1、计划类别： 科技支撑计划- 指南代码： 1011 申报 ID 号： 江苏省科技计划项目申报书( 科技支撑计划 )江苏省科学技术厅二一一年 一、立项依据1、本项目国内外科技创新发展概况和最新发展趋势仿刺参(Apostichopus japonicus Selenka)，俗称刺参，属棘皮动物门(Echinodermata)，海参 纲( Holothuroidea)，楣手目 (Aspidochirotida)，刺参科(Stichopodidae)，仿刺参属( Apostichopus)。主要分布于我国的辽宁、河北和山东沿海，而在江 苏连云港市的前三 岛则成为刺参自然分布的最南端。（1）刺参的产业发展
2、现状刺参作为一种珍贵的海珍品被列为“八珍” 之一，在我国现有常见的 21 种食用海参中，刺参科有 4 种，分 别是仿刺参、梅花参、绿刺参和花刺参。而仿刺参因其营养价值最高而成为海参家族的主要海水养殖种类，是中国 21 种食用海参中质量最好的一种，已成为北方海参的主要养殖 对象。近年在山东、河北、 辽宁等地已进行了大面积的养殖， 据不完全统计， 产业规模已达 500 多亿。2010 年江苏省刺参养殖面积达到 101 公顷，产量为 199 吨，而辽宁高达86624 万公顷， 产量为 59764 吨，山 东也高达 59463 公顷， 产量为 66300 吨。江苏连云港前三岛海域作为刺参自然分布的最南
3、端，具备我省稀缺的近海清洁海域资源，有着最适宜刺参生长 的条件。近年来，我省已 陆续 开展了刺参的养殖和研究工作。2010 年连云港市海珍品增养殖 试验场在连云港海域进行的刺参沉箱养殖试验喜获成功， 为在江苏 近海海域进行刺参养殖探索出一条切实可行的道路。连云港海域刺参养殖的成功极大的推动了我省刺参养殖的发展，民间投资海参养殖热情激增，连云港市仅 2011 年度就新发展刺参沉箱 500 只，南通也开展了投资规模达 1.2 亿的刺参养殖建设，产业发展显著提升，在江苏省“ 十二五”渔业发展规划中明确将海参作为江苏渔业发展新的增长点。与如此之大的海参产业规模相比，养殖刺参的种质状况令人忧虑，目前养殖
4、刺参大多缺乏经过人工选育、性状 稳定、适宜当地或其它海域大面积推广的主流养殖品种。与种植业、畜牧 业人工育成的品种相比，刺参养殖的主要 对象仍是未经遗传改良的野生种或是野生种累代的家养种。各刺参种苗生产单位使用当地野生群体和养殖群体作为繁育亲本，在养殖 过程中由于长期使用单一种质资源和其他原因，出现生长速度 缓慢，品 质下降等种质退化问题。 为此近年一些企业引进其他海域刺参以及国外如日本北海道海参、俄罗斯远东日本海海域刺参等进行养殖，取得了一些成效，但是由于缺乏有效的选育手段，往往出 现引种后前几年效果良好，随着时间的推移，种质逐渐退化，养殖效果堪忧。与北方区域相比，江苏刺参的养殖规模和水平还
5、很落后, 2010 年江苏省刺参养殖面积达到 101 公顷， 产 量为 199 吨， 仅为山东、 辽宁的千分之三左右。除产业发展和政策支持方面的原因外，其主要原因是江苏有关海参方面的科研工作开展的相对较少，据不完全 统计仅连云港市海洋与水产科学研究所进行过刺参育苗、海区增殖和工厂化养殖等相关方面的研究与应用，而有关刺参优良品种选育和配套高效养殖技术研发方面还有显不足，亟待开展相关研究工作。（2）刺参的种质资源与遗传育种研究现状目前，有关仿刺参的研究，国内外报道主要集中在养殖技术和人工繁殖方面，随着产业规模的增长，种质 的瓶颈问题的凸显，国内一些科研院所开展了刺参种质方面的相关研究。国内辽 宁和
