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得益于海洋種業(yè)技術(shù)的不斷突破，福建省“海上糧倉”高質(zhì)量發(fā)展。圖為福建省福州市連江縣黃岐鎮(zhèn)大建村海域的海上養(yǎng)殖一派繁忙。王旺旺 攝
廈門大學(xué)鮑魚育種團隊科研人員在晉江福大鮑魚水產(chǎn)有限公司育種車間開展科研。（受訪單位供圖）
海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室科研人員在檢測大黃魚種苗的生長、健康狀況。福建日報記者 李珂 攝
海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室。福建日報記者 李珂 攝
福建省有著超過3300公里的海岸線，海洋是福建的“海上農(nóng)田”。海洋種業(yè)，是海上養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展的“芯片”，是保障“海上農(nóng)田”“藍色糧倉”的關(guān)鍵。福建海洋種業(yè)發(fā)展水平如何？如何發(fā)揮科研優(yōu)勢，突破海洋水產(chǎn)育種技術(shù)？
作為目前我國水產(chǎn)育種領(lǐng)域獲批的兩個全國重點實驗室之一，也是全國首批、福建首個全國重點實驗室——海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室，聚焦優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗病、抗逆的魚、蝦、貝、藻等海水養(yǎng)殖新品種創(chuàng)制及轉(zhuǎn)化應(yīng)用，攻關(guān)突破種業(yè)“卡脖子”關(guān)鍵技術(shù)，服務(wù)國家藍色食品產(chǎn)出與海洋種業(yè)發(fā)展重大戰(zhàn)略需求。
該實驗室在“大黃魚育種國家重點實驗室”的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化重組，依托寧德市富發(fā)水產(chǎn)有限公司、廈門大學(xué)、集美大學(xué)、福建農(nóng)林大學(xué)共同組建，于2022年11月經(jīng)科技部批準(zhǔn)建設(shè)，重組后聚焦海水養(yǎng)殖業(yè)重大良種需求，匯集福建省海水養(yǎng)殖生物方向的平臺、技術(shù)與人才等，使產(chǎn)學(xué)研結(jié)合更加緊密，為海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展提供強大的技術(shù)支撐。
近日，記者走訪海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室，窺探“藍色糧倉”里的種業(yè)創(chuàng)新力量。
破解“基因密碼”
創(chuàng)“中國芯”
早上8時，在位于福建省寧德市的海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室，科研人員柯巧珍和同事們正在對大黃魚進行組織采樣，開展基因測試，檢測大黃魚種苗的生長、健康狀況。
“在這里，我們運用芯片和大數(shù)據(jù)技術(shù)來檢測大黃魚的基因，快速選出優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的大黃魚親本，用于大黃魚育種?！笨虑烧湔f。
