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水产动物育种学

一、 名词解释
1、 hybridization：遗传学上，只要有一对基因不同的两个个体进行交配，便是杂交，在育种和生产实践中，一般指不同品系、品种间甚至种间、属间和亚科间个体的交配。

2、 转基因：在细胞、组织或整体水平上，利用物理、化学或生物学等手段导入外源基因或外源DNA，从而使受体基因组发生改变的一种方式。

3、 遗传力：指某一性状为遗传因子所影响及能为选择改变的程度的度量，简言之，即某一性状从亲代传递给后代的能力，常以h2表示。

4、 育种：应用各种遗传学和相关的生物学方法和技术，改造生物的遗传结构，培育出具有优良性状的品种。

5、 原种：指取自定名模式种采集水域的或取自其他天然水域并用于养殖生产（栽培）的野生动植物种，以及用于选育的原始亲本。

6、 品种：由同一祖先通过人工选育二来的，具有一定形态特征和生产性状的群体，可用于生产或作为遗传学研究的材料。

7、 良种：具有特定和明显的优良经济性状（如生长快、繁殖周期短等）并能养殖或栽培的水生生物。

8、 strain：指品系，其用于遗传学研究和品种培育；品系经比较鉴定，优良者繁育推广后可成为品种。

9、 纯系：亲本经过不断的自交后，所产生的后代的基因型纯合度较高、性状稳定、变异主要由环境引起的一类群体。

10、 抗性：指生物对不良环境的抵抗能力，包括抗病、抗酸碱、抗重金属毒性、抗寒、耐高温、耐低氧等等，其中抗病最重要。

11、 gynogenesis：雌核发育，指卵子经精子刺激后依靠自身的细胞核发育成与母本相似的新个体的一种特殊的有性生殖方式。

12、 家系选择：根据某个某几个性状明显优于其亲属、生产性能显著高于其亲属的混有不同类型的原始群体里选出一些优良个体留种，建立若干个家系并繁殖后代，逐代与原始群体及对照品种比较，选留那些符合原定选择指标的优良系统，进而参加品系测定。

13、 后裔鉴定：又称亲本选择，是根据后代的质量对其亲本作出评价的个体选择方法。

14、 杂种优势：两个或两个以上不同遗传类型（不同基因型的物种、品种或自交系杂交产生的杂种第一代，在生长、生活力、抗病力、产量和品质等比其双亲优势的现象，称为杂种优势(heterosis)。
15、 MAS：指分子标记辅助育种，是根据与某一性状或基因紧密连锁的标记的出现来推断该基因或性状从而进行选育,它是在DNA 水平上而不是根据表型进行选择,因此可以提高选择的准确性,早期鉴定具有优良性状的个体,筛选优良亲本,从而加快育种进程,缩短育种周期。
16、 水产动物种质资源：是指对水产养殖和水产动物的遗传改良有实际或潜在利用价值的遗传材料，包括水产动物的家养种（品种、品系）和野生种（包括变种）。其范围很广，包括水产动物群体、个体、器官、组织或细胞（尤其是精卵细胞）、染色体或DNA、RNA片段。

二、 判断题
1、“江西三红”是指玻璃红鲤、荷包红鲤和兴国红鲤。 （ √ ）
2、AFP指抗冻蛋白基因。 （ √ ）
3、黄鳝最初为雄性，当性成熟后发生性逆转，转变为雌性。 （ × ）
4、异域银鲫的培育是采用荷包红鲤作为父本。 （ × ）
5、雌核发育是一种比较特殊的孤雌生殖方式。 （ × ）
6、太平洋牡蛎为天然三倍体。 （ × ）