6、山东分别针对刺参的育种开展了一定的工作，在海参的新品种选育领域，目前 仅有辽宁省选育的一个品种“ 水院1号”，系2000年常亚青等利用引进的俄罗斯远东日本海海域刺参与中国大连本地刺参进行的杂交品种。该成果表明杂交刺参在生长率、成活以及品质上均显示了较大的优势。但该品种的最大缺点是不适合在南方推广，在耐高温方面不具有优势。栾生等人对刺参耳状幼体体长遗传力进行了估计，但对后期的生长性状未见有连续的跟踪研究。因而，当前刺参的选育研究仍然处于摸索阶 段， 对刺参系统选育工作还没有真正展开。江苏沿海大部处于南黄海区域，水温偏高是刺参在我省沿海进行大规模高效养殖的主要影响因素。温度是刺参生长的重要限制因子
7、,过高或过低均会导致刺参休眠，乃至死亡。研究表明刺参适宜的生长温度 为10-20 之间,并与个体规格有关,规格越大适宜的生长温度相对越低，稚参培育期间适宜水温为15-25; 2cm幼参生长 最佳温度为19-20 ；5-15cm 刺参生 长最适温度为10-15 ，20开始夏眠。据新闻报道，山东省2009年农业良种工程重大 课题“ 速生抗病耐高温刺参良种选育” 开展了刺参的耐高温 选育研究， 结果显 示经选育出的耐高温刺参苗种具有良好的耐高温性能，选育的耐高温刺参与常温刺参相比可提前 17 天解除夏眠，耐温性提高约 1。据国家海洋局资料显示，从1976年至2000年这25年当中，黄海的温度以每年0
8、.068摄氏度的上升速度，在不停增加着。据 气候变化国家评估报告预测，未来50年-80年，气候 变暖将使中国平均气温升高 2-3。中国是全球变暖特征最显著的国家之一，近百年的增温幅度已达0.5 -0.8，略高于全球平均。 江苏所处的南黄海比北黄海年平均温度高2-3，比渤海高 4-5。从海域适应和应对全球气候变暖的趋势来看，1的耐温性 难以满足实际需要，因而该品系刺参苗也不太适合江苏等海域较高水温的养殖使用。经典育种技术如杂交育种和定向选育是水产动物育种的重要手段。大多数水产养殖新品种均是通过传统的选育手段获得的，如团头鲂“ 浦江”系列品种，罗非鱼不同品系、中国对虾“黄海 1 号”等水产新品种。
9、但传统选育技术的主要缺点是选育周期长，选择的群体数量大，工作量大，要求的人力物力较大，而且选择的效率低下。随着现代生物学技术的发展，水 产动物 遗传育种技术也得到了进一步发展，其中分子标记辅助育种（MAS ）因其针对性强，速度快，选育周期短，选择效率高，亲本的遗传力高，从出现起就显示出了旺盛的生命力。目前新开 发的水产品种多是通过传统选育结合分子标记辅助育种而进行的综合育种技术。在亲本选择与性状遗传力评估方面，BLUP （最佳线性无偏预测模型）技术因其可更好地对环境影响因素进行校正、充分有效地利用所有亲属的信息、校正由于选择交配所造成的偏差、能同时对来自不同群体、不同世代的个体进行育种值估计和
10、比较以及能进行大规模的遗传评定等一系列优点而成为育种学上最近几年的新宠，特别是在挪威对 虹鳟、大西洋 鲑等选育上，取得了理想的效果。国内应用该育种策略开发的新品种则并不多。因此在传统选育的基础上，以选择为基础，以耐高温性状和分子标记建立连锁关系， 经过杂交和 BLUP 评估，最终选育出耐高温仿刺参抗逆品系，具有极高的可行性和先进性。本课题 的立项研究，充分 发挥江 苏沿海土著品种的优势，建立刺参选育技术平台，培育出具有显著地理特性、生产性能优良、耐高温能力 强，适合全省推广的刺参新品系，对于推动江苏刺参产业链可持续性发展，保障刺参养殖业的健康稳定发展具有重要的科学和应用价值。项目完成后大面积推
11、广将会使江苏刺参的良种养殖率与养殖规模得到根本性的改变。参考文献：1 DONG Yunwei, JI Tingting, and DONG Shuanglin. Stress Responses to Rapid Temperature Changes of the Juvenile Sea Cucumber (Apostichopus japonicus Selenka).Journal of Ocean University of China, 2007,6（3）:275-2802 董云伟, 董双林 .刺参对温度适应的生理生态学研究进展.中国海洋大学学报, 2009,39(5):908-9
