中国明对虾(Fenneropenaeus chinensis)主要分布于我国黄渤海区，包括山东、河北、辽宁、天津及江苏近海，在朝鲜半岛西海岸和南海岸也有批量生产，是我国重要的渔业资源。中国明对虾对水温的耐受范围为4℃~38℃，生长的适温范围是18℃~30℃，以25℃为最宜(王清印, 2013)。中国明对虾的适宜生长温度限制了对虾的养殖季节和地域，更重要的是对低温的不耐受使得中国明对虾亲虾越冬的安全性降低，越冬成本也大幅上升，影响了养殖的产量和效益。因此，有必要对中国明对虾进行遗传改良，选育出生长快，同时对低温耐受度较高的优良新品种。

对耐低温性状进行遗传参数评估可为选择育种提供理论依据和基础。水产动物中温度耐受性遗传参数评估的研究在国内外已开展多年，如王俊等(2011)对哲罗鲑(Hucho taimen)幼鱼在不同温度下体重(Body weight, BW)和体长(Body length, BL)的遗传力进行了估计，其低温组(9±1.5)℃和高温组(13±1.5)℃体重的父系全同胞遗传力分别为0.413~0.653和0.396~0.545，体长的父系全同胞遗传力分别为0.297~ 0.701和0.194~0.608。Charo-Karisa等(2005)对尼罗罗非鱼(Oreochromis niloticus)耐低温性状进行研究，其低温累计存活小时数(Cooling degree hours, CDH)和死亡时温度(Temperature at death, TAD)的遗传力分别为(0.08±0.19)和(0.09±0.17)，均为低等遗传力；同时，发现体重对低温耐受力存在显著影响，个体较小的耐受性较差。Cnaani等(2000)对罗非鱼杂交品种的耐寒性进行了研究，认为体长与低温累计存活天数(Cooling- degree days, CDD)相关性很小。目前，对虾的相关研究较少，仅Li等(2015、2016)对中国明对虾成虾和凡纳滨对虾(Litopenaeus vannamei)耐低温性状遗传参数进行了初步研究。对于耐低温性状遗传参数的准确估计以及评估其与生长性状的遗传相关，有重要的理论指导意义，能够直接影响到我们育种策略的制定。

本研究通过室内人工低温胁迫的方式，对中国明对虾成虾在低温下生长性状和耐低温性状进行遗传评估，分析了中国明对虾成虾在低温下的生长性状和耐低温性状的遗传力以及相关性，以期为中国明对虾耐低温新品种的选育提供理论依据。

1 材料与方法 1.1 实验材料

实验于中国水产科学研究院黄海水产研究所海水养殖遗传育种中心即墨市鳌山卫实验基地进行。实验材料为2015年构建的中国明对虾“黄海2号”G10代家系。家系平均体重达到3 g后，对其进行荧光(Visible implant elastomer, VIE)标记，以区分家系。将所有对虾置于2个100 m³的室外圆形水泥池中进行混养，混养期间，每日换水量为30%，温度为自然水温。每天根据其营养需求投喂2次混合饲料和2次菲律宾蛤仔(Ruditapes philippinarum)肉。本研究共使用69个全同胞家系(包含4个半同胞家系)，1327尾成虾，每个家系的个体数在10~41尾之间。

1.2 成虾低温胁迫处理

由于中国明对虾的存活耐受低温为4℃，所以本实验设置4℃为低温胁迫水温。当外界自然水温降至4℃时，将所有对虾移入室内6 m×6 m×1 m的水泥池中，并将水温维持在(4±1)℃。实验所用池塘为3个。每天吸底、换水1次，投喂虾料4次。从第1尾死虾出现开始，每2 h查看1次水池，捞取死亡个体。死亡定义为对虾失去平衡，倒向一侧，并对外界刺激失去反应。记录死亡个体的死亡时间、家系信息、性别、体重、体长等信息。待全部对虾死亡达到50%时，停止低温胁迫。记录所有存活对虾的家系信息、性别、体重、体长。低温胁迫共持续7 d。