作為我國特有的地方性海水魚類，大黃魚曾居我國海洋“四大漁業(yè)”之首，但因過度捕撈，到20世紀70年代，大黃魚資源瀕臨枯竭。
30多年來，通過科技支撐、品牌優(yōu)先、提質(zhì)養(yǎng)殖、做深加工等舉措，寧德大黃魚從瀕臨滅絕的物種發(fā)展壯大為年產(chǎn)值上百億元的富民產(chǎn)業(yè)。
然而，多年來，“白點病”一直是大黃魚養(yǎng)殖戶的“心病”，每年秋末、春初大黃魚病多發(fā)，感染后的魚類死亡率少則三成，多則九成，損失慘重。
如何破題？從2017年起，海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室主任、廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院副院長徐鵬教授帶領(lǐng)團隊，與寧德企業(yè)合作，勇闖“無人區(qū)”，將抗刺激隱核蟲大黃魚選育作為第一個選育方向。
魚類的抗病育種，尤其是針對寄生蟲病的抗病育種工作，在世界范圍內(nèi)都是極具挑戰(zhàn)性，困難重重。
“大黃魚的‘白點病’，是由海水中的刺激隱核蟲引起的寄生蟲疾病?！毙禊i說，首先，團隊收集并孵化出“白點病”的感染源——刺激隱核蟲的幼蟲。
在寧德大黃魚育種基地，徐鵬團隊先用這些寄生蟲對健康的大黃魚進行人工感染，結(jié)果顯示，大黃魚養(yǎng)殖群體內(nèi)部存在對刺激隱核蟲感染抗性的個體差異和多態(tài)性。它們雖被感染，但仍有不少個體可以存活，而這些存活的正是團隊要尋找的“優(yōu)等生”。
但如何在不感染魚群的情況下，優(yōu)中選優(yōu)，培育“抗病的大黃魚”？
緊接著，徐鵬團隊與寧德市富發(fā)水產(chǎn)有限公司開展產(chǎn)學(xué)合作，依托大黃魚育種國家重點實驗室平臺，聯(lián)合開發(fā)出首個大黃魚基因組育種芯片——“寧芯”系列高通量SNP芯片。
這小小的芯片由二氧化硅制作而成，上面分布著幾十萬個DNA探針，將從魚鰭中提取的DNA放在芯片上檢測，就能快速準(zhǔn)確地獲取大黃魚幾十萬個基因位點的信息。“這些基因位點就是抗性大黃魚的‘遺傳密碼’。”徐鵬說。
芯片的開發(fā)，幫助團隊進行大黃魚海量基因型的準(zhǔn)確鑒定，大大提高了抗“白點病”新品系選育工作的準(zhǔn)確性和效率。正是借助超級計算機和育種算法，大黃魚“優(yōu)等生”的秘密得以破解。
這也是目前國際上首次針對嚴重危害海水養(yǎng)殖魚類的刺激隱核蟲病開展技術(shù)攻關(guān)并取得顯著進展的抗蟲育種工作，通過累代選育，最終獲得可以推廣的養(yǎng)殖大黃魚抗病新品種。
2021年年底，團隊進一步開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的“中國芯”——“寧芯3號”液相育種芯片并投入應(yīng)用，進一步降低基因分型成本、提高基因分型效率，為大黃魚種質(zhì)資源保護、種業(yè)科技創(chuàng)新和種業(yè)振興再添“利器”。
全基因組選擇是目前育種領(lǐng)域的前沿技術(shù)，要進行全基因組選擇，就要掌握高通量分型技術(shù)。隨著研發(fā)的迭代，“寧芯”系列芯片分型通量不斷加大、成本不斷降低、速度不斷加快、準(zhǔn)確率不斷提高。
近日，實驗室又有令人振奮的成果——大黃魚“寧芯4號”研發(fā)成功。徐鵬透露，該芯片在基因分型準(zhǔn)確性與“寧芯3號”一致的基礎(chǔ)上，基因分型成本降低一半；基于基因型填充技術(shù)，可以高效精準(zhǔn)獲取5.5萬多個基因座位的基因型數(shù)據(jù)，為高效開展大黃魚基因組選擇育種應(yīng)用提供技術(shù)支撐。
