朱芷瑩 馬冬梅 樊佳佳 朱華平

摘要 控制魚類性別的能力是經(jīng)濟魚類種群高效繁殖和生產(chǎn)的重要影響因素之一，通過對外源性性激素和芳香化酶抑制劑的使用、人工誘導(dǎo)三倍體、人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育、環(huán)境因素的影響、種間雜交和性反轉(zhuǎn)等魚類性別控制方法，及魚類性別控制在生產(chǎn)上的應(yīng)用的論述，探討控制魚類性別和生殖功能的研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景，為魚類種群商業(yè)化和高效化繁殖及生產(chǎn)提供了參考。

關(guān)鍵詞 性別控制;性激素;三倍體;雜交

中圖分類號 S965文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）13-0004-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.13.002

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Research Progress of Sex Control Technology in Fish

Abstract The ability to control the sex of fish is one of the most important factors affecting the efficient reproduction and production of economic fish stocks. This paper discussed the methods of sex control in fish， including the use of exogenous sex hormones and aromatase inhibitors， artificially inducing triploid， artificially inducing gynogenesis， environmental factors， interspecific hybridization and sex reversal， and the application of sex control in fish production. The research status and development prospects of controlling fish gender and reproductive function were discussed， which provided a reference for the commercialization and efficient breeding and production of fish stocks.

Key words Sex control;Sex hormones;Triploid;Hybridization

魚類性別控制在水產(chǎn)養(yǎng)殖研究中，是最重要、最具有針對性的領(lǐng)域之一，具有重要的實用價值。一方面，由于羅非魚、烏鱧等許多魚類雌雄個體之間的生長速度、個體大小等的經(jīng)濟性狀具有明顯差異，所以在漁業(yè)生產(chǎn)中，通過控制魚類性別，專門生產(chǎn)全雌性或全雄性苗種以進行單性群體養(yǎng)殖這一生物技術(shù)顯得極為重要，是提高養(yǎng)殖經(jīng)濟效益的有力手段。另一方面，養(yǎng)殖魚類在養(yǎng)殖過程中如果成熟期早、繁殖力強，大量能量用于繁殖影響生長，同時池塘中亦會因其過度繁殖造成養(yǎng)殖密度過大，導(dǎo)致養(yǎng)殖個體太小或養(yǎng)殖個體質(zhì)量下降，從而影響?zhàn)B殖的產(chǎn)量。可見誘導(dǎo)單性群體進行養(yǎng)殖，使得養(yǎng)殖密度得到控制，對養(yǎng)殖生產(chǎn)具有極大意義。所以，魚類性別控制可以做到延長有效生長期，大幅提高養(yǎng)殖產(chǎn)量;由于單性群體減少了生殖損耗，所以生長快、個體大，提高了商品魚質(zhì)量;多種觀賞魚雄性個體比雌性個體的色彩更為艷麗，更加具有觀賞價值，利用性別控制技術(shù)來生產(chǎn)更多雄魚，可以使經(jīng)濟效益得到有效的提高。

1 使用外源性激素和其他化學物質(zhì)來控制性別

早在1969年，日本學者Yamamoto就提出了使用可以使用外源性激素來誘導(dǎo)魚類發(fā)生雄性化和雌性化的設(shè)想，這些年來國內(nèi)外相繼有許多學者在各種不同的魚類進行了外源類固醇激素誘發(fā)性逆轉(zhuǎn)的試驗?，F(xiàn)今在已知的控制魚類性別方法中，使用外源性激素可以說是最常見的方法[1]。通過對魚體進行性激素的處理，使魚群體由基因型的雄性或雌性轉(zhuǎn)變成為具有功能性的表現(xiàn)型雌性或雄性。一般通過飼喂、浸泡和注射性激素等方法對魚類性別進行性別控制[2]。

1.1 雄激素

外源激素如 17α-甲基睪丸酮（17α-MT）、17β-去甲雄三烯醇酮（TB）、醋酸去甲雄三烯醇酮（TBA）、11-酮基睪酮（11-KT）、11β-羥雄烯二酮（OHA）等雄激素，具有雄性化效應(yīng)，它們可以通過影響魚類性腺發(fā)育過程，改變魚體個體的內(nèi)源激素表達水平，使雌魚轉(zhuǎn)換成雄魚，從而使得魚類群體性別比率發(fā)生改變[1]。例如，外源性雄激素17α-甲基睪丸酮的使用已被證明在約35種物種的基因雌性魚的雄性化中是有效的[3]。