1.3 数据处理

实验数据用Excel软件进行整理，描述性统计用SPSS 19.0软件进行分析。

1.3.1 中国明对虾成虾低温下体重、体长的遗传力估计

建立线性混合模型，利用平均信息约束极大似然法(Average information restricted maximum likelihood, AIREML)估计中国明对虾成虾体重和体长的方差组分。生长数据通过ASReml软件进行分析。池塘和性别作为固定效应，经检验所有的固定效应均具有显著意义(P < 0.01)。采用2种单性状个体动物模型对体重、体长的遗传方差组分进行估计，如下：

$ {Y_{ijkl}} = \mu + {\rm{Tan}}{{\rm{k}}_i} + {\rm{Se}}{{\rm{x}}_j} + {a_l} + {C_k} + {e_{ijkl}} $

(1)

$ {Y_{ijl}} = \mu + {\rm{Tan}}{{\rm{k}}_i} + {\rm{Se}}{{\rm{x}}_j} + {a_l} + {e_{ijl}} $

(2)

式中，模型1比模型2中多加了共同环境效应，${Y_{ijkl}}$和${Y_{ijl}}$表示第l尾虾的体重或体长的观测值，μ是总体平均值，${\rm{Tank}}_i$是第i个池塘的固定效应，${\rm{Sex}}{_j}$是第j个性别的固定效应，a_l是第l尾虾的体重或体长的加性遗传效应，C_k为第k个全同胞家系单独养殖时产生的共同环境效应，${e_{ijlk}}$和${e_{ijl}}$是第l尾虾的随机残差。表型方差是所有方差组分的和，计算公式：

$ \sigma _p^2 = \sigma _a^2 + \sigma _c^2 + \sigma _e^2{\rm{或}}\sigma _p^2 = \sigma _a^2 + \sigma _e^2 $

(3)

遗传力是加性遗传方差和表型方差的比值，计算公式：

$ {h^2} = \sigma _a^2/\sigma _p^2 $

(4)

式中，$\sigma _p^2$为表型方差，$\sigma _a^2$是加性方差，$\sigma _c^2$是共同环境方差，$\sigma _e^2$是残差组分。

1.3.2 中国明对虾成虾耐低温性状的遗传力估计

耐低温性状的遗传参数选用半致死时的存活状态(Survival status at half lethal time, SS₅₀)作为指标进行估计。SS₅₀是一个非连续性状，因此，用广义线性混合模型(Generalized linear mixed model, GLMM)方法(连接函数Probit)估计其方差组分。由于加入共同环境效应后，模型不收敛，所以，模型中没有加入共同环境效应，育种分析模型为父母本模型：

$ {\lambda _{ijkl}} = \mu + {\rm{Se}}{{\rm{x}}_j} + {\rm{Sir}}{{\rm{e}}_i} + {\rm{Da}}{{\rm{m}}_k} + {e_{ijkl}} $

(5)

$ {y_{ijkl}} = \left\{ \begin{array}{l} 0\;\;if\;{\lambda _{ijkl}} \le 0\\ 1\;\;if\;{\lambda _{ijkl}} > 0 \end{array} \right. $

式中，${y_{ijkl}}$是第l尾虾的存活状态，存活的个体记录为1，死亡个体记录为0；${\lambda _{ijkl}}$是${y_{ijkl}}$的潜在变量；μ是总体平均值；${\rm{Se}}{{\rm{x}}_j}$是第j个性别的固定效应；${\rm{Sir}}{{\rm{e}}_i}$和${\rm{Da}}{{\rm{m}}_k}$则分别是第i个父本和第k个母本的加性遗传效应；${e_{ijkl}}$是第l尾虾的随机残差。表型方差组分的计算公式为：

