（华东师大生物系）

细胞工程（Cell engineering）是当今生命科学最前沿的生物技术（Biotechnology）的一个组成部分。细胞工程就是在细胞水平进行遗传操作与加工，定向地改变或创造新的物种，或创造具有新遗传特征的细胞的技术。就学科来说，它是涉及细胞生物学、发育生物学和遗传学的综合科学；就技术的应用范围来说，主要包括染色体组工程、核质杂交（核移植）技术和细胞融合技术等。水产动物育种的生物技术中，鱼类细胞工程技术研究起步较早，且发展迅速。在此带动下，近十几年中，以提高増养殖产量和质量为主要目的的贝类、虾蟹类遗传育种工作已成为热点研究领域。迄今为止，该领域的许多新成果已达到实用化水平，并取得了巨大的经济效益。本文就有关的问题，谈谈细胞工程在水产动物的育种中的应用及其发展前景。

一、染色体组工程

根据动物染色体数量及细胞核中DNA含量增多或减少的情况；人们能够按照预先的设计，添加（或消除）同种或异种染色体组，从而产生新的物种，这种对染色体组进行人工遗传操作与加工的技术，称为染色体组工程。在水产动物中，其主要方式为多倍体诱导、人工雌核发育和雄核发育技术等。

1. 多倍体诱导

多倍体是指每个细胞中的染色体有三整套或更多套数的生物个体，由温克勒（Winkler）（1916）首先提出。天然多倍体在植物界中比较常见，动物界相对少见。自从发现美洲角蛙是一种四倍体动物以来，人们才在鱼类、两栖类和爬行类中相继发现一些多倍体动物。由于多倍体具有许多优良经济性状，因而国内外动物学家长期以来都在致力于人工诱导多倍体的研究。据文献报导，早在本世纪30年代末，就有学者在两栖类中成功地诱导了三倍体。鱼类方面，斯沃帕（Swarup）（1956）首次用低温诱导三棘刺鱼受精卵获得三倍体，并饲养至性成熟。自此以后，育种学家们分别在鲽、鲆、鲤、虹鳟、罗非鱼等数十种鱼类中人工诱导多倍体获得成功。其中有的多倍体已开始应用于生产实践，并取得了明显的经济效益。贝类的多倍体育种始于80年代，但进展迅速，采用人工诱导的方法，对美洲牡蛎、砂海螂、海湾扇贝、长牡蛎、华贵栉孔扇贝、大扇贝、合浦珠母贝、皱纹盘鲍等经济贝类诱发三倍体均获得成功。有的国家已将这项技术应用于商业化生产，如美国的海岸牡蛎公司（Coast Oyster Company）及其在法国的子公司已大量培育出三倍体长牡蛎苗种用于养殖生产。与鱼类、贝类相比，甲壳动物虾、蟹类的多倍体育种研究起步较晚，加上对十足类甲壳动物自身的某些生殖生理学特性和细胞遗传学的研究极为缺乏，使得该领域的研究进展不快，至今尚有许多理论问题和技术关键尚处于探索阶段，但这些先行性工作必将为今后深入开展十足类甲壳动物的多倍体研究和应用打下良好的基础。

人工诱导多倍体的方法，概括起来有物理学方法，主要是冷、热休克和静水压处理等；化学方法，即药物诱变，如秋水仙碱、细胞松弛素B、聚乙烯乙二醇及某些麻醉剂等；生物学方法，主要是远缘杂交。以上方法除了远缘杂交产生多倍体的机制比较复杂外，其它方法都是通过采用某种刺激促使极体保留或第一次有丝分裂阻断，从而使卵子染色体数加倍或合子染色体数加倍。无论哪一种方法，都已有成功的报道。