1.2 雌激素

同樣，17β-雌二醇（E2），17α-乙炔基雄二醇（EE2），二乙基己烯雌酚（DES）等雌激素對魚類具有雌性化效應(yīng)，能夠誘發(fā)魚類性腺向雌性化方向發(fā)育，導(dǎo)致雄魚發(fā)育成為功能性雌魚[4]。此外，激素處理不僅對不具有遺傳性別決定的物種有效，例如，蜂窩石斑魚[5]、紅斑石斑魚[6]、澳洲肺魚[7]，也證明了在具有明確的染色體性別決定系統(tǒng)的物種中是有效的，例如，大西洋鮭魚[8]、尼羅羅非魚[9]、虹鱒魚[10]。激素控制魚類性別必須在性別分化前進行，宜早不宜遲，早期處理有利于獲得較好的誘導(dǎo)效果，對于性別分化較晚的魚類可稍作推后。另外，環(huán)境等外界因素會對處理的結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。

盡管用性激素誘導(dǎo)、控制魚類性別的技術(shù)在許多魚類中成功應(yīng)用，但是如果對養(yǎng)殖的商品魚直接使用性激素，可能會對養(yǎng)殖水體或消費者產(chǎn)生不良影響，所以性激素用于魚類生產(chǎn)對環(huán)境和食品安全存在隱患。在歐洲，禁止將激素應(yīng)用于商業(yè)養(yǎng)成食用魚。如今，國際環(huán)境對食品質(zhì)量的要求越來越高，在養(yǎng)殖生產(chǎn)過程中，這種方法已不宜使用。

1.3 芳香化酶抑制劑

除了使用外源性激素來誘導(dǎo)魚類性別分化，其他化學物質(zhì)也可控制魚類性別分化。其中芳香化酶抑制劑（aromatase inhibitor，AI），如來曲唑（letrozole，LE），通常用于誘導(dǎo)魚類性別分化。P450芳香化酶（P450 aromatase）是細胞色素P450家族中的一員，催化某些雄激素轉(zhuǎn)化為雌激素，是雌激素生物合成中的關(guān)鍵酶和限速酶[11]，抑制芳香化酶會使某些雌激素不能合成，有效誘使性未分化的、基因型為雌性的雌雄異體魚類發(fā)育成表型雄魚。對于已完成性分化的雌雄同體魚類，如赤點石斑魚[12]，AI同樣可有效促使其發(fā)生性逆轉(zhuǎn)，并獲得可用于繁殖的成熟個體[13]。但AI會對人類治療或妊娠造成影響，所以在生產(chǎn)上也不適宜使用該種方法。

2 人工誘導(dǎo)三倍體和人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育

2.1 人工誘導(dǎo)三倍體

行有性生殖的二倍體魚類，大多為體外受精。排出體外的卵，已發(fā)育到第二次減數(shù)分裂的中期，精子進入后，繼續(xù)發(fā)育放出第二極體，完成第二次減數(shù)分裂。如果在精子入卵以后，放出第二極體以前，給受精卵以人為處理，阻止其第二極體的放出，此受精卵就會含有來兩套雌核的染色體和一套雄核的染色體而成為三倍體[14]。人工誘導(dǎo)魚類三倍體的方法很多種，概括起來有：①物理學方法：溫度休克、靜水壓法、電休克法;②化學方法：細胞松弛素B（CB）、秋水仙素、 6-二甲基氨基嘌呤（簡稱6-DMAP）;③生物學方法：遠緣雜交、核移植、細胞融合。自20世紀50年代以來，多倍體誘導(dǎo)技術(shù)已在魚類遺傳育種領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，國內(nèi)外已先后在鯉、鰱、虹鱒、水晶彩鯽、三棘刺魚、牙鲆、黑鯛、真鯛、大黃魚等30多種魚類育種成功獲得三倍體[15]。三倍體魚類因具有不育或低育性，從而具有潛在的生長速度快、肉質(zhì)好、抗逆性強等優(yōu)點，受到國內(nèi)外水產(chǎn)科研工作者的廣泛重視[16]。另外，三倍體不育不會對環(huán)境造成威脅，對魚類自然資源具有保護作用。劉蔓等[17]試驗表明，三倍體雌性虹鱒性體指數(shù)（GSI）的變化幅度很小，17月齡時達到最大值（0.103%），35月齡時最?。?.032%）且三倍體雌性虹鱒的肝臟與卵巢之間不存在大量的物質(zhì)與能量轉(zhuǎn)移，說明可能有更多能量用于生長，有利于商品魚的生長。

