中国水产科学研究院黄海水产研究所2022年度科研重大进展

　　2022年，中国水产科学研究院黄海水产研究所深入贯彻党的十九大、党的二十大精神和习近平总书记关于科技创新的重要指示，坚持“四个面向”，激发创新创造活力，在渔业资源与生态环境、种子工程与健康养殖、水产加工与质量安全等领域取得了一系列新成果和新突破，为推进现代渔业绿色高质量发展作出了重要贡献。

 

　　经所属各科研部门推荐和专家评选，共遴选出14项重要科研进展，其中4项入选中国水产科学研究院2022年科研重大进展。

 

　　入选中国水产科学研究院院级科研重大进展成果四项

 

 

　　黄海水产研究所凡纳滨对虾和中国对虾遗传育种创新团队针对凡纳滨对虾和中国对虾两个重要养殖种类，建立了具有自主知识产权的新品种创制与繁育关键技术。该成果进一步创新了高通量表型和基因型测定技术，选育出长速快、抗性强的新品种1个、新品系3个，研发出双循环养殖系统和亲虾强化配合饲料，首次大规模培育出SPF种虾，打破种源受制于国外的困境。

 

　　该研究首次建立了水产动物竞争性环境下社会交互行为的遗传评估新技术，发现家系间接遗传效应的强重排序效应；复合表型、基因型和系谱，国内外在虾类群体中率先建立了一步法基因组BLUP选配种体系，对饲料转化率、WSSV和VpAHPND抗性的选择准确性大幅提升，最高达123%。基于鉴定出的重要经济性状关联SNP位点，研发出首个凡纳滨对虾液相芯片“黄海芯1号”（55k）；研制出基于深度学习算法的活体对虾高通量表型测定系统2套，多性状同时测量效率提升100%；集成以上技术选育出“海兴农3号”新品种1个、“邦普”系列新品系3个。研发出种虾循环水养殖、健康微生态系统调控和繁殖性能营养调控工艺并首次大规模培育出SPF种虾。建立了中国对虾与多物种混养的绿色、健康海水池塘养殖技术工艺。

 

　　该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、院科技创新团队等项目支持。

 

 

　　黄海水产研究所大菱鲆和石斑鱼遗传育种创新团队利用规模化家系选育、分子标记辅助育种和配套系杂交育种技术，培育出速生耐高温大菱鲆“多宝2号”新品种（GS-02-004-2022）。以优良品种推广为主线，配套适宜网箱和工厂化养殖模式的实用技术，在山东、江苏、福建等沿海地区进行了产业化示范推广，周期单位产量提高15%以上，实现了规模化优质苗种的稳定供应，在大菱鲆主产区高温季节为促进大菱鲆产业进一步发展提供了保障。

 

　　该研究以英国、法国、丹麦和挪威引进的大菱鲆为基础群体，以耐高温和生长速度为选育目标性状，经过一代群体选育和三代连续家系选育，选育出耐高温核心育种群和快速生长核心育种群，采用配套系杂交制种培育出大菱鲆“多宝2号”新品种。在相同周年养殖条件下，经过高温养殖期与未经选育的大菱鲆相比，体重平均提高30.63%，养殖成活率平均提高26.70%。“多宝2号”是我国海水鱼第一个耐高温国审新品种，良种推广可促进北方工厂化养殖达到节能环保养殖、扩大养殖范围延长南方网箱养殖期的目的，也可以减少由于夏季水温过高导致的大菱鲆疾病的爆发，对解决大菱鲆养殖业中存在的高温耐受性差问题具有重大的现实意义；同时大菱鲆耐高温性状新品种的育种所建立的相关育种技术和评价方法等都可以为未来水产物种抗逆耐高温性状的选育提供参考，促进有更多更好的新品种培育出来，为产业发展做贡献。

 

　　该研究得到国家海水鱼产业技术体系、国家重点研发计划、国家自然科学基金、山东省良种工程项目、院科技创新团队等项目支持。

 

