編者：資源增量是實驗動物科技發(fā)展的核心任務(wù)，是實驗動物對生命科學(xué)研究提供支撐和服務(wù)的基礎(chǔ)和保 障。自上世紀(jì) 80 年代以來，我國老一輩實驗動物科學(xué)家苦心孤詣，在實驗動物資源研發(fā)工作中取得的多項開創(chuàng)新成果。
1988年《實驗動物管理條例》發(fā)布實施，在實驗動物工作規(guī)范化、法制化管理，保障實驗動物和動物實驗的質(zhì)量，推動我國科技發(fā)展和民生保障等方面發(fā)揮了重要作用。特別是在實驗動物資源標(biāo)準(zhǔn)化、新品種/品 系開發(fā)和動物模型創(chuàng)制方面，取得了令人矚目的成果。
為此，借“科技資訊”之窗，陸續(xù)推出我國實驗動物專家在此領(lǐng)域所作的工作及取得的應(yīng)用成果。
實驗紅鯽標(biāo)準(zhǔn)化研究及應(yīng)用的概況
吳端生
南華大學(xué)
1、實驗紅鯽的生物學(xué)特性與實用性【1～9】
野生紅鯽生活在我國長江流域，從生物學(xué)特性看，它具有作為實驗動物的許多有點。
1.1 為水生變溫動物，適用于水環(huán)境實驗
實驗紅鯽由紅鯽馴化而來，是一種水生變溫動物，在溫度為0℃～39℃的水體中均能生存【8】，且耐低氧(O.lmg/L)【1】，屏障環(huán)境中水族箱的水溫可控制在 18℃～24℃【8】，適用于涉及到水環(huán)境的動物實驗，具有水生態(tài)毒理學(xué)研究和環(huán)境安全性評價的優(yōu)勢。
1.2 具有適應(yīng)于生活在水生態(tài)環(huán)境的形態(tài)特征，體型適當(dāng)實驗紅鯽呈紡錘形體型，身體側(cè)扁，全鱗，口端位，無須，單尾，形似鯉（圖 1）。實驗紅鯽 C1HD 系（一種近交系）的背鰭鰭式為 D.Ⅰ～Ⅱ-16～19，臀鰭鰭式為 A.Ⅰ-5～7，胸鰭鰭式為 P.Ⅰ-14～17，腹鰭鰭式為V.Ⅰ-7～8，側(cè)線鱗鱗式為 。成體體長為 100～150mm【2】。實驗紅鯽這種大小的體型很適合于做實驗，它還可以被反復(fù)進(jìn)行活體取血，一次性抽取血量達(dá) 1.0～1.5mL 也不會致死。如適合做重金屬、化學(xué)品等生物富集實驗，便于取肝、腎等組織進(jìn)行分析。
1.3 具有較完善的器官系統(tǒng)和生理機(jī)能，類似哺乳動物
實驗紅鯽具有較完善的消化系統(tǒng)、循環(huán)系統(tǒng)、排泄系統(tǒng)、神經(jīng)系統(tǒng)、內(nèi)分泌系統(tǒng)、生殖系統(tǒng)等，器官系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與機(jī)能均類似于哺乳動物。不同于哺乳動物的是用鰓呼吸，心臟為 1 心房 1 心室，紅細(xì)胞具有細(xì)胞核， 具有血栓細(xì)胞而無血小板。實驗紅鯽具有體外產(chǎn)卵、卵徑大（680～720μm）、體外受精、體外發(fā)育的發(fā)育特點，適合于做基因轉(zhuǎn)移、發(fā)育生物學(xué)和繁殖生物學(xué)研究。鰓可作為膜生理學(xué)研究模型；M 細(xì)胞(Mauthner 細(xì)胞) 可作為研究中樞神經(jīng)系統(tǒng)功能的模型；肥大細(xì)胞（mast cell，MC）可用于免疫學(xué)研究；可構(gòu)建視網(wǎng)膜模型研 究視覺神經(jīng)生理學(xué)；可復(fù)制肝臟腫瘤模型，用于開展腫瘤學(xué)研究等。
1.4 遺傳背景明確，為標(biāo)準(zhǔn)化的魚類實驗動物
