“蓝色粮仓”里的种业创新力量|芯片|基因

得益于海洋种业技术的不断突破，我省“海上粮仓”高质量发展。图为福州市连江县黄岐镇大建村海域的海上养殖一派繁忙。王旺旺摄

　　东南网9月2日报道（福建日报记者李珂）

　　核心提示

　　福建有着超过3300公里的海岸线，海洋是福建的“海上农田”。海洋种业，是海上养殖业发展的“芯片”，是保障“海上农田”“蓝色粮仓”的关键。福建海洋种业发展水平如何？如何发挥科研优势，突破海洋水产育种技术？

　　作为目前我国水产育种领域获批的两个全国重点实验室之一，也是全国首批、福建首个全国重点实验室——海水养殖生物育种全国重点实验室，聚焦优质、高产、抗病、抗逆的鱼、虾、贝、藻等海水养殖新品种创制及转化应用，攻关突破种业“卡脖子”关键技术，服务国家蓝色食品产出与海洋种业发展重大战略需求。

　　该实验室在“大黄鱼育种国家重点实验室”的基础上进行优化重组，依托宁德市富发水产有限公司、厦门大学、集美大学、福建农林大学共同组建，于2022年11月经科技部批准建设，重组后聚焦海水养殖业重大良种需求，汇集福建省海水养殖生物方向的平台、技术与人才等，使产学研结合更加紧密，为海水养殖产业高质量发展提供强大的技术支撑。

　　近日，记者走访海水养殖生物育种全国重点实验室，窥探“蓝色粮仓”里的种业创新力量。

　　破解“基因密码”

　　创“中国芯”

　　早上8时，在位于宁德市的海水养殖生物育种全国重点实验室，科研人员柯巧珍和同事们正在对大黄鱼进行组织采样，开展基因测试，检测大黄鱼种苗的生长、健康状况。

　　“在这里，我们运用芯片和大数据技术来检测大黄鱼的基因，快速选出优质高产的大黄鱼亲本，用于大黄鱼育种。”柯巧珍说。

　　作为我国特有的地方性海水鱼类，大黄鱼曾居我国海洋“四大渔业”之首，但因过度捕捞，到20世纪70年代，大黄鱼资源濒临枯竭。

　　30多年来，通过科技支撑、品牌优先、提质养殖、做深加工等举措，宁德大黄鱼从濒临灭绝的物种发展壮大为年产值上百亿元的富民产业。

　　然而，多年来，“白点病”一直是大黄鱼养殖户的“心病”，每年秋末、春初大黄鱼病多发，感染后的鱼类死亡率少则三成，多则九成，损失惨重。

　　如何破题？从2017年起，海水养殖生物育种全国重点实验室主任、厦门大学海洋与地球学院副院长徐鹏教授带领团队，与宁德企业合作，勇闯“无人区”，将抗刺激隐核虫大黄鱼选育作为第一个选育方向。

　　鱼类的抗病育种，尤其是针对寄生虫病的抗病育种工作，在世界范围内都是极具挑战性，困难重重。

　　“大黄鱼的‘白点病’，是由海水中的刺激隐核虫引起的寄生虫疾病。”徐鹏说，首先，团队收集并孵化出“白点病”的感染源——刺激隐核虫的幼虫。

　　在宁德大黄鱼育种基地，徐鹏团队先用这些寄生虫对健康的大黄鱼进行人工感染，结果显示，大黄鱼养殖群体内部存在对刺激隐核虫感染抗性的个体差异和多态性。它们虽被感染，但仍有不少个体可以存活，而这些存活的正是团队要寻找的“优等生”。

　　但如何在不感染鱼群的情况下，优中选优，培育“抗病的大黄鱼”？

　　紧接着，徐鹏团队与宁德市富发水产有限公司开展产学合作，依托大黄鱼育种国家重点实验室平台，联合开发出首个大黄鱼基因组育种芯片——“宁芯”系列高通量SNP芯片。

　　这小小的芯片由二氧化硅制作而成，上面分布着几十万个DNA探针，将从鱼鳍中提取的DNA放在芯片上检测，就能快速准确地获取大黄鱼几十万个基因位点的信息。“这些基因位点就是抗性大黄鱼的‘遗传密码’。”徐鹏说。

　　芯片的开发，帮助团队进行大黄鱼海量基因型的准确鉴定，大大提高了抗“白点病”新品系选育工作的准确性和效率。正是借助超级计算机和育种算法，大黄鱼“优等生”的秘密得以破解。

　　这也是目前国际上首次针对严重危害海水养殖鱼类的刺激隐核虫病开展技术攻关并取得显著进展的抗虫育种工作，通过持续的累代选育，最终获得可以推广的养殖大黄鱼抗病新品种。

　　2021年底，团队进一步开发了具有自主知识产权的“中国芯”——“宁芯3号”液相育种芯片并投入应用，进一步降低基因分型成本、提高基因分型效率，为大黄鱼种质资源保护、种业科技创新和种业振兴再添“利器”。

　　全基因组选择是目前育种领域的前沿技术，要进行全基因组选择，就要掌握高通量分型技术。随着研发的迭代，“宁芯”系列芯片分型通量不断加大、成本不断降低、速度不断加快、准确率不断提高。