7、湘云鲫是日本白鲫♀×同源四倍体鲫鲤♂ 交配产生的。 （ √ ）
8、在雌核发育的诱导中，常采用红外线对精子进行处理。 （ × ）
9、卵裂雌核发育所得到的子代的纯合性较高。 （ √ ）
10、GH指生长激素基因。 （ √ ）
11、鱼类雄核发育的诱导中，必须对卵子进行灭活处理。 （ × ）
12、减数分裂雌核发育所得到的子代的纯合性较高。 （ × ）
13、湘云鲤是芙蓉鲤♀×异源四倍体鲫鲤♂ 交配产生的。 （ √ ）
14、在鱼类的转基因研究中，早期使用的多为生长激素基因。 （ √ ）
15、皱纹盘鲍为天然三倍体。 （ × ）
三、 简要回答题
1、 品种必须具备的条件有哪些？
来源相同；具有较高的经济性状；相似的形态特征；稳定遗传性能；足够的数量
2、 影响选择育种的因素有哪些？
1.环境：选择的目的就是在较短的时间内得到人们所需要的基因型(genetype)。一般通过表现型(phenotype)来识别基因型，但很多遗传性状的遗传力不强，容易受环境的影响，所以个体的表现型并不能很好地代表基因型，仅仅从一代个体的表现型来进行选择是不够的；
2.控制性状的基因及其遗传力大小：控制性状的基因根据不同的依据可分为质量性状和数量性状、显性基因和隐性基因等；不同基因具有不同的性质和不同的遗传力，均会在不同程度对选择产生影响；
3.人为干预和科研体制：目前我国的科研项目的时间一般是3－5年，而育种需要长期的工作，仓促的时间极大限制了育种的长期性和有效性。如雌性牙鲆要2年才能成熟，选择3代至少需要6年时间（还不能保证性状的稳定和遗传）。
3、 作图说明鱼类三倍体和四倍体的诱导过程？
1.诱导机制如下：：主要抑制第二极体排放（三倍体诱导）；抑制第一次有丝分裂（四倍体诱导）
2.诱导方法：生物（远缘杂交）、物理