但是有些魚類存在三倍體出現(xiàn)頻率低及結(jié)果不穩(wěn)定等問題[18]，三倍體技術(shù)應(yīng)用于常規(guī)生產(chǎn)中，很難得到100%的三倍體。誘導(dǎo)過程中，起始時間、休克溫度、持續(xù)時間和最佳休克模式等條件根據(jù)物種的不同，也會有相當大的差異。因此，在生產(chǎn)應(yīng)用中必須單獨優(yōu)化和精確處理條件，因為處理條件會敏感地影響三倍體誘導(dǎo)成功率的高低。據(jù)鄒遠超等[19]，烏鱧在熱休克持續(xù)時間為1、2、3、4 min時，三倍體率分別為58.36%、75.54%、87.69%、66.27%，在熱休克持續(xù)時間為3 min 時，三倍體率最高，且與其他處理組相比，三倍體率存在顯著差異。據(jù)王炳謙等[20]，虹鱒在孵化水溫為6.5 ℃，卵子受精后20 min經(jīng)26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導(dǎo)率為86.67%;卵子受精后10 min經(jīng)26 ℃熱處理20 min，三倍體誘導(dǎo)率為100%。

四倍體與正常二倍體雜交，從理論上講可以產(chǎn)生100%不育的三倍體，實現(xiàn)大量、安全、方便、可靠地生產(chǎn)三倍體。這種方法具有可操作性、連續(xù)性和經(jīng)濟性等優(yōu)點，是生產(chǎn)的最佳方法。據(jù)李雅娟等[21]，利用湖北省洪湖市四倍體泥鰍與當?shù)氐亩扼w泥鰍雜交能產(chǎn)生100%全三倍體。但是由于阻止第一次卵裂比起阻止極體的排出更為困難，因而獲得四倍體的難度會比誘導(dǎo)生產(chǎn)三倍體大得多，而且人工誘導(dǎo)所采取的處理措施對孵化率及成活率影響很大。

人工誘導(dǎo)三倍體在生產(chǎn)中，還有一個問題，即與二倍體相比，三倍體的存活率更低，畸形率更高。因此盡管三倍體魚具有生產(chǎn)上的優(yōu)越性能，研究進展也較快，但與實際應(yīng)用還有較大的距離。但隨著其研究的深入與問題的解決，這項技術(shù)必將能為水產(chǎn)養(yǎng)殖生產(chǎn)帶來極大的利益[15]。

2.2 人工誘導(dǎo)雌核發(fā)育

人工誘導(dǎo)的雌核發(fā)育是指用經(jīng)過紫外線、X射線或γ射線等處理后的失活精子與卵細胞“受精”，再在適當時間施以冷、熱或高壓等物理處理，以抑制第二極體的排出，使卵子發(fā)育為正常的二倍體，通常來講雌核發(fā)育子代均為雌性個體[22]。人工雌核發(fā)育能夠在較短的時間內(nèi)建立自交系或純系，固定選育群體中的優(yōu)良基因，大大加快良種選育進程[23]。對二倍體魚類誘導(dǎo)人工雌核發(fā)育主要包含兩個步驟：一是用遺傳失活的精子激活卵子;二是使染色體加倍，使其恢復(fù)正常二倍體染色體組[24]。2011年選育的新品種全雌牙鲆“北鲆1號”，雌性比例約90%，生長比普通牙鲆快約20%;2014年，繼續(xù)選育出“北鲆2號”，比普通牙鲆生長快35%，全雌性，且個體間差異小。

