第一章 金钱鱼研究概述
第一节金钱鱼主要生物学研究现状
金钱鱼QScatophagus argus），又名金鼓鱼，隶属鲈形目（Perciformes）刺尾鱼亚目（Acanthuroidei）金钱鱼科（Scatophagidae）金钱鱼属QScatophagus）广泛分布于印度-太平洋水域。金钱鱼科仅金钱鱼1属，含金钱鱼、多带金钱鱼和四棘金钱鱼3种。目前我国唯一记录在案的金钱鱼，主要分布于东海南部至南海北部湾区域。金钱鱼富含多不饱和脂肪酸，营养价值高、味道鲜美，是广受喜爱的优质食用鱼。该鱼食性广，适应性和抗病、抗逆性强，可在咸水、咸淡水及淡水中生长，养殖成本低，是我国东南沿海地区重要的经济养殖品种。
一、基础生物学特征
1.形态学特征
金钱鱼体高、侧扁，侧面呈圆盘形，背部高耸隆起，口小；鱼体黄褐色，腹部银白，体表满布大小不等条形或圆形黑斑；鳃盖膜与峡部稍连；皮坚韧、被小栉鱗；侧线完全；胸鳍稍圆，腹鳍长于胸鳍，尾鳍宽大、双凹近截形，鳍条挺括；臀鳍有4根鳍棘；鳍棘前部具凹槽，有毒腺。稚鱼头部颅骨后方两侧出现1对三叶状特异形骨结节突起、末端尖锐，有微细辐射纹，是此阶段种类鉴别的重要参考特征。金钱鱼雌、雄成鱼个体形态差异明显，雌鱼个体较大、体形较高、头较大、吻较长，雄鱼头部较雌鱼尖、小。在养殖过程中，雌性个体生长速度显著快于同龄雄性个体，因而单性全雌品种养殖具有重要经济价值。吴波等（2014）以吻长/头长、眼间距/头长、体宽/体长、体高/体长、头高/体长5个性状建立了性别判别方程，准确率达85.96%，为快速、准确鉴定金钱鱼的性别提供了新策略。
2.习性与食性
金钱鱼喜成群游动，性情温和，不相互打斗或抢掠食物。该鱼为广盐性，稚鱼在咸淡水中生活，盐度5～20为宜，随着生长逐渐向深海移动，但也可在咸淡水及淡水中生长。金钱鱼对pH及水温的适应范围广，适宜pH及水温分别为6.5～8.4和20～28°C，极限生存水温为8C。幼鱼耐酸、耐高温能力较强，但低温耐受力差，低温半致死温度为12.2C。作为暖水性鱼类，金钱鱼成鱼对低温敏感，在极端天气时常发生冻死事件，因此养殖中需做好防寒保暖工作。
金钱鱼为杂食性，食性广且随生长逐渐变化，自然状态下偏爱植物性饵料，但人工驯化能使其食性发生转化。稚、幼鱼主要摄食单胞藻、硅藻、轮虫、小型软体动物、桡足类、十足类幼体、鱼卵等；幼、成鱼则以多胞藻为主，亦摄食硅藻、甲壳类、双壳类、轮虫类、桡足类、海绵动物、多毛类等。成鱼对动物蛋白需求低，投喂植物蛋白饲料时生长显著快于动物蛋白饲料，这为高效人工饵料的选择提供了正确指导。
3.生长发育
金钱鱼胚胎发育历经受精卵、卵裂、囊胚期、原肠期、神经胚期、器官形成期、肌肉效应期、心跳期、出膜期等阶段。在24°C、盐度28的条件下，历时28.5h破膜，积温为682.7°C h。初孵仔鱼全长1.62～1.88mm，51h开口；4～5d龄仔鱼卵黄囊消失；32d龄稚鱼尾部色素粒、体侧褐色横纹及背鳍、臀鳍、腹鳍鳍棘、鳍条等基本发育完整。仔鱼早期发育除具硬骨鱼类发育特征外，还具红、黑色素带、鳍膜泡状结构。
金钱鱼年内生长呈明显阶段性，与水温密切相关，但与盐度相关性不大。Pak Panang湾群体动态研究表明：金钱鱼属异速生长型，体形参数比例随生长阶段而发生变化。体高的增长速度*快，背鳍前长、臀鳍前长次之，眼径*慢。金钱鱼雌、雄生长差异显著，1龄雌鱼比雄鱼生长速度快30%～50%，2龄雌鱼生长速度则高于同龄雄鱼的1倍以上。本实验室利用Fi家系群体对金钱鱼的生长性状进行考察，发现1龄和2龄雌、雄群体间的生长速度差异大约为12%～20%，与早期文献报道的结果有差异，但金钱鱼雌性生长速度快于同龄雄性个体这点与此前文献报道结果一致。基于此特性，繁育单一雌性鱼苗，实现单性养殖，对提高养殖效率、渔获品质和经济效益具有重要意义。
4.渗透压调节