4、 分析和举例说明为什么多倍体的育性往往很低？
正常发育情况：
天然三倍体虹鳟发育相当好，形态上和二倍体的无差异，组织学上检查发现，雄性生殖细胞完全正常；
三倍体彩鲫的精巢发育比较一致，都完成了精原细胞向精子发育的全过程；卵巢的发育相对复杂，部分卵巢发育也正常；
人工四倍体鱼的精巢发育一般较为正常 如四倍体裂喉鲑能产生正常精子，具有正常受精能力
人工四倍体虹鳟的虹鳟的所产生的精子也正常，可与正常二倍体交配，并可产生三倍体虹鳟
白鲫与红鲫的杂种四倍体雄鱼与二倍体白鲫雌鱼回交可产生三倍体。
异常发育情况：
三倍体雌性虹鳟（成鱼）的卵巢呈细线状，仅有少量处于初期的卵母细胞；
9月龄的三倍体泥鳅卵巢含有二期的卵母细胞(染色质核仁期)，而同期的二倍体卵巢内的卵母细胞则处于卵黄积累期，可见三倍体的卵巢发育滞后。
异常发育原因：
三倍体：奇数染色体组的不平衡导致减数分裂不平衡，生殖细胞的发生受影响，使性腺发育异常如滞后、退化）；
四倍体:染色体发生错配极易引起不育；
另外在进行诱导处理过程中会引起染色体的断裂、丢失，从而导致非整倍体配子的产生，这也会引起不育
5、 分析和举例说明为什么雌核发育子代的生活力往往很低？
因为雌核发育的子代的遗传物质完全来自于母本，在有丝分裂的过程中相当于是高度的“自交”，子代的同质性甚至比近亲繁殖的后代还要高，因此常出现胚胎畸形率较高、孵化率低、仔鱼的死亡率较高等现象。例如雌核发育牙鲆的胚胎孵化率远低于正常二倍体胚胎，仔鱼的死亡率显著高于正常二倍体。
6、 简述“异精生物学效应”的概念及其特点？
蒋一珪等利用兴国红鲤(♂)×方正银鲫(♀)进行雌核发育时，发现所得到的后代在生长速度、抗病能力等方面都明显超出其亲本；因此，蒋一珪先生将这种用异源精子并对子代具有特殊生物学效应的雌核发育称为异精雌核发育，而这种特殊的效应称为“异精生物学效应”。
其特点有异源精子有促生长效应；而且不同种的异源精子对于银鲫雌核发育子代具有不同的生长效应。
7、 育种的目标主要包括哪些？
食物转换率、生长率、抗性、肉质、其他：繁殖力、起捕率等。
8、 选择育种的作用有哪些？
1.控制变异的发展方向：
由于选择是长期系统地逐代向预定的一个方向进行，逐代把具有相似特点的个体选留下来，于是某种需要的特性就沿着选择的方向发展，从而控制了变异发展的方向，保留了原来的类型
2.促进变异积累加强:
选择并非使变异特点停留在原有的水平上发展，而是通过逐代选择具有相同变异特点的个体进行繁殖，并逐代用原先引起变异特点产生的条件培育，慢慢使其特性累积加强，因而原来表现并不显著的特性更为显著和稳固，不易丧失（量变）
3.创造新的品质：
在选择过程中，由于物种自身会产生不同程度的变异，因此选择可能使育种对象在向预定目标发展时产生适应性的新的变异，而这种新的变异在育种的过程中可能得到累积和加强，创造出新的品质（质变）
特点：由量变到质变的结果；可遗传
9、 转基因鱼的研制和开发中还存在哪些问题？
1. 外源基因的整合率较低：外源基因导入到受体鱼中后，与受体基因组的组合至今还不能为人所调控，而是随机的整合整合率较低，一般不超过10％；
2. 外源基因表达的效果较差：在外源基因发生整合的鱼中，能表达出外源基因产物的比例也不高
3.安全问题：
A. 食用安全：安全和健康第一;而转基因生物是否会 对人类造成危害（生理、遗传）还不能下定论;
B. 生态安全：转基因物种的引入不应该干扰生态系统的结构和演替进程，不破坏水生生态系统的生物多样性和遗传稳定性;
C.基因操作过程安全性：如克隆载体的来源、特性、安全性；不同的基因转移方法是否会引起基因突变等等问题。
10、 性别控制在生产中有何意义？并举例说明
1.提高群体生长率--如雌性的比目鱼比雄性生长快，而罗非鱼则是雄性比雌性快
2.控制繁殖速度--罗非鱼性成熟早、繁殖快，影响养殖群体密度，单性养殖可避免这种情况
3.延长有效生长期--虹鳟一般2年左右上市，而雌性还没有得到充分生长，因此可养殖全雌虹鳟，在2.5至3年间上市，使其生长优势得以充分体现，从而提高养殖效益。齐口裂腹鱼目前也存在这种现象
4.提高成品质量--水产品在性成熟之前的肉质往往优于成熟阶段或繁殖之后；不育个体的肉质也往往优于正常个体。因为生物的能量需要分配，在不同的生命阶段有着不同的分配，因此可以培育不育群体
5.提高性产品的产量--中华绒毛蟹的雌性和雄性价格差异大
11、 水产种质资源保护有哪些措施？
1）保护水域环境 如减小水利工程影响、限制小型水电站、加强水体资源调查管理、流域保护和产卵场保护等
2）合理捕捞 如禁止滥捕、酷捕：电鱼、毒鱼；实行禁鱼区（期）
3）开展濒危动物保护生物学研究，如中华鲟
4）建立自然保护区 规划和建立保护区，保存珍贵的种质资源。如“周公河裂腹鱼保护区”（雅安水利局）、长江上游特有珍惜鱼类保护区（宜宾长宁）、炉霍县阿拉沟省级水产种质资源保护区（甘孜州炉霍县政府和川农大水产系共同完成）、高原鱼类保护（WWF资助,川农大水产系和亚丁人社区完成）等。
5）坚持合理引种 对引种需谨慎，先要调查研究，衡量利弊得失，避免引起生物入侵等问题。
6）开展人工增殖放流，长江中华鲟、胭脂鱼的放流、雅安齐口裂腹鱼的放流
7）完善法制 不断完善水产种质资源保护的相关法制建设及执行，开展法制宣传，加强环境保护意识。
8）加强国际合作 中国已经加入《国际野生动植物国际贸易公约》，应积极展开物种保护研究的国际合作。