 

　　黄海水产研究所海水鱼类基因组学及分子育种创新团队以我国特有养殖鱼类半滑舌鳎为模型，首次揭示了微生物群落结构、功能和微生物-宿主相互作用在鱼类抗病性状形成中的作用。相关研究成果在《微生物组（Microbiome）》发表。

 

　　该研究基于团队多代选育的半滑舌鳎抗病家系，系统解析了抗病和易感家系肠道菌群的结构功能差异、宿主基因表达模式和菌群-宿主相互作用，发现抗病和易感家系微生物群落结构具有明显差异：抗病家系通过招募有益菌增强抗弧菌感染能力，而易感家系则由于富集了促炎菌而影响了抗病力；肠道菌群可能通过“菌-肠-免疫轴”调控宿主的免疫稳态和炎症反应。在此基础上，进一步筛选到基于肠道微生物和宿主基因组合的生物标志物，可用于半滑舌鳎抗病种质筛选。本研究首次揭示了肠道微生物通过调节宿主免疫稳态和降低炎症反应而调控半滑舌鳎抗弧菌病性状的分子机制，所揭示的“菌-肠-免疫轴”调控模式将有助于理解肠道菌群在鱼类抗病性状形成中的作用，研究成果为开辟鱼类病害防治和良种培育新途径奠定重要基础。

 

　　该研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划、山东省泰山学者攀登计划、院科技创新团队等项目支持。

 

　　4.解析鱼类性别决定与分化的表观调控机制

 

　　黄海水产研究所海洋渔业生物遗传资源评价与合成利用创新团队聚焦鱼类性别决定与分化，开展了多维度、高精度的前沿组学分析，结合分子实验技术在单细胞水平解析了鱼类配子发生的调控机理，首次证实了鱼类性别决定与分化的竞争性内源RNA（ceRNA）调控机制，系统阐明了鱼类性别决定与分化的表观调控网络。研究成果发表在Genome Research、Science China Life Sciences等期刊。

 

　　该研究以兼具遗传和环境性别决定型的半滑舌鳎为模型，绘制了雌鱼卵巢、雄鱼和伪雄鱼精巢的高精度单细胞图谱，首次发现硬骨鱼卵巢中存在多种功能异质的颗粒细胞亚群，揭示了鱼类精子发生过程的基因动态表达特征和伪雄鱼精子发生异常的细胞学基础。进一步绘制了雌鱼、雄鱼和伪雄鱼性腺的ncRNA动态表达图谱和ceRNA调控网络，发现一个来源于性别决定基因dmrt1外显子4上的环状RNA（circdmrt1）和来自于常染色体上的lncRNA（AMSDT）可与cse-miR-196、gsdf形成复杂的双重ceRNA调控关系，解析了ceRNA调控鱼类性别决定与分化的表观遗传机制，证实了ceRNA介导的分子通路是调控鱼类性别决定与分化的有效途径。该研究不仅丰富了鱼类性别决定与分化的表观调控理论，而且为鱼类性控育种技术的研发开辟了新途径。

 

　　该研究得到国家重点研发计划、国家自然科学基金优秀青年基金、国家高层次人才特殊支持计划、山东省泰山学者、院科技创新团队等项目支持。

 

　　入选黄海水产研究所所级科研重大进展十项

 

　　1.黄渤海鱼类早期资源评价与保护研究取得显著进展

 

