为了让大家实现大黄鱼自由育种学家经常用手敲击养鱼桶徐鹏-农兜网

2022年11月20日，“科普中国-我是科学家”第40期“种子的故事”现场，厦门大学海洋与地球学院教授徐鹏带来演讲《千鱼千寻》。

徐鹏演讲视频：

以下为徐鹏演讲实录：

大家好，我是厦门大学海洋与地球学院的徐鹏，非常高兴能跟大家分享我和我团队在大黄鱼抗病育种方面的研究进展。

在讲大黄鱼的故事之前，我想先介绍一下水产养殖产业和蓝色食品，蓝色食品也就是餐桌上经常能接触到的鱼虾贝藻等水产品。在全世界范围来讲，蓝色食品越来越多地成为人类优质蛋白的重要来源。根据联合国粮农组织FAO的统计，全世界目前人均水产消费量大概是21公斤每年，有很多国家，超过20%的动物蛋白来自于渔业。

蓝色食品越来越多地成为人类优质蛋白的重要来源 | Pixabay

水产养殖在全世界范围看，都是目前增长最快的食品生产领域。半个多世纪以来，全世界的水产养殖产量快速地增长。二十世纪的80年代之后，渔业捕捞的产量基本上就不再增加了，而人类水产品供给的增量，主要来源于人工水产养殖产业。2014年，迎来了一个重要的拐点，在这一年，水产养殖产量首次超过了捕捞的产量。这是一个里程碑式的节点，人类未来的海鲜自由，更多地可能要依赖人工水产养殖了。

过去半个多世纪，中国的水产养殖产业发展迅速。我们是世界上最大的水产养殖国，养殖产量占全世界的60%，也就是说，全世界养殖的每三条鱼里，就有两条是中国人养的。二十世纪50年代，我们实现了四大家鱼的人工繁殖技术的突破，发展出了繁荣的淡水养殖产业。后来，我们又陆续攻克了海带、对虾、扇贝、鲍鱼、海参等海鱼的养殖技术，发展了海水养殖产业。

目前中国人均水产品的消费量，大约是46公斤每年，比刚刚提及的全世界人均消费量21公斤，要高两倍多。这些成绩的取得，跟过去半个世纪以来中国的水产科学家，还有水产养殖从业者的不懈努力是分不开的。

徐鹏和大黄鱼 | 徐鹏供图

作为一名鱼类育种科学家，今天我想跟大家分享一下，我们在大黄鱼抗病育种方面的故事。

大黄鱼曾经是中国东海的四大海产之首，每年春季都会在东海，福建浙江等地区形成鱼汛，历史上一直也是我国东南沿海地区人民餐桌上的美食。不幸的是在二十世纪70年代，中国的捕捞技术快速进步和没有节制的捕捞，尤其是在繁殖季节进行没有节制的大规模捕捞，导致了大黄鱼渔业资源的迅速枯竭。很快东海地区就面临着没有大黄鱼可捕的境地，野生的大黄鱼价格一度攀升到数千元每斤。

幸而，二十世纪90年代，福建省的宁德地区，在刘家富等老一代的科学家和水产科技工作者的努力下，中国实现了大黄鱼全人工的繁殖。随后，又实现了规模化的海上网箱养殖，大黄鱼养殖产业开始快速发展，目前已经连续八年蝉联我国养殖产量排名第一的海水养殖鱼类。

大黄鱼养殖产业发源于福建宁德地区，也高度聚集在福建宁德地区。目前，全国大黄鱼有25万吨的养殖产量，仅宁德地区就贡献了19.1万吨，也就是说有80%的大黄鱼来自于福建宁德。所以说宁德地区，是名副其实的“大黄鱼之都”，为宁德当地渔民的脱贫致富做出了巨大贡献。

不过，高速发展和繁荣的大黄鱼养殖产业，目前也面临着很多瓶颈，其中最重要的一个威胁就是病害问题。大黄鱼的养殖高度聚集在近岸的封闭海湾中，养殖密度比较高，水交换条件也不是很好，导致了各类的病害频发。

其中最为臭名昭著的，就是被称之为体表白点病的寄生虫病。白点病是是由刺激隐核虫引起的寄生虫病。它是一种原生动物纤毛虫，大量寄生在大黄鱼体表，引起患病大黄鱼大规模死亡。多年来，因为在开放的海区进行养殖，渔民一直缺乏必要的药物，或者疫苗等有效防控手段，白点病一直是养殖户挥之不去的魔咒。