四、 论述题
1、阐述杂种优势的概念及其特点
遗传学上，只要有一对基因不同的两个个体进行交配，便是杂交，在育种和生产实践中，一般指不同品系、品种间甚至种间、属间和亚科间个体的交配；杂交的后代叫杂种(hybrid)。
两个或两个以上不同遗传类型（不同基因型）的物种、品种或自交系杂交产生的杂种第一代，在生长、生活力、抗病力、产量和品质等比其双亲优势的现象，称为杂种优势(heterosis)。
2.特点：
A.多种性状综合表现，而非单一性状突出表现
B.其大小主要取决于亲本性状间的相对差异和互补程度，差异越大，优势越强
C.亲本的纯合度也影响杂种优势大小
D.在F1代优势最明显
杂种优势的度量有以下指标：
1.杂种效果(S)、杂种优势率、杂种优势指数、超亲优势率、超标优势。
2、在进行鱼类人工雌核发育诱导时，有哪些必须的步骤？各有哪些方法及特点？
根据天然雌核发育鱼类的细胞学原理，进行人工雌核发育的诱导有两个关键技术：
第一个是精子遗传物质失活。具体方法有：
一.物理处理
γ射线与x射线：
原理：它们主要诱发染色体断裂；
优势：二者具较好的穿透力，便于大量处理精子；
缺陷：但经x、γ射线处理的精子生存力和受精能力都较差，在雌核发育；