實驗紅鯽染色體數(shù)目 2n=100，核型公式為 22m+30sm+24st+24t，全基因組大小為 2.16Gb，基因數(shù)目為 44580 個。相對于雞的紅細(xì)胞 DNA 含量為 2.5pg，紅鯽的紅細(xì)胞 DNA 含量為 3.0pg，在養(yǎng)殖鯽魚品系中最少，表明紅鯽具有模式生物的優(yōu)點【6】。實驗紅鯽 C1HD 系是一種源于雌核發(fā)育的純系，其主要生物學(xué)數(shù)據(jù)和主要遺傳標(biāo)記（如 RAPD、SSR、AFLP、SNP 等標(biāo)記）均已經(jīng)建立，適用于進(jìn)行染色體操作、轉(zhuǎn)基因研究、遺傳分析和性別控制等研究。
1.5 產(chǎn)卵多，繁殖力強(qiáng)，供應(yīng)充足
1～2 齡實驗紅鯽便已性成熟，懷卵量達(dá) 1.5～8 萬粒，一次產(chǎn)卵也多達(dá) 3 萬粒，可一年多次產(chǎn)卵【1】，故繁殖力強(qiáng)，市場供應(yīng)充足。
1.6 體色全紅，兼觀賞與實驗為一體
實驗紅鯽是鯽的變種，與金魚近親，其體色全紅艷麗，既是一種淡水觀賞魚類，也是生活飲用水和水資源 污染監(jiān)測的優(yōu)良指示生物，還可用于遺傳學(xué)研究，如體色遺傳、尾鰭性狀變異等研究。
1.7 生活力強(qiáng)，易于水族箱養(yǎng)殖 實驗紅鯽為雜食性，生活力較強(qiáng)，在水族箱中容易飼養(yǎng)，也能發(fā)育達(dá)性成熟。投喂人工配合飼料，類似飼養(yǎng)金魚一樣地飼養(yǎng)，得心應(yīng)手。適合于水族箱養(yǎng)殖和實驗研究。
2、實驗紅鯽標(biāo)準(zhǔn)化研究
本研究團(tuán)隊于 1995 年開始，在湖南省自然科學(xué)基金、湖南省科技計劃、國家科技支撐計劃等項目資助下，陸續(xù)開展了實驗紅鯽標(biāo)準(zhǔn)化及應(yīng)用研究【7】(圖 2)。
2.1 實驗室馴化
從設(shè)施、水質(zhì)環(huán)境、人工繁殖、小型水池養(yǎng)殖、水簇箱養(yǎng)殖、配合飼料、疾病防治等方面開展研究，建立了實驗紅鯽人工繁殖技術(shù)、水簇箱和小型水池養(yǎng)殖技術(shù)等。目前，實驗紅鯽被得到了實驗室馴化，可成功地養(yǎng) 殖于水族箱中【8】。
2.2 品（種）系培育
從上世紀(jì)末開始，將經(jīng)過實驗室馴化的實驗紅鯽飼養(yǎng)在一個專門的魚池中，采用全封閉自然繁殖方法讓其自然授精繁殖，連續(xù)繁殖了 4 代以上，培育出了實驗紅鯽封閉群，將其命名為 HN:CARV1。
在開展紅鯽人工繁殖與雌核發(fā)育的實驗研究基礎(chǔ)上，采用人工雌核發(fā)育繁殖技術(shù)培育實驗紅鯽近交系。即 以鯉魚精子或魴魚精子為激活源，經(jīng)紫外線照射將精子 DNA 滅活，再與紅鯽卵子授精，獲得的受精卵經(jīng)冷休克使其染色體加倍，從而繁殖出人工雌核發(fā)育的二倍體紅鯽子一代。待子一代性成熟后，所產(chǎn)卵子經(jīng)上述同樣的 方法，繁殖出人工雌核發(fā)育的二倍體紅鯽子二代。從經(jīng)連續(xù)兩代人工雌核發(fā)育繁殖所獲得的紅鯽群體中，進(jìn)行人工選擇，于 2001 年建立起了實驗紅鯽近交系基礎(chǔ)群，命名為實驗紅鯽 C1HD 系【2】。2015 年以來又對該品系 開展了重新建系的研究。
2.3 生物學(xué)特性研究
實驗紅鯽品種和品系培育后，隨即對其進(jìn)行了生物學(xué)特性研究，研究內(nèi)容包括:①分類形態(tài)學(xué)特性（形態(tài)學(xué)可數(shù)性狀和可量性狀）；②生長發(fā)育特性；③解剖組織學(xué)特性(主要器官顯微和超微結(jié)構(gòu))；④血液學(xué)特性（血 細(xì)胞分類計數(shù)、血液生化指標(biāo)）；⑤遺傳學(xué)特性(染色體組型、體色遺傳規(guī)律、生化遺傳特性、如RAPD、SSR、AFLP、SNP 等分子遺傳標(biāo)記)，包括全基因組測序【7】。
