花生百仁質(zhì)量和含油量的遺傳分析

張勝忠，焦 坤，胡曉輝，苗華榮，陳 靜

(山東省花生研究所，山東 青島 266100)

花生是世界范圍內(nèi)廣泛栽培和利用的重要經(jīng)濟(jì)作物，是食用型植物油脂的重要來源。我國花生總產(chǎn)量一直穩(wěn)居世界首位，其中55%用于榨油[1]。但是目前我國花生油年生產(chǎn)量和消費(fèi)量存在約30%缺口，預(yù)計到2020年，花生油供給矛盾將進(jìn)一步加劇[2]。目前，我國生產(chǎn)上推廣的主要花生品種平均含油量僅為51.4%，而少數(shù)含油量超55%的高油花生品種一般都屬珍珠豆型，籽仁較小，產(chǎn)量潛力低[3]。因此，利用優(yōu)良品種雜交技術(shù)，培育大籽粒且高油脂含量的花生新品種，對保障我國糧油產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展具有重要意義。

花生產(chǎn)量和含油量是影響花生油脂產(chǎn)量的兩個決定性因素。籽仁質(zhì)量是影響花生產(chǎn)量的重要因素之一。鄭國棟等對9個花生農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析，發(fā)現(xiàn)百仁質(zhì)量對花生產(chǎn)量影響最大[4]。籽仁含油量對油脂產(chǎn)量的影響更大，據(jù)測算花生榨油原料中含油量每提高1%，相當(dāng)于產(chǎn)量提高2%[3, 5]。花生籽仁質(zhì)量和含油量屬于數(shù)量性狀，其遺傳機(jī)制仍不明確。前人研究表明，對不同親本組合、不同世代花生進(jìn)行遺傳分析，其遺傳規(guī)律并不相同，這將對后續(xù)數(shù)量性狀位點(diǎn)(quantitative trait locus, QTL)定位和新品種培育產(chǎn)生重大影響[1, 6-10]。

本研究以大花生品種花育36號和高油品系高油613構(gòu)建了一個重組自交系(recombination inbred line, RIL)群體，并對該群體百仁質(zhì)量和含油量進(jìn)行了遺傳分析，為深入了解花生籽仁質(zhì)量和含油量遺傳機(jī)制、定位相關(guān)QTL位點(diǎn)、培育高油大花生新品種奠定了重要基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本研究以花育36號×高油613構(gòu)建的重組自交系群體RIL為試驗材料。該群體包含169個家系。母本花育36號為山東省花生研究所育成高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)抗逆大花生品種，通過了山東省農(nóng)作物品種審定委員會審定和國家鑒定；父本高油613為山東省花生研究所育成的高油品系。2017年將RIL群體和親本種植于山東省花生研究所試驗站，收獲后晾干備用。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間種植

將RIL群體(F2:6)和親本種植在山東省花生研究所萊西試驗站，種植方式為起壟雙行單粒播種，行距40 cm，株距16.7 cm，每個家系種植10株，進(jìn)行覆膜。播種期在4月底至5月初，成熟期收獲晾曬后直接進(jìn)行含油量檢測。田間水肥管理等同于常規(guī)大田，及時進(jìn)行病蟲害防治。

1.2.2 花生百仁質(zhì)量和含油量測定

每個家系選擇成熟飽滿的種子100粒，利用電子天平進(jìn)行測定，每個家系至少測量3次。利用索氏提取法測定花生種子含油量。準(zhǔn)確稱取粉碎至40目的5 g花生種子粉，放入用濾紙做成的小袋中，按要求裝好索氏提取器，將小袋放入抽提器，加入60～90 ℃的石油醚30 mL，在67～68 ℃條件下回流提取6 h，減壓蒸發(fā)回收溶劑，得到花生油。試驗設(shè)置3次重復(fù)，取平均值。

花生種子含油量/%=提取的花生油質(zhì)量/花生種子粉質(zhì)量×100

1.2.3 數(shù)據(jù)分析方法

根據(jù)蓋鈞鎰等數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型的聯(lián)合分離分析方法，對花生種子含油量進(jìn)行遺傳分析，根據(jù)最大熵信息準(zhǔn)則(Akaike' s information criterion, AIC)最小、適合性檢驗，包括均勻性檢驗(U12、U22、U32)、Smimov檢驗(nW2)和Kolmogorov檢驗(Dn)、親本與雜種后代的表現(xiàn)選擇最優(yōu)遺傳模型。獲得最優(yōu)遺傳模型后，按最小二乘法計算出成分分布參數(shù)，由成份分布參數(shù)估計遺傳參數(shù)[11-14]。

