应用遗传技术在提高水产养殖物种的品质和产量中的作用探讨

李亚茹 夏学敏 景瑞雪

DOI： 10.3969/j.issn.1003-1650.2024.18.042

随着全球人口的增长和消费模式的变化，对水产品品质和数量的需求持续上升。水产养殖作为补充捕捞渔业并且是满足日益增长的水产品需求的重要手段，其发展速度和产量均有显著提升。然而，传统的养殖方法在品质提升和产量增加受阻，利用现代遗传技术来提高水产养殖物种的品质和产量，可以有效解决这一问题，以满足市场的需求。遗传技术的应用使得我们能够在分子水平上理解物种的遗传特征，精确地操控基因以改善经济性状，从而加速养殖品种的改良进程。通过这些技术，我们不仅能够提高生长速度和繁殖能力，还能增强抗病性和适应性，优化肉质和营养组成，最终实现生产效率的提升和产品质量的改进。在此背景下，本文将探讨如何利用遗传技术提高水产养殖物种的品质和产量。

水产养殖作为满足全球水产品需求的重要途径，其养殖效率和产品质量直接影响着食品供应的安全性和可持续性。传统的养殖方法在面对疾病管理、环境变化和市场竞争时遭遇了瓶颈。为了应对这些挑战，遗传技术的应用成为了养殖业创新的关键。遗传技术包括一系列从基因水平到整体基因组水平的技术，它们允许以精确度和速度改善养殖品种的性状。

一、水产养殖行业发展现状

水产养殖行业作为全球食品产业链的重要组成部分，近年来得到了迅速的发展。随着人口增长、收入水平提高以及消费者对健康食品需求的增加，水产品的需求呈现出持续上升的趋势。这促使水产养殖行业不断扩张，技术创新和可持续发展成为行业发展的关键。在技术创新方面，遗传技术、远程监控和智能管理等现代技术被广泛应用。这些技术不仅提高了水产养殖效率和产量，还提升了水产品的品质和安全性。例如，通过基因编辑技术，可以培育出抗病性更强、生长速度更快的养殖品种，从而提高生产效益。市场需求的变化也对水产养殖行业产生了深远的影响。消费者对水产品的品质、安全和可追溯性的要求越来越高，这促使养殖企业加强质量控制和产品认证。

二、水产养殖中物种品质与产量问题

1、水产养殖生长速度与体型问题

在水产养殖中，物种的生长速度和体型是决定经济效益的关键因素。然而，许多养殖物种面临着生长速度慢和体型小的问题。这是由于遗传、环境、饲料质量等多种因素的影响。遗传因素对生长速度和体型有着重要影响，一些品种的基因决定了它们的生长速度和最大体型。如果这些品种没有得到有效的改良，那么它们的生长速度和体型可能会受到限制。此外，近亲繁殖也可能导致生长速度下降和体型缩小。环境因素也会影响生长速度和体型，例如，水质、温度、光照等环境条件都会影响鱼类的生长。如果这些条件不适宜，那么鱼类的生长速度可能会减慢，体型也可能变小。除了遗传、环境，还有饲料质量和投喂策略也会影响生长速度和体型。如果饲料的营养成分不足，或者投喂策略不合理，那么鱼类的生长速度可能会受到影响。

2、水产养殖繁殖问题

繁殖问题对物种的品质和产量有着直接的影响，一方面，性成熟晚或不一致性成熟会导致养殖周期的延长，影响年养殖次数，从而减少年度产量。例如，如果部分个体在预期时间内没有达到性成熟，那么整个群体的繁殖计划都会受到影响，导致产卵、孵化等后续步骤推迟执行。另一方面，产卵量少通常与亲鱼的健康状况、营养状况以及环境条件有关。营养不良会直接影响亲鱼的繁殖能力，导致产卵量下降。不适宜的水温、pH值、溶解氧含量等水质参数都可能对产卵行为产生负面影响。还有疾病也是导致繁殖效率低下的一个重要因素。病原体如细菌、病毒或寄生虫的存在会导致生殖系统受损，影响繁殖性能。

3、水产养殖遗传多样性丧失问题

这一问题通常源于有效种群大小减小、繁殖群体的遗传基础狭窄以及人工选择过程中的遗传漂变等因素。当养殖种群的有效大小受限时，即实际参与繁殖的个体数量较少，这导致基因库中的遗传变异度降低，进而减少种群适应环境变化的能力。例如，对具有高经济价值的品种进行密集养殖，而忽视了维持遗传多样性的重要性，会导致这些品种在面对疾病、环境压力或市场需求变化时缺乏必要的适应性。由于养殖者倾向于使用少数被认为性能优良的亲鱼进行大量繁殖，这种做法虽短期内能够提高特定性状的表现，但长期来看会加剧近交程度，缩小遗传基础，最终导致遗传多样性的进一步下降。这种近交衰退现象会导致生殖力降低、疾病易感性增加和生长性能下降等一系列问题。

