不同栽培環(huán)境下黃瓜果實(shí)單寧含量主基因—多基因遺傳分析

徐強(qiáng) 耿友玲 齊曉花 陳學(xué)好

摘要：選取單寧含量差異明顯的2份黃瓜材料DE843（P1、EP326（P2及其配組獲得的F1、BC1、BC2、F2等6個世代，設(shè)置露地和溫室2種栽培環(huán)境，運(yùn)用主基因-多基因混合數(shù)量性狀遺傳模型方法研究黃瓜果實(shí)單寧含量性狀的遺傳規(guī)律，并估算遺傳參數(shù)。結(jié)果表明：黃瓜果實(shí)單寧含量性狀的遺傳符合2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因遺傳模型，其中第1主基因的加性效應(yīng)值較大，多基因的加性、顯性效應(yīng)大于第2主基因的加性、顯性效應(yīng)。在露地栽培條件下，BC1、BC2和F2世代的主基因遺傳率分別為49465%、32271%和40413%，多基因遺傳率分別為17407%、23787%和43350%，環(huán)境方差分別占表型方差的26567%、30105%和13940%；在鋼架大棚栽培條件下，BC1、BC2和F2世代的主基因遺傳率分別為45748%、36596%和41814%，多基因遺傳率分別為19940%、19753%和41451%，環(huán)境方差分別占表型方差的26818%、31172%和14639%。在品質(zhì)育種中，F(xiàn)2主基因選擇效率最高。

關(guān)鍵詞：黃瓜；單寧；主基因-多基因；遺傳模型；遺傳參數(shù)

中圖分類號： S6422032文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A

文章編號：1002-1302（201412-0194-04[HS][HT9SS]

收稿日期：2014-10-14

基金項目：江蘇省科技支撐計劃（編號：BE2008360、BE2011314。

作者簡介：徐強(qiáng)（1966—，男，江蘇宜興人，博士，副教授，從事蔬菜遺傳育種研究。Tel：（051487979394；E-mail：xuqiang@yzuleducn。

黃瓜（Cucumis sativus L起源于喜馬拉雅山南麓的熱帶雨林地區(qū)，一年生攀緣性草本蔓生植物，具有產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富、效益好等特點(diǎn)，是世界上栽培最普遍的一種瓜類蔬菜。黃瓜風(fēng)味品質(zhì)取決于其本身所含有的揮發(fā)性芳香物質(zhì)及一些非揮發(fā)性呈味物質(zhì)，如可溶性糖、氨基酸、單寧、有機(jī)酸等。在一些植物的果實(shí)中，單寧是決定果實(shí)澀味程度的關(guān)鍵因素，其含量的高低對果實(shí)的口感影響很大。因此研究黃瓜果實(shí)單寧含量的遺傳特性，對黃瓜品質(zhì)育種具有重要意義。目前對于黃瓜的遺傳研究多集中于農(nóng)藝性狀、抗病性狀、果型性狀等，關(guān)于風(fēng)味性狀的遺傳報道不多，主要集中在可溶性總糖、氨基酸含量等性狀方面[1-5]。單寧含量是影響黃瓜果實(shí)風(fēng)味的一個重要性狀，對于該性狀的遺傳少見報道。本研究以經(jīng)多年選育的單寧含量差異明顯的黃瓜自交系為親本，構(gòu)建P1、P2、F1、BC1、BC2、F2等6個世代，采用蓋鈞鎰等的多世代聯(lián)合分析方法[6-7]，研究單寧含量性狀在2個不同栽培環(huán)境下的遺傳特性，為黃瓜風(fēng)味品質(zhì)育種提供理論依據(jù)。

1材料與方法

11試驗材料

試驗選用的黃瓜親本材料為經(jīng)多代純合自交、果實(shí)單寧含量差異明顯的DE843（P1、EP326（P2，其中P1單寧含量較高[（103366 7±498 mg/kg]，P2單寧含量較低[（61966 67±549 mg/kg]。P1與P2雜交獲得F1，由F1自交構(gòu)建F2分離群體，并分別以P1和P2為父本與F1回交構(gòu)建BC1和BC2。以P1、P2、F1、BC1、BC2和F2 等6個世代材料進(jìn)行黃瓜單寧遺傳規(guī)律的研究。

12方法

121材料種植試驗在揚(yáng)州大學(xué)園藝與植物保護(hù)學(xué)院蔬菜試驗基地進(jìn)行，2009年3月以DE843為母本（P1、EP326為父本（P2獲得F1；2009年11月在鋼架大棚中獲得F2、BC1、BC2世代；2010年3月6日將P1、P2、F1、BC1、BC2、F2等共6個世代采用穴盤播種，3月28日定植于露地和鋼架大棚，雙行種植，株距30 cm，行距50 cm，完全隨機(jī)化設(shè)計，常規(guī)管理。進(jìn)入開花期后，對5～8節(jié)位的雌花自交授粉，每株留1個瓜。授粉8 d后采摘商品瓜，用于單寧含量測定。