$ \sigma _p^2 = 2\sigma _{{\rm{s}}d}^2 + \sigma _e^2 $

遗传力的计算公式则为：

$ {h^2} = 4\sigma _{sd{\rm{}}}^2/\sigma _p^2 $

式中，$\sigma _p^2$是表型方差，$\sigma _S^2$是父本加性方差，$\sigma _D^2$是母本加性方差，$\sigma _e^2$是残差组分。

1.3.3 不同动物模型间的比较

用似然比检验(Likelihood ratio test, LRT)对1.3.1中含共同环境效应和不含共同环境效应的2种动物模型进行比较。检验统计量为:

$ {\rm{LR}} = - 2[\ln {(L)_r} - \ln {(L)_f}] $

(6)

式中，LR为似然比值，$\ln {(L)_r}$和$\ln {(L)_f}$分别是2个不同模型下的最大似然函数值，模型r是模型f的子模型。LR值服从卡方分布，自由度为2个模型中估计的参数个数之差，本研究中即为1。

1.3.4 中国明对虾成虾低温下生长性状和耐低温性状间的相关分析

不同性状间表型和遗传相关均利用两性状动物模型进行评估。体重和体长之间的表型和遗传相关估计所用的两性状动物模型是模型(2)的扩展，模型中每一项的含义同模型(2)描述一致。体重、体长和SS₅₀之间的表型和遗传相关分析中，SS₅₀被设置为第1个变量，其模型同模型(5)；体重和体长分别被设置为第2个变量，模型同模型(2)。模型中各项的描述同前。

1.3.5 显著性检验分析

运用Z-score来检验上述各性状遗传力和相关评估值是否显著(Nguyen et al, 2007)，公式如下：

$ z = \frac{{{x_i} - {x_j}}}{{\sqrt {\sigma _i^2 + \sigma _j^2} }} $

(7)

式中，${x_i}$和${x_j}$是指各性状的遗传力或两性状间的相关系数值，$\sigma _i^2$和$\sigma _j^2$是指相应遗传力或相关系数的标准误。当检验遗传力是否与0有显著差异时，${x_j}$和${\sigma _j}$则均定义为0，当检验相关系数与1是否差异显著时，${x_j}$和${\sigma _j}$分别定义为1和0。

2 结果 2.1 中国明对虾成虾低温下生长性状和耐低温性状的描述性统计

中国明对虾成虾低温下生长和耐低温性状的样本量、平均值、最大值、最小值、标准差以及变异系数如表 1所示。从表 1可以看出，体重、体长和半致死时各家系存活率(Survival rate for each family at half lethal time, SR₅₀)平均值分别为17.81 g、114.98 mm、48.45%，变异系数分别为26.41%、8.62%和30.01%，其中，SR₅₀的变异系数值最大(30.01%)，表明不同家系间的半致死存活率存在较大变异；体长的变异系数值最小(8.62%)，表明体长在家系间的变异相对较小。

2.2 中国明对虾成虾低温下生长性状和耐低温性状的遗传参数评估及2种模型间的比较

中国明对虾成虾低温下生长和耐低温性状的遗传参数以及生长性状2种模型间的比较结果见表 2。由模型1获得的体重和体长的遗传力分别为(0.206± 0.177)和(0.187±0.179)，二者均与0无显著差异，并且二者之间也无显著差异(Z=0.075, P > 0.05)。由模型2获得的体重和体长的遗传力分别为(0.317±0.065)和(0.298±0.063)，且二者均与0存在极显著差异(P < 0.01)。经LRT检验体重、体长两性状在模型1和模型2之间的似然比值分别为1.640和1.764，均不存在显著差异(P > 0.05)，表明模型1和模型2之间不存在显著差异，模型2为较优遗传模型。以SS₅₀作为耐低温指标，遗传力为0.169±0.078，经Z检验与0存在显著差异(P < 0.05)。

