不同類型煙草煙葉氯含量性狀的遺傳分析

龍瑤+劉仁祥+王國琴+王瀏杰+周君浩

摘要： 以不同類型的13個煙草品種（系）為材料，采用不完全雙列雜交（incomplete diallel cross method，NCII）交配設(shè)計，研究煙葉氯含量性狀的雜種優(yōu)勢及配合力。結(jié)果表明：不同類型、不同品種之間煙葉氯含量存在顯著差異，其中白肋煙類型的平均氯含量較高，為0.61%；烤煙品種Va116的氯含量最高，為0.67%；雜交組合煙葉氯含量表現(xiàn)為正向超親類型的占30%，優(yōu)勢最強的是紅花大金元×湄潭大蠻煙；表現(xiàn)為負向超親類型的占22.5%，Va116×GDH02組合的負向超親劣勢最強；父本一般配合力（general combining ability，GCA）差異顯著，一般配合力最高的是湄潭大蠻煙，為39.70，最低的是TN90，為-27.94；一般配合力方差為31.64%，特殊配合力方差為68.36%；煙草煙葉氯含量性狀的廣義遺傳力為56.77%，狹義遺傳力為17.96%。由結(jié)果可知，氯含量性狀在不同類型煙草上遺傳資源豐富，可以為適氯烤煙的篩選提供良好的遺傳材料。在實際育種工作中，需要充分考慮外界環(huán)境條件及親本材料的配合力，選育出符合生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)烤煙要求的新品種。

關(guān)鍵詞： 煙草；氯含量；雜種優(yōu)勢；配合力；遺傳力

中圖分類號： S572.03 文獻標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2016）03-0132-04

煙草作為我國重要的經(jīng)濟作物之一，面積和總產(chǎn)量居世界第一位，同時在我國的消費量也居世界之首，其帶來的產(chǎn)業(yè)在國民經(jīng)濟中占據(jù)十分重要的位置，是我國重要的支柱產(chǎn)業(yè)及財政收入的重要來源，也是煙區(qū)農(nóng)民脫貧致富的一種手段[1-3]。不同的植物對氯的需求不同，氯是煙株在生長發(fā)育過程中的必要營養(yǎng)元素[4-5]。煙草對氯較為敏感，煙葉氯含量過高，糖類代謝受阻，淀粉積累過多，葉片厚而脆，燃燒性下降，陰燃時間短，易熄火，煙葉內(nèi)的煙堿含量和總氮含量過高，烤煙商品等級變低，利用價值降低；氯含量過低，葉片枯萎，油分較少，成絲率低，香吃味變劣[6-9]。一般認為，優(yōu)質(zhì)煙草煙葉的適氯范圍應(yīng)在0.3%～0.8%之間，但是研究表明，我國烤煙氯含量較低[10-11]。種內(nèi)不同煙草類型間雜交容易創(chuàng)造更多變異，本研究選擇不同類型的煙草作為親本，配制雜交組合，分析雜種后代氯含量性狀的雜種優(yōu)勢、親本及子代氯含量性狀的配合力表現(xiàn)，旨在能夠篩選出可作為高氯源親本的材料。在以后的品種改良工作中，以此為依據(jù)，選擇和組配親本時充分考慮親本材料的配合力及雜交組合特殊配合力，預(yù)測雜種后代的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)，獲得優(yōu)質(zhì)的雜交后代，培育出氯含量適宜的優(yōu)質(zhì)煙草品種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選用G70、K326、Va116等5個烤煙品種作為母本，選用馬里蘭煙、湄潭大蠻煙、青梗等8個不同類型的煙草品種（系）作為父本，親本材料見表1。采用不完全雙列雜交（NCⅡ）交配設(shè)計，組配40個雜交組合。

1.2 試驗設(shè)計

2014年在貴州大學(xué)煙草科研實驗基地種植13個親本和40個雜交組合。田間試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，2次重復(fù)，每個小區(qū)45株，株間距0.55 cm，四周設(shè)有保護行。

1.3 測定項目和方法

待參試材料煙葉達到生理成熟時，每小區(qū)隨機選取3株，每株取植株4張中部葉，放入烤房，按當(dāng)?shù)睾婵炯夹g(shù)進行烘烤。采用《煙草化學(xué)》中的莫爾法[12]進行煙葉氯含量測定。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

