海参与海胆性腺发育机制研究及应用

本书以我国重要海珍品海参与海胆为主要研究对象，系统梳理并总结了棘皮动物性腺发育机制领域的最新研究进展。全书由浅入深地解析了两类物种从胚胎发育到性腺成熟的全过程。在分子与代谢层面，重点阐述piwi、Dmrt、foxl2 等关键遗传因子的调控网络，并结合代谢组学研究，揭示性类固醇激素在性别分化中的作用机制。同时，本书介绍了慢病毒干扰、显微注射等在体基因功能研究技术，以及性别特异分子标记的开发与精准鉴定方法，探讨了由基础研究向良种繁育技术转化的实现路径。
本书兼具学术性与应用价值，旨在构建棘皮动物性腺发育调控的整合认知框架。可供水产养殖学、海洋生物学及发育生物学等领域的科研人员、高校师生及相关产业技术人员参考使用。

海参和海胆作为重要的海洋经济动物，在我国水产养殖产业中占据重要地位。在“树立大食物观，向江河湖海要食物”的国家战略指引下，加快培育优质水产种质资源，已成为推动水产种业创新与养殖业可持续发展的核心动力。在多数水产养殖动物中，不同性别个体的生长速度、免疫能力及营养品质往往存在显著差异。利用这种“性别二态性”创制具有生长优势的单性养殖群体，是实现水产养殖产业增产增效、推动精准育种的关键路径。因此，解析两性生长差异的遗传基础，构建性别决定与分化的分子调控网络，并以此开发高效的性别控制技术，已成为当前水产遗传育种研究的前沿热点。
性腺发育是海参与海胆生命周期中最核心的生物学事件之一，其调控机制复杂，涉及遗传背景与环境因子的交互作用。近年来，多组学技术的跨越式发展为深入探究这一过程提供了全新技术手段。从转录组、蛋白质组到代谢组的系统整合研究，使我们能够精细刻画性腺分化与成熟的分子蓝图。本书以仿刺参与海胆为研究对象，系统总结了其个体发育特征、性腺发育调控网络。内容涵盖基础发育生物学规律、性别相关基因的功能解析、性类固醇激素的代谢调控机制，以及性别特异分子标记的开发与在体基因功能研究技术的构建，力求实现从基础科学到产业应用的有机衔接。
在实验开展和本书撰写过程中，课题组多位研究生孟维涵、丛晶晶、阿卜杜拉·阿卜力孜、黄孝枭、项衡、李越和高瑞付出了辛勤努力，在此致以诚挚的感谢。
本书旨在为海洋生物学、发育生物学及水产养殖领域的科研工作者、高校师生及行业从业者提供系统的学术参考。由于水平和经验有限，书中疏漏与不足之处在所难免，诚恳欢迎各位同行专家与广大读者批评指正。

孙志惠
2025年12月于大连

第一章 绪论 001
第一节 海参与海胆的分类 002
一、海参的分类 002
二、海胆的分类 005
第二节 海参与海胆的生物学特征 007
一、海参的生物学特征 007
二、海胆的生物学特征 009
第三节 海参与海胆的经济价值 011

第二章 海参与海胆个体及性腺发育 014
第一节 海参的生殖策略 015
一、海参的性别表型 015
二、海参的生殖方式 016
三、海参的性别二态性 016
第二节 海参的个体及性腺发育 017
一、海参的胚胎及早期个体发育特征 017
二、仿刺参的性腺发育分期 021
第三节 海胆的生殖策略 024
一、海胆的性别表型 024
二、海胆的生殖方式 024
三、海胆的性别二态性 025
第四节 海胆的个体及性腺发育 025
一、海胆的胚胎及早期个体发育特征 025
二、海胆的性腺发育分期 032

第三章 调控海参性腺发育的遗传因子 039
第一节 海参性别决定机制 040
第二节 仿刺参性别发育相关基因 041
一、piwi基因 041
二、Dmrt 基因家族 046
三、foxl2 基因 051
四、SoxE 基因 054
五、nodal 和germ-cell-less基因 057
第三节 仿刺参在体基因功能研究技术的构建 060
一、通过慢病毒干扰技术探究SRα 基因在成体仿刺参中的功能 060
二、仿刺参胚胎显微注射技术的构建 063
三、基因vivo-Morpholino浸泡的仿刺参在体基因功能研究技术 064

第四章 海胆性腺发育的遗传基础 068
第一节 海胆性别决定机制 069
一、海胆性别决定窗口期 069
二、海胆性别决定机制研究现状 070
第二节 海胆性别发育相关基因 071
一、piwi基因家族 071
二、Dmrt1 基因 077
三、foxl2 基因 078
四、SoxE 基因 081
五、boule 基因 083
六、nanos2 基因 085

第五章 性类固醇激素对仿刺参性腺发育的调控 089
第一节 仿刺参性别差异代谢组谱图分析 090
第二节 仿刺参中的性类固醇激素 093
第三节 海参中的性类固醇激素合成信号通路 095
一、CYP10 096
二、CYP17 096
三、CYP3A 097
第四节 性类固醇激素对仿刺参性腺发育的影响 100

第六章 性类固醇激素对海胆性腺发育的调控 105
第一节 海胆性别差异代谢物 106
一、分化卵巢和分化精巢差异代谢物的鉴定 106
二、未分化卵巢和未分化精巢差异代谢物的鉴定 106
三、分化卵巢和未分化卵巢差异代谢物的鉴定 107
四、分化精巢和未分化精巢差异代谢物的鉴定 107
第二节 海胆中的性类固醇激素合成信号通路 108
第三节 性类固醇激素对海胆性腺发育的影响 112
一、日粮投喂雌二醇对中间球海胆性腺发育的影响 112
二、日粮投喂芳香化酶抑制剂对光棘球海胆性腺发育的影响 114

第七章 仿刺参和海胆性别特异分子标记的开发及应用 117
第一节 仿刺参性别特异分子标记的开发 118
一、性别特异分子标记的筛选 118
二、性别特异分子标记的验证 119
第二节 仿刺参精准遗传性别鉴定技术及应用 119
第三节 仿刺参雌雄生长差异解析 122
一、不同性别1~2龄仿刺参无显著生长差异 122
二、不同性别2~3龄刺参群体养殖的生长差异 123
三、2~3龄刺参个体养殖时雄性具有显著的生长优势 125
第四节 海胆性别特异分子标记的开发 126
一、性别特异分子标记的筛选 126
二、性别特异分子标记的验证 127
三、性别特异分子标记普适性验证 128
四、快速精准海胆遗传性别鉴定技术的建立 129

第八章 总结与展望 131
一、仿刺参与海胆性腺发育机制研究存在的问题与挑战 132
二、仿刺参与海胆性腺发育机制的未来重点研究方向 133

参考文献 135