122樣品處理將果實(shí)按四分法取可食部分并混勻后稱取（100±001 g放到搗碎機(jī)中，搗碎成勻漿，稱取5 g勻漿2份，用150 mL水提取， 沸水浴30 min后定容至200 mL， 用中性脫脂棉過濾，棄去初濾液，續(xù)濾液供測定用。

123單寧含量的測定黃瓜單寧含量的測定采用Folin-Denis法[8]。測定儀器為紫外可見分光光度計（UV2550/PC，日本島津生產(chǎn)；試劑、標(biāo)準(zhǔn)溶液制備及標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制參照李靜等的方法[8]。從供測試樣品溶液中吸取2 mL放入50 mL容量瓶中加入水30 mL、鎢酸鈉-磷鉬酸混合溶液2 mL和飽和碳酸鈉溶液2 mL，定容顯色放置2 h后，以標(biāo)準(zhǔn)曲線 0 mg/L 為空白，在760 nm波長下測定樣品溶液的吸光度，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)曲線求出樣品溶液的濃度。

124數(shù)據(jù)處理與分析采用植物數(shù)量性狀主基因-多基因混合遺傳模型進(jìn)行多世代聯(lián)合分析，通過極大似然法（maximum likelihood method和IECM算法（iterated expectation and conditional maximization估計混合分布中的有關(guān)成分分布參數(shù)， 再根據(jù)AIC準(zhǔn)則（Akaikes information criterion選擇備選遺傳模型，并對其進(jìn)行適合性測驗（U21、U22、U23、nW2、Dn，選擇統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平個數(shù)最少的模型作為最優(yōu)模型；采用最小二乘法估計主基因、多基因的遺傳效應(yīng)、方差、遺傳率等遺傳參數(shù)。

本試驗數(shù)據(jù)分析采用由南京農(nóng)業(yè)大學(xué)蓋鈞鎰、章元明等提供的計算軟件和SAS軟件進(jìn)行。

2結(jié)果與分析

21單寧含量的次數(shù)分布

黃瓜6個世代果實(shí)單寧含量的次數(shù)分布見表1。從表1可知，在露地和鋼架大棚2個不同栽培環(huán)境下，果實(shí)單寧含量在P1、P2、F1世代均呈正態(tài)分布，在BC1、BC2呈偏正態(tài)分布，而在F2世代表現(xiàn)為具多個峰的混合分布。endprint

根據(jù)植物數(shù)量性狀主基因-多基因遺傳模型的多世代聯(lián)合分析方法，通過IECM算法，對2個不同栽培環(huán)境下的P1、P2、F1、BC1、BC2和F2世代進(jìn)行遺傳模型篩選分析，分別獲得5類 24 種遺傳模型的極大對數(shù)似然函數(shù)值和AIC值（表2。根據(jù)AIC準(zhǔn)則，在露地栽培條件下，B-1、E-2模型的AIC值較小，分別為4 532047、4 532728；在鋼架大棚栽培條件下，E-2模型的AIC值最小，為4 124447，其次最小的是 B-2 模型，AIC值為4 532728。因此初步選擇B-1、B-2、E-2 為候選模型，其中，B-1模型代表2對加性-顯性-上位性主基因遺傳，B-2模型表示2對加性-顯性主基因遺傳，E-2模型表示2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因遺傳。

候選模型的適合性檢測見表3。由表3可知，在露地栽培條件下，B-1模型中有7個統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平，在BC1集中了4個，說明該模型與BC1吻合性不佳；E-2模型的統(tǒng)計量有5個達(dá)到了顯著水平，在BC1中有3個。在大棚栽培條件下，B-2模型的統(tǒng)計量有8個達(dá)到了顯著水平，在F2中5個統(tǒng)計量均達(dá)顯著水平，所以該模型不符合F2；E-2模型中[CM（25]有5個統(tǒng)計量達(dá)到了顯著水平，其中在BC1中有3個。

由表5可知，在露地栽培條件下，2對主基因加性遺傳效應(yīng)分別為14675[G3]6、1365[G3]76，顯性效應(yīng)為-2122[G3]09、0871 54，多基因的加性和顯性效應(yīng)分別為3307 36、4942 63；在大棚栽培條件下，2對主基因的加性效應(yīng)分別為15127 8、1236 31，顯性效應(yīng)為-1529 58、1222 60，多基因的加性和顯性效應(yīng)分別為2955 02、4113 21。可見，在2個不同栽培條件下，黃瓜單寧含量的1階遺傳參數(shù)差異較小，其中第1主基因的加性效應(yīng)值較大，多基因的加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)大于第2主基因，說明控制黃瓜單寧含量遺傳主要是第1主基因的加性效應(yīng)、多基因的加性和顯性效應(yīng)。