2.4 遺傳質(zhì)量檢測技術(shù)研究
在生物學(xué)特性研究的基礎(chǔ)上，也對實驗紅鯽品(種)系的種質(zhì)遺傳標(biāo)記及其檢測技術(shù)進(jìn)行了研究，分別建立了實驗紅鯽品(種)系的的形態(tài)學(xué)標(biāo)記、生化遺傳標(biāo)記和分子遺傳標(biāo)記及其遺傳質(zhì)量檢測技術(shù)【7】。
2.5 地方標(biāo)準(zhǔn)編制與發(fā)布
2013 年，通過湖南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局立項，開展了實驗紅鯽湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作，內(nèi)容包括實驗紅鯽的生物學(xué)特性、遺傳標(biāo)記及質(zhì)量控制、環(huán)境控制等。2016 年 12 月，湖南省質(zhì)量技術(shù)監(jiān)督局批準(zhǔn)發(fā)布了《實驗魚類 實驗紅鯽 C1HD 系遺傳質(zhì)量控制》湖南省地方標(biāo)準(zhǔn)，于 2017年3月實施，成為我國本土實驗魚類第一個中國地方標(biāo)準(zhǔn)【10】。2017 年 12 月，國家實驗動物資源數(shù)據(jù)庫（http://www.lasdr.cn/index.jsp）收錄并發(fā)布了實驗紅鯽 C1HD 系的生物學(xué)數(shù)據(jù)。目前正在研制實驗紅鯽的遺傳學(xué)質(zhì)量、環(huán)境質(zhì)量、微生物學(xué)質(zhì)量、營養(yǎng)與飼料質(zhì)量等中國實驗動物學(xué)會團(tuán)體標(biāo)準(zhǔn)（系列）。
3、實驗紅鯽應(yīng)用研究
3.1 遺傳育種研究
人們很早就認(rèn)識了紅鯽具有許多適合做魚類育種親本的優(yōu)點，如性成熟早、繁殖力強(qiáng)、雜食性、紅體色等。
紅體色是一種可見的遺傳標(biāo)記，有利于遺傳育種選擇。遺傳質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化的實驗紅鯽，作為魚類雜交育種親本，其優(yōu)越性更無需質(zhì)疑。目前，國內(nèi)以紅鯽作為親本的魚類雜交約有 10 余個組合，如“紅鯽（♀）×湘江野鯉（♂）”、“紅鯽（♀）×團(tuán)頭魴（♂）”、“錦鯉（♀）×紅鯽（♂）”、“白鯽（♀）×紅鯽（♂）”、“散鱗鏡鯉（♀）×紅鯽（♂）”等【12】。
3.2 毒理學(xué)研究
實驗紅鯽對毒物敏感，且體型大小合適，是毒理學(xué)研究的理想實驗動物。例如以紅鯽為實驗動物，研究了樂草?。ǔ輨?、苯酚、壬基酚、三丁基錫、鎘、銅等的生物毒性效應(yīng)【12～20】。研究表明，紅鯽對壬基酚較敏感，其敏感性比斑馬魚、草魚和鰱魚更強(qiáng)，認(rèn)為紅鯽用于研究壬基酚的生物毒性優(yōu)于斑馬魚【15】。
3.3 生理學(xué)研究
傳統(tǒng)上，鯽魚（包括紅鯽）比較普遍地被用于生理學(xué)研究【21】。例如，瞿璟琰等（2007，2008）將紅鯽用于研究四溴雙酚-A(TBBPA)和五溴酚(PBP)對紅鯽甲狀腺組織結(jié)構(gòu)及其分泌功能的影響【22、23】。吳蒙蒙等（2009）以紅鯽為實驗對象，研究魚類營養(yǎng)生理【24】。
3.4 遺傳學(xué)研究
許多研究文獻(xiàn)表明，實驗紅鯽是遺傳學(xué)研究的優(yōu)良實驗動物。如以彩鯽與紅鯽雜交來進(jìn)行體色遺傳研究，探討紅體色基因遺傳規(guī)律（徐偉等，1999）【25】；通過分析細(xì)胞色素 b 核苷酸序列，探討紅鯽、金魚和鯽魚的分子系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系（莊遠(yuǎn)紅等，2009）【26】；以實驗紅鯽為實驗動物，探討基因克隆及其功能（鄭濟(jì)芳等，2008；張卉琴等，2018）【27、28】。
