段強， 田靜， 曹緯楠， 武禹安， 李杰， 霍忠明、3， 聶鴻濤、3， 閆喜武、3

(1.大連海洋大學(xué)水產(chǎn)與生命學(xué)院，遼寧大連116023；2.遼寧省盤錦市盤山縣河蟹技術(shù)研究所，遼寧 盤山 124100；3.遼寧省貝類良種繁育工程技術(shù)研究中心，遼寧大連116023)

菲律賓蛤仔Ruditapes philippinarum是中國四大養(yǎng)殖貝類之一，其單種產(chǎn)量在中國養(yǎng)殖貝類中最高，年產(chǎn)量約320萬t，占世界總產(chǎn)量的90%以上[1]。近年來，由于國內(nèi)外市場對菲律賓蛤仔需求量日益增加，漁民擴大了捕撈強度，養(yǎng)殖中環(huán)境污染等因素，導(dǎo)致菲律賓蛤仔養(yǎng)殖性狀退化，其生長速度變緩，病害頻發(fā)，死亡率增大，嚴重制約了中國菲律賓蛤仔養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。研究表明，對菲律賓蛤仔進行遺傳改良是解決以上問題的主要途徑[2]。

基因型與環(huán)境互作是指環(huán)境的差異對不同基因型作用效果不同，即表型值的差異隨著基因型和環(huán)境的變化而變化[3]。生長性狀是菲律賓蛤仔重要的育種指標，性狀表現(xiàn)是基因型和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果，不同基因型的品種在不同環(huán)境影響下性狀表現(xiàn)會有所不同。進行基因型與環(huán)境互作效應(yīng)分析，對于菲律賓蛤仔育種區(qū)域的劃分，以及育種目標和育種方案的制定具有重要意義[4]。目前，關(guān)于貝類基因型與環(huán)境互作的研究報道較多，主要集中在合浦珠母貝Pinctada fucata[5]、弗吉尼亞牡蠣Crassostrea virginica[6－7]、 紫貽貝 Mytilus edulis[8－9]、波羅地海蛤 Macama baithiea[10]、侏儒蛤 Mulinia lateralis[11]等貝類中。為探討菲律賓蛤仔選育家系對不同環(huán)境的適應(yīng)性，本研究中開展了基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的研究，以期為培育適應(yīng)不同環(huán)境的優(yōu)良菲律賓蛤仔品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

以大連石河菲律賓蛤仔 (以下簡稱蛤仔)野生群體為親貝，采用2×2雙列雜交方法分別構(gòu)建自交家系A(chǔ)A(♀A×♂A)、BB(♀B×♂B)，雜交家系 AB(♀A×♂B)、 BA(♀B×♂A)， 共AA、 AB、BB、BA 4個基因型。各家系幼蟲按照蛤仔 “三段法”[12]培育2個月，獲得4個家系殼長2～3 mm稚貝作為蛤仔基因型與環(huán)境互作試驗的材料。選取貝殼無損傷、殼形規(guī)整、活力強的4個基因型稚貝各500枚作為溫度、鹽度和養(yǎng)殖環(huán)境試驗的材料。

1.2 方法

1.2.1 蛤仔基因型與溫度互作試驗 試驗水溫設(shè)置為20、24、28℃，每個溫度設(shè)置3個重復(fù)。各試驗組均在鹽度為30～32的500 L玻璃鋼水循環(huán)控溫水槽養(yǎng)殖系統(tǒng)內(nèi)進行。采用4個基因型×3個溫度的雙因素設(shè)計。

試驗開始前，隨機測量每個家系30枚個體殼長作為家系的起始數(shù)據(jù)。每天全量換水，24 h充氣，按1∶1比例投喂叉鞭金藻Dicrateria sp.和小球藻Chlorella sp.。試驗開始后，每隔15 d，使用電子游標卡尺 (精確到0.01 mm)測量30枚蛤仔稚貝的殼長，試驗周期為45 d。

1.2.2 蛤仔基因型與鹽度互作試驗 試驗鹽度設(shè)置為20、25、30，每個鹽度設(shè)置3個重復(fù)。各試驗組在溫度為22～26℃的30 L水桶內(nèi)進行。采用3個鹽度×4個基因型的雙因素的設(shè)計。飼養(yǎng)及測量方法同 “1.2.1”節(jié)，試驗周期為30 d，試驗結(jié)束時取樣測量各家系稚貝的殼長。