主基因遺傳率：hmg2/%=σmg2/σp2，多基因遺傳率：hpg2/%=σpg2/σp2。其中σp2為群體表型方差，σmg2為主基因遺傳方差，σpg2為多基因遺傳方差，σe2為多環(huán)境遺傳方差。各遺傳方差間的關(guān)系可表示為σp2=σmg2+σpg2+σe2。利用Excel軟件統(tǒng)計分析RIL群體各個表型統(tǒng)計值，包括均值、標(biāo)準(zhǔn)差、最小值、最大值、變異系數(shù)、偏度、峰度、相關(guān)系數(shù) [ρ=CORREL(array1, array2)]。

2 試驗結(jié)果

2.1 百仁質(zhì)量和含油量表現(xiàn)

母本花育36號百仁質(zhì)量為107.82±0.52 g，含油量為52.48±1.38 %，父本高油613百仁質(zhì)量為52.49±0.45 g，含油量為60.33±1.53%(圖1)。對RIL群體百仁質(zhì)量和含油量統(tǒng)計，結(jié)果表明RIL群體存在廣泛的變異和超親現(xiàn)象(表1)。RIL群體百仁質(zhì)量變異幅度為43.11～136.43 g，群體平均值為88.99 g，偏向高值親本，變異系數(shù)為0.32。RIL群體含油量變異幅度為48.37%～65.98%，群體平均值為58.18%，偏向高值親本，變異系數(shù)為0.06。RIL群體各個家系百仁質(zhì)量和含油量表現(xiàn)為一定程度負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)-0.22(表1)。RIL群體百仁質(zhì)量和含油量的峰度和偏度符合數(shù)量性狀分布規(guī)律，次數(shù)分布圖表現(xiàn)為連續(xù)分布，表明花生百仁質(zhì)量和含油量可能存在多基因控制。RIL群體家系之間性狀差異達(dá)到顯著水平，適合進(jìn)一步開展相關(guān)遺傳分析。

2.2 遺傳模型分析

利用蓋鈞鎰[11]主基因+多基因混合遺傳模型的多世代聯(lián)合分析方法，對P1、P2、RIL群體的籽仁質(zhì)量和含油量進(jìn)行遺傳分析。通過程序計算得到1對主基因(A)、2對主基因(B)、多基因(C)、1對主基因+多基因(D)和2對主基因+多基因(E)、3對主基因(F)和3對主基因+多基因(G)、4對主基因+多基因(H)和4對主基因+多基因(I)共9類65個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值最小原則選擇較適宜的備選遺傳模型。由表2可知，對于百仁質(zhì)量性狀，模型I_9、I_10、I_8為備選遺傳模型；對于含油量性狀，模型E_1_2、E_1_9、E_1_7為備選遺傳模型。

分別對2個性狀的備選模型進(jìn)行適合性檢測，以確定最適合的遺傳模型(表3)。由表3所示，對于百仁質(zhì)量，備選模型I_9、I_10、I_8均有2個統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平；由于模型I_9的AIC值最小，因此模型I_9適合性更高，即模型I_9是RIL群體百仁質(zhì)量性狀的最適模型，即4對主基因加性效應(yīng)+多基因加性上位性模型，其中3對主基因加性效應(yīng)相等。對于含油量，備選模型E_1_2、E_1_9、E_1_7分別有2、1、3個統(tǒng)計量達(dá)到顯著水平，因此模型E_1_9是RIL群體含油量性狀的最適合模型。因此RIL群體籽仁含油量遺傳規(guī)律符合E_1_9模型，即滿足2對主基因+加性多基因遺傳，主基因存在抑制作用。

圖1 親本百仁質(zhì)量和含油量表型變異 Fig.1 100 seed mass and seed oil content variation of the parents

性狀Trait群體均值Mean標(biāo)準(zhǔn)差SD極小值Min極大值Max變異系數(shù)CV偏度Skew峰度Kurt相關(guān)系數(shù)Correlation 百仁質(zhì)量100 seed mass88.99 28.47 43.11 136.43 0.32 -0.12-0.56-0.22含油量 Oil content58.18 3.39 48.3765.98 0.06 -0.10-0.47-0.22

圖2 RIL群體百仁質(zhì)量和含油量性狀次數(shù)分布 Fig.2 Frequency distributions for 100 seed mass and seed oil content of RIL population