2.3 中国明对虾成虾低温下生长性状和耐低温性状的相关分析

中国明对虾成虾的生长性状与耐低温性状间的两两相关性分析见表 3。从表 3可以看出，体重和体长二者间的表型和遗传相关系数分别为(0.823±0.010)和(0.969±0.018)，为高度正相关，且二者均与1无显著差异(P > 0.05)。体重、体长和SS₅₀表型相关系数分别为(0.187±0.030)、(0.218±0.030)，遗传相关系数分别为(0.517±0.205)、(0.538±0.203)。由以上可知，中国明对虾的体重、体长和SS₅₀之间存在较高的遗传正相关，而表型相关则相对较弱。

3 讨论 3.1 中国明对虾成虾低温下生长性状遗传力及2种模型间的比较

在本研究中，通过2种模型获得的中国明对虾成虾在低温下体重和体长的遗传力均为中低等遗传力。由模型1获得的体重、体长的遗传力分别为(0.206± 0.177)和(0.187±0.179)，模型2获得的体重、体长的遗传力分别为(0.317±0.065)和(0.298±0.063)，且模型1获得的遗传力均与0无显著差异(P > 0.05)，而模型2获得的遗传力均与0存在显著差异(P < 0.01)。2种生长性状不同模型间的似然比值分别为1.640和1.764，均无显著差异(P > 0.05)，故认为共同环境效应对模型的影响不大。当模型不加共同环境效应时，两性状的遗传力较高一些，但加入共同环境效应后，两性状遗传力都较低，且标准误较大，这可能是由于本研究中69个全同胞家系中仅包含了4个半同胞家系，家系间缺乏遗传联系，加性遗传效应和共同环境效应存在一定程度的混淆，使得加性遗传效应剖分不够准确(Castillo-Juárez et al, 2007; Luan et al, 2015)。此前，Li等(2016)也用2种动物模型对中国明对虾成虾低温胁迫下体重的遗传力进行了估计，在不加共同环境效应时遗传力为(0.3271±0.0447)，但加入共同环境效应后则降为(0.1320±0.0269)，二者均显著差异于0 (P < 0.01)，与本研究结果基本一致。

徐利永等(2014)对大菱鲆(Scophthalmus maximus)低温条件下生长性状进行遗传参数评估时发现，其低温下体重和体长的遗传力分别为(0.32±0.04)和(0.47± 0.06)，为中高等遗传力，略高于本研究中获得的遗传力。此外，本研究结果与He等(2011)采用全同胞组内相关法估计的150日龄中国明对虾体重的遗传力(0.04~ 0.29)结果大体一致，但体长的遗传力估计要略低于其结果(0.36~0.51)。而与田燚等(2008)对145日龄中国明对虾生长性状的遗传力的研究结果基本一致，其体重、体长遗传力分别为(0.14±0.16)和(0.10± 0.06)。黄付友等(2008)采用全同胞组内相关法对“黄海1号”中国明对虾3月龄和4月龄时的体长遗传力进行评估，其估计值在0.4~0.5之间，属于高等遗传力。Zhang等(2011)对中国明对虾成虾的体重遗传力分别用8种模型进行了分析，结果均为高等遗传力，估计值在0.44~0.74之间。不同研究中获得的遗传力不同，分析主要有以下原因：由于估计遗传力时所采用的方法不同，分析的家系数量也不同，分析过程中环境效应和不可预测的遗传效应会得到不同的遗传力估计值(He et al, 2011)。不同品种或相同品种的不同生长时期，群体遗传背景和结构不同，会影响到遗传力估计值(蒋湘等, 2013)。群体所处生长阶段不同，遗传参数中各方差组分所占比例不同，随着养殖时间的逐渐增加，显性效应和母体效应逐渐减少，因此，获得的遗传力可能较低(蒋湘等, 2013; 郑静静等, 2016)。而本研究中，生长性状为中低等遗传力可能是受其生长周期影响，较其他研究中，本研究用虾日龄较大(平均日龄为252 d)，随着生长周期增长，母体效应减小，因此，获得的遗传力较低。