二.化学方法：
1.常用药品有：甲苯胺兰、乙烯脲、二甲基硫酸盐
2.应用效果：化学药物的处理效果不及辐射，在鱼类的雌核发育诱导中使用较少；但在无脊椎动物如贝类、虾蟹中曾有应用。
第二个是卵子染色体加倍。具体方法有：温度休克和静水压及化学处理
一.温度休克就是用高于（热休克）或低于（冷休克）卵子的最适发育温度的方法处理卵子的技术；
温度休克的作用机制：主要是引起细胞内酶构型的变化，阻碍酶促反应而使细胞分裂时形成纺锤丝所需的ATP供应途径受阻，破坏微管的形成，使由微管蛋白聚合成的微管解体或阻止微管的聚合和染色体移动，从而抑制极体外排或细胞分裂；
二.静水压的作用机制：破坏纺锤丝的微管亚单位而抑制极体外排或抑制有丝分裂；当施加压力时，有丝分裂器中的纺锤丝崩解，由蛋白质组成的微管解凝，纺锤体及星光随之消失，分裂受到抑制；
当撤消压力后微管蛋白质重新聚集，纺锤丝接着形成，星光及纺锤体重新再现，分裂随之启动
静水压的特点是：
1.静水压一次处理的卵子数量少，对胚胎的损伤大，孵化率低，胚胎畸形率高；
2.水压机的质量也参差不齐，严重影响诱导效果；
3.但其易产生纯合个体，利于培育纯系，在科研中备受青睐；
三.化学处理：1.原理：利用能够抑制细胞分裂的化学物质来干预细胞分裂过程
2.常用药物：秋水仙素(Colchicine)、细胞松弛素-B (CB) 、咖啡因 (caffeine)等
四.生物杂交：一般采用远缘杂交方法可以获得雌核发育二倍体。
3、阐述选择育种的原则有哪些？
1.选择适当的原始材料
A 在优良品种中选择：良种的底子好，基础好，具有各种优良性状，在良种中再选出具有特色的个体，效果一般较为理想
德国镜鲤，在本土高度驯化、生长较快、抗病力强；但引进我国时，对我国的肥水、粗饲料和高密度养殖方式很不适应，生长缓慢、易发病，后经调整水质和养殖方式后，形成一个优良的选育品系
B 在混型程度高的品种中选择:
有些品种，本身是一个由多数基因型混合的混型群体，主要由于育种工作者在选育时只注意了主要的性状，而往往忽略一些次要的性状，从而造成基因型的混杂；另外就是一些数量性状由多基因控制，情况复杂，在育种中很难估计它的纯合程度，因此造成品种本身就是一个混型群体；但可以在这样的混型群体中，通过重新选择，培育出新的品种
C 引种突变：
从外地引入良种推广后，常因环境影响、天然杂交或突变而形成丰富的变异类型，可作为选择育种的原始群体：如海湾扇贝由张福绥院士从国外引进大连湾、胶州湾养殖，已形成遗传稳定的群体。目前主要进行其基因组研究和抗病品系的选育
2.把握关键时期：
就某一性状而言，应抓住最合适的选择时机：如抗寒能力的选择应在自然条件下越冬，此年开春解冻后观察成活率、分析相关生理指标 ；如抗病能力的选择应在疾病高发期，观察其感染情况和拮抗情况，分析相关生理生化参数，如淋巴细胞、血细胞、溶菌酶、金属硫蛋白等
3.按照主要性状进行选择：
• 主要性状选择，指在逐代的选育过程中只对某一个性状（单项性状）进行选择，而不管其他性状的变化；其目的是选育出品种具有某一突出优良性状，或者针对存在某一特殊的缺陷的品种进行改良
• CASE ONE:高起捕鲤鱼的选育（黑龙江水研所）
• CASE TWO:鲤鱼抗水肿病 前苏联
4.按照综合性状进行选择：指对几个性状同时进行选择，对数项经济性状同时进行选择和改良
• 选择要点：
• A 必须分清主次，着重某一、二个性状进行选择
• B 考虑各性状是否相关以及相关程度如何
• CASE ONE:鲤鱼的体型与抗寒能力无关，可同时选择
• CASE TWO:红鲤的体型与生长呈负相关，团型者生长慢，细长者生长快，这就要求有侧重点
4、诱导人工雌核发育与雄核发育有哪些异同？
雌核发育，指卵子经精子刺激后依靠自身的细胞核发育成与母本相似的新个体的一种特殊的有性生殖方式；
雄核发育：指是在雄核控制下发育的一种特殊的单性生殖方式，它是生物单性发育的重要组成部分。
相同点：二者都是有性生殖方式，所产生的后代均为单性；
都需要对配子进行灭活处理，以破坏其遗传物质；
灭活处理采用的方式都可使用UV、射线等；
都需要对染色体进行加倍处理，以恢复其胚胎的倍性，均可采用冷休克、热休克和静水压等；
胚胎的孵化率、仔鱼的存活率一般较低下；
所产生的后代的基因纯合度较高，有利于培育纯系；
不同点：雌核发育所产生的后代均为雌性，性状与母本相似；而雄核发育得到的后代均为雄性，性状与父本相似；
雌核发育诱导中是对精子进行灭活处理；雄核发育诱导中是是卵子进行灭活处理，有时也可用过熟的卵子直接和精子“授精”；处理卵子的技术要求和难度均高于前者。
在染色体加倍的过程中，雌核发育诱导可采用阻止极体排放和阻止第一次卵裂两种方式；而雄核发育可采用阻止第一次卵裂，也可采用其他方法如使用二倍体的精子或双精入卵等进行自发加倍。
5、谈谈你对转基因鱼的认识