1.2.3 蛤仔基因型與養(yǎng)殖環(huán)境互作試驗 3個不同養(yǎng)殖環(huán)境組試驗分別為:溫度為24～28.5℃、鹽度為29～30的室外土池，溫度為22～26℃、鹽度為30～32的500 L玻璃鋼水槽，溫度為22～26℃、鹽度為30～32的30 L水桶，每個環(huán)境下設(shè)置3個重復(fù)。試驗采用4個基因型×3個養(yǎng)殖環(huán)境的雙因素設(shè)計。飼養(yǎng)及測量方法同 “1.2.1”節(jié)。試驗周期為30 d，試驗結(jié)束時取樣測量各家系稚貝的殼長。

1.2.4 生長指標的計算 殼長增長率計算公式為

其中:L1為試驗結(jié)束時平均殼長 (μm)；L0為試驗開始時平均殼長 (μm)；t為試驗時間 (d)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 19.0軟件進行環(huán)境因素和基因型對殼長增長率的雙因素方差分析，如果環(huán)境因素與基因型間的相互作用顯著 (P＜0.05)，則用Eberhart和Russell方法[3]分析基因型穩(wěn)定性和估算穩(wěn)定性參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 殼長生長性狀基因型與溫度互作

2.1.1 不同溫度條件下各家系殼長增長率比較

從表1可見:隨著溫度的升高各基因型的生長率逐漸增加，在20℃時，AA家系生長最慢，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)，其他3個家系間無顯著性差異 (P＞0.05)；在24℃下，基因型家系BB生長緩慢，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)，BA家系生長最快，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)；在28℃下，AA家系生長最快，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)，BB家系生長最慢，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)。

表1 3個溫度條件下各基因型家系的殼長增長率Tab.1 Growth rate of shell length of Manila clam in different genotype families at three temperature μm/d

2.1.2 方差分析 通過雙因素方差分析 (表2)發(fā)現(xiàn)，溫度和基因型兩因素均對殼長增長有顯著性影響 (P＜0.05)，但兩因素之間的交互作用對殼長生長無顯著性影響 (P＞0.05)，因此，不能用Eberhart和Russell方法進行家系基因型穩(wěn)定性分析和穩(wěn)定性參數(shù)估算。

2.2 殼長生長性狀基因型與鹽度互作

2.2.1 不同鹽度條件下各家系殼長增長率比較

從表3可見:基因型家系A(chǔ)A在3個鹽度下生長率最高，與其他3個基因型家系殼長生長有顯著性差異 (P＜0.05)；BB家系除在25鹽度下與BA家系生長無顯著性差異 (P＞0.05)外，在鹽度20和30下生長率均最慢，與其他家系有顯著性差異(P＜0.05)；AB和BA家系殼長生長趨于兩者之間。2.2.2 方差分析 通過雙因素方差分析 (表4)發(fā)現(xiàn)，鹽度和基因型兩因素都對殼長生長存在極顯著性影響 (P＜0.01)，但兩因素之間的交互作用對殼長生長無顯著性影響 (P＞0.05)，因此，不能用Eberhart和Russell方法進行家系基因型穩(wěn)定性分析和穩(wěn)定性參數(shù)估算。

表2 溫度和基因型及其交互作用對殼長增長率的影響Tab.2 Effects of temperature， genotype and their interaction on growth of shell length in Manila clam

2.3 殼長生長性狀基因型與養(yǎng)殖環(huán)境互作

2.3.1 不同養(yǎng)殖環(huán)境下各家系殼長增長率比較

從表5可見:除基因型家系A(chǔ)A外，其他各家系均隨著養(yǎng)殖環(huán)境從小水體向大水體的轉(zhuǎn)變，殼長生長逐漸加快；在30 L水桶中，AA家系殼長生長最快，與其他家系有顯著性差異 (P＜0.05)；在循環(huán)水槽中，AB家系生長最快，與BA家系無顯著性差異 (P＞0.05)，二者與其他家系均有顯著性差異(P＜0.05)；在室外土池中，AB家系生長最快，與AA家系無顯著性差異 (P＞0.05)，二者與其他家系均有顯著性差異 (P＜0.05)。

表3 3個鹽度條件下各基因型家系的殼長增長率Tab.3 Growth rate of shell length of the genotype families at three salinities μm/d

表4 鹽度和基因型及其交互作用對殼長增長率的影響Tab.4 Effects of temperature， genotype and their interaction on growth of shell length

2.3.2 方差分析 通過雙因素方差分析 (表6)發(fā)現(xiàn)，養(yǎng)殖環(huán)境和基因型兩因素均對殼長生長有極顯著性影響 (P＜0.01)，且兩因素間的交互作用對殼長生長有顯著性影響 (P＜0.05)，因此，符合用Eberhart和Russell方法進行家系基因型穩(wěn)定性分析和穩(wěn)定性參數(shù)估算。