模型Model AIC值 AIC value百仁質(zhì)量100 seed mass含油量Oil content 模型Model AIC值 AIC value百仁質(zhì)量100 seed mass含油量Oil content 模型Model AIC值 AIC value百仁質(zhì)量100 seed mass含油量Oil content A_1 3023.691896.84D_111324.472334.11F_325006.054677.39A_211322.472529.41D_211249.122332.11F_436266.996515.89B_1_127373.365332.00E_1_17850.441760.42G_18210.371750.64B_1_224150.314168.40E_1_27882.731445.01G_26246.911980.89B_1_318147.933215.60E_1_3 152222.3219047.07G_36167.601606.22B_1_416704.103506.88E_1_46962.431628.70G_46928.501577.47B_1_522480.343356.41E_1_56343.161642.93H_12268.512414.75B_1_622372.653823.04E_1_66337.761623.17H_22327.432195.80B_1_711411.252525.41E_1_76099.791515.45H_333664.845703.05B_1_811411.252525.41E_1_86100.081515.45H_42155.612644.75B_1_911242.072330.11E_1_96136.701515.45H_52220.802294.75B_2_128401.754142.29E_2_131813.849037.09I_12177.071932.01B_2_222347.984235.61E_2_231818.369373.44I_22182.861953.60B_2_316330.493214.60E_2_321129.956101.15I_32193.661958.82B_2_416332.493388.48E_2_422349.037064.90I_42207.265966.54B_2_518148.933825.04E_2_522349.036803.75I_532339.075978.54B_2_616873.553244.15E_2_620897.815951.09I_634323.095481.35B_2_711413.252527.41E_2_712661.483584.34I_72150.781837.57B_2_811413.252527.41E_2_812720.373584.34I_82144.731864.52B_2_911320.472527.41E_2_912720.373584.65I_92137.328713.00C_13025.691898.85F_12171.697883.36I_102143.818085.78C_23023.691896.85F_22158.068490.72/ / /

表3 遺傳模型的適合性檢驗

注：U12、U22、U32：均勻性檢驗；nW2：Smimov檢驗；Dn：Kolmogorov檢驗。

Note:U12,U22,U32, Equality test；nW2, Smimov test;Dn, Kolmogorov test.

2.3 遺傳參數(shù)估計

選定最適遺傳模型后，按最小二乘法計算出成分分布參數(shù)，由成分分布參數(shù)估計主基因和多基因遺傳率(表4)。結(jié)果所示，百仁質(zhì)量性狀滿足4對主基因加性效應(yīng)+多基因加性上位性遺傳，其中主基因遺傳率為59.01%，多基因遺傳率為40.28%，表明花生百仁質(zhì)量主要受主基因效應(yīng)控制，受環(huán)境影響較小。含油量性狀由2對主基因+加性多基因控制，其中主基因遺傳率為64.60%，多基因遺傳率為27.18%，表明花生籽仁含油量主要受主基因效應(yīng)控制，但是多基因效應(yīng)不能被忽略。

表4 百仁質(zhì)量和含油量遺傳率估計

2.4 高油大花生家系篩選

圖2所示，RIL群體中百仁質(zhì)量超過高值親本(107.82±0.52 g)的家系有32個，含油量超過高值親本的家系(60.33±1.53%)有33個，但沒發(fā)現(xiàn)百仁質(zhì)量和含油量均超過高值親本的家系。以百仁質(zhì)量115 g和含油量58%為標(biāo)準(zhǔn)，共選出6個家系超過該標(biāo)準(zhǔn)，分別是R-8(115.97g，59.93%)、R-12(135.08g，59.97%)、R-35(121.46g，59.92%)、R-38(115.08g，59.16%)、R-115(118.76g，58.51%)、R-146(123.52g，58.67%)(圖3)。這些家系的篩選，將為高油大花生品種的培育奠定重要的材料基礎(chǔ)。

圖3 6個高百仁質(zhì)量和高含油量家系 Fig.3 6 RIL lines with high 100-seed-mass and oil content

3 討 論

籽仁質(zhì)量和含油量是決定花生油脂產(chǎn)量的兩個重要因素。眾多研究表明，籽仁質(zhì)量和含油量均為數(shù)量性狀，遺傳機(jī)制較為復(fù)雜[1, 6, 8, 15]。因此開展籽仁質(zhì)量和含油量遺傳規(guī)律研究是實(shí)現(xiàn)優(yōu)質(zhì)育種的必要前提。