第一方面：转基因鱼研究背景
随着人口的膨胀及渔业捕捞技术的日益精进，水产经济生物的种类和数量急剧下降，因此，对珍稀物种的保护及种群扩增已经迫在眉睫培育或创造特殊经济性状，也需要相应的技术解决，转基因技术可以在一定程度上解决这些问题。
第二方面：转基因鱼的构建
1）获得目的基因首先从基因文库中得到一个含侧翼调控序列的合适的目的基因，该序列包括位于基因编码序列上游的启动子及位于编码序列上游的组织特异性增强子
2）基因克隆：获得的基因序列必须克隆到质粒或噬菌体中，并在合适的菌株中扩增，然后从培养的细菌（多为大肠杆菌）中提取重组质粒或噬菌体DNA，用合适的限制性内切酶分离出插入载体的外源基因序列，再经过电泳分析，确定分离的DNA片段分子量，以证实所分离的序列是需要的基因片段。
3）受精卵的获得：在繁殖季节，采集精子和卵子，人工受精后，出去卵膜，将裸卵移到郝氏培养液中。
4）基因转移：有显微注射法、精子携带法等。
5）注射后鱼卵的处理：鱼卵孵化后，需要取部分幼鱼作为样品以提取DNA；另一部分继续饲养；同时还要设置对照组，以作比较研究。
第三方面：转基因在水产育种中的应用价值
1）改变受体的代谢特征：
转基因的表达往往对受体鱼的代谢产生重要影响，如加快生长速度，促进性成熟，缩短繁殖周期、调节能量收支等
目前，使用较多的生长激素基因(GH)，GH可以在受体鱼中整合和表达，促进个体的生长；
2）改变受体鱼的环境适应能力:
利用大洋条鳕的抗冻蛋白基因开发转基因鲫鱼，试图培育其鲫鱼对低水温的适应性，以扩大鲫鱼的养殖范围合规模，提高渔业生产水平。
3）增强鱼体的抗病能力：
在北美洲西北部，传染性造血坏死病毒(IHNV)曾引起大鳞大马哈鱼(Oncorhynchus tschawytscha)和定居河鲑(O.mykiss)大批死亡；IHNV糖蛋白可诱导鱼类产生一种中性抗体，对IHNV有一定的抗病作用，因此，利用IHNV外壳蛋白基因转移培育抗IHNV病毒的鲑鳟鱼品系。
4）环境检测
美国研究人员将萤火虫基因注入斑马鱼的体内，以测试水质污染。如水体中含有聚氯联苯等致癌物质，斑马鱼就会发光。
5）增加观赏性
2003年11月转入了红色荧光蛋白基因的斑马鱼体呈艳红色，在美国得克萨斯州上市。
6）开发生物医药制品
第四方面：转基因鱼的研制和开发中还存在的问题
1）外源基因的整合率较低：外源基因导入到受体鱼中后，与受体基因组的组合至今还不能为人所调控，而是随机的整合整合率较低，一般不超过10％；
2）外源基因表达的效果较差：在外源基因发生整合的鱼中，能表达出外源基因产物的比例也不高
3）安全问题：
A. 食用安全：安全和健康第一;而转基因生物是否会 对人类造成危害（生理、遗传）还不能下定论;
B. 生态安全：转基因物种的引入不应该干扰生态系统的结构和演替进程，不破坏水生生态系统的生物多样性和遗传稳定性;
C.基因操作过程安全性：如克隆载体的来源、特性、安全性；不同的基因转移方法是否会引起基因突变等等问题。
6、阐述与鱼类性别决定相关的基因及其特性？
1）SRY基因(sex-determining region of Y-chromosome，Y染色体性别决定区)
SRY是人体Y染色体上的一段基因片断，该基因是决定男性睾丸发育的主要基因
该基因由Sinclair在1990年发现，目前认为，SRY基因就是唯一一个性别决定基因。因此在血液，精液样本中可以通过寻找该基因片断，达到判断测试者的性别的目的
但目前在水产动物中其同源性不高
2）DMY：通过对青Y染色体上性别决定相关区段的重组和缺失分析，逐步缩小至1个250kb的区域，从中找到1个新基因命名为DMY (doublesex mab-3 domain of Y chromosome)
DMY的表达仅限于XY精巢，在雌性染色体上没有其同源序列

DMY是目前在鱼类Y染色体上找到的，与精巢发生、分化直接相关证据最充分的一个性别决定功能的基因
3）细胞色素p450芳香化酶：由雌激素合成的主要酶类。诸多试验证明，芳香化酶的抑制剂能诱导产生雄鱼，如尼罗罗非鱼。抑制剂有
而牙鲆伪雄鱼的产生是采用的高温，后证实恰当的温度可抑制芳香化酶基因的表达
4）Sox家族：一类基因的统称，均含有一个SRY样HMG盒（high mobility group box,高泳动类非组蛋白），其中Sox9证实是参与性别决定的基因。在大鳞副泥鳅的精巢中有宏量表达，说明其与精巢的分化和发育有关
5）Bkm(banded krait minor) 一种含有GATA和GACA四核苷酸重复的卫星DNA。最先在金环蛇中发现。Bkm序列集中存在于金环蛇和其他种类的蛇的W染色体中，也存在于鸟类的W染色体中。在鱼类中也曾发现有此类重复序列的同源片段，但在斑点叉尾鮰中证实此基因与性别决定没有关系

任课教师：杨世勇 系主任：严太明