　　近日，实验室又有令人振奋的成果——大黄鱼“宁芯4号”研发成功。徐鹏透露，该芯片在基因分型准确性与“宁芯3号”一致的基础上，基因分型成本降低一半；基于基因型填充技术，可以高效精准获取5．5万多个基因座位的基因型数据，为高效开展大黄鱼基因组选择育种应用提供技术支撑。

　　8年来，“宁芯”系列芯片技术已推广至全国9家科研单位和育种企业，已完成18570份大黄鱼样本检测，新增产值269．265万元。该系列芯片的成功研发，推动大黄鱼基因组育种的全面“芯片化”，从而大大推进大黄鱼良种选育的高速发展。

　　攥紧种业“中国芯”，筑牢“海上粮仓”。海水养殖生物育种全国重点实验室不仅拥有顶尖的大黄鱼芯片技术，还着力开发“鲍芯”系列育种芯片。

　　皱纹盘鲍是我国最主要的鲍鱼养殖品种，而福建夏季的持续高温常常造成鲍鱼的大量死亡。与国外的鲍鱼产品相比，我国的大规格鲍鱼产品稀少，大鲍需要依赖国外进口，而解决上述问题最有效的手段就是选育优良性状的鲍品种。

　　基于皱纹盘鲍全基因组序列及数十万份重测序数据，厦门大学海洋与地球学院柯才焕团队用液相探针杂交靶向基因分型技术，开发了皱纹盘鲍40K液相育种芯片“鲍芯1号”，该芯片能够对不同鲍鱼群体的遗传变异进行有效区分，提高鲍种质育种的效率。

　　把论文“写入”海区

　　让种业企业强起来

　　中国是世界第一养鲍大国，我国鲍鱼产量占全球的90％，产业链年产值约500亿元，鲍产业以1％的贝类产量创造了15％的贝类产值，是我国重要的海水养殖贝类。

　　在靠海吃海的晋江，鲍鱼是这里的农业优势产品，因此，培育优质的种鲍至关重要。

　　在金井镇南江村海岸边的晋江福大鲍鱼水产有限公司（以下简称“福大鲍鱼公司”）育种车间，厦门大学高级工程师骆轩正在和公司技术员观察鲍鱼种苗的生长状况。秋季10月，鲍鱼就将进入繁殖季，科研人员挑选了最大体重能达到1千克的绿鲍，准备跟皱纹盘鲍进行杂交育种，为渔民培育足够的鲍鱼苗。

　　“鲍鱼育种，首先是选出种鲍，但种鲍数量非常少，需要通过对它进行扩繁，等到性腺成熟后就变成亲鲍，这些亲鲍就可以受精繁殖出小苗用于出售了。”骆轩说。

　　2007年，福大鲍鱼公司和厦门大学开展产学研合作，引进了国内顶尖鲍鱼育种团队，当时，还在读博士的骆轩便是其中一员。“双方合作从那时起，至今没有中断过。”骆轩说。

　　福大鲍鱼公司成立于2006年。2013年，受国内外海鲜消费市场低迷的影响，公司一度出现经营困难，陷入养得越多亏得越多的窘境。

　　“为什么我们不转变思路，做鲍鱼产业金字塔的顶端，开展商业化鲍鱼育种？而且我们本身已经有这样的科研基础支持。”骆轩的一句话，“点醒”了企业方。从此，福大鲍鱼公司开始了转型升级之路。

　　鲍鱼是福建水产千亿产业的龙头，年产值200多亿元，占全国鲍鱼产量的80％。种苗作为养殖业利润的金字塔顶端，成为晋江企业攻坚的目标。

　　“这一片原来都是养殖车间，都是养成品鲍，后来我们改成养种鲍、养亲鲍，这个单产价值就提上来了。”骆轩回忆道。

　　在厦门大学科研团队帮助下，福大鲍鱼公司开展了大规模的设备升级改造工作。与此同时，鲍鱼种业工程、智能型鲍鱼循环水养殖示范基地建设也紧锣密鼓地展开……

　　在生物界，鲍鱼也存在不能适应自然生态环境而减产或种鲍近亲繁殖严重导致性状退化的情况，如何驯化、培育出更具生态竞争力和商业价值的鲍鱼新品种？这成为摆在厦大鲍鱼育种团队面前的大课题。

　　当时，西盘鲍成为团队的主要研究对象。这是一个从日本长崎引进的母鲍和晋江本地的父系皱纹盘鲍杂交获得的新品种。

　　骆轩说，一个新品种（成型）要经过4代以上的培育，每一代需要2～3年。若是两年的话，就需要8年时间，加上2～3年的中试示范推广，才能进行小规模的推广应用，最终才有机会去申报国家级的新品种。

　　2014年，新培育的国家级鲍鱼新品种西盘鲍推向市场，取得不错的效益。接着，团队培育出的绿盘鲍更令人刮目相看，其养殖单产比普通品种提高2倍以上，产值提高3倍以上，得到广大养殖户的认可。