金钱鱼对盐度的剧烈快速波动有很强的耐受力，因而成为渗透调节分子机制的理想研究模型。其在淡水驯化时经历两个阶段：在适应期调节鳃氯细胞、肾收集管数量，以及肾小球、收集管直径和收集管肌肉组织厚度；适应期过后，鳃和肾形态学保持稳定。金钱鱼鳃表面及微细结构与其他硬骨鱼类基本相似，但氯细胞数量较少；幼鱼由淡水转入咸水后鳃丝和鳃瓣的氯细胞密度显著增大，说明氯细胞可能与盐度变化适应性密切相关。肾在维持体液平衡、适应不同盐度过程中起重要作用，也是鱼类重要的渗透调节器官之一。与其他淡、海水鱼类类似，淡水驯化后金钱鱼肾组织形态学特征会发生改变，淡水及低盐度下收集小管和肾小球的密度显著降低。细胞生理学研究亦表明，金钱鱼肾细胞系的渗透调节能力高于草鱼We//M50肾细胞系，对盐度的耐受性较强。由于相关研究还不够系统和深入，金钱鱼渗透调节分子机制尚未完全明晰，但可以预见，其将会是未来研究的热点之一。
二、繁殖生物学
1.基本繁殖特性
金钱鱼性成熟与产卵受温度、盐度、降雨、食物等环境因素影响。在菲律宾等东南亚地区，金钱鱼繁殖季节为6～7月；在我国南方沿海繁殖季节则较长，始于4月中下旬，终于9月，盛期在5～8月。雌、雄鱼*小生殖生物学年龄均为1龄，首次性成熟体重分别为150～200g、83.5～90g，雄鱼性腺成熟系数（GSI）*高2.2%，雌鱼GSI*高达14.7%，但性腺发育不同步，雄性一般先于雌性成熟。金钱鱼体重与怀卵量比约为（18～20）：1，但具体繁殖力数值存在差异，可能与亲鱼大小、生长环境、饲养条件、地域品种差异等因素有关。成熟卵子直径为430～750叫，球形，浮性，无色透明，含单个直径约300叫的黄色油球。成熟精子属于硬骨鱼I型精子结构，精子存活率和运动性在盐度25～30*高。未受精卵子在1h内变浑浊。受精卵呈规则球形，具光泽，卵膜薄且无色透明，受精后1～2h内油球会不断融合。
2.性腺发育
目前己明确了金钱鱼精巢和卵巢的5个发育阶段（I～V）及其组织结构特征。其卵母细胞发育存在非同步现象，产卵后仍存在n～w期卵母细胞，为分批非同步产卵类型。金钱鱼卵巢发育的适宜温度为23～26°C，此条件下GSI、血清雌二醇（E2）、蛋白磷和蛋白钙水平显著高于29C。因此，金钱鱼亲鱼的培育、促熟过程应控制水温。在性腺发育、成熟过程中，鱼类需从外界摄取充足的营养物质，尤其是蛋白质和脂类。脂类中多不饱和脂肪酸（PUFA）是鱼类特别是海水鱼类繁殖及生长发育过程中不可缺少的营养因子。鱼油中富含n-3PUFA，其对海水鱼性腺发育成熟具有重要促进作用。研究证实，金钱鱼饲料中添加6%的鱼油可显著上调一些繁殖相关基因的表达、促进E2分泌及卵巢发育成熟，该发现在亲鱼培育与促熟中有很好的实用价值。
3.繁殖相关调控基因
金钱鱼性腺分化发育与繁殖内分泌相关基因及其分子调控机制成为近年的研究热点。己有卵黄蛋白原（v?g）、foxl2、、卵泡刺激素（fhb）、促黄体生成素（懸）、芳香化酶、抗米勒管激素（arnh）、wnt4、sox9、daxl、sfl、雌激素受体（er）、雄激素受体（《r）等基因被克隆研究。
foxl2基因主要参与哺乳动物卵巢发育、功能维持和粒层细胞分化，在鱼类中也具有类似的调控功能。硬骨鱼类的脑型芳香化酶（基因为cypWalb、和性腺型芳香化酶（基因为cyp19a1a）是雌激素合成的关键酶和限速酶，可调节神经内分泌和繁殖功能。较高温度（>26°C）会抑制金钱鱼卵巢中foxl2、cyp19a1b和vtg基因的表达，适宜温度（23～26C）则可上调細12基因的表达并有效促进卵巢发育成熟，这从分子水平初步解释了温度影响卵巢发育的机制。foxl2、cyp19a1a和cyp19a1b基因在金钱鱼精巢、卵巢的表达具有性别二态性，性腺发育早期foxl2基因在卵巢中表达较高，而在性成熟时下降到较低水平，表明fioxl2基因在性别分化中扮演重要角色，并可能调控cyp19a1a和cyp19a1b基因的表达。Amh基因在I～m期精巢维持高表达，在m、W期卵巢表达量会升高，可能对精巢发育、精子产生、卵母细胞发育和功能维持有重要意义。wrnt4a和wmt4b基因分别在I期精巢、n～皿期卵巢高表达，因此wnt4a基因可能参与精巢发育及精原细胞增殖，而wnt4b基因则与卵巢发育有关。性逆转研究初步表明，daxl和f基因参与性腺分化且二者具有明显的拮抗作用，而sox9基因在性腺雄性化过程中有重要功能。