3.5 細(xì)胞生物學(xué)與發(fā)育生物學(xué)研究
因為便于取材,實驗紅鯽也有利于細(xì)胞生物學(xué)與發(fā)育生物學(xué)研究。例如，徐偉等(2007)通過對紅鯽體色和腹膜臟層黑色素的觀察與分析，探討魚類體色與腹膜臟層黑色素密度的關(guān)系【29】；易云海等(2015)以紅鯽為實驗材料，觀察魚鰭的色素細(xì)胞組成特點，探討魚類體色發(fā)育的細(xì)胞生物學(xué)基礎(chǔ)【30】。
3.6 生物醫(yī)學(xué)模型
在生物醫(yī)學(xué)模型方面，作者曾經(jīng)將紅鯽投放含有洞庭湖外睪吸蟲尾蚴釘螺的去氯自來水中自然感染，復(fù)制出了紅鯽外睪吸蟲感染模型【31】；給紅鯽投喂含有黃曲霉毒素的飼料，復(fù)制出了紅鯽肝腫瘤模型【32】。
3.7 水生態(tài)毒理學(xué)研究與環(huán)境安全性評價
如本文前部分所述，實驗紅鯽因為其生物學(xué)特性具有眾多作為實驗動物的優(yōu)點，決定了其具有水生態(tài)毒理學(xué)研究與環(huán)境安全性評價的優(yōu)勢。這方面的應(yīng)用研究有不少例子。
3.7.1 對水生態(tài)殘留的化肥、農(nóng)藥和除草劑的生物毒性的測試
如以實驗紅鯽為模型，研究除草劑樂草隆的生物遺傳毒性【12】。
3.7.2 對環(huán)境核輻射生物效應(yīng)的測試
如以實驗紅鯽為模型，研究銫137（137Cs）和鈾尾礦渣的輻射生物效應(yīng)【33～35】
3.7.3 對水生態(tài)重金屬離子生物毒性的測試
如以實驗紅鯽為模型，研究重金屬鎘（Cd）、銅（Cu）的生物毒性、免疫毒性、遺傳毒性等【17～20，36、37】
3.7.4 對水環(huán)境有機(jī)物污染的安全性評價
例如，吳文君教授指導(dǎo)研究生祁志軍（2001）曾用紅鯽作為測試生物，對0.2%苦皮藤素乳油進(jìn)行環(huán)境安全性評價，結(jié)果顯示 0.2%苦皮藤素乳油屬于對魚類低毒農(nóng)藥，可以安全使用【38】；施華宏教授指導(dǎo)研究生王蕾（2008）研究用于船舶防污漆的三丁基錫(TBT) 的毒性效應(yīng)，結(jié)果顯示 1μg/L TBT 對紅鯽腦和肝臟組織中的乙酰膽堿（AChE）和單氨氧化酶（MAO）活性無明顯影響【39】；蘇利等（2011）研究了 3 種底質(zhì)對水質(zhì)和紅鯽生長的影響，以期評價水產(chǎn)養(yǎng)殖環(huán)境【40】。
4、實驗紅鯽種群的建立與意義
自上世紀(jì) 60 年代 W.M.S.Russell 和 R.L.Burch 提出“3R”(Reduction、Refinement、Replacement)理論以來，實驗魚類的開發(fā)應(yīng)用研究就在積極地展開【41】。因為沒有我國本土魚類實驗動物，所以我國水產(chǎn)醫(yī)藥學(xué)基礎(chǔ)研究、水產(chǎn)動物疾病防治研究、環(huán)境污染防治、水產(chǎn)藥物與水產(chǎn)品等安全性評價等方面的科技創(chuàng)新嚴(yán)重滯后。培育和建立實驗紅鯽種群，并研制其國家標(biāo)準(zhǔn)，不僅具有重要的學(xué)術(shù)意義，也具有非常重要的社會經(jīng)濟(jì)意義。
4.1 實驗紅鯽具有我國本土化資源特點，是環(huán)境安全性評價所必需
