他们用15年培育一只不怕“中暑”的刺参

  水产育种是保障国家“蓝色粮仓”的关键，是推动水产养殖向着高产、优质不断转变的强劲动力。多年来，山东锚定水产育种，加强科技攻关，优质的水产育种成果不断涌现。全省拥有国家级水产原种良场18家，累计通过国家审定水产新品种61种，两项数据均居全国首位。孕育“蓝色芯片”，山东科研院所有何作为？近日，记者在鲁东大学水产学院进行蹲点调研。

  刺参不怕热 牡蛎肉质好

  “水产品育种是现代渔业产业链条的最前端。没有良好的种业水平，整个水产行业的健康、稳定、高效就如无源之水，难以维系。”鲁东大学水产学院教授杨建敏说，“种业是从源头上决定产业结构和可持续发展的关键所在，是产业的‘芯片’。”

  数据显示，我国2023年海水养殖总产量为2395.60万吨，为人们提供了丰富的优质海洋蛋白需求。“同为国民生活中蛋白质的主要提供对象，水产养殖业比起畜牧业，经济效益更为显著。”杨建敏说。

  跟动植物不同，水产育种起步晚、种类多、遗传基础复杂。如何快速确定育种品种？杨建敏说了这样一句话：育种就是市场。他所在的鲁东大学水产学院育种团队聚焦刺参和牡蛎两大品种。刺参是水产养殖行业单个产品中产值最高的品种，全产业链产值已突破千亿元；牡蛎是国内养殖量最大的贝类品种，占我国海水养殖总产量的27.8%。山东是刺参和牡蛎的主产省份，市场需求十分旺盛。

  品种确定后，又该如何确定选育性状呢？21世纪初，胶东半岛的刺参被引进到黄河三角洲的东营、滨州等地，进行池塘养殖，这里温度变化大，夏季水温偏高，对刺参生长造成不利影响。“当时想了很多办法，比如人工降温、增加换水量和改善水质等，但是与其花这么高的成本改善环境，还不如追根溯源，从品种的角度解决问题。”于是，杨建敏带领团队开始培育耐高温性状的刺参。2022年，“华春1号”通过国家水产新品种审定，与未经选育的野生刺参相比，该品种12月龄32℃下养殖7天成活率提高33.3%，19月龄成活率提高49.5%，体重提高29.0%。

  而对牡蛎而言，近年来，国产牡蛎虽然产量高，但是高端市场一直都被进口牡蛎所占据。“高端的牡蛎都是生吃的，对口感的要求特别高，一只最少也要十几块钱，但是我们国产的牡蛎，十几块钱可以买到一公斤了。”为此，杨建敏团队一直在推进牡蛎品质性状的育种。2020年，杨建敏团队成功突破了长牡蛎肉质品质性状测定的难题，选育出了我国首个长牡蛎高糖原含量新品种“鲁益1号”。

  用2年时间建立检测模型

  20世纪末，美国研发了四倍体牡蛎培育技术。四倍体牡蛎含有四套完整的染色体，如果和二倍体牡蛎“杂交”，就可以得到100%三倍体牡蛎。二倍体牡蛎在繁殖季节会从性腺释放大量生殖细胞，导致性腺萎缩，重量至少减少60%。而三倍体牡蛎由于育性差，性成熟后一年四季都保持很好的肥满度，素有“四季肥”的美誉，生长速度也提高了30%以上。

  在国内，长期以来三倍体牡蛎的诱导通常采用化学诱导法，三倍体比例低，且结果不稳定，成为制约产业发展的瓶颈。2010年，杨建敏团队成功建立了长牡蛎四倍体诱导技术，用纯生物的方法生产三倍体率100%的牡蛎，打破了国外在技术、种质和市场的垄断。