　　全球变化给海洋生物资源带来了巨大冲击，海洋鱼类也经历着不可逆转的演替。鱼类早期发育阶段受外环境的影响比较大，其资源结构直接决定了资源补充量，是近海食物可持续产出的重要基础。黄海水产研究所黄渤海渔业资源与生态创新团队从保障国家近海生态系统健康和渔业资源可持续产出的迫切需求出发，系统地研究了渤海鱼类早期资源群落结构及长期演替过程，阐明渤海鱼类早期资源已发生结构性改变，且渤海作为传统经济鱼类（带鱼、小黄鱼等）的产卵和育幼场所功能下降明显，渤海鱼类早期资源种数和资源丰度均在2010s前期跌至历史低值，近年来又显著回升；建立了基于多指标的鱼类早期栖息地功能健康评价技术，从生态安全、可持续角度提出了近海鱼类早期栖息地生态补偿标准与保护策略，并集成创新与应用，在我国渔业资源科学养护与管理、水产种质资源保护区建设、海岸带利用与保护规划、中韩渔业谈判中发挥了重要作用。相关成果获2022年海洋科学技术奖二等奖。

 

　　2.科学支撑和推动南极磷虾渔业管理新机制建设

 

　　为应对气候变化及渔业快速发展对南极海洋生态系统带来的不确定性，近年来南极海洋生物资源养护委员会（CCAMLR）全力推进生态系统水平上、以科学依据为支撑的南极磷虾渔业管理新机制建设。黄海水产研究所极地渔业资源开发利用创新团队针对新管理机制建设的科学需求，围绕南极磷虾生物量评估、种群动态评价和生态风险评估等三大模块开展了系统的科学研究。以渔业时空分布特征为依据，提出具备科学性与可行性的南极磷虾捕捞限额小尺度管理单元区划方案；基于我国渔船调查声学数据，填补了重点海域南极磷虾资源量最新的时间序列评估结果；评估了生物学采样时空覆盖对南极磷虾种群动态评价的影响，提出磷虾种群补充参数估算须涵盖夜间采样和早期补充关键海域的调查数据。相关成果以技术性工作文件形式提交至CCAMLR并被采纳，为2022年实现磷虾渔业新管理机制在科学工作组层面获得通过提供重要支撑，充分彰显了我国科研人员对极地渔业资源养护管理的科学贡献。

 

 

　　海洋浮游植物的适应性进化历程及生物多样性形成过程与地球海洋化学演变历史戚戚相关。在海洋中，锌是浮游植物必需的微量元素，支撑着DNA和RNA的复制与调节、光合作用和碳固定等关键基础代谢过程。黄海水产研究所海洋藻类种质创制与利用创新团队以极地最具代表性的且独立进化的三大类模式浮游植物硅藻、绿藻、甲藻为研究对象，发现极地浮游植物基因组中均存在锌结合蛋白基因的扩张，明确了该基因的平行进化与锌需求增加之间呈正相关，且锌指调控蛋白的调控网络增强了极地浮游植物在极地低温和强烈的季节性光照条件下的光合适应能力。该研究整合大洋锌元素分布数据、浮游植物群落构成及宏转录组学数据，揭示了两极海域浮游植物中锌结合蛋白基因和光合固碳等基因的表达与海水锌浓度和温度之间的正相关性，高锌浓度需求是极地浮游植物适应低温环境的重要因素。该研究成果不仅明确了元素锌在驱动海洋浮游植物物种形成与适应性进化中的重要作用，也为评估气候变化下全球海洋锌循环演变趋势提供理论依据。相关成果发表在Nature Ecology &Evolution。

 

 

　　人类活动是近海生态系统演变的重要驱动力，频繁的人类活动导致近海富营养化程度加重，改变浮游生物的群落结构，进而破坏了海洋生态系统平衡。黄海水产研究所海水陆基工厂化养殖创新团队围绕人类活动对近海生态系统影响及浮游植物变化响应，以黄渤海为重点研究区域，基于长期系统的环境调查数据，分析了氮、磷等生源要素的空间变化特征，阐明了莱州湾40年来氮、磷的长期演变规律，评估了水体富营养化水平，解析了陆源污染等影响近海环境变化的关键因素；采用生态风险评估指数阐明了重金属对近海生态环境的潜在风险，研究发现渤海沉积物中重金属镉（Cd）对渤海生态环境健康具有潜在威胁；基于GAMs模型对比分析了黄渤海与西太平洋中分粒级叶绿素的差异，研究发现黄渤海以Nano级叶绿素含量为主，西太平洋以Pico级叶绿素含量为主；揭示了渤海海域浮游生物群落对酸化和暖化等全球气候变化的响应，表现为浮游植物增加、浮游动物减少，研究成果为阐明人类活动对近海生态环境影响、海洋生态系统对气候变化的响应机理奠定理论基础。相关研究成果发表在Environmental Research，Marine Pollution Bulletin和Frontiers in Microbiology。