3.2 中国明对虾成虾耐低温性状遗传力

水产动物的低温耐受能力通常会选TAD、CDH和SS₅₀等指标来描述(Li et al, 2016; 卢其西等, 2011)。但本研究基于选育留种的需求，仅选用了SS₅₀指标对中国明对虾的低温耐受性进行评估。本研究中获得的SS₅₀的遗传力为(0.169±0.078)，经Z检验与0存在显著差异(P < 0.05)，为低等遗传力。Li等(2016)在中国明对虾成虾和凡纳滨对虾成虾耐低温性状的研究中，分别获得的SS₅₀和CDH的遗传力也均为低等遗传力[分别为(0.0192±0.0235)和(0.0258±0.0205)]。在其他水产动物温度耐受性的研究中，刘宝锁等(2011)利用2种动物模型对大菱鲆耐高温性状进行遗传力的估计，所获得耐热性(Upper thermal tolerance, UTT)的遗传力分别为(0.026±0.034)和(0.026±0.053)，也均为低等遗传力。Charo-Karisa等(2005)对于尼罗罗非鱼幼鱼耐低温性状的遗传力进行了研究，其CDH的遗传力为(0.08±0.19)，TAD的遗传力为(0.09±0.17)。Elderkin等(2004)估计的斑马贻贝(Driessena polymorpha)面盘幼虫耐高温性状的遗传力为(-0.125±0.095)。以上研究结果均表明，水产动物中温度耐受性性状为低等遗传力性状。同时，在水产动物的其他抗逆性的研究中也发现了抗逆性状多为低等遗传力。袁瑞鹏等(2016)对7周和14周凡纳滨对虾高氨氮耐受性的遗传力进行估计，其高氨氮耐受存活率遗传力分别为(0.13±0.11)和(0.17±0.08)；张嘉晨等(2016)进行了凡纳滨对虾耐低溶氧性状的遗传力估计，也为低等遗传力(0.07±0.03)。由此可见，水产动物抗逆性状的遗传力一般较低。为了给中国明对虾耐低温品种的选育工作提供更精确的数据支持，仍需要对中国明对虾耐低温性状的遗传参数进行进一步的研究。

3.3 中国明对虾成虾低温下生长性状和耐低温性状间的相关分析

在本研究的遗传参数相关性分析中，体重、体长与SS₅₀的遗传相关系数分别为(0.517±0.205)和(0.538±0.203)，表型相关系数分别为(0.187±0.030)和(0.218±0.030)。此研究结果显示，中国明对虾成虾耐低温性状与生长性状间的遗传相关较强，而表型相关较弱。Charo-Karisa等(2005)对于尼罗罗非鱼幼鱼耐低温性状研究中，体重与耐低温性状CDH和TAD的表型相关分别为(0.33±0.17)和(-0.26±0.18)，遗传相关分别为(0.72±0.81)和(-0.68±0.84)，遗传相关强于表型相关与本研究结果一致。但Li等(2015、2016)对中国明对虾成虾耐低温性状研究中，体重与SS₅₀的遗传相关系数低于表型相关系数；而其对凡纳滨对虾耐低温的研究中，体重与CDH和SS₅₀的遗传相关值分别为(-0.7702±0.4583)和(-0.8253±0.4553)，均为负相关，且均与0无显著差异。

刘宝锁等(2011)对40个大菱鲆家系耐热性的研究表明，体重与UTT的表型相关和遗传相关系数分别为0.04和-1.00，而在Perry等(2005)对虹鳟鱼(Oncorhynchus mykiss)耐热性的研究表明，体重与UTT之间的遗传相关几乎为0 (r_a=-0.03±0.18)。在选择育种中，一些性状通过直接选育往往得不到理想的效果，由于生物体存在基因连锁效应和基因多效性，使得不同的性状间具有一定的相关程度，因此，可以通过选育性状相关程度较高的性状进行间接选育(Moore et al, 1999)。本研究表明，中国明对虾耐低温性状SS₅₀与生长性状间具有较高的遗传相关系数，因此，中国明对虾耐低温新品种的选育可以结合生长性状选育同时进行。