表5 3個養(yǎng)殖環(huán)境條件下各基因型家系的殼長增長率Tab.5 Growth rate of shell length of the genotype familiesunder three culture patterns μm/d

表6 環(huán)境和基因型及其交互作用對殼長增長率的影響Tab.6 Effects of environment， genotype and their interaction on shell growth

2.3.3 基因型與環(huán)境互作分析 基因型穩(wěn)定性參數(shù)結(jié)果見表7，采用線性回歸方法能解釋基因型與環(huán)境互作。經(jīng)回歸離差檢驗表明，各基因型非模式均方與0的差異不顯著 (P＞0.05)，由此可知，可通過環(huán)境指數(shù)的線性函數(shù)來部分預(yù)測各基因型的表現(xiàn)。按照回歸系數(shù)的大小可確定各基因型對環(huán)境變化反應(yīng)的靈敏程度為BB＞AB＞BA＞AA。

基因型與環(huán)境互作方差分析結(jié)果見表8。F檢驗結(jié)果表明，基因型、養(yǎng)殖環(huán)境、基因型與環(huán)境的交互作用對殼長增長率均有極顯著性影響 (P＜0.01)。

表7 基因型穩(wěn)定性參數(shù)Tab.7 Stability parameters of the genotypes

表8 基因型與環(huán)境互作方差分析Tab.8 Variance analysis of interaction between the genotype and environment

3 討論

3.1 基因型與溫度互作對蛤仔稚貝殼長生長性狀的影響

目前，基因型與環(huán)境的交互作用對動植物的影響尚存爭議。一些學(xué)者認為，基因型與環(huán)境交互作用對遺傳育種會產(chǎn)生較大的影響，這種交互作用的存在可能會使育種計劃停留在理論上，而無法真正帶來利益[13]。Dominik等[13]對一種產(chǎn)毛羊育種評估時指出，忽略基因型與環(huán)境的交互作用不僅會降低實際收益，同時也會對選擇指數(shù)估算造成較大偏差。另一些學(xué)者認為，基因型與環(huán)境交互作用對表型差異貢獻比率不大，基因型與環(huán)境互作對選育計劃并不會造成巨大的影響，更不應(yīng)因為這種交互作用就放棄選育工作的開展，盡管存在基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，但通過選育依然可為人類帶來實際收益[14]。

本試驗中，由于不同家系控制生長性狀的相關(guān)基因型頻率可能存在差異，因此，把不同家系養(yǎng)殖在不同溫度條件下，估算了溫度與基因型對殼長生長性狀的影響程度。在殼長差異平方和中，溫度效應(yīng)所占比例最大，溫度和基因型因素交互作用所占比重較小，此結(jié)論與Brake等[15]對太平洋牡蠣的研究結(jié)果類似。Brake等[15]指出，環(huán)境與基因型的交互作用對體質(zhì)量性狀影響僅占2%，對成活率影響僅占7%，對產(chǎn)量影響僅占5%。Swan等[16]對澳大利亞太平洋牡蠣C.gigas的研究發(fā)現(xiàn)，基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)也不顯著；Beaumont等[17]將地中海貽貝M.gazlloporvincialis和紫貽貝M.edulis種間雜交的幼蟲及對照組幼蟲培養(yǎng)在3個不同的鹽度下，發(fā)現(xiàn)對照組幼蟲的生長明顯大于其他3組，隨著溫度升高，雜交組幼蟲的生長均會加快，但基因型與環(huán)境互作效應(yīng)并不顯著。

本研究中，由于試驗的基因型及溫度數(shù)據(jù)較少，對殼長生長性狀統(tǒng)計分析時，發(fā)現(xiàn)交互作用未有統(tǒng)計學(xué)上的顯著差異，但這并不能據(jù)此否定交互作用的存在，應(yīng)在以后的試驗中增加溫度組數(shù)和構(gòu)建更多的基因型家系。