雌、雄激素受体在鱼类等脊椎动物繁殖调控过程中非常关键。金钱鱼3种雌激素受体亚型基因和对基因的表达调控有明显差异。在卵黄蛋白发生期，era基因与vtg基因的表达水平同步上调，era基因对vtg-B和vtg-C基因起到关键调控作用。Chen等（2016a）发现ar基因在精巢发育中期表达水平*高并维持至末期；经甲基睾酮（MT）处理后，卵巢中ar基因表达水平显著增高，证明在外源类固醇激素作用下，金钱鱼性腺具有可塑性，为性逆转及全雌育苗中伪雄鱼的培育奠定了理论基础。
促黑素受体4（MC4R）是G蛋白耦联受体超家族成员之一，在多种鱼类性腺中表达，且mc4r基因拷贝显性负突变可推迟雄性剑尾鱼的性成熟，暗示其与鱼类的生殖有关。本实验室近年率先探究金钱鱼MC4R的生殖调控作用，初步结果表明，激活MC4R信号通路可促进下丘脑gnrh基因的表达，进而调控脑垂体FSH和LH的合成；也可直接调控脑垂体fshb和ITab基因的表达水平，证明MC4R确实参与鱼类生殖的调控。此发现有助于拓展对鱼类繁殖内分泌调控网络及其机制的认知水平，对生殖调控新技术的开发亦具有指导作用。
三、细胞遗传学
金钱鱼细胞遗传学进展缓慢，仅在染色体数目和核型方面有报道。金钱鱼为二倍体，核型为2n=48，48t，臂数NF=48，染色体数为48，均为端部着丝点染色体，不具性别二态性，不能依据染色体形态区分性染色体。染色体组型研究是细胞遗传学和分子遗传学的基础，对了解遗传物质组成、遗传变异规律、发育机制和性别决定有积极作用，对系统演化与分类、进化地位确定和细胞分类学等研究也具有重要意义。深入开展细胞遗传学研究可有力推动金钱鱼染色体结构和功能等方面的研究。
四、分子遗传学
金钱鱼的分子遗传学研究主要局限于分子标记开发和线粒体基因组测序，而在遗传多样性、种群遗传结构、种群动态、分子系统进化等方面则鲜有报道。基于FIASCO、高通量RNA测序技术，目前己开发了一系列多态性简单重复序列（SSR）和单核苷酸多态性（SNP）标记，但仍不能满足后续研究对大量分子标记的需求。我们开发了SSR、扩增片段长度多态性（AFLP）和相关序列扩增多态性（SRAP）标记用于雌、雄群体的遗传多样性分析，3种标记的分析结果具有一致性，金钱鱼群体遗传多样性较低，雌雄间遗传变异小。金钱鱼线粒体基因组己完成测序，测序结果表明线粒体DNA具有分子结构简单、母系遗传、几乎不发生重组、进化速度快、不同区域进化速度存在差异等特点，可广泛应用于种群遗传学、分子系统学等领域。金钱鱼线粒体基因组数据为其线粒体功能基因组学、分子生态学、分子分类学、分子系统发育和进化的深入研究奠定了基础。
第二节金钱鱼人工养殖技术研究
一、人工养殖技术
金钱鱼人工养殖技术研究主要集中在池塘混养和淡化养殖。池塘混养能有效改善精养池塘水质，降低亚硝酸盐、氨氮含量及化学需氧量（COD），稳定浮游植物种群结构，控制浮游动物过度繁殖。杂食性的金钱鱼性情温和、易驯化，适合与虾、蟹、贝混养，可有效提高水域生产力和综合经济效益，是重点发展的养殖模式之一。有研究表明，对虾-金钱鱼-蕹菜多营养级综合养殖，以及金钱鱼-长毛对虾-青蟹-缢蛏立体生态混养，可提高饲料氮磷利用率，增加池塘生态系与结构的利用空间，维持良好的养殖生态环境，减少水污染和疾病的发生，提高饵料利用率和经济效益。
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