一般认为人工诱发多倍体的主要目的在于利用三倍体。因为三倍体有如下几个特点：（1）生长快。三倍体动物由于性腺发育受阻，本来用于性腺发育及以后性腺活动的能量转而用于身体的生长，故三倍体个体在性成熟时的生长速度比二倍体要快。多倍体中异源三倍体或杂种三倍体则表现出较强的生长优势，所以生产上异源三倍体的应用前景光明。（2）净肉率高。由于三倍体个体几乎没有性腺发育，与二倍体个体同体重时，其可食部分或净肉率要高于二倍体。（3）肉的质量好。动物的性腺发育和性活动都会严重导致肌肉质量下降，三倍体动物因不育而不存在肉质下降的问题。（4）寿命及生长周期长。有些水产动物如鱼、虾和蟹等一旦性成熟后进行一次性活动即死亡，这些种类本来的寿命被性成熟所掩盖了，业已证明三倍体的寿命和个体均高于二倍体“5）用于种群控制。如美国曾于60年代引进草鱼用以控制湖泊过多的水草，但由于草鱼自然繁殖过旺，不久便造成对湖泊环境的破坏，因此许多州禁止引进。经过多年的努力，美国目前已成功培育出三倍体不育草鱼，达到了既能控制杂草，又不破坏资源的目的，取得了引人注目的成果。（6）提高抗病力。已有研究表明多倍体的抗病力和抗逆性较强，但有关这方面的研究还很不充分，有待更多的人去开拓。

2. 人工雌核发育

在自然界，动物的生殖方式有单性生殖和两性生殖之分，脊椎动物大多行两性生殖，但目前已知水生动物中有少数鱼类等是行雌核发育的，即一种依赖血缘关系相近的雄性提供精子激活卵子发育，但不发生雌雄原核相融合的生殖方式。根据天然雌核发育动物的细胞学原理，人工诱导雌核发育动物包括两个重要方面：一是要使启动卵子发育的精核遗传物质失活，二是使卵核染色体加倍。因为成熟卵子虽然具有全部发育信息的潜能，与经处理的精子受精可打开其发育的大门，但是单倍体胚胎容易出现单倍体综合症而不能成活，必须经过人工诱导二倍体的发生，胚胎方能正常发育。在雌核单倍体发育过程中，诱导二倍体发生可通过抑制受精后极体的外排，或是抑制第一次卵裂。以上两种产生二倍体的途径与人工诱导多倍体的方法相似，可以通过温度（冷休克或热休克）、静水压和化学等方法来实现。

雌核发育在水产动物育种和遗传学研究中具有如下重要作用：

（1）快速建立纯系：传统的育种方法若要建立一个遗传纯系或选育系一般需要连续8~10代的近亲交配来完成，这不仅是一项长期而严密的工作，而且要养殖大量的后代，如鲤鱼的性成熟年龄为2~3年，8~10代就是16~20年甚至20~30年之久，而雌核发育在一个世代中就可得到一定程度的纯合体，连续2~3次的雌核发育世代就可得到纯度很高的纯系，这为育种中加速获得高纯系的种类和利用杂种优势打下了良好的基础。

（2）单性群体的利用：用雌（雄）核发育技术获得的为单一性别群体，可充分满足生产或研究的需要。如多数种类的对虾，雌性个体大，生长快，若实现其单性化养殖，无疑可以产生可观的经济效益。

（3）识别性决定机制和控制性别：从理论上分析，鱼类中雌性同型配子（XX）的雌体产生的配子的性染色体是一致的，因此人工诱导雌核发育可得到全部雌性后裔。如果是雌性异型配子（WZ），则雌核发育会产生雌雄各单的后裔。根据发育子一代性别的表现，可以推理其亲本性决定的机制。其中若子一代全是雌性，还可应用雌核发育和人工转性相结合的技术来建立纯系和控制性别。

（4）提高选择效率：水产动物种群个体一般都含有一些有害的隐性基因或致死基因，这些不利基因都以杂合型存在而不表现于外，通过雌核发育，使有害的隐性基因和致死基因能暴露出来加以淘汰，则有可能选育出抗病或不致病的新型品系。