實驗紅鯽的培育成功及其國家標(biāo)準(zhǔn)研制與發(fā)布，將填補(bǔ)國內(nèi)本土標(biāo)準(zhǔn)化實驗魚類空白或不足。根據(jù)世界經(jīng)合組織(OECD)《化學(xué)品測試準(zhǔn)則》等和我國《新化學(xué)物質(zhì)環(huán)境管理辦法》、《化學(xué)農(nóng)藥環(huán)境安全評價試驗準(zhǔn)則》等的規(guī)定，對化學(xué)品及農(nóng)藥進(jìn)行環(huán)境安全性評價所進(jìn)行的魚類毒性試驗中，除了使用國際通用的實驗魚類（如斑馬魚）外，還必須使用我國本土的實驗魚類【42～45】。實驗紅鯽就是我國本土的實驗魚類，所有它有望成為我國環(huán)境安全性評價必須使用的標(biāo)準(zhǔn)化實驗魚類，并促進(jìn)我國化學(xué)品進(jìn)出口貿(mào)易、農(nóng)藥工業(yè)等相關(guān)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。
4.2 相關(guān)學(xué)科發(fā)展對實驗魚類標(biāo)準(zhǔn)化需求
《“十三五”國家基礎(chǔ)研究專項規(guī)劃》（國科發(fā)基〔2017〕162號）明確指出，加強(qiáng)實驗動物新品種（品 系）、動物模型的研究與應(yīng)用作為基礎(chǔ)支撐能力建設(shè)。中國需要建立實驗動物資源研制、積累和維持的長期體制【46】。實驗魚類是一類極其重要的實驗動物戰(zhàn)略資源。它既是生命科學(xué)和醫(yī)學(xué)研究的重要實驗材料，可謂是 “水中小白鼠”、“脊椎動物中的果蠅”；也是水生態(tài)環(huán)境安全評估的重要指示生物，可謂是飲用水安全評價的活試劑；還是水產(chǎn)動物藥品及飼料研制的支撐條件和水產(chǎn)動物雜交育種研究的重要模型動物。實驗紅鯽國家 標(biāo)準(zhǔn)的研制與發(fā)布，使得實驗紅鯽成為名副其實的標(biāo)準(zhǔn)化實驗魚類。于是，實驗紅鯽也必將在魚類雜交育種、水產(chǎn)動物疾病模型、漁藥研制與評價、醫(yī)學(xué)生物學(xué)、環(huán)境毒理學(xué)與環(huán)境安全評價、食品安全評價等眾多科學(xué)技 術(shù)領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，從而促進(jìn)相關(guān)學(xué)科發(fā)展。
4.3 豐富國內(nèi)實驗魚類資源，緩解市場供應(yīng)緊張局面 作為新型實驗動物，實驗紅鯽品（種）系的培養(yǎng)成功及其種群的建立，既符合國家科技發(fā)展戰(zhàn)略要求，不僅具有我國自主知識產(chǎn)權(quán)，還具有我國本土資源特色，既可解決本土實驗魚類資源不足，又能夠緩解國內(nèi)實驗魚類市場供應(yīng)不足，并將形成實驗魚類新興產(chǎn)業(yè)。
目前，我國的實驗魚類品種和品系極其缺乏，實驗紅鯽與稀有鮈鯽為我國目前僅有的2種標(biāo)準(zhǔn)化程度較高的淡水實驗魚類。實際上，我國各行業(yè)對實驗魚類的需求量很大，現(xiàn)在僅新化學(xué)品登記和農(nóng)藥登記所進(jìn)行的環(huán) 境安全性評價年需求量就多達(dá) 10 萬尾以上；預(yù)計到 2020 年國內(nèi)需要實驗魚類約 200～400 萬尾，其中，生命 科學(xué)基礎(chǔ)研究需要的實驗魚類將達(dá)到 45 萬尾，用于環(huán)境科學(xué)相關(guān)的實驗魚類將達(dá)到 70 萬尾，用于新藥篩查的實驗魚類將達(dá)到 105 萬尾【47】。研究開發(fā)本土實驗魚類資源，建立實驗紅鯽種群，將極大地改善國內(nèi)實驗魚類 供給嚴(yán)重不足的局面，并將催生實驗魚類產(chǎn)業(yè)發(fā)展。目前，南華大學(xué)保存有實驗紅鯽種群約3000尾。
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