 

 

　　大黄鱼（Larimichthys crocea）和小黄鱼（L. polyactis）为西北太平洋特有渔业资源，两个物种的体型、产卵洄游路线和越冬场等种群生物学特征迥异，但彼此在东海北部的产卵时间、产卵场和育幼场却有重叠。黄海水产研究所渔业分子生态学团队的早期研究证明，这两个姊妹种在更新世冰川时期发生分离，其分离所为分别位于东海和南海的两个避难所。冰川消退后，两个物种都经历了快速扩张和部分接触，并适应了多样化的环境条件，例如产卵温度和盐度。该团队根据两个物种在重叠分布区域的种群混合现象，提出了黄鱼属的种化可能遵循二次接触的物种形成模型假说。通过绘制高质量的小黄鱼染色体水平基因组图谱，开展了这对姊妹种在演化动力影响下的等位基因改变和分布模式研究，揭示了小黄鱼与大黄鱼基因组的异质性分化景观及其进化机制。本项研究不仅从物种分化的景观基因组学角度解析了小黄鱼和大黄鱼的演化机制，而且为小黄鱼的种群遗传学研究以及基因组育种工作提供了重要的遗传资源。相关研究成果发表在Molecular Ecology上。

 

 

　　针对半滑舌鳎和斑石鲷养殖业中存在的病害频发、舌鳎雄鱼生长慢、斑石鲷雌雄难以鉴别等问题，黄海水产研究所海水鱼类基因组学与分子育种创新团队进行了半滑舌鳎和斑石鲷抗病、生长和性别等性状的遗传基础解析及分子育种技术与新品种创制的系统研究。揭示了半滑舌鳎和斑石鲷抗细菌病性状的遗传基础；发现dmrt1既决定雄鱼性别，又调控生长，阐明舌鳎雄鱼生长慢、个体小的分子机制；绘制半滑舌鳎雌、雄、伪雄鱼生长-生殖轴全转录组和甲基化图谱，发现细胞周期通路激活和hippo信号通路抑制是舌鳎雌雄大小差异的重要原因；揭示了斑石鲷新Y染色体起源与形成机制；研制出半滑舌鳎抗病育种基因芯片“鳎芯1号”，建立了半滑舌鳎抗病性状基因组选择育种技术、创建了基因组编辑育种技术；发现斑石鲷和半滑舌鳎雄性特异分子标记，建立分子标记辅助性控技术；创制抗病高产半滑舌鳎新品种“鳎优1号”和半滑舌鳎基因编辑快大型雄鱼新种质，破解了半滑舌鳎雄鱼长不大的难题。相关研究成果2022年获中国水产学会范蠡科技奖特等奖。

 

 

　　针对刺参产业发展过程中存在的抗逆良种缺乏、苗种培育模式单一、良种覆盖率低等问题，黄海水产研究所棘皮类病害防控与遗传育种创新团队解析了刺参生长、抗病等重要经济性状的遗传规律，采用群体选育和分子标记辅助育种技术，培育出具有生长速度快、抗病力强的“参优1号”国审水产新品种；突破刺参繁殖的精准调控关键技术，筛选出幼体早期培育的新型饵料配方；集成创建了刺参良种高效制种技术体系；研制出新型饲料、投喂装备等专利技术产品和设施设备16项，优化和创建了工厂化、池塘和网箱等多种模式的大规格苗种培育技术。建立了刺参良种生态适应性评价技术和良种与生境互作效益的管理体制；通过融合科研院所、推广站、龙头企业等创新及应用主体，构建了刺参良种育、繁、推一体化技术体系，为“北参南养”和“分段式养殖”模式推广提供了种质支撑，推进刺参种业实现跨越发展。该成果获得青岛市科技进步一等奖、中国产学研合作创新成果一等奖和全国农牧渔业丰收三等奖。