3 環(huán)境因素誘導(dǎo)魚類性別分化

3.1 溫度誘導(dǎo)性別分化

環(huán)境因素影響魚類性別分化的現(xiàn)象已在包括野生型種群和實驗種群在內(nèi)的39 種硬骨魚中發(fā)現(xiàn)。最主要的因素是溫度，其次是種群密度、鹽度、pH 值、光周期等。溫度依賴型性別決定的魚類與爬行類相似，可以劃分為3種類型[25]。第1種類型是高溫下生成較多的雄性低溫則生成較多的雌性，大多數(shù)性別決定溫度依賴型魚類屬于此種類型。據(jù)陳玉紅等[26]，在自然水溫（23～25）℃ 和較低水溫（22±1.0）℃ 中培育的幼魚，雄性率分別為（51.1±15）% 和（48.6±1.8）%，而培育于較高水溫[（27±1.0）℃，（32±1.0）℃ ]中的泥鰍，雄性率分別達到了（82.0±3.4）% 和（90.0±2.5）%。第2種類型則與之相反，高溫下為雌性，低溫為雄性。如舌齒鱸、斑點叉尾鮰、莫桑比克羅非魚等，發(fā)育時溫度升高，魚苗的雌性比率上升;如果發(fā)育時溫度降低，雄性比率上升[27]。性染色體為XY 的鯰魚，在其性別決定的關(guān)鍵時期（熱敏期），高溫使群體趨向雌性;大馬哈魚在溫度升高時群體發(fā)育也趨向雌性。第3種類型在高低溫均誘導(dǎo)出單性種群，中間溫度發(fā)育成為性比1∶1 的種群[25]。據(jù)程曉春等[28]，江黃顙魚幼魚在20 ℃試驗組中的雌、雄魚比例接近1∶1，兩者之間的雄性率差異不顯著。30 ℃試驗組中幼魚的雌、雄比例為1∶4.89，雄性率上升，達83.3%，與對照組比較，存在極顯著差異;34 ℃試驗組中幼魚的雌、雄比例為285∶1，雌魚數(shù)量是雄魚的近3倍，雄性率僅為26.4%;與對照組的雄性率相比也存在極顯著差異。泥鰍和大鱗副泥鰍性腺性別分化的早期受溫度的影響很大，高溫（25 ℃～30 ℃）處理能得到明顯的偏雄性群體，雄性比率達80% 以上，而在20 ℃條件下發(fā)育形成性比接近1∶1的種群[29]。

3.2 放養(yǎng)密度和pH對性別分化的影響

除了溫度之外，還有其他因素可以影響魚類的性別比例。例如，放養(yǎng)密度能對魚類性別分化產(chǎn)生較大的影響，這種現(xiàn)象在鰻鱺科中十分常見，洄游性鰻魚在高放養(yǎng)密度的情況下，會產(chǎn)生較多雄性[30]。另外，pH也能對魚類性別比例產(chǎn)生影響。例如，劍尾魚和黑腹泥鳉在酸性水中，分別能導(dǎo)致100%和90%的雄性種群[31]。對pH敏感在魚類中也很常見，例如像凱氏隱帶麗魚這樣的慈鯛，其中96%的雌性后代可以在pH 6.5下實現(xiàn)[32]。

環(huán)境因素對不同魚類性腺發(fā)育的影響存在很大差異，而各個物種對性別分化作用環(huán)境的敏感性也存在差異不同，這導(dǎo)致了控制環(huán)境因素誘導(dǎo)魚類性別分化十分有難度[33]。雖然控制環(huán)境因素較為復(fù)雜，但它不會造成不良影響，是一個對消費者極其友好的安全技術(shù)。

4 種間雜交

早在1960年，Hickling使用雌性莫桑比克羅非魚和雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，得到的后代全是雄性個體[34]。在1965年，Pruginin對各種羅非魚進行種間雜交，也可獲得比例極高或全雄性雜種一代[35]。Hickling認為產(chǎn)生這種結(jié)果的原因是：莫桑比克羅非魚為XX/XY型，而霍諾魯姆羅非魚為ZW/ZZ型，雌性莫桑比克羅非魚與雄性霍諾魯姆羅非魚雜交，子一代雜種的基因型全部為XZ型[36]。Z染色體上的雄性決定基因要比X染色體上的雌性決定基因強，因而子代XZ為雄性。利用羅非魚的種間雜交技術(shù)獲得全雄后代的種類較多，但是在商品生產(chǎn)上應(yīng)用得很少，許多組合的后代魚因個體小、生長速度慢失去了食用價值，還有一些對低溫的抵抗能力下降，在養(yǎng)殖中不易推廣，因此限制了其性別控制技術(shù)的使用。但種間雜交可以提高魚類生長率、存活率、對不良環(huán)境的抵抗能力[37-39]等，還可使子代的雄性率或雌性率比例升高，而且操作簡單，所以目前在國內(nèi)外種間雜交還是培育全雄羅非魚的主要方法。

5 性反轉(zhuǎn)技術(shù)

