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得益于海洋種業技術的不斷突破，福建省“海上糧倉”高質量發展。圖為福建省福州市連江縣黃岐鎮大建村海域的海上養殖一派繁忙。王旺旺 攝
廈門大學鮑魚育種團隊科研人員在晉江福大鮑魚水產有限公司育種車間開展科研。（受訪單位供圖）
海水養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“海上農田”。海洋種業，是海上養殖業發展的“芯片”，是保障“海上農田”“藍色糧倉”的關鍵。福建海洋種業發展水平如何？如何發揮科研優勢，突破海洋水產育種技術？
作為目前我國水產育種領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——海水養殖生物育種全國重點實驗室，聚焦優質、高產、抗病、抗逆的魚、蝦、貝、藻等海水養殖新品種創制及轉化應用，攻關突破種業“卡脖子”關鍵技術，服務國家藍色食品產出與海洋種業發展重大戰略需求。
該實驗室在“大黃魚育種國家重點實驗室”的基礎上進行優化重組，依托寧德市富發水產有限公司、廈門大學、集美大學、福建農林大學共同組建，于2022年11月經科技部批準建設，重組后聚焦海水養殖業重大良種需求，匯集福建省海水養殖生物方向的平臺、技術與人才等，使產學研結合更加緊密，為海水養殖產業高質量發展提供強大的技術支撐。
近日，記者走訪海水養殖生物育種全國重點實驗室，窺探“藍色糧倉”里的種業創新力量。
破解“基因密碼”
創“中國芯”
早上8時，在位于福建省寧德市的海水養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據技術來檢測大黃魚的基因，快速選出優質高產的大黃魚親本，用于大黃魚育種。”柯巧珍說。
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”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、品牌優先、提質養殖、做深加工等舉措，寧德大黃魚從瀕臨滅絕的物種發展壯大為年產值上百億元的富民產業。
然而，多年來，“白點病”一直是大黃魚養殖戶的“心病”，每年秋末、春初大黃魚病多發，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，海水養殖生物育種全國重點實驗室主任、廈門大學海洋與地球學院副院長徐鵬教授帶領團隊，與寧德企業合作，勇闖“無人區”，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，在世界范圍內都是極具挑戰性，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。”徐鵬說，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，結果顯示，大黃魚養殖群體內部存在對刺激隱核蟲感染抗性的個體差異和多態性。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“優等生”。
但如何在不感染魚群的情況下，優中選優，培育“抗病的大黃魚”？
緊接著，徐鵬團隊與寧德市富發水產有限公司開展產學合作，依托大黃魚育種國家重點實驗室平臺，聯合開發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，幫助團隊進行大黃魚海量基因型的準確鑒定，大大提高了抗“白點病”新品系選育工作的準確性和效率。正是借助超級計算機和育種算法，大黃魚“優等生”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殖魚類的刺激隱核蟲病開展技術攻關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殖大黃魚抗病新品種。
2021年年底，團隊進一步開發了具有自主知識產權的“中國芯”——“寧芯3號”液相育種芯片并投入應用，進一步降低基因分型成本、提高基因分型效率，為大黃魚種質資源保護、種業科技創新和種業振興再添“利器”。
全基因組選擇是目前育種領域的前沿技術，要進行全基因組選擇，就要掌握高通量分型技術。隨著研發的迭代，“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”研發成功。徐鵬透露，該芯片在基因分型準確性與“寧芯3號”一致的基礎上，基因分型成本降低一半；基于基因型填充技術，可以高效精準獲取5.5萬多個基因座位的基因型數據，為高效開展大黃魚基因組選擇育種應用提供技術支撐。
8年來，“寧芯”系列芯片技術已推廣至全國9家科研單位和育種企業，已完成18570份大黃魚樣本檢測，新增產值269.265萬元。該系列芯片的成功研發，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展。
攥緊種業“中國芯”，筑牢“海上糧倉”。海水養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，還著力開發“鮑芯”系列育種芯片。
皺紋盤鮑是我國最主要的鮑魚養殖品種，而福建夏季的持續高溫常常造成鮑魚的大量死亡。與國外的鮑魚產品相比，我國的大規格鮑魚產品稀少，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良性狀的鮑品種。
基于皺紋盤鮑全基因組序列及數十萬份重測序數據，廈門大學海洋與地球學院柯才煥團隊用液相探針雜交靶向基因分型技術，開發了皺紋盤鮑40K液相育種芯片“鮑芯1號”，該芯片能夠對不同鮑魚群體的遺傳變異進行有效區分，提高鮑種質育種的效率。
把論文“寫入”海區
讓種業企業強起來
中國是世界第一養鮑大國，我國鮑魚產量占全球的90%，產業鏈年產值約500億元，鮑產業以1%的貝類產量創造了15%的貝類產值，是我國重要的海水養殖貝類。
在靠海吃海的晉江，鮑魚是這里的農業優勢產品，因此，培育優質的種鮑至關重要。
