾50日龄时体长的遗传力为0.170～0.330，体重的遗传力为0.140～0.330，为中度遗传力。李祥孔等(2017)通过对已建立的牙鲆(Paralichthys olivaceus)核心群体进行性状测试，得到牙鲆180、240和360日龄体长、体重、体高遗传力分别为0.290～0.320、0.130～0.350和0.350～0.390，均为中度遗传力。高保全等(2016)研究估计得到三疣梭子蟹80和120日龄生长性状的遗传力为0.530～0.600和0.450～0.500，属于高度遗传力。水产动物抗逆性状的遗传力一般较低，如九孔鲍(Haliotis diversicolor supertexta)耐低盐遗传力为(0.056±0.022)(蒋湘等, 2014)，属低度遗传力；董丽君(2018)通过对中国明对虾3个世代进行低温胁迫实验，估 计 其耐 低 温性 状 遗传 力 为(0.054±0.074)～(0.223±0.101)；张嘉晨等(2016)对凡纳滨对虾耐低氧性状的遗传力进行估计，得到其遗传力为0.070±0.030，属于低度遗传力；斑节对虾(Penaeus monodon)耐氨氮、耐低盐性状的遗传力为(0.110±0.040)和(0.290±0.080)(周发林等, 2019)；中国明对虾耐低温性状的遗传力为(0.169±0.078) (王明珠等, 2018)；Charo-Karisa等(2005)估计尼罗罗非鱼幼鱼的耐低温性状的遗传力为(0.080±0.190)，属于低度遗传力。王正等(2015)通过对三疣梭子蟹进行低盐胁迫，估计Ⅱ期幼蟹耐低盐性状遗传力为0.180，80日龄稚蟹的耐低盐性状遗传力为0.200，均属低度遗传力。本研究利用全同胞组内相关法估计脊尾白虾耐盐碱性状的遗传力0.180～0.600，为中度遗传力，与其他水产动物抗逆性状的遗传力相比较高，说明脊尾白虾耐盐碱能力较强，以耐盐碱性状作为选育指标可选育出耐盐碱能力强的新品种。脊尾白虾的生长性状与耐盐碱性状均达到中度遗传力，可为脊尾白虾耐盐碱新品种的选育提供基础数据。

在水产动物育种工作中，抗逆性状与生长性状间的遗传相关与表型相关参数通常用来进行辅助选择，当通过直接选育的方法难以达到要求，或无法直接对某一性状进行选育时，可选择另外一个与目标性状有高度遗传相关的性状来完成选育(蒋湘等, 2014)。一般水产动物的抗逆性状与生长性状之间的遗传相关都很低。Krishna 等(2011)估计斑节对虾体重与存活率的相关系数仅为0.050 (P＞0.05)；刘宝锁等(2011)研究表明，大菱鲆(Scophthalmus maximus)耐高温性状与体重的表型相关仅为0.040，遗传相关为–1.000；蒋湘等(2014)通过对九孔鲍家系进行低温胁迫实验，得到其壳长、壳宽、体重与耐低盐性状的表型相关为–0.040～0.156，遗传相关系数为–0.030～0.140，呈不显著负相关关系；日本囊对虾耐低温性状与生长性状之间的表型相关系数为(0.043±0.054)～(0.126±0.046)，遗传相关系数为(0.100±0.442)～(0.159±0.441)，均为低度正相关(郑静静等, 2017)。本研究发现，脊尾白虾耐盐碱性状与生长性状的表型相关和遗传相关系数分别为0.033～0.127 和–0.401～0.196，与以上研究结论一致。因此，在脊尾白虾选育过程中，可对耐盐碱性状进行一定的加权，制定多性状综合选择指数，据此评估和选择优秀的留种亲本，可加快育种进程。