性反轉(zhuǎn)技術(shù)就是雜交和雌激素誘導(dǎo)相結(jié)合，又稱三系配套技術(shù)。三系配套技術(shù)原理與工藝流程所謂“性別三系”，就是性別原系（XX♀，XY♂）、轉(zhuǎn)化系（XY♀，YY♂）和雄性純合系（YY♂）三系。性別三系配套技術(shù)就是根據(jù)魚類生理遺傳學原理，通過性逆轉(zhuǎn)和雜交組合技術(shù)，先將原系雄魚XY♂（基因型）在幼苗階段人工誘導(dǎo)成轉(zhuǎn)化系雌魚XY♀（表現(xiàn)型），再將轉(zhuǎn)化雌魚XY♀與原系雄魚XY♂交配，從子代中測交選出雄性純合系（YY♂），即YY超雄魚;將超雄魚YY♂與轉(zhuǎn)化雌魚XY♀雜交，對其子代幼苗再次人工誘導(dǎo)成轉(zhuǎn)化系雌魚（XY♀和YY♀），從中測交篩選出YY♀;將此YY♀轉(zhuǎn)化雌魚再與已篩選出的YY♂超雄魚交配繁殖，即可獲得大量的全YY♂超雄魚;最后將此全YY♂型超雄魚直接與正常雌魚（XX♀或WZ♀）群體交配，就可大規(guī)模地繁育全雄魚[40]。三系配套技術(shù)的最大優(yōu)勢是生產(chǎn)的魚苗雄性率更高，均為遺傳上的雄性，未經(jīng)過激素藥物處理，對環(huán)境友好，對食用者無藥物殘留，符合無公害健康養(yǎng)殖的要求。三系配套技術(shù)也因前期研究時間較長、制種工藝復(fù)雜、技術(shù)操作嚴格、前期研究要有一定的財力和科技實力、回報較遲等因素而具有一定難度。據(jù)劉漢勤等[41]，已成功生產(chǎn)出YY超雄黃顙魚，大規(guī)模生產(chǎn)全雄黃顙魚已進入應(yīng)用階段，可見在其他魚類上，該項技術(shù)亦有應(yīng)用前景。2017年，珠江所陳昆慈研究員鱧育種團隊以超雄斑鱧作為父本，以烏鱧為母本進行雜交，成功獲得雄性率100%的全雄雜交鱧，這是世界上首個全雄雜交鱧品種，標志著為產(chǎn)業(yè)化開發(fā)掃清了技術(shù)障礙[42]。

6 展望與結(jié)論

大多數(shù)魚類性染色體分化程度較低，從染色體形態(tài)上難以識別;而且魚類性別易受環(huán)境因素特別是溫度的影響，導(dǎo)致性別生理表型與基因型不一致。因此，尋找到可以快速識別魚類性別遺傳組成的簡捷方法在水產(chǎn)養(yǎng)殖中具有十分重要的意義。隨著魚類分子標記技術(shù)如擴增片段長度多態(tài)性技術(shù)（AFLP）、單核苷酸多態(tài)性技術(shù)（SNP）、 隨機擴增多態(tài)性 DNA 標記技術(shù)（RAPD）、微衛(wèi)星標記技術(shù)（SSR）和數(shù)量性狀位點技術(shù)（QTL）等的進步，成功篩選出性別特異的或性染色體連鎖的位點和 DNA標記[37]，這讓人們對魚類性別決定遺傳基礎(chǔ)的了解更加詳細和深入，而且開闊了魚類性別決定及控制育種技術(shù)的研究前景。最近發(fā)現(xiàn)，決定魚類性別的潛在機制可能不僅僅與性別特異性基因（或等位基因）有關(guān)，事實上也與表觀遺傳修飾有關(guān)，這拓寬了我們看待DNA的視角。另外，基因組定位、表觀遺傳學和改變性別比選擇這三個互補的領(lǐng)域可能加深我們對如何有效控制和控制魚類性別分化的理解。魚類性發(fā)育是一個復(fù)雜的過程，并且每個物種都有差異，因此，成功控制一個物種性別的技術(shù)未必能控制另一個物種的性別，盡管如此，性別控制技術(shù)也在許多物種中做到了商業(yè)應(yīng)用。由于現(xiàn)在能夠容易地進行全基因組測序和轉(zhuǎn)錄組研究，我們?nèi)缃駥εc性腺發(fā)育有關(guān)的基因以及環(huán)境因素誘導(dǎo)性別表型改變的機制的認識也在迅速增加。魚類的性別控制對于魚類增養(yǎng)殖業(yè)有著重要的作用，能夠提高單位水體產(chǎn)量，提高群體的生長率，控制繁殖速度，延長有效生長期提高水產(chǎn)品質(zhì)量，可以為水產(chǎn)養(yǎng)殖帶來極大的經(jīng)濟效益，所以魚類性別控制技術(shù)具有重要的研究價值。

參考文獻

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