在福建省泉州市晉江市金井鎮南江村海岸邊的晉江福大鮑魚水產有限公司（以下簡稱“福大鮑魚公司”）育種車間，廈門大學高級工程師駱軒正在和公司技術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開展產學研合作，引進了國內頂尖鮑魚育種團隊，當時，還在讀博士的駱軒便是其中一員。“雙方合作從那時起，至今沒有中斷過。”駱軒說。
福大鮑魚公司成立于2006年。2013年，受國內外海鮮消費市場低迷的影響，公司一度出現經營困難，陷入養得越多虧得越多的窘境。
“為什么我們不轉變思路，做鮑魚產業金字塔的頂端，開展商業化鮑魚育種？而且我們本身已經有這樣的科研基礎支持。”駱軒的一句話，“點醒”了企業方。從此，福大鮑魚公司開始了轉型升級之路。
鮑魚是福建水產千億產業的龍頭，年產值200多億元，占全國鮑魚產量的80%。種苗作為養殖業利潤的金字塔頂端，成為晉江企業攻堅的目標。
“這一片原來都是養殖車間，都是養成品鮑，后來我們改成養種鮑、養親鮑，這個單產價值就提上來了。”駱軒回憶道。
在廈門大學科研團隊幫助下，福大鮑魚公司開展了大規模的設備升級改造工作。與此同時，鮑魚種業工程、智能型鮑魚循環水養殖示范基地建設也緊鑼密鼓地展開……
在生物界，鮑魚也存在不能適應自然生態環境而減產或種鮑近親繁殖嚴重導致性狀退化的情況，如何馴化、培育出更具生態競爭力和商業價值的鮑魚新品種？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，才能進行小規模的推廣應用，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，其養殖單產比普通品種提高2倍以上，產值提高3倍以上，得到廣大養殖戶的認可。
眼下，通過開展西盤鮑、綠盤鮑等國審水產新品種的示范應用及皺紋盤鮑“福海1號”新品系的研發，企業在鮑魚苗種產品高中低三個層次的產品體系實現了全覆蓋，形成年產新品種鮑苗1000多萬粒、種鮑50萬粒以上的規模，確保終端市場穩定獲得綠色、安全、健康的鮑魚產品。
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多個鮑魚種質資源群體，牢牢確立了行業領先地位。
“通過開展產學合作，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，團隊建成國際一流、國內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資源庫。
今年1月，農業農村部公布新一輪國家級水產良種場批準名單，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”的水產良種企業。
科研團隊與企業的強強聯手，助力海洋產業欣欣向榮。目前，晉江已形成產值超10億元的鮑魚全產業鏈新業態，建成2個國家級“一村一品”鮑魚養殖示范村，“金井鮑魚”入選農業農村部全國名特優新農產品，促進了當地漁業轉型升級。
福大鮑魚公司的“試驗田”，試出了一條水產種業育、繁、推一體化的產業發展之路，也為水產品育種打了樣。
“做育種工作要‘頂天’，就是要做最前沿的研究，解決行業里最棘手的難題；又要‘立地’，就是要與產業對接，深入一線，用技術服務社會。”駱軒表示。
聯合育種
激發“芯”動力
量身長、測體重、做心率檢查、參加游泳測試……在海水養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，他們為大黃魚設計了一個個“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的重要指標，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域。
近日，相關研究成果“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”，在國際實驗生物學知名期刊Journal of Experimental Biology上成功發表。
“這是一個集成了光發射器和光接收器的光電傳感器。”科研人員說著，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，從而得到心率數據。
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的皮膚顏色細微變化而判別，從而為研究魚類在自由狀態下的心率測量提供了基礎。“這種方法常用于人類心率和脈搏的遠程監測，在魚類的研究中未曾被報道過。”科研人員說。
傳統測量方法可能會對魚造成傷害或操作復雜，而這些非侵入式方法既不會傷害魚，操作簡便，能更高效、準確地測量大黃魚心率，還能應用在大黃魚的健壯性育種等方面，為大黃魚養殖產業的發展提供了重要的技術支持和新的研究思路。
非侵入式的大規模測評大黃魚系統，只是該實驗室開發的表型測評精準評價技術裝置之一。此外，該實驗室還研制了鮑心率性狀的精準化測評系統等多套裝置。
目前，該實驗室已構建大黃魚、鮑魚、對蝦、紫菜種質資源庫，創立了一系列種質資源遺傳評價技術體系，并且成功培育了一系列水產新品種。
聯合育種作為一種高效且創新的育種模式，正逐漸成為行業關注的焦點。該實驗室與中國水產科學研究院東海水產研究所、寧波市海洋與漁業研究院、廣東省農業技術推廣中心、廣東省鰉鯨海洋生物科技有限公司開啟了聯合育種。
“通過聯合育種，我們確定大黃魚的群體，進行后續研究工作的開展，以實現大黃魚遺傳資源的收集、評估與共享。”柯巧珍說，大黃魚形態上的差異很難通過人肉眼進行標準化判斷，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，實現對大黃魚各地理群體進行精準劃分，也可以對經過幾代選育形成的新品系進行精準品系鑒定，有助于提高育種效率，培育具有良好性狀的新品種。
為農業現代化安上“中國芯”，把論文“種”進大海，種業創新是推動農業發展的核心動力。湛藍大海里的魚、蝦、貝、藻產量產值大幅升級、多元發展的背后，是育種技術的不斷突破。
責任編輯：黃伉玎 劉子超