1.4.1 雜種優(yōu)勢計算 雜種優(yōu)勢分析參考《作物育種學(xué)總論》[13]，相應(yīng)公式為：

中親優(yōu)勢=（F1-MP）MP×100%；

正向超親優(yōu)勢=（F1-HP）HP×100%；

負向超親優(yōu)勢=（F1-LP）LP×100%。

式中：F1為雜交1代值；MP為雙親平均值；HP為高親值；LP為低親值。

1.4.2 統(tǒng)計方法 雜種優(yōu)勢分析采用Excel軟件，方差分析、配合力及遺傳力分析采用DPS軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本材料間氯含量的差異分析

親本材料間的性狀差異是進行品種改良的物質(zhì)基礎(chǔ)[14]。不同親本煙草氯含量的測定結(jié)果（表2）顯示：在選用的4個不同類型的煙草品系中，烤煙與白肋煙的氯含量差異顯著，與其他類型煙草差異不顯著。白肋煙與烤煙、曬晾煙之間氯含量差異顯著，與曬晾煙氯含量差異甚至達到極顯著。香料煙與曬晾煙氯含量差異顯著。白肋煙的平均氯含量最高，為0.61%；其次是香料煙、烤煙；平均氯含量最低的是曬晾煙，氯含量為0.27%。由結(jié)果看出，不同煙草類型間煙葉氯含量存在顯著差異，煙草氯含量改良的遺傳資源豐富。

由表3可以看出，13個親本材料差異性表現(xiàn)為：Va116與南江三號差異顯著，與G70、永勝曬煙、NC82、青梗、馬里蘭煙、紅花大金元、K326、湄潭大蠻煙、GDH02差異極顯著。TN90、巴斯瑪與G70、永勝曬煙差異顯著，與NC82、青梗、馬里蘭煙、紅花大金元、K326、湄潭大蠻煙、GDH02差異極顯著。南江三號與湄潭大蠻煙、GDH02之間差異顯著。烤煙品種Va116煙葉氯含量最高，達0.67%，不超過優(yōu)質(zhì)烤煙的氯含量范圍，其次是白肋煙品種TN90（0.61%）、香料煙品種巴斯瑪（057%），NC82、青梗、馬里蘭煙、紅花大金元、K326、湄潭大蠻煙、GDH02的氯含量均低于0.30%。結(jié)果表明，不同親本材料氯含量變化范圍大，親本材料之間存在差異，其中Va116、TN90、巴斯瑪與其他品系組配雜交組合，雜交后代更容易出現(xiàn)變異。

2.2 煙葉氯含量雜種優(yōu)勢表現(xiàn)分析

雜種優(yōu)勢是品質(zhì)改良的有效途徑之一[15]，分析雜交種一代的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)為今后的煙草品質(zhì)改良工作提供了依據(jù)。由表4可以看出，不同雜交組合間的雜種優(yōu)勢差異大，40個雜交組合中，正向超親類型占30%，正向超親優(yōu)勢最強的組合為紅花大金元×湄潭大蠻煙，優(yōu)勢率為128.35%。22.5%的雜交組合氯含量遠低于雙親的平均值，Va116×GDH02呈現(xiàn)出最強的雜種劣勢，優(yōu)勢率為-68.89%。其余47.5%的雜交組合表現(xiàn)出無優(yōu)勢。結(jié)果表明，雙親中某一親本材料氯含量高，其雜交后代氯含量也有可能比低氯親本還要低。雙親均為低氯親本組配的雜交后代，其氯含量有可能超過親本。

2.3 煙草氯含量性狀的配合力分析

配合力分為一般配合力（general combining ability，GCA）、特殊配合力（special combining ability，SCA），品種配合力的優(yōu)劣關(guān)系到煙草育種成效，研究煙草有關(guān)性狀配合力遺傳效應(yīng)，可為煙草配合力育種及利用雜種優(yōu)勢進行親本選配提供參考依據(jù)[16]。