3.2 基因型與鹽度互作對蛤仔稚貝殼長生長性狀的影響

對于海水養(yǎng)殖動物而言，海水鹽度是一個非常重要的環(huán)境因素，鹽度不僅可以影響到蛤仔的生長發(fā)育，而且也影響其成活率及疾病的爆發(fā)[18]。同樣，生物品系的基因型在較大程度上對其幼體、成體階段的生長與存活起決定性作用[19]。本研究中，基因型效應(yīng)對蛤仔生長影響最大，但是基因型與環(huán)境互作對蛤仔生長影響不顯著。Kvingedal等[20]將大珠母貝P.maxima飼養(yǎng)在3個不同的鹽度下，發(fā)現(xiàn)鹽度對基因型的影響不顯著，而Newkirk等[21]研究了兩個美洲牡蠣C.virginica雜交幼蟲與對照組幼蟲在低鹽條件下的生長與存活情況，發(fā)現(xiàn)雜交幼蟲的存活率低于對照組幼蟲，表現(xiàn)出明顯的非加性效應(yīng)，即基因型與環(huán)境的交互作用對牡蠣的生長與存活有顯著影響。Newkirk[22]對4個不同群體美洲牡蠣進行雜交，在4個不同的鹽度下培養(yǎng)雜交組和對照組幼蟲，也發(fā)現(xiàn)幼蟲的生長基因型與環(huán)境互作對牡蠣幼蟲的生長有顯著影響。本研究結(jié)果與上述結(jié)論相反，這可能是由于試驗所設(shè)的鹽度梯度未超過蛤仔的耐受范圍，導(dǎo)致表型變異平方和中由環(huán)境變化引起的變異組分降到了最低，提高了交互作用的P值；其次，由于試驗環(huán)境與外界自然真實環(huán)境存在差異，而且在試驗過程中蛤仔均有一定程度的死亡，導(dǎo)致取樣數(shù)據(jù)出現(xiàn)偏差，在統(tǒng)計方法運算時，有可能把這種偏差記入在交互作用中；最后，可能由于測量誤差，導(dǎo)致在統(tǒng)計計算時減少了基因型引起的表型變異方差。

3.3 基因型與養(yǎng)殖環(huán)境互作對蛤仔稚貝殼長生長性狀的影響

基因型與環(huán)境互作效應(yīng)分析是品種穩(wěn)定性分析的重要內(nèi)容之一，其研究方法分為線性和非線性兩種[17]，對環(huán)境指數(shù)的估計是線性回歸的核心。基因型與環(huán)境的交互作用，對海洋貝類的影響普遍存在，傳統(tǒng)的基因型與環(huán)境互作的分析方法主要是根據(jù)品種回歸于各地點的環(huán)境因子得到線性相關(guān)結(jié)果。該方法簡潔明了、計算方便，但線性模型要求品種的性狀指標與環(huán)境因子間存在線性關(guān)系，否則容易增大誤差。在海洋動物養(yǎng)殖中，由于環(huán)境因子復(fù)雜，很難保證這種線性關(guān)系的真實存在，所以其結(jié)果的可靠度受到較大影響。

基于品種表型值對環(huán)境指數(shù)回歸的Eberhart和Russell方法是研究基因型與環(huán)境互作的方法之一。本試驗結(jié)果表明，用Eberhart和Russell方法對基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)進行分析，能解釋大部分基因型與環(huán)境互作的方差分析，本試驗中各基因型的殼長增長率和環(huán)境指數(shù)間存在線性關(guān)系，因此，可以用環(huán)境指數(shù)的線性函數(shù)來預(yù)測殼長增長率。鄧岳文等[4]采用線性回歸方法對皺紋盤鮑Haliotis discus hanai基因型與環(huán)境互作進行分析，結(jié)果表明，各基因型的殼長增長率和環(huán)境指數(shù)之間存在線性關(guān)系，可以用環(huán)境指數(shù)的線性函數(shù)來預(yù)測殼長增長率。Kvingedal等[23]把3個不同地理群體的大珠母貝家系放在兩個地理位置養(yǎng)殖，發(fā)現(xiàn)大珠母貝家系之間，以及在兩個地理位置培養(yǎng)出的大珠母貝之間的殼長生長存在顯著差異，表明基因型與環(huán)境互作效應(yīng)顯著；Newkirk[22]對4個不同群體的美洲牡蠣群體間自繁及其群體間雜交的后代，在4個不同鹽度環(huán)境下的養(yǎng)殖研究發(fā)現(xiàn)，基因型與環(huán)境互作效應(yīng)顯著；Mallet等[6]研究指出，5個不同群體的美洲牡蠣在兩個室外試驗場養(yǎng)殖過程中存在顯著的基因型與環(huán)境交互作用。本試驗中雖然所選用的基因型只有4個，而且只設(shè)定了3個環(huán)境因子，每個環(huán)境因子梯度變化較小，但研究結(jié)果表明，所選不同基因型家系能夠產(chǎn)生生長性狀遺傳變異。因此，如果在特定環(huán)境選用特定基因型，可以在遺傳育種中獲得優(yōu)良生長性狀的遺傳進展，合理利用基因型與環(huán)境互作理論，可有效地指導(dǎo)蛤仔育種區(qū)域的劃分及育種目標與育種方案的制定。

參考文獻:

[1] 閆喜武.菲律賓蛤仔養(yǎng)殖生物學(xué)、養(yǎng)殖技術(shù)與品種選育[D].青島:中國科學(xué)院研究生院(海洋研究所)，2005.