白点病一直是养殖户挥之不去的魔咒 | 新闻截图

2016年我到福建宁德地区调研，当地的养殖企业还有技术人员就问我：徐教授，你是做鱼类育种的，那有没有可能培育出抗刺激隐核虫、抗白点病的大黄鱼新品种，来应对产业严重的病害威胁？产业有需求，那我们育种科学家就要有响应，就要拿出解决方案。所以从那天起，我们就决定了，我们团队将以这个方向作为主攻目标。

但是鱼类的抗病育种，尤其是这种非常复杂的寄生虫病的抗虫育种，在全世界范围内都是非常困难的，必须认真地计划。育种工作有很多种不同的技术路线，针对像大黄鱼这样的各方面研究还都比较薄弱的物种，我们认为选择育种应该是相对可行的技术路线。

什么是选择育种？在生物群体中，有各种各样的表型性状，选择育种就是通过千挑万选，把非常适合选留的性状挑出来，去繁殖后代。打个比方，在一群红鲤鱼、绿鲤鱼中，如果我们很喜欢红色，那就可以有意识地选留红色的个体去繁殖后代，最终逐渐地纯化，形成红鲤鱼的群体。

在现实生活中，金鱼就是非常典型的例子。金鱼大家不陌生，但或许很少有人知道金鱼是从野生鲫鱼中选育出来的。在过去的数百年内，我们对野生鲫鱼的体色、鳞背、尾鳍，以及头部的肉瘤、水泡等等性状进行选留，最终培育出现在深受喜爱的金鱼品种。

金鱼 | Wikimedia Commons，Lerdsuwa / CC BY-SA 4.0（https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0）

不过，大黄鱼的抗刺激隐核虫的表型，我们看不见摸不着，没有办法像培育金鱼那样，利用肉眼很快地去鉴定。所以说，如何测评大黄鱼抗病的表征，是我们团队面临的第一个大的挑战。

下面这张图，展示了刺激隐核虫非常复杂的生活史。它寄生在大黄鱼的体表，形成了滋养体，寄生虫就躲在滋养体中，吸收大黄鱼体表的营养不断地长大。经过几天时间，滋养体就会脱落成为包囊前体或包囊，沉入水底，或者附着在网箱的网衣上，当环境合适时就快速地孵化，释放出数百个长满纤毛的幼虫。这些幼虫在水中可以自由地游动，在碰到大黄鱼的时候，就会重新寄生到大黄鱼的体表，进行下一轮的感染周期。

刺激隐核虫非常复杂的生活史 | 李信伟，江飚，但学明，李安兴，鱼类抗刺激隐核虫感染的黏膜免疫研究进展，水产学报，2019, 43(1）；徐鹏团队略有修改

这么复杂的生活史，其实对我们做遗传育种研究的团队来讲，是一个很大的挑战。幸运的是，我们找到了做寄生虫病害防控的科学家团队。在他们的帮助下，我们很快就驯服了这个非常难缠的小虫子。在实验室里，我们可以让它休眠就休眠，让它孵化就孵化，还能定时定量地感染大黄鱼。

于是，我们开始在一个很大的群体中，对成千上万条的大黄鱼进行人工感染，有些鱼在这种试炼下，感染十几个小时以后就会快速死亡，但是也有一些个体，一直可以坚持到实验结束，甚至我们还观察到有相当比例的个体，根本没有感染。

下图是大黄鱼群体内部死亡时间的分布图，这个图告诉我们：在大黄鱼群体内部，对于刺激隐核虫的感染的抗性和耐受性，存在着非常显著的多样性。

大黄鱼群体内部死亡时间 | 徐鹏供图

生物群体内部丰富的表型多样性，其实往往蕴含在其基因组内部。就拿大黄鱼来讲，它的基因组由9亿多个碱基组成，有超过2万多个功能基因，目前我们通过分析，已经发现有上千万个遗传多态性的基因座位。所以说，哪怕两条一模一样的大黄鱼，还是能检测到非常丰富的、在DNA序列上的多样性。

而这些遗传多样性的位点，往往是表型差异的遗传基础。因此进行遗传育种，除了进行抗性、耐受性这种选择，还可以直接对基因型进行选择，必然会更加高效、准确、迅速。

当然了，对大黄鱼进行数万、数十万个遗传多样性的位点检测，也是一个很大的挑战，我们称之为海量的基因型高通量检测的挑战。我们实验室经过多年努力，成功开发了大黄鱼的基因型的检测分型芯片，称之为“宁芯”系列育种芯片。只要剪下一块小小的鱼鳍，提取DNA，就可以在一个小小的二氧化硅的芯片上，进行数万、数十万个大黄鱼基因座位的检测。