　　眼下，通过开展西盘鲍、绿盘鲍等国审水产新品种的示范应用及皱纹盘鲍“福海1号”新品系的研发，企业在鲍鱼苗种产品高中低三个层次的产品体系实现了全覆盖，形成年产新品种鲍苗1000多万粒、种鲍50万粒以上的规模，确保终端市场稳定获得绿色、安全、健康的鲍鱼产品。

　　随着合作的深入，福大鲍鱼公司从几口育种池起步，到拥有了3500平方米的育种车间，每年可繁育形成200多个鲍鱼家系、10多个鲍鱼种质资源群体，牢牢确立了行业领先地位。

　　“通过开展产学合作，我们先后实施多个省部级重大科研项目。”骆轩介绍，依托企业，团队建成国际一流、国内最大的鲍鱼育种基地——福建省鲍鱼遗传育种中心。该中心保存有鲍鱼种类7个、国家级鲍鱼新品种3个、选育品系33个、家系320余个，现已成为我国保有鲍鱼遗传材料最为齐全、制种能力最强的种质资源库。

　　今年1月，农业农村部公布新一轮国家级水产良种场批准名单，福大鲍鱼公司获批为国家级皱纹盘鲍良种场，成为全省首家正式入编“国家队”的水产良种企业。

　　科研团队与企业的强强联手，助力海洋产业欣欣向荣。目前，晋江已形成产值超10亿元的鲍鱼全产业链新业态，建成2个国家级“一村一品”鲍鱼养殖示范村，“金井鲍鱼”入选农业农村部全国名特优新农产品，促进了当地渔业转型升级。

　　福大鲍鱼公司的“试验田”，试出了一条水产种业育、繁、推一体化的产业发展之路，也为水产品育种打了样。

　　“做育种工作要‘顶天’，就是要做最前沿的研究，解决行业里最棘手的难题；又要‘立地’，就是要与产业对接，深入一线，用技术服务社会。”骆轩表示。

　　联合育种

　　焕发“芯”动力

　　量身长、测体重、做心率检查、参加游泳测试……在海水养殖生物育种全国重点实验室，科研团队探索的脚步并未停下，他们为大黄鱼设计了一个个“赛程”，通过人工智能反映大黄鱼的抗性，借“跑步机”选育“运动健将”级别的大黄鱼……

　　育种的道路上，没有最好，只有更好。

　　心率是评估鱼类生理状态的重要指标，而目前主流的鱼类心率测量方法常需要侵入鱼体或需要复杂精细的操作。实验室研究团队在国际上首次将反射型PPG（穿戴式手环手表的心率测量方法）和rPPG（一种通过摄像头测量心率的方法）引入鱼类心率测量领域。

　　近日，相关研究成果“利用光电容积脉搏波描记法可进行非侵入式鱼类心率测量”，在国际实验生物学知名期刊Journal of Experimental Biology上成功发表。

　　“这是一个集成了光发射器和光接收器的光电传感器。”科研人员说着，将一个指甲盖大小的传感器放在大黄鱼身上，通过传感器能检测到大黄鱼活体组织中血液容积的变化，从而得到心率数据。

　　另一种方法，则是通过摄像头来捕捉大黄鱼在心动周期引发的皮肤颜色细微变化而判别，从而为研究鱼类在自由状态下的心率测量提供了基础。“这种方法常用于人类心率和脉搏的远程监测，在鱼类的研究中未曾被报道过。”科研人员说。

　　传统测量方法可能会对鱼造成伤害或操作复杂，而这些非侵入式方法既不会伤害鱼，操作简便，能更高效、准确地测量大黄鱼心率，还能应用在大黄鱼的健壮性育种等方面，为大黄鱼养殖产业的发展提供了重要的技术支持和新的研究思路。

　　非侵入式的大规模测评大黄鱼系统，只是该实验室开发的表型测评精准评价技术装置之一。此外，该实验室还研制了鲍心率性状的精准化测评系统等多套装置。

　　目前，该实验室已构建大黄鱼、鲍、对虾、紫菜种质资源库，创立了一系列种质资源遗传评价技术体系，并且成功培育了一系列水产新品种。

　　联合育种作为一种高效且创新的育种模式，正逐渐成为行业关注的焦点。该实验室与中国水产科学研究院东海水产研究所、宁波市海洋与渔业研究院、广东省农业技术推广中心、广东省鳇鲸海洋生物科技有限公司开启了联合育种。

　　“通过联合育种，我们确定大黄鱼的群体，进行后续研究工作的开展，以实现大黄鱼遗传资源的收集、评估与共享。”柯巧珍说，大黄鱼形态上的差异很难通过人肉眼进行标准化判断，而基于“宁芯3号”液相芯片基因分型平台，对不同海域的大黄鱼基因进行检测和分析，实现对大黄鱼各地理群体进行精准划分，也可以对经过几代选育形成的新品系进行精准品系鉴定，有助于提高育种效率，培育具有良好性状的新品种。

　　为农业现代化安上“中国芯”，把论文“种”进大海，种业创新是推动农业发展的核心动力。湛蓝大海里的鱼、虾、贝、藻产量产值大幅升级、多元发展的背后，是育种技术的不断突破。