[2] 孫謙，段強，桑士田，等.菲律賓蛤仔選育家系間雜交的Kung育種值及配合力分析[J].大連海洋大學(xué)學(xué)報，2017，32(4):381－386.

[3] 郭平仲.數(shù)量遺傳分析[M].北京:北京師范學(xué)院出版社，1987.

[4] 鄧岳文，劉曉，張國范.皺紋盤鮑基因型與環(huán)境互作的初步研究[J].海洋科學(xué)，2005，29(12):31－34.

[5] 吳曼，劉寶鎖，黃桂菊，等.合浦珠母貝不同生長階段的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)[J].中國水產(chǎn)科學(xué)，2015，22(5):916－924.

[6] Mallet A L，Haley L E.Growth rate and survival in pure population matings and crosses of the oyster Crassostrea virginica[J].Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1983，40(7):948－954.

[7] Rodhouse P G，Gaffney P M.Effect of heterozygosity on metabolism during starvation in the American oyster Crassostrea virginica[J].Marine Biology，1984，80(2):179－187.

[8] Newkirk G F.Genetics of shell color in Mytilus edulis L.and the association of growth rate with shell color[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，1980，47(1):89－94.

[9] Diehl W J，Koehn R K.Multiple－locus heterozygosity，mortality，and growth in a cohort of Mytilus edulis[J].Marine Biology，1985，88(3):265－271.

[10] Green R H，Singh S M，Hicks B，et al.An Arctic intertidal population of Macoma balthica(Mollusca，Pelecypoda):genotypic and phenotypic components of population structure[J].Canadian Journal of Fisheries and Aquatic Sciences，1983，40(9):1360－1371.

[11] Scott T M，Koehn R K.The effect of environmental stress on the relationship of heterozygosity to growth rate in the coot clam Mu-linia lateralis(Say)[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，1990，135(2):109－116.

[12] Zhang Guofan，Yan Xiwu.A new three－phase culture method for Manila clam，Ruditapes philippinarum，farming in northern China[J].Aquaculture，2006，258(1－4):452－461.

[13] Dominik S，Kinghorn B P.Neglecting genotype×environment interaction results in biased predictions from selection index calculations[J].Livestock Science，2008，114(2－3):233－240.

[14] Iwamoto R N，Myers J M，Hershberger W K.Heritability and genetic correlations for flesh coloration in pen－reared coho salmon[J].Aquaculture，1990，86(2－3):181－190.

[15] Brake J，Evans E，Langdon C.Evidence for genetic control of pigmentation of shell and mantle edge in selected families of Pacific oyster，Crassostrea gigas[J].Aquaculture，2004，229:89－98.

[16] Swan A A，Thompson P A，Ward R D.Genotype×environment interactions for weight in Pacific oysters(Crassostrea gigas)on five Australian farms[J].Aquaculture，2007，265(1－4):91－101.

[17] Beaumont A R，Turner G，Wood A R，et al.Hybridisations between Mytilus edulis and Mytilus galloprovincialis and performance of pure species and hybrid veliger larvae at different temperatures[J].Journal of Experimental Marine Biology and Ecology，2004，302(2):177－188.

[18] 鄭懷平，張國范，劉曉，等.海灣扇貝雜交家系與自交家系生長和存活的比較[J].水產(chǎn)學(xué)報，2004，28(3):267－272.

[19] 黃英姿，毛盛賢.基因型與環(huán)境互作研究的新進展[J].作物學(xué)報，1992，18(2):116－125.

[20] Kvingedal R，Evans B S，Taylor J J U，et al.Family by environment interactions in shell size of 43－day old silver－lip pearl oyster(Pinctada maxima)，five families reared under different nursery conditions[J].Aquaculture，2008，279(1－4):23－28.

[21] Newkirk G F，Waugh D L，Haley L E.Genetics of larval tolerance to reduced salinities in two populations of oysters，Crassostrea virginica[J].Journal of the Fisheries Research Board of Canada，1977，34(3):384－387.

[22] Newkirk G Y.Interaction of genotype and salinity in larvae of the oyster Crassostrea virginica[J].Marine Biology，1978，48(3):227－234.

[23] Kvingedal R，Evans B S，Lind C E，et al.Population and family growth response to different rearing location，heritability estimates and genotype×environment interaction in the silver－lip pearl oyster(Pinctada maxima)[J].Aquaculture，2010，304(1－4):1－6.