三、影响水产养殖物种的品质和产量的因素

1、水产养殖遗传因素

在水产养殖业，遗传特性对于决定物种的品质和产量具有基础性的影响。品质方面，遗传因子决定了水产品的肉质、风味、营养价值以及外观特征等。例如，不同品种的鱼类其肉质的脂肪含量、肌纤维细腻程度和脂肪酸组成可能截然不同，这直接关系到消费者的口感体验和产品市场价值。产量方面，遗传因素影响生长率、繁殖能力、抗逆性和适应性等关键生物学特征。选育出生长速度快、繁殖力高和抗病力强的品种是提升产量的有效途径。此外，遗传多样性也是一个重要因素，一个基因多样性丰富的种群更能应对环境变化和疾病挑战，从而有助于维持稳定的产量。因此，持续的遗传改良和合理的遗传资源管理对于提高品质和增加产量至关重要。

2、水产养殖技术

先进的养殖技术涵盖了水质管理、饲料与营养、疾病控制、环境系统设计等多个方面。良好的水质条件为水生动物提供了健康的生活环境，降低了由于水质不良导致的疾病和死亡。精准的饲料配比和投喂技术能够最大化饲料效率，促进健康快速的生长。合理的养殖周期安排以及适宜的生态环境构建也属于高效养殖技术的范畴。这些措施有助于防止过度密集导致的应激反应和水质恶化，同时增强生态系统的自我调节能力，降低对外界投入品（如药物和化学品）的依赖。随着科技的进步，自动化和信息化技术的应用也在养殖领域发挥着日益重要的作用，提高了操作的准确性和管理的便捷性，进一步提升了生产效率和产品一致性。

3、水产养殖健康管理

全面的健康管理包括定期的疾病监测、有效的免疫策略、严格的卫生和消毒程序，以及及时的病害防治措施。定期的健康检查和疾病监控能够及时发现并控制疾病的暴发，减少损失。有效的疫苗接种和免疫增强剂的使用可以提高种群的整体抗病力。严格的养殖场卫生管理和进出车辆、器具的消毒工作能够有效阻断病原体的传播途径。除了防控疾病，还需避免由于高密度养殖、恶劣的环境条件或不恰当的操作造成的压力和损伤。

四、遗传技术在提高水产养殖物种品质和产量中的作用

遗传技术在提高水产养殖物种品质和产量中扮演着重要的角色。通过应用分子标记辅助选育、基因组选择、基因编辑等先进技术，我们能够精确地识别与经济性状相关联的遗传标记，从而选择具有优良性状的个体进行繁育。这些性状包括快速增长、高生存率、优良的肉质或特殊的营养价值，以及更强的抗病和环境适应能力。例如，利用分子标记辅助选育技术可以跟踪特定基因或者数量性状位点（QTL），在不改变其他部分基因组的情况下，增强特定性状的表现。这种方法比传统的表型选择更加高效，因为它不受环境变化的影响，且能够在动物尚未表现出其表型特征时就进行准确选择。基因组选择则采用全基因组信息，通过估计每个基因的效应来预测个体的育种值，允许同时对多个性状进行改良。这种技术特别适合于那些难以测量或表现较晚的性状，比如生长速度、繁殖性能和抗病性，从而加速了遗传进展并提高了选择的准确性。此外，随着CRISPR-Cas9等基因编辑技术的发展，现在能够直接在生物的基因组上做出精确的修改。这意味着可以针对性地改善或插入有利的性状，甚至可以消除那些不利的遗传缺陷。基因编辑技术的应用潜力巨大，不仅可以创造出品质更好、产量更高的养殖品种，还能开发出更适合特定养殖环境或者具有更强适应性的品种。

五、遗传技术在提高水产养殖物种品质和产量中的应用

1、分子标记辅助选育

分子标记辅助选育（Marker-Assisted Selection， MAS）利用DNA分子标记来追踪那些与期望性状相关联的基因或数量性状位点（QTLs）。通过这种方式，选育过程可以更加精确和高效，显著缩短了传统选育程序所需的时间。在实践中，MAS的实施涉及几个关键步骤。首先需要识别与目标性状关联的分子标记，这通常通过数量遗传学研究完成，研究者会在具有已知表型性状的群体中扫描基因组以寻找统计上与这些性状相关的标记。例如，在对生长速度进行选育的项目中，研究人员会寻找与快速生长个体关联的特定DNA片段。一旦确定了这些分子标记，下一步就是开发能够检测这些标记的诊断工具，如PCR测试。然后，在实际的育种计划中，这些工具被用来筛选幼鱼或其他生殖阶段的个体，确保仅选择那些带有目标性状标记的个体进行繁殖。这种方法不仅增加了所选性状的育种响应，而且还允许同时针对多个性状进行选择，提高了整体的选育效率。MAS的优势在于它减少了基于表型的选择所带来的不确定性，因为表型受环境影响较大，而分子标记则直接反映了遗传因素。MAS还可以帮助避免由于近亲交配而引起的遗传多样性丧失，因为它允许更精确地管理种群的遗传结构。在水产养殖中，MAS已被成功应用于多种物种的品质和产量改良，包括提高抗病性、增强耐寒能力、提升生长率和改善肉质等。通过精心选择携带有利基因的个体作为下一代的种群，养殖者能够有效地提升整个群体的平均性能，同时保持或甚至增加遗传变异性，为未来的选择提供原材料。