12、123 孔祥青,丁天宝.浅海吊笼养殖刺参技术.齐鲁渔业,2010,27(3):29-304 董云伟, 董双林, 田相利, 等. 不同水温对刺参幼参生长、呼吸及体组成的影响.中国水产科学, 2005, 12( 1) : 33 - 375 于东祥, 宋本祥. 池塘养殖刺参幼参的成活率变化和生长特点中国水产科学, 1999, 6( 3) : 109 -110.6 于明志, 常亚青. 低温对不同群体仿刺参幼参某些生理现象的影响. 大连水产学院院报, 2008, 23( 1) : 31 -36.7 Yang H S, Yuan X T, Zhou Y, et al. Effects of body si
13、ze and water temperature on food consumpt ion and grow th in the sea cucumber Apostichopus japonicus (Selenka) with special reference to a estivation. Aquaculture Research, 2005, 36: 1085 - 10928 聂鸿涛,李琪,于瑞海.刺参雌核发育二倍体的诱导及其早期生长发育.中国海洋大学学报, 41( 9) : 31-359 Dong Y W, Dong S L, Tian X L, et al. Ef fect s
14、 of diel t emperature fluctuation on growth, oxygen consumpt ion and proximat e body composition in the sea cucumber Apostichop usj aponicus Selenka.Aquaculture, 2006, 255: 514 -521.10 韩承义,林培华谢,河中.南方海区刺参养殖关键技术研究现.代渔业信息,2011,26 (9):32-3311 孙国华,杨建敏,宋志乐.刺参(Apostichopus japonicus)EST 序列中微卫星分布分析及其标记的筛选.海
15、洋与湖沼,2010,41(10):134-13912 李宝泉, 杨红生, 张涛,等.温度和体重对刺参呼吸和排泄的影响.海洋与湖沼,2002, 33( 2) : 182 -1872、本项目研究的目的、意义本项目主要利用杂交育种、BLUP 选择育种和分子标记辅助育种等现代生物技术相结合的方式，对天然刺参品系定向 选育与改良，改良其对不良环境的适应能力，培育抗高温，适宜江苏大规模推广的优良刺参养殖品系。该项目的成功立项有着重要的意义：（1）提升海洋经济的发展。海水养殖业是我省海洋经济发展的重要支柱产业之一，而刺参是优质海珍品，大力发展刺参养殖，开发出适合在江苏推广的优良刺参品种，提升江苏水产养殖业的
16、发展质量，均具有重要的经济效益和社会效益。江苏省“十二五 ”渔业发展 规划明确将海参作为江苏渔业发 展新的增长点，大力发展以海参为代表的海珍品养殖，提升海洋经济发展。（2）提升人民的生活水平和幸福指数。随着科学技术的进步和人们生活水平的不断提高，海参在营养保健和医疗功效等方面的作用逐渐为世人瞩目，海参等高端水产品的逐步丰富，对 提高江苏人民的生活质量和幸福指数、优化水产品品种结构，丰富居民菜篮子工程，均具有重要的作用。因此大力开展以刺参为代表的海珍品养殖已成为江苏沿海水产养殖业的重要发展方向。（3）提高江苏省的水产科研水平。在高起点上，立足江苏优势，将 经典育种技术和现代育种手段相结合， 选育