8年來，“寧芯”系列芯片技術(shù)已推廣至全國9家科研單位和育種企業(yè)，已完成18570份大黃魚樣本檢測，新增產(chǎn)值269.265萬元。該系列芯片的成功研發(fā)，推動大黃魚基因組育種的全面“芯片化”，從而大大推進大黃魚良種選育的高速發(fā)展。
攥緊種業(yè)“中國芯”，筑牢“海上糧倉”。海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室不僅擁有頂尖的大黃魚芯片技術(shù)，還著力開發(fā)“鮑芯”系列育種芯片。
皺紋盤鮑是我國最主要的鮑魚養(yǎng)殖品種，而福建夏季的持續(xù)高溫常常造成鮑魚的大量死亡。與國外的鮑魚產(chǎn)品相比，我國的大規(guī)格鮑魚產(chǎn)品稀少，大鮑需要依賴國外進口，而解決上述問題最有效的手段就是選育優(yōu)良性狀的鮑品種。
基于皺紋盤鮑全基因組序列及數(shù)十萬份重測序數(shù)據(jù)，廈門大學(xué)海洋與地球?qū)W院柯才煥團隊用液相探針雜交靶向基因分型技術(shù)，開發(fā)了皺紋盤鮑40K液相育種芯片“鮑芯1號”，該芯片能夠?qū)Σ煌U魚群體的遺傳變異進行有效區(qū)分，提高鮑種質(zhì)育種的效率。
把論文“寫入”海區(qū)
讓種業(yè)企業(yè)強起來
中國是世界第一養(yǎng)鮑大國，我國鮑魚產(chǎn)量占全球的90%，產(chǎn)業(yè)鏈年產(chǎn)值約500億元，鮑產(chǎn)業(yè)以1%的貝類產(chǎn)量創(chuàng)造了15%的貝類產(chǎn)值，是我國重要的海水養(yǎng)殖貝類。
在靠海吃海的晉江，鮑魚是這里的農(nóng)業(yè)優(yōu)勢產(chǎn)品，因此，培育優(yōu)質(zhì)的種鮑至關(guān)重要。
在福建省泉州市晉江市金井鎮(zhèn)南江村海岸邊的晉江福大鮑魚水產(chǎn)有限公司（以下簡稱“福大鮑魚公司”）育種車間，廈門大學(xué)高級工程師駱軒正在和公司技術(shù)員觀察鮑魚種苗的生長狀況。秋季10月，鮑魚就將進入繁殖季，科研人員挑選了最大體重能達到1千克的綠鮑，準(zhǔn)備跟皺紋盤鮑進行雜交育種，為漁民培育足夠的鮑魚苗。
“鮑魚育種，首先是選出種鮑，但種鮑數(shù)量非常少，需要通過對它進行擴繁，等到性腺成熟后就變成親鮑，這些親鮑就可以受精繁殖出小苗用于出售了。”駱軒說。
2007年，福大鮑魚公司和廈門大學(xué)開展產(chǎn)學(xué)研合作，引進了國內(nèi)頂尖鮑魚育種團隊，當(dāng)時，還在讀博士的駱軒便是其中一員?！半p方合作從那時起，至今沒有中斷過?！瘪樮幷f。
福大鮑魚公司成立于2006年。2013年，受國內(nèi)外海鮮消費市場低迷的影響，公司一度出現(xiàn)經(jīng)營困難，陷入養(yǎng)得越多虧得越多的窘境。
“為什么我們不轉(zhuǎn)變思路，做鮑魚產(chǎn)業(yè)金字塔的頂端，開展商業(yè)化鮑魚育種？而且我們本身已經(jīng)有這樣的科研基礎(chǔ)支持。”駱軒的一句話，“點醒”了企業(yè)方。從此，福大鮑魚公司開始了轉(zhuǎn)型升級之路。
鮑魚是福建水產(chǎn)千億產(chǎn)業(yè)的龍頭，年產(chǎn)值200多億元，占全國鮑魚產(chǎn)量的80%。種苗作為養(yǎng)殖業(yè)利潤的金字塔頂端，成為晉江企業(yè)攻堅的目標(biāo)。
“這一片原來都是養(yǎng)殖車間，都是養(yǎng)成品鮑，后來我們改成養(yǎng)種鮑、養(yǎng)親鮑，這個單產(chǎn)價值就提上來了?！瘪樮幓貞浀?。