“宁芯”系列育种芯片 | 徐鹏供图

解决了大黄鱼抗病的表型，还有高通量海量的基因型鉴定，我们就可以开足马力，从成千上万条大黄鱼中挑选抗病能力最强的个体。

首先，我们在一个由数千条大黄鱼组成的参考系群体中，进行人工的感染，去测评它们感染以后的抗性和耐受性，获取它们的表型数据。同时，我们也从每条大黄鱼身上剪下小小的鳍条，检测DNA中数万个基因座位的基因型。我们会把这些海量的表型和基因型数据，在超级计算机上，利用育种算法进行大数据运算，获取每一个基因座位跟它的耐受性、抗性的统计学上的关联。

随后，我们选择大黄鱼的亲鱼群体，也就是上千条鱼爸爸、鱼妈妈组成的繁殖群体。对繁殖群体，我们会精心地呵护，不会让它沾染任何的寄生虫以及其他的病害，只是利用基因芯片进行基因型的检测。接着，我们还是在超级计算机上，根据参考系群体建立的数据，计算每一条亲鱼的基因组育种值。这个值越高，意味着潜在的抗性和耐受性就越强。所以，最后我们会从亲鱼群体中，挑选出育种值非常高的亲鱼个体，利用这些千挑万选出来的鱼爸爸、鱼妈妈来进行繁殖。

2019年春天，我们成功培育了第一代抗刺激隐核虫的大黄鱼新品系。随后，在2019年的七月份，我们对这些选育出的后代进行了人工感染的测评。非常可惜，那年的七月份正好我有一个非常重要的国际会议，所以没有办法参加这个非常关键的测评考试。大家可以想象我那种焦虑，我们做了好多年的实验，终于要到了揭晓答案的时候，我却不能在现场。

我清楚的记得那天是7月18号，我在香港机场转机的时候打开了微信。在宁德鱼苗场一线的研究生同学，给我发来了一个视频。大家可以先来看看这个视频。

大黄鱼对声音刺激非常敏感，所以在平时的选育工作中，我们经常用敲击水桶或桶壁的办法，用声音刺激，去看它们的应激性和活力。视频里拍摄的第一组大黄鱼，是没有经过选育的对照组，可以看到，这些大黄鱼在刺激隐核虫的感染刺激下，已经奄奄一息，对敲击几乎没有反应。而第二组拍摄的抗虫选育系大黄鱼，在同样的声音刺激下，反应非常灵敏，仍然活力十足。

所以说，当时看到这个视频，我非常地高兴。经过严谨地计算以后，我们发现，抗虫选育系大黄鱼的成活率相比对照组，提升大概49%左右。拿到这样一个结果，我在后边的航班中，真的是美美地睡了一个好觉。

第二年，我们又把整个的育种技术体系，用在了一个独立的、平行的选育群体中，也得到了非常一致的结果。抗虫选育系的成活率，仍旧获得了非常显著的提升。

抗虫选育系的成活率，仍旧获得了非常显著的提升 | 徐鹏供图

去年，我们还把育苗室里抗虫选育系的幼鱼，转移到了开放海区，在养殖的渔排上、网箱上，进行了复杂养殖环境下的对比养殖实验。最终，“宁抗1号”的抗虫选育系，与对照系相比，综合成活率提升了85%左右。

这两年，我们也将抗虫选育系的鱼苗，交给一些养殖的个体户进行试验性地养殖，并且对个体户进行随访。

其中，有一个养殖户叫俞大姐。俞大姐夫妇两人，长期生活在三都澳海上的渔排，他们家有150口左右的大黄鱼养殖网箱，这是他们全家所有的投资，也是他们全家的收入和生计所系。她给我们反馈说，“宁抗1号”表现非常好，减少了鱼的病害。她朴实地说，我们未来如果能给她提供“宁抗1号”的苗，她将全部养殖 “宁抗1号”的苗！

俞大姐家的网箱 | 作者供图

能得到朴实的一线养殖渔民的肯定，是对我们这个团队多年努力的表扬和鼓励。我们的工作也得到了同行的肯定，“宁芯”系列育种芯片已经在多个大黄鱼的育种实验室里推广，不同的实验室，围绕着抗病、抗逆、品质、营养等多个性状，建立了密切的联合育种的合作。大家都在开足马力，希望能够选育更加优秀的、适合于产业使用的大黄鱼良种。

当然了，这些成绩的取得，跟我们团队内部非常优秀的青年科学家，以及硕博士研究生的努力和付出是分不开的。我经常开玩笑说，他们是上得厅堂、下得厨房。既可以在实验室里一本正经地做基因组、人工智能和基因操作等各种各样的实验，又能到一线的养殖场，坚守在宁德的鱼苗场和海上渔排，耐得住寂寞，做大黄鱼的接生婆、助产士、饲养员，陪着大黄鱼度过一个又一个不眠之夜。