2.3.1 不同組合間氯含量配合力方差分析 一般配合力的高低是由自交系所含有利基因位點的多少決定的，特殊配合力受基因間的顯性、超顯性和上位性效應(yīng)控制，只能在特定的組合中由雙親等位基因或非等位基因間的互作而反映出來，不可遺傳[13]。由表5可知，母本一般配合力不顯著，父本一般配合力顯著，說明不同煙草類型間煙草煙葉氯含量存在差異。雜交后代的特殊配合力達到極顯著的差異，即特殊配合力對氯含量有明顯影響。結(jié)果表明，雜種后代既受到加性效應(yīng)（主要來自父本）的影響，也受到非加性效應(yīng)的影響。

2.3.2 一般配合力效應(yīng)值分析 一般配合力是一個親本與其他多個親本雜交后遺傳給子代性狀的平均表現(xiàn)[17]。表6為供試4個不同類型的煙草煙葉氯含量性狀的一般配合力，表現(xiàn)出正向、負向2種效應(yīng)，其中烤煙、白肋煙表現(xiàn)為負效應(yīng)，香料煙、曬晾煙表現(xiàn)為正效應(yīng)。由結(jié)果可知，不同類型親本的一般配合力在子代的氯含量性狀上發(fā)揮不同的作用，能夠?qū)﹄s交后代氯含量產(chǎn)生影響。

不同親本的氯含量性狀GCA值（表7）顯示，Va116、紅花大金元、湄潭大蠻煙、青梗、巴斯瑪、GDH02氯含量性狀的一般配合力都較高，表現(xiàn)為正效應(yīng)，GCA值最高的是湄潭大蠻煙，為39.70。其余7個親本表現(xiàn)為負效應(yīng)，GCA值最低的是TN90，為-27.94。結(jié)合表4看出，以湄潭大蠻煙、青梗作父本的雜交組合沒有出現(xiàn)負向超親的現(xiàn)象，但巴斯瑪、GDH02作父本的雜交組合中，雜交后代氯含量比低氯親本還低。結(jié)果表明，Va116、紅花大金元、湄潭大蠻煙、青?？勺鳛楦呗仍从H本，改良氯含量過低的材料。TN90氯含量雖然高，但是其一般配合力低，不宜用來改良低氯材料。巴斯瑪、GDH02一般配合力雖然高，但是其雜交后代有負向超親的現(xiàn)象，同樣不宜用來作改良的材料。

2.3.3 雜交組合的特殊配合力效應(yīng)值分析 特殊配合力主要受基因非加性效應(yīng)控制，即基因的顯性和上位性效應(yīng)，不可遺傳[18]。從表8可以看出，不同雜交組合差異較大，特殊配合力（special combining ability，SCA）值變化范圍較大，變異范圍為-59.33（K326×湄潭大蠻煙）～89.76（紅花大金元×巴斯瑪）。在40個雜交組合中，有20個雜交組合表現(xiàn)為正效應(yīng)，其余雜交組合表現(xiàn)為負效應(yīng)。以G70作為母本的雜交組合中，與湄潭大蠻煙、南江三號的雜交組合表現(xiàn)為負效應(yīng)，其余表現(xiàn)為正效應(yīng)；以K326為母本，湄潭大蠻煙、巴斯瑪、GDH02為父本的雜交組合表現(xiàn)為負效應(yīng)，其余雜交組合正向效應(yīng)；以Va116為母本的雜交組合，父本為TN90、巴斯瑪、GDH02、永勝曬煙的雜交組合表現(xiàn)為負向效應(yīng)，其余表現(xiàn)為正效應(yīng)；以紅花大金元作為母本的雜交組合中，紅花大金元×馬里蘭煙、紅花大金元×湄潭大蠻煙、紅花大金元×青梗、紅花大金元×永勝曬煙、紅大×南江三號雜交組合表現(xiàn)為負效應(yīng)，其余表現(xiàn)為正向效應(yīng)；以NC82作為母本的雜交組合中，NC82×湄潭大蠻煙、NC82×GDH02雜交組合表現(xiàn)為正效應(yīng)，其余為負效應(yīng)。