17、出适合在江苏及其以南沿海地区养殖的耐高温快速生长刺参新品种，是当前刺参研究领域的重要方向，这对于推动江苏刺参产业链可持续性发展，保障刺参养殖业的健康稳定发展具有重要的科学和应用价值。3、本项目研究现有起点科技水平及已存在的知识产权情况课题组人员多年来一直从事过三疣梭子蟹、锯缘青蟹、对虾等甲壳类多个经济品种的遗传育种技术的研究，对蟹、 虾、贝类等微 卫星技术的开发和应用工作以及微卫星富集文库的构建和微卫星引物的筛选方面积累了丰富的经验。上世纪 80 年代末就开展刺参的人工育苗研究，并进行刺参的人工增殖试验，2004 年承担市级科研项目“ 刺参工厂化育苗技 术研究” （NY0411），2008 年
18、承担连云港市科研项目“刺参工厂化高效养殖技术研究” （CN0829），积累了一定的刺参增养殖相关技术和经验，取得了较好的成绩。课题组人员参与了国家“863” 、农业部、教育部和省市方面的相关课题，已经在刺参、栉孔扇贝、虾夷扇贝、海胆和 皱纹盘鲍等品种的 杂交育种方面取得良好进展，积 累了极其丰富的成功经验，并 拥有多项科技成果。此外，项目组人员承担的国家自然科学基金项目“刺参耐盐度调控基因的 筛选与功能验证研究”（41106128）也已积累了相关的研究材料，可在耐高温性状选育方面提供试验方法上的借鉴。目前，已收集到刺参的不同地理群体（包括大连土著刺参群体、低 盐群体、俄罗斯群体等）并进 行了群
19、体遗传结构分析，为土著刺参引入外血的杂交育种工作提供试验材料和分子水平的数据支持。综上所述，本项目的完成将处于国内领先水平，目前还未见国家原良种委员会审定推广的刺参耐高温抗逆新品种。因此，项目成果将具有很强的推广应用前景。4、本项目研究国内外竞争情况及产业化前景目前国内外开展刺参育种研究的仅有两家单位，但开展耐高温抗逆品种选育的还未有成果，项目完成后开发的刺参耐高温抗逆新品种，具有极强的竞争力，可在江苏及以南沿海地区进行大面积推广养殖，具有广阔的市场空间，预计每年刺参的养殖规模和产值将以至少 20%的规模和产值递增，使因此，在江 苏省开展刺参耐高温抗逆品系选育有着良好的经济前景，能够带来巨大的
20、经济效益和社会效益。二、研究内容1、具体研究开发内容和要重点解决的关键技术问题（一）研究内容 （1）刺参耐高温天然种质资源的发掘a 对福建、浙江、江 苏 3 个养殖群体与山东、辽宁 2 个野生群体进行耐高温能力评价;b 结合 1 龄群体的生长性能、遗传结构和遗传多样性状况，综合评价这 5 个群体的种质资源状况;c 初步筛选出耐高温 选育基 础群体，为群体杂交选 育提供基础。（2）耐高温 F1 家系的建立a 通 过生长 性能、高温抗逆性和遗传资源等多方面因素进行评价，筛选出的选育基础群体，并进行群体 间杂交；b 建立正反杂交群体，用于杂交的亲本，每个群体至少 30 个；c 建立家系 30-50
21、个，开展多组合杂交家系研究。（3）耐高温性状连锁的分子标记开发a 建立刺参基因 组文库;b 开发刺参卫星标记 80-100 个;c 对耐高温家系内的个体及其亲本应用微卫星标记进行基因扫描，建立耐高温性状联锁的分子标记。（4）耐高温性状及其家系的评估筛选a 定期测定刺参 亲本在养殖期内（即 1 龄起）（1-2 个月）其生 长性状，体长、体宽、体高、体重、刺长、刺数等数据；b 定期测定 F1 群体和家系相关表型数据；c 应用 BLUP 模型中的精细模型（半同胞家系）评估各家系内个体的遗传力，群体选育采用群组育种模式进行，计算个体的遗传力，筛选出真正的耐高温家系。（5）杂交 F2 代耐高温刺参的选育