在廈門大學(xué)科研團隊幫助下，福大鮑魚公司開展了大規(guī)模的設(shè)備升級改造工作。與此同時，鮑魚種業(yè)工程、智能型鮑魚循環(huán)水養(yǎng)殖示范基地建設(shè)也緊鑼密鼓地展開……
在生物界，鮑魚也存在不能適應(yīng)自然生態(tài)環(huán)境而減產(chǎn)或種鮑近親繁殖嚴重導(dǎo)致性狀退化的情況，如何馴化、培育出更具生態(tài)競爭力和商業(yè)價值的鮑魚新品種？這成為擺在廈大鮑魚育種團隊面前的大課題。
當(dāng)時，西盤鮑成為團隊的主要研究對象。這是一個從日本長崎引進的母鮑和晉江本地的父系皺紋盤鮑雜交獲得的新品種。
駱軒說，一個新品種要經(jīng)過4代以上的培育，每一代需要2至3年。若是兩年的話，就需要8年時間，加上2至3年的中試示范推廣，才能進行小規(guī)模的推廣應(yīng)用，最終才有機會去申報國家級的新品種。
2014年，新培育的國家級鮑魚新品種西盤鮑推向市場，取得不錯的效益。接著，團隊培育出的綠盤鮑更令人刮目相看，其養(yǎng)殖單產(chǎn)比普通品種提高2倍以上，產(chǎn)值提高3倍以上，得到廣大養(yǎng)殖戶的認可。
眼下，通過開展西盤鮑、綠盤鮑等國審水產(chǎn)新品種的示范應(yīng)用及皺紋盤鮑“福海1號”新品系的研發(fā)，企業(yè)在鮑魚苗種產(chǎn)品高中低三個層次的產(chǎn)品體系實現(xiàn)了全覆蓋，形成年產(chǎn)新品種鮑苗1000多萬粒、種鮑50萬粒以上的規(guī)模，確保終端市場穩(wěn)定獲得綠色、安全、健康的鮑魚產(chǎn)品。
隨著合作的深入，福大鮑魚公司從幾口育種池起步，到擁有了3500平方米的育種車間，每年可繁育形成200多個鮑魚家系、10多個鮑魚種質(zhì)資源群體，牢牢確立了行業(yè)領(lǐng)先地位。
“通過開展產(chǎn)學(xué)合作，我們先后實施多個省部級重大科研項目。”駱軒介紹，依托企業(yè)，團隊建成國際一流、國內(nèi)最大的鮑魚育種基地——福建省鮑魚遺傳育種中心。該中心保存有鮑魚種類7個、國家級鮑魚新品種3個、選育品系33個、家系320余個，現(xiàn)已成為我國保有鮑魚遺傳材料最為齊全、制種能力最強的種質(zhì)資源庫。
今年1月，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部公布新一輪國家級水產(chǎn)良種場批準(zhǔn)名單，福大鮑魚公司獲批為國家級皺紋盤鮑良種場，成為福建省首家正式入編“國家隊”的水產(chǎn)良種企業(yè)。
科研團隊與企業(yè)的強強聯(lián)手，助力海洋產(chǎn)業(yè)欣欣向榮。目前，晉江已形成產(chǎn)值超10億元的鮑魚全產(chǎn)業(yè)鏈新業(yè)態(tài)，建成2個國家級“一村一品”鮑魚養(yǎng)殖示范村，“金井鮑魚”入選農(nóng)業(yè)農(nóng)村部全國名特優(yōu)新農(nóng)產(chǎn)品，促進了當(dāng)?shù)貪O業(yè)轉(zhuǎn)型升級。
福大鮑魚公司的“試驗田”，試出了一條水產(chǎn)種業(yè)育、繁、推一體化的產(chǎn)業(yè)發(fā)展之路，也為水產(chǎn)品育種打了樣。
“做育種工作要‘頂天’，就是要做最前沿的研究，解決行業(yè)里最棘手的難題；又要‘立地’，就是要與產(chǎn)業(yè)對接，深入一線，用技術(shù)服務(wù)社會?！瘪樮幈硎尽?/p>
聯(lián)合育種
激發(fā)“芯”動力