在露地栽培條件下，BC1、BC2和F2世代的主基因遺傳率分別為49465%、32271%和40413%，多基因遺傳率分別為17407%、23787%和43350%，環(huán)境方差分別占表型方差的26567%、30105%和13940%；在鋼架大棚栽培條件下，BC1、BC2和F2世代的主基因遺傳率分別為45748%、36596%和41814%，多基因遺傳率分別為19940%、19753%和41451%，環(huán)境方差分別占表型方差的26818%、31172%和14639%。多基因遺傳率占有較大的比重，而環(huán)境對單寧含量也存在較大的影響。在品質(zhì)選育時，F(xiàn)2主基因的選擇效率最高，受環(huán)境影響相對較小。

3討論

植物數(shù)量性狀混合遺傳模型主基因-多基因多世代聯(lián)合分析方法是建立在混合模型統(tǒng)計學(xué)理論基礎(chǔ)上的，它與經(jīng)典數(shù)量遺傳學(xué)的根本區(qū)別是將數(shù)量遺傳的研究重點(diǎn)轉(zhuǎn)向數(shù)量性狀基因本身，使遺傳分析更準(zhǔn)確、深入。該方法已在黃瓜數(shù)量性狀遺傳研究中得到了應(yīng)用[9-11]。

有研究表明，雜交高粱的單寧含量受高親值控制，單寧含量的遺傳以主效基因為主，并與控制粒色的基因組有關(guān)[12]。本研究分析表明，黃瓜在2個不同栽培條件下單寧的遺傳規(guī)律是一致的，都受2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因控制，說明黃瓜單寧遺傳模式具有較高的穩(wěn)定性。另外，由于栽培條件的不同，主基因和多基因的表達(dá)也不一樣，導(dǎo)致主基因和多基因的遺傳率也各不相同，在各分離世代中，主基因

分利用主基因基礎(chǔ)上，兼顧多基因的影響，在較高分離世代進(jìn)行單寧性狀的選擇。本研究結(jié)果還表明，環(huán)境因素對果實(shí)單寧含量影響較大，說明通過改善栽培技術(shù)措施可以較好地控制黃瓜單寧含量、提高果實(shí)品質(zhì)。

[HS2][HT85H]參考文獻(xiàn)：[HT8SS]

[1][（#]劉春香，何啟偉，孟靜靜 黃瓜感官檢驗與主要芳香物質(zhì)、可溶性糖的相關(guān)關(guān)系[J] 中國蔬菜，2005（1：8-10

[2]徐強(qiáng)，劉進(jìn)生，陳學(xué)好，等 加工類型黃瓜品質(zhì)性狀的主成分及聚類分析[J] 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2003， 24（4：78-81

[3]張圣平，苗晗，程周超，等 黃瓜果實(shí)苦味基因Bt的初步定位[J] 園藝學(xué)報，2011，38（4：709-716

[4]喬宏宇，朱芳，栗長蘭，等 黃瓜主要營養(yǎng)品質(zhì)性狀遺傳分析[J] 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，2005， 36（3：290-293

[5][JP3]Q XU， Y L GENG， X H QI， et al Genetic analysis of the five major aromatic substances in cucumber（Cucumis sativus L [J] Journal of Horticultural Science & Biotechnology， 2012， 87 （2：113-116

[6]蓋鈞鎰，章元明，王建康 植物數(shù)量性狀遺傳體系[M] 北京： 科學(xué)出版社，2003[HJ17mm]

[7]章元明，蓋鈞鎰 數(shù)量性狀分離分析中分布參數(shù)估計的 IECM 算法[J] 作物學(xué)報，2000， 26（6：699-706

[8]李靜，聶繼云，李海飛，等 蘋果果實(shí)單寧Folin-Denis測定法[J] 中國果樹，2006（5：57-59

[9]沈麗平，徐強(qiáng)，Mouammar A，等 黃瓜白粉病抗性遺傳模型分析[J] 江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報，2011，27（2：361-365

[10][（#]閆世江，司龍亭，馬志國，等 黃瓜苗期低溫弱光下生長速度主基因-多基因聯(lián)合遺傳分析[J] 中國農(nóng)業(yè)科學(xué)， 2010， 43（24：5073-5078

[11][JP3]徐強(qiáng)，陳銀根，齊曉花，等 黃瓜果糖含量的主基因-多基因遺傳分析[J] 揚(yáng)州大學(xué)學(xué)報：農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版，2014， 35（2：86-89

[12]張文毅 高粱籽粒品質(zhì)的遺傳改良[J] 遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)， 1996（4：3-6[endprint