前人研究發(fā)現(xiàn)花生百仁質(zhì)量主要受加性和非加性效應(yīng)控制，但是以何種效應(yīng)為主仍存在爭議。殷冬梅等研究認(rèn)為，百仁質(zhì)量和百果重符合加性-顯性遺傳，具體表現(xiàn)為完全顯性到超顯性[6]。楊海棠等認(rèn)為百仁質(zhì)量受加性和非加性效應(yīng)控制，但以加性效應(yīng)為主。也有研究認(rèn)為百仁質(zhì)量、單株果質(zhì)量、飽果數(shù)等性狀，非加性基因效應(yīng)比加性基因效應(yīng)更重要[8]。目前，關(guān)于花生百仁質(zhì)量主基因+多基因混合遺傳分析的研究較少。張新友等利用鄭8903/豫花4號RIL群體對10個農(nóng)藝性狀進(jìn)行遺傳分析，認(rèn)為百仁質(zhì)量性狀符合2對具有加性-顯性-上位性連鎖主基因+多基因混合遺傳模型[15]。王曉帥等以遠(yuǎn)雜9102/皖花4號F2群體為材料，認(rèn)為百仁質(zhì)量受2對主基因控制，主基因表現(xiàn)為顯性效應(yīng)[7]。與之前研究結(jié)果不同，本研究發(fā)現(xiàn)花育36號/高油613 RIL群體百仁質(zhì)量符合4對主基因加性效應(yīng)+多基因加性上位性模型，其中3對主基因加性效應(yīng)相等，主基因遺傳率為59.01%，多基因遺傳率為40.28%。該RIL群體百仁質(zhì)量存在廣泛的超親現(xiàn)象，可能是由于多基因非加性效應(yīng)所致。

一般認(rèn)為，花生含油量受多基因控制，但也有一些研究發(fā)現(xiàn)存在主基因遺傳特性[16]。Zhang等對鄭8903/豫花4號RIL家系脂肪含量進(jìn)行遺傳分析，發(fā)現(xiàn)含油量受2對加性互補(bǔ)主基因+多基因控制，其中多基因遺傳率更高[9]。禹山林等對親本SPI056/花育17號的F1、F2進(jìn)行遺傳分析，發(fā)現(xiàn)該性狀受2對加性顯性上位性基因+加性顯性多基因控制，其中主基因遺傳率更高[1]。陳四龍等同時對4個雜交組合后代群體的含油量進(jìn)行主基因+多基因遺傳分析，發(fā)現(xiàn)2個組合以主基因遺傳為主；而另外2個組合僅受多基因控制[10]。本研究發(fā)現(xiàn)花生含油量符合2對主基因+加性多基因模型，主基因存在抑制作用，該結(jié)果與廖伯壽等利用遠(yuǎn)雜9102/中花5號RIL群體進(jìn)行遺傳分析的結(jié)果相同[17]。由此可見，含油量遺傳基礎(chǔ)非常復(fù)雜，利用不同組合、不同世代材料進(jìn)行遺傳分析，研究結(jié)果可能不盡相同。因此，育種實(shí)踐中，育種者要根據(jù)不同的育種材料、不同組合、不同世代，采用相應(yīng)的育種方法對相關(guān)性狀進(jìn)行遺傳改良，從而達(dá)到育種目標(biāo)。

為進(jìn)一步促進(jìn)花生油脂生產(chǎn)潛力，培育高油大花生新品種顯得尤為必要。本研究所選用親本的百仁質(zhì)量和含油量均存在較大差異，且RIL家系存在廣泛變異(圖1、表1)，百仁質(zhì)量和含油量呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)，導(dǎo)致沒有發(fā)現(xiàn)含油量和百仁質(zhì)量均超高值親本的家系，推測本材料中控制百仁質(zhì)量和含油量部分位點(diǎn)可能存在一定程度連鎖。張新友等發(fā)現(xiàn)控制百仁質(zhì)量和含油量的部分QTL位于鄰近區(qū)域[15]。因此，育種實(shí)踐中育種者需適當(dāng)擴(kuò)大分離群體的規(guī)模以增加基因重組的概率，從而選擇出理想性狀的個體。本研究中，我們以百仁質(zhì)量115 g和含油量58%為標(biāo)準(zhǔn)，共篩選6個家系超過該標(biāo)準(zhǔn)。同時，發(fā)現(xiàn)這些家系在多年多點(diǎn)環(huán)境下(2017、2018年萊西，2017年海南，2018年東營)，具有良好的產(chǎn)量和適應(yīng)性表現(xiàn)(數(shù)據(jù)未發(fā)表)。該研究不僅為培育高油脂大花生新品種提供了中間育種材料，同時為定位花生籽仁重量和含油量QTL新位點(diǎn)提供理論基礎(chǔ)。