量身長、測體重、做心率檢查、參加游泳測試……在海水養(yǎng)殖生物育種全國重點實驗室，科研團隊探索的腳步并未停下，他們?yōu)榇簏S魚設(shè)計了一個個“賽程”，通過人工智能反映大黃魚的抗性，借“跑步機”選育“運動健將”級別的大黃魚……
育種的道路上，沒有最好，只有更好。
心率是評估魚類生理狀態(tài)的重要指標(biāo)，而目前主流的魚類心率測量方法常需要侵入魚體或需要復(fù)雜精細的操作。實驗室研究團隊在國際上首次將反射型PPG（穿戴式手環(huán)手表的心率測量方法）和rPPG（一種通過攝像頭測量心率的方法）引入魚類心率測量領(lǐng)域。
近日，相關(guān)研究成果“利用光電容積脈搏波描記法可進行非侵入式魚類心率測量”，在國際實驗生物學(xué)知名期刊Journal of Experimental Biology上成功發(fā)表。
“這是一個集成了光發(fā)射器和光接收器的光電傳感器?！笨蒲腥藛T說著，將一個指甲蓋大小的傳感器放在大黃魚身上，通過傳感器能檢測到大黃魚活體組織中血液容積的變化，從而得到心率數(shù)據(jù)。
另一種方法，則是通過攝像頭來捕捉大黃魚在心動周期引發(fā)的皮膚顏色細微變化而判別，從而為研究魚類在自由狀態(tài)下的心率測量提供了基礎(chǔ)。“這種方法常用于人類心率和脈搏的遠程監(jiān)測，在魚類的研究中未曾被報道過?！笨蒲腥藛T說。
傳統(tǒng)測量方法可能會對魚造成傷害或操作復(fù)雜，而這些非侵入式方法既不會傷害魚，操作簡便，能更高效、準(zhǔn)確地測量大黃魚心率，還能應(yīng)用在大黃魚的健壯性育種等方面，為大黃魚養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供了重要的技術(shù)支持和新的研究思路。
非侵入式的大規(guī)模測評大黃魚系統(tǒng)，只是該實驗室開發(fā)的表型測評精準(zhǔn)評價技術(shù)裝置之一。此外，該實驗室還研制了鮑心率性狀的精準(zhǔn)化測評系統(tǒng)等多套裝置。
目前，該實驗室已構(gòu)建大黃魚、鮑魚、對蝦、紫菜種質(zhì)資源庫，創(chuàng)立了一系列種質(zhì)資源遺傳評價技術(shù)體系，并且成功培育了一系列水產(chǎn)新品種。
聯(lián)合育種作為一種高效且創(chuàng)新的育種模式，正逐漸成為行業(yè)關(guān)注的焦點。該實驗室與中國水產(chǎn)科學(xué)研究院東海水產(chǎn)研究所、寧波市海洋與漁業(yè)研究院、廣東省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心、廣東省鰉鯨海洋生物科技有限公司開啟了聯(lián)合育種。
“通過聯(lián)合育種，我們確定大黃魚的群體，進行后續(xù)研究工作的開展，以實現(xiàn)大黃魚遺傳資源的收集、評估與共享?！笨虑烧湔f，大黃魚形態(tài)上的差異很難通過人肉眼進行標(biāo)準(zhǔn)化判斷，而基于“寧芯3號”液相芯片基因分型平臺，對不同海域的大黃魚基因進行檢測和分析，實現(xiàn)對大黃魚各地理群體進行精準(zhǔn)劃分，也可以對經(jīng)過幾代選育形成的新品系進行精準(zhǔn)品系鑒定，有助于提高育種效率，培育具有良好性狀的新品種。
為農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化安上“中國芯”，把論文“種”進大海，種業(yè)創(chuàng)新是推動農(nóng)業(yè)發(fā)展的核心動力。湛藍大海里的魚、蝦、貝、藻產(chǎn)量產(chǎn)值大幅升級、多元發(fā)展的背后，是育種技術(shù)的不斷突破。
責(zé)任編輯：黃伉玎 劉子超