雄核发育的原理与雌核发育的基本一致，只是雄核发育个体是由雄核发育而来。没有雌核的作用。雄核发育的技术，一是除去卵子的雌核，二是单倍雄核细胞染色体的加倍。去除雌核的方法可用手工机械操作，在显微镜下剔除卵子的雌性原核，采用7射线（或紫外线）照射处理，使雌核的遗传物质失活。至于雄核染色体加倍技术及其在生产研究中的应用与雌核发育也是基本相似。

二、细胞核质杂交（核移植）技术

细胞核质杂交，即核移植技术是一种非常精细的显微操作技术，它是将称为供体的一种动物或植物的一个细胞核，移植入称为受体的同种或异种的另一个细胞质中，并使受体细胞得以继续分裂和发育的方法。核质杂交技术最早的起源是实验胚胎学家金（King）和布里格斯（Briggs）（1955）对两栖动物蛙类进行的实验研究，目的是探索胚胎发育期间核质关系和核的分化。60年代初，我国著名实验胚胎学家童第周先生以金鱼和鳑鲅鱼为材料，首先将此项技术应用于研究鱼类发生遗传，随后又应用该方法来探索经济鱼类的育种途径，通过鲤、鲫核质的配合试验，获得核质杂交成鱼，证明鱼类不同种之间核质的相容性比两栖类要大。经过20多年的研究，迄今在水产动物细胞核移植领域取得如下主要成果：（1）从不同变种鱼类之间的核质组合中得到了性成熟的核质杂种鱼，如由鲫鱼的核和金鱼的去核卵及其相反的组合中均获得了核质杂种鱼。（2）从不同属来源鱼的核质组合中得到成熟的核质杂种鱼，即鲤（核）-鲫（质）移核鱼和鲫（核）-鲤（质）移核鱼。（3）从不同亚科鱼的核质组合中也得到了数种鱼的胚胎、幼体或成熟的杂种鱼，如草鱼的核和团头鲂去核卵形成的草-团移核鱼。细胞核移植技术可为水产养殖提供新的养殖对象，它将为解决动物远缘杂交不育、培育具有稳定性状的优良品种开创新的途径，

三、细胞融合

细胞融合技术的发展已有30多年的历史了，但直到1975年首先建立小鼠杂交瘤单克隆抗体后，细胞融合技术才得以实际应用。所谓细胞融合是指在融合剂参与下人工诱导细胞之间的融合。其依融合剂性质的不同，通常又分为三类 :以生物因子为融合剂（如病毒）的细胞融合；以化学因子为融合（如聚乙二醇）的细胞融合 :以物理因子为融合剂的细胞融合（如电融合）。细胞电融合是近年来实验成功的一种新的细胞融合方法，其原理是利用电脉冲击穿供体细胞和受体细胞，使双方的细胞膜急剧增加导电性和渗透性，从而导致紧密接触在起的细胞发生融合。该技术因具有无毒性，易于控制和能诱导产生较高频率的杂交细胞等优点，被广泛应用于单克隆抗体制备、动植物体细胞杂交和微生物育种等领域。电融合技术传入我国后，我国的水产动物育种学家做了大量的研究工作，目前采用电融合技术已获得细胞融合鱼。这种技术的突破为克服远缘杂交的不亲和性开辟了新途径，这在世界上是处于领先地位的。

水产动物细胞工程技术是我国颇具特色的一个领域，70年代就开始应用于鱼类育种研究，继之又分别时贝类、虾蟹类经济甲壳动物进行了遗传育种研究，国外在此领域内所采用的各种重要手段、我国都已用于育种实践，至今已取得不少重大进展。但与此同时，我们也必须看到。要把细胞工程所包含的各种技术投入水产动物育种的生产实践，还有一定的距离，无论是理论基础还是应用技术、都需继续深入研究和进一步完善。与国外相比，应用细胞工程技术开展水产动物育种研究。我国有自己的优势 :水产动物资源丰富，可供实验材料的种类繁多；具有比较系统的繁殖生理学基础和成熟的技术方法，以及养殖条件优于西方国家等。预计不久的将来，细胞工程技术在水产动物育种方面的应用。一定会有新的成就和突破。