結(jié)合表7、表8看出，G70與馬里蘭煙的GCA效應(yīng)為負效應(yīng)，但其雜交組合表現(xiàn)出的SCA效應(yīng)是正效應(yīng)。紅花大金元與青梗表現(xiàn)出的GCA效應(yīng)為正效應(yīng)，但其雜交組合的SCA效應(yīng)表現(xiàn)為負效應(yīng)。表明親本一般配合力效應(yīng)及其雜交組合的特殊配合力效應(yīng)有表現(xiàn)不一致的情況。用DPS軟件進行配合力方差估計，一般配合力方差為31.64%，特殊配合力方差為68.36%。結(jié)果表明，氯含量在雜交后代的表現(xiàn)方面以特殊配合力更為重要，即雜交后代中氯含量的高低主要受非加性效應(yīng)的影響。同時也說明在品種的改良上應(yīng)注意親本的選擇和組配，不僅需要考慮親本的一般配合力，也需要充分考慮2個親本材料之間的特殊配合力。

2.3 遺傳力分析

遺傳力是表示數(shù)量性狀遺傳過程中遺傳決定與環(huán)境影響相對重要性的數(shù)量指標(biāo)，遺傳力分為廣義遺傳力、狹義遺傳力。廣義遺傳力所體現(xiàn)的是個體的表現(xiàn)型由基因型所決定的程度；狹義遺傳力是數(shù)量性狀育種值方差在表型方差中所占的比例，狹義遺傳力剔除了顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng)[19]。氯含量的廣義遺傳力為56.77%，說明煙草煙葉氯含量有56.77%的概率由遺傳因素決定，氯含量性狀傳遞力較高。狹義遺傳力為17.96%，說明氯含量性狀不易在早代選擇。在實際育種工作中，針對氯含量性狀的遺傳率較低，在早期世代應(yīng)采用較大規(guī)模的集團種植，防止遺傳基因丟失。

3 結(jié)論與討論

關(guān)于煙草煙葉氯含量性狀的研究已經(jīng)有很多報道，許永鋒等研究表明，施氯量對葉片氯含量的影響最為顯著，施氯量為24 kg/hm2處理的烤后煙葉化學(xué)成分較為協(xié)調(diào)[20]。向永生等指出，適量施氯可以改善烤煙氯素營養(yǎng)，并且提高煙葉品質(zhì)[21]。關(guān)博謙等研究表明，施用氯肥后土壤中的氯含量升高，但隨著烤煙吸收土壤中的氯和雨水沖刷，土壤中的氯含量會快速下降[22]。李強等提到，供氯量對煙葉有直接影響，供氯量及供氯方法不易把握[23]。從前人研究來看，雖然合理施用氯肥可以有效地調(diào)節(jié)煙葉中氯含量，但在施肥管理上相當(dāng)麻煩。如果可以通過育種手段，改良含氯量低的材料，培育出含氯量適宜的品種，這將大大減少后期管理工作。本研究以不同類型的煙草品種作為材料，按照NCII交配設(shè)計組配40個雜交組合，探討煙草中氯含量性狀的雜種優(yōu)勢、GCA、SCA效應(yīng)。結(jié)果表明，不同類型、不同品種之間煙葉氯含量存在差異，烤煙與不同類型煙草雜交的雜交后代表現(xiàn)出來的雜種優(yōu)勢各異，可利用不同類型的煙草品系來組配雜交組合，改良含氯量低的材料，選育出含氯量適宜的優(yōu)質(zhì)煙草品種。雙親中有1個親本是高氯材料，其雜種后代氯含量比低氯親本還低；相反，雙親都是低氯材料，其后代有可能產(chǎn)生正向超親的現(xiàn)象，所以僅依靠親本性狀的表現(xiàn)來選擇和組配親本是不嚴(yán)謹?shù)?，這與前人的研究一致。煙草煙葉氯含量的多少受非加性效應(yīng)和加性效應(yīng)（主要來自父本）的共同影響，一般配合力較高的親本，其雜種后代的特殊配合力也有可能較低。因此，在組配雜交組合材料的選擇上要充分考慮親本的一般配合力以及雜交組合的特殊配合力。在低氯材料的改良上，可以選用湄潭大蠻煙、青梗作為高氯父本材料，其他優(yōu)質(zhì)煙草品系作為母本來組配雜交組合，采用組合育種的方法，選育出符合生產(chǎn)上優(yōu)質(zhì)煙草的品種。由于氯含量性狀的廣義遺傳力較大，狹義遺傳力較小，因此在實際育種工作中，不宜在早代進行選擇，早期世代最好采用較大規(guī)模集團種植。在本研究中，Va116、紅花大金元的一般配合力也都較高，但在本研究中這2個材料均用作母本，其作為父本時，與其他類型煙草品系進行組配，雜交后代的特殊配合力并不清楚，這方面還需要進一步研究。

參考文獻：

[1]李永平. 云南省煙草育種進展及發(fā)展對策[J]. 中國煙草科學(xué)，2001，22（3）：19-21.