22、与评估a 结合分子标记对 从 F1 家系及群体中筛选出的 ，性状良好的耐高温个体，进行验证；b 建立 F2 代家系和群体，同步骤（4）定期测定各项指标；c 对 F2 代的遗传力进行计算，最终选定表型优良、耐高温的刺参 F2，作为新品种推广的亲本，进行大规 模育苗和推广。（二）解决的关键问题（1）提高成体刺参的耐高温能力，使夏眠温度由自然状态 20提高到 22，从而使刺参生长期延长 40 天以上，生长速度提高 15%以上，适宜养殖地区扩展到浙江南部沿海；（2）建立刺参耐高温品的分子标记，从而大大提高育种效率，缩短育种周期。（3）建立刺参耐高温选育的技术体系及高温品系的养殖技术标准，为项目的推广和
23、应用提供科学依据。2、项目的特色和创新之处；项目的特色：（1）将 MAS、 BLUP 与传统的选择育种、杂交育种技术结合起来，开展仿刺参品种选育，大大提高育种效率，是项目的主要技术 特色分子标记辅助育种技术具有显著的育种有效性，将目标性状与基因标记联锁，选育的 针对性强。而在亲本性状选择与性状遗传 力评估方面， BLUP 技术能够更好地对环境的影响进行校正，最充分有效地利用所有亲属的信息，校正由于选择交配所造成的偏差，同 时对来自不同群体、不同世代的个体进行育种值估计和比较，能 进行大规模的遗传评定，使得育种的有效性得到了保证。而 传统选育在育种实践中已被证明是使经济性状得到纯化和提高的最主要
24、手段，因此，本项目将几种育种方法集合起来，用其各自的优点，使育种的效率更高，目 标性更强。（2）开展仿刺参的多性状复合育种，在育种策略上是项目的又一大特色由于养殖业中面临的问题是多方面，需要整体考虑解决这些问题，因此近年来育种学家们提出了多性状复合育种的思路。该多性状复合育种技术的实践内容目前主要集中在生长快、成活率和抗逆等三个内容上，对于仿刺参来说，如何延长生长时间成为提高其养殖效果的重要目标，而耐高温能力的提高，一是延长其适宜生长时段，二是提高其抗逆性。因此耐高温为选 育目标，同 时兼顾生长性能的复合性状育种成为仿刺参育种的重要目标，是本项目研究的另一大特色。项目的创新点：（1）首次在刺参
25、育种中开发出耐高温性状联锁的分子标记，从而指导定向选育，这是 项目的创新点之一。项目开发刺参的微卫星标记，将其进行联锁分析，从中找到与耐高温性状联锁的标记，以达到利用分子 标记辅助育种之目的，在刺参育种中具有首创性，将会形成具有自主知识产权的育种技术和新品种。（2）首次使刺参的夏眠温度较自然群体提高 2，大大拓展和提升养殖品种的适应性和经济性状及其养殖区域，这是项目的重要创新点。使夏眠温度由自然状态 20提高到 22，从而使刺参生长期延长 40 天以上，生长速度提高 15%以上，适宜养殖地区可以扩展到浙江南部沿海，对于海参产业的发展有着重要意义，同时 也是项目的重要创新点。3、要达到的主要技术
26、、经济指标及社会、经济效益。要达到的主要技术指标：（1） 实现刺参品种的遗传改良，培育出适合江苏大面积推广的耐高温优良品种（系）1-2 个；（2）突破刺参的夏眠温度不超过 20的难题，使选育的品系夏眠温度 较自然群体提高到 22；（3）选育的新品系其生长速度较未选育品系提高 15%；（4）刺参耐高温联锁的分子标记的开发；经济、社会效益：（1） 建立具有显著耐高温抗逆仿刺参家系 1-2 个，项目成果转化后，使良种年均覆盖率达 20%以，推广面积年增加 15%以上，刺参的年产值增加 20%以上。（2） 在连云港初步建立刺参人工育种基地与产业化繁育基地 1 个。三、研究试验方法、技术路线以及工艺流程本项目的实施方案及试验方法如下：（1（ 试验基地建设本项目将在连云港市海洋与水产科学研究所的研究基地内建设标准化的小围格（2m2m ）60 个，开展刺参的引种、人工繁殖与家系选育研究。（2（ 基础群体构建通过对福建、浙江、江苏养殖群体与山东、辽宁野生群体共 5 个群体的一龄刺参各 200 头，进行耐高温能力评价，初步 筛选出耐高温选育基础群体。（3（ 高温胁迫与种质资源评估 设置温度梯度，进行高温胁迫设置两种高温胁迫模式：