 

 

　　在服务国家“双碳”战略目标的背景下，厘清渔业碳汇的形成机制、研发渔业碳汇增汇模式是亟需解决的科技和产业问题。黄海水产研究所近海生态养殖创新团队在廓清养殖生物生长过程中碳使用、移出、储存和释放的基本过程和机制的基础上，核算并分析了2001—2020年我国海水贝藻养殖驱动形成的使用碳、移出碳、储存碳和释放碳四个碳库数量及其年际变化，基于自主研发的原位海洋酸化实验系统揭示了贝藻综合养殖协同应对海水二氧化碳浓度升高的积极效应；解析了海草床生态系统沉积有机碳的来源及其与贝类养殖的协同增汇潜力，建立了陆基工厂化人工培育幼苗为移植供体的鳗草资源修复新模式，种子至幼苗的建成率达67.8%。研究结果为深入认识和科学评估渔业生产活动的碳汇效应及其服务国家“双碳”战略目标的潜力提供了理论依据和数据支撑。相关成果发表在《渔业科学进展》“碳汇渔业”专刊、Frontiers in Marine Science等。

 

 

　　我国养殖虾类中新发疫病不断出现，严重威胁种业安全和养殖业绿色发展。黄海水产研究所海水虾类流行病学与病害防控团队针对虾类新发疫病病原致病机理、监测技术及生物安全保障技术开展系统研究，发现一种新型IV型分泌系统介导致急性肝胰腺坏死弧菌（VAHPND）毒力质粒接合转移引发致病菌多样性，研究揭示偷死野田村病毒（CMNV）嗜神经特性及其致病机制；研发CMNV检测技术和试剂盒提交新兽药注册，检测试剂盒在国内外应用被中央电视台（CCTV-2）报道；就VAHPND、CMNV和虾肝肠胞虫等新发病原完成全国水生动物防疫系统206个参测实验室检测能力验证，助力国家水生动物疫病监测体系甲壳类疫病监测技术能力提升；开展繁育系统生物安全保障技术示范，技术支撑示范场生产无特定病原（SPF）亲体69.2万尾、仔虾354.6亿尾；研究成果为保障虾类种业安全和养殖业绿色发展提供了理论和技术支撑。相关成果发表在Frontier in Microbiology、Microbiology Spectrum等。

 

 

　　针对我国对虾、海参工厂化循环水养殖专用技术装备与模式缺失等制约产业发展问题，黄海水产研究所海水陆基工厂化养殖创新团队突破了工厂化循环水养殖生物膜强化培育与自清洁维护、微生态环境快速检测与调控、饲料精准投喂、养殖尾水人工湿地循环利用等瓶颈技术4项，研制出纳米材料抑菌效应的自动化微生物测定装置、虾壳快速去除、对虾养殖智能投饵、海参双通道排污、海参自清洁附着基等虾、参循环水养殖专用新装备5套，创建南美白对虾、海参循环水高效清洁养殖新模式各1套，构建了基于HACCP体系的循环水养殖绿色水产品全程追溯系统。创建的对虾循环水高效清洁养殖模式养殖单产达到10.3 kg/m3，成活率>87%，后期补水量<3%；海参7个月平均增重43.0%，节能节水效果显著。相关技术入选2022年度山东省渔业主推技术，2023年度全国水产技术推广总站、中国水产学会重点推广水产养殖技术，并已在山东、广东等企业推广应用。