2、基因编辑技术

基因编辑技术能够精准、高效地对养殖物种的基因组进行特定基因的修饰。这一技术以其实用性高、操作相对简便、准确性强的特点，在水产养殖领域得到了广泛的关注和应用。具体来说，基因编辑技术中的CRISPR-Cas9系统是目前应用最为广泛的一种方法。它可以通过简单的设计，针对特定的基因序列，引导Cas9蛋白进行精确的切割，从而实现对目标基因的敲除或敲入。这种技术的运用可以针对性地改良养殖品种的生长速度、耐寒耐热性等性状，从而提高品质和产量。在实际的水产养殖中，利用CRISPR-Cas9技术成功实现了对某些鱼类如青鱼、草鱼等生长相关基因的编辑，使得这些鱼类的生长速度得到了显著提升。同时，通过对某些抗病相关基因的编辑，增强了养殖鱼类对疾病的抵抗力，降低了疾病暴发的风险，进而提高了养殖的产量和经济效益。基因编辑技术还可以用于改善水产品的品质。例如，通过编辑与肉质相关的基因，可以增加肌肉含量、改善口感等，满足市场对高品质水产品的需求。

3、转基因技术

转基因技术允许直接修改特定物种的基因组，以此提高其品质和产量。这种技术的实用性体现在其能够引入新的性状或改善已有性状，而这些都是通过传统选育方法难以实现的。一个实际的例子是转基因三文鱼（AquAdvantage Salmon），这是第一种被美国食品药品监督管理局（FDA）批准用于食用的转基因动物。这种三文鱼通过转基因技术插入了一个奇努克鲑鱼的生长激素基因和一个大洋鳕鱼的抗冻蛋白基因，使其生长速度显著加快，并且能够在较低的水温下生存，这样就扩大了养殖的地理范围并减少了对环境条件的依赖。转基因技术可以改善水产品的营养价值，例如通过增加Omega-3脂肪酸的含量来增强鱼类油的健康益处。这可以通过将某些微生物中与Omega-3脂肪酸生物合成相关的基因转移到鱼类中来实现。

4、基因组选择技术

与传统的选择方法依赖于表型数据或少数分子标记不同，基因组选择利用高通量测序技术测量成千上万的遗传标记，覆盖整个基因组，从而精确预测个体的遗传价值。在具体应用中，首先需要建立一个参考群体，该群体中的个体被深度测序并评估其表型性状，如生长率、肉质或抗病性。然后，通过统计模型分析这些标记与性状表现之间的关联性，创建所谓的“基因组估计的育种值”（Genomic Estimated Breeding Value， GEBV）。这一步骤涉及复杂的算法，如基因组最佳线性无偏预测（GBLUP）或其他更先进的方法，以考虑所有的标记效应及其相互作用。一旦建立了预测模型，就可以对没有表型数据的个体进行基因组选择。只需对其进行基因分型，即可根据参考群体的数据快速准确地预测其育种值。这极大地加快了选育进展，因为不再需要等待个体表现出其表型性状，特别是在性状难以测量或需等到晚期才能测量的情况下。例如，在鱼类养殖中，一些重要的经济性状如生长速度和疾病抵抗力，通常需要等到养殖周期后期才能准确评估。使用基因组选择，可以在鱼苗阶段就预测出哪些个体将成为最佳的种鱼，提前作出决策，从而缩短世代间隔和提高选育效率。基因组选择可以节省资源，并且可以同时针对多个性状进行选择，即使是那些负相关的性状也能够得到有效改良。这种方法的应用也减少了对极端环境条件的依赖，因为在进行遗传评估时不需要将个体暴露于特定的压力条件下来观察其表型反应。

总结而言，遗传技术在提高水产养殖物种品质和产量方面展现出显著的潜力。通过基因编辑、分子标记辅助选育和全面的基因组选择，我们已经能够在多个层面改善水生动物的经济性状。这些技术不仅为养殖业者提供了强大的工具，也为全球食品安全和可持续性做出了贡献。然而，随着技术的不断进步，我们必须确保遗传技术的应用是在严格监管和负责任的框架内进行，以保护环境和消费者的权益。未来的努力应当集中在提高公众对遗传技术潜在价值的认识，同时确保这些技术的安全性、有效性和透明度。通过科学界、产业界和监管机构的共同努力，有望实现水产养殖业的持续繁荣和进步。

（作者单位：1.272600山东省济宁市梁山县水产事业发展中心;2.272600山东省梁山县农业农村局）