  杨建敏团队并未止步于三倍体牡蛎的培育，而是将目光投向了更为长远的目标——牡蛎品质性状的育种。

  在此之前，尽管育种界在牡蛎的高产与壳色性状的选育方面已经取得了不错的成果，但却一直没有人进行过品质性状的育种。这是因为测定牡蛎体内营养物质含量的传统方法繁琐且耗时。“经过粉碎、磨浆、酶促反应、上机分析等一系列操作，一天顶多能测50只牡蛎，可是育种每年需要上千只牡蛎，传统方法根本无法在短时间内获取活体牡蛎亲本的品质性状数据。”杨建敏对此曾一筹莫展。

  通过广泛查阅资料，杨建敏团队得知食品、药品行业经常利用近红外光谱分析技术来测量某些物质的含量。只要大量检测同一物种的同一物质含量，得到特定的检测模型，就可以直接通过其光谱分布，确定该生物体内该物质的含量。“建立模型大概用了2年时间，但是模型建成之后，只要一扫描，分秒间就可以知道该牡蛎体内营养物质的含量。”杨建敏说，这样就以高效的光学方法替代了传统的化学方法，突破了牡蛎品质性状育种的技术瓶颈。

  为海洋水产动物修“族谱”

  培育一个水产新品种，需要大量的时间和资金投入。根据有关规定，一个选育种需要具备至少4个世代的连续选育、经过连续2年中试规模的养殖对比实验，才可以向全国水产原种和良种审定委员会申请新品种的审定。

  “刺参性成熟周期需要2—3年，培育一个刺参新品种，最快也需要十几年的时间。‘华春1号’的选育工作从2007年开始，到2022年成功通过了国家水产新品种审定，努力和幸运缺一不可。”鲁东大学水产学院教授孙国华说。

  2013年，山东刺参主产区遭遇高温异常天气，大批刺参死亡。“我们在东营的育种基地里共养殖了三四千斤的海参苗，到最后只剩下八斤多。我们就把池塘里剩下的刺参挑选出来，继续推进育种工作。”孙国华说。

  2014年，杨建敏团队选育的“崆峒岛1号”刺参正式通过国家水产新品种审定，这是我国首只利用群体育种的方式选育出来的刺参高产新品种。如今，越来越多的选育技术开始应用到育种过程中，孙国华教授正在选育的高多糖性状的刺参，就利用了全基因组选育技术。

  2022年1月，杨建敏团队研发的“海洋水产动物遗传育种数据管理与分析平台”正式上线。该系统可以排除环境等表型数据的影响，直接对基因组数据进行系统分析，实现了海洋水产动物的系谱数据、基因组数据的管理、育种值分析、遗传力估算、近亲系数计算、遗传进展计算和选种配种方案的计算。这就像是给海洋水产动物修了一本“族谱”。

  “鲁东2号”是正在等待品种审定的牡蛎新品种。在“鲁东2号”的选育过程中，该平台就起到了非常重要的作用。“只要将一只牡蛎的基因型数据输入，不仅可以查到它的‘爸爸妈妈’，甚至连‘姥姥姥爷’‘爷爷奶奶’都能查到，有效避免了近亲衰退的情况出现。”鲁东大学水产学院教授王卫军说，“除此之外，该平台还能根据我们所选育的性状，计算出各家系的综合育种值，我们只需选择数据表现最好的两个家系杂交即可。”

  就在今年7月，杨建敏团队在四倍体长牡蛎全基因组选择育种方面取得了关键性进展——实现了全球首次对四倍体长牡蛎进行重测序和全基因组选择分析，开发了基于四倍体的基因芯片。其所使用的“一种基于深度学习的四倍体牡蛎全基因组SNP分型方法”，也成为已授权发明专利。

  “首先我们对四倍体长牡蛎进行了重测序，成功挖掘到了适合四倍体长牡蛎选育的生长性状。其次，我们成功构建了四倍体长牡蛎的基因分型技术，准确率可以达到90%以上。”王卫军说，该技术的突破有助于从分子层面鉴别种质优良的个体，构建优良核心群体，有效缩短良种选育周期。

  （大众新闻记者 王瑛琪）