[2]Shull G H. The composition of a field of maize[J]. Breed Assoc，1908，4（1）：296-301.

[3]Sun Q X，Ni Z F，Liu Z Y. Differeniial gene expression between wheat hybrids and their parental inbreds in seedling leaves[J]. Euphytica，1999，106（2）：117-123.

[4]金聞博，戴 亞. 煙草化學(xué)[M]. 北京：清華大學(xué)出版社，1994：8-9.

[5]廖 紅. 高級植物營養(yǎng)學(xué)[M]. 北京：科學(xué)出版社，2003：235-238.

[6]李永忠，羅鵬濤. 氯在煙草體內(nèi)的生理代謝功能及其應(yīng)用[J]. 云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1995（1）：57-61.

[7]王東勝，劉貫山，李章海. 煙草栽培[M]. 合肥：中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)出版社，2002：87-88.

[8]閆克玉，李興波，謝華，等. 河南烤煙（40級）各等級煙葉陰燃時間測定報告[J]. 煙草科技，1994（2）：12-14.

[9]何永良. 貴州烤煙施氯量的初步研究[J]. 中國煙草，1987（4）：24-29.

[10]曾兆佳，李佳穎，馬君紅，等. 涼山烤煙氯含量狀況及其與煙葉質(zhì)量的關(guān)系分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014，46（2）：23-28.

[11]李 強，周冀衡. 我國烤煙氯含量區(qū)域特征及與其他化學(xué)成分的相關(guān)性研究[J]. 作物研究，2009（增刊1）：197-201.

[12]肖協(xié)忠. 煙草化學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)科技出版社，1997：202-205.

[13]張?zhí)煺? 作物育種學(xué)總論[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2003：145-149.

[14]楊鐵釗. 煙草育種學(xué)[M]. 鄭州：河南科學(xué)技術(shù)出版社，1990：88-90.

[15]陸芳芳，陸衛(wèi)平，劉 萍，等. 糯玉米淀粉RVA黏度的雜種優(yōu)勢分析[J]. 作物學(xué)報，2006，32（4）：503-508.

[16]劉中華，祁建民，陶愛芬，等. 煙草種質(zhì)資源分子標(biāo)記與配合力遺傳效應(yīng)研究進展[J]. 中國煙草學(xué)報，2007，13（5）：65-70.

[17]黃開健，楊華銓，黃艷花，等. 幾個玉米自交系主要農(nóng)藝性狀的配合力研究和雜種優(yōu)勢分析[J]. 玉米科學(xué)，1999，7（4）：27-31.

[18]于海濤，閆 美，徐 磊，等. 小麥新品種配合力和遺傳力分析[J]. 山東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2009（12）：24-27.

[19]陳澤輝. 群體與數(shù)量遺傳學(xué)[M]. 貴陽：貴州科技出版社，2009：215-216.

[20]許永鋒，陳順輝，李文卿，等. 不同施氯量對烤煙氯含量和產(chǎn)質(zhì)量的影響[J]. 中國煙草科學(xué)，2008，29（5）：27-31.

[21]向永生，鄒 焱. 鄂西南煙區(qū)土壤、煙葉含氯狀況及施氯效果研究[J]. 湖北民族學(xué)院學(xué)報：自然科學(xué)版，2001，19（3）：23-25.

[22]關(guān)博謙，石孝均，霍沁建，等. 重慶市煙區(qū)土壤-烤煙氯素含量及其變化研究[J]. 水土保持學(xué)報，2005，19（1）：89-92.

[23]李 強，周冀衡，何 偉，等. 中國主要煙區(qū)烤煙氯含量區(qū)域特征研究[J]. 中國土壤與肥料，2010（2）：49-54.