梨F1代群體果實(shí)性狀的遺傳分析及相關(guān)性研究

趙亞楠，歐春青，王 斐，張艷杰，馬 力，姜淑苓

(中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院 果樹研究所/農(nóng)業(yè)部園藝作物種質(zhì)資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，遼寧興城 125100)

蘋果梨是中國(guó)優(yōu)良梨品種之一, 已有百余年的栽培歷史?！嗽录t’梨為中國(guó)近年來培育的優(yōu)質(zhì)紅色梨新品種，均作為梨雜交育種的親本被廣泛利用。國(guó)內(nèi)外學(xué)者在梨果實(shí)性狀遺傳規(guī)律方面已有一些研究[1-2]。但有關(guān)‘蘋果梨’與 ‘八月紅’梨雜交后代的遺傳規(guī)律還未有文獻(xiàn)報(bào)道。為了填補(bǔ)理論上對(duì)其雜種后代遺傳規(guī)律研究的空白, 本試驗(yàn)對(duì)‘蘋果梨’與‘八月紅’雜種后代果實(shí)主要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳規(guī)律進(jìn)行初步的觀察研究, 以期為梨遺傳育種和果實(shí)性狀的QTL定位提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為2005年春播種的以‘蘋果梨’為母本，‘八月紅’為父本的210株雜交后代結(jié)果實(shí)生苗。苗木定植于中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院果樹所試驗(yàn)基地，行株距為3.0 m×1.0 m，常規(guī)管理。2010年部分單株開始結(jié)果，2015年開始調(diào)查。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

雜種實(shí)生苗果實(shí)主要經(jīng)濟(jì)性狀連續(xù)調(diào)查記載3 a。調(diào)查項(xiàng)目有:果實(shí)大小、果形指數(shù)、果心大小、果肉硬度、可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)和可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)6個(gè)果實(shí)性狀。所有指標(biāo)都在果實(shí)采后進(jìn)行測(cè)定。

單果質(zhì)量用天平(精度0.01 g)測(cè)定，取平均值。果實(shí)的最大縱徑和橫徑以及果心直徑用游標(biāo)卡尺測(cè)量，硬度用GY-1型果實(shí)硬度計(jì)測(cè)定，可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)利用手持折糖儀測(cè)定，可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)用905全自動(dòng)電位滴定儀(Metrohm)測(cè)定[3]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 20對(duì)梨果實(shí)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，用 Kolmogorov-Smirnov Test和正態(tài)Q-Q圖對(duì)調(diào)查的各性狀進(jìn)行正態(tài)分布檢驗(yàn)，繪制頻率分布直方圖。相應(yīng)的遺傳指標(biāo)用Excel 2013進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 果實(shí)性狀遺傳分析

2.1.1 果實(shí)大小 試驗(yàn)結(jié)果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代的果實(shí)大小偏度值偏大，呈偏正態(tài)分布，屬于微效多基因控制的數(shù)量性狀遺傳(表1和圖1)。雜交后代的平均果質(zhì)量為116.04 g，小于中親值，甚至小于低親，低于低親值的后代占91.90%，表現(xiàn)出低低親遺傳，呈現(xiàn)向小變異的趨勢(shì)，可能是親本的非加性效應(yīng)比較強(qiáng)。遺傳傳遞力為54.91%，變異系數(shù)為46.03%，說明后代分離廣泛，這是由于在有性雜交中雙親的非加性效應(yīng)解體，導(dǎo)致后代呈回歸變異。母本蘋果梨果體大小差異懸殊，一般大果質(zhì)量267.5 g，小果質(zhì)量66.15 g，最大果可達(dá)600 g, 最小果僅23.2 g[4]。從果實(shí)質(zhì)量變化差異懸殊來看，此性狀在群體中遺傳潛力大，選擇空間大，即通過選擇改良的效果好。

表1 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實(shí)大小的遺傳變異Table 1 Genetic variation of fruit size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖1 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實(shí)大小次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of fruit size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

2.1.2 果形指數(shù) 從表2可以看出，雜交后代的果形指數(shù)平均值為0.93，與中親值一致。變異系數(shù)為9.13%，遺傳傳遞力為99.63%。超高親率(5.71%)和低低親率(1.43%)都較低，后代中有92.86%的果形指數(shù)介于雙親之間，總體表現(xiàn)出趨中遺傳變異，呈較好正態(tài)分布，屬于微效多基因控制的數(shù)量性狀遺傳(圖2)。

2.1.3 果心大小 從表3可以看出，雜交后代的平均果心大小為38%，與中親值相等。后代中有79.05%的果心大小介于雙親之間，超高親率(6.19%)和低低親率(14.76%)都較低。遺傳傳遞力為96.45%，變異系數(shù)為17.36%，后代分離不廣泛，總體表現(xiàn)為趨中偏小遺傳變異，偏度值偏大，呈偏正態(tài)分布(圖3)。

2.1.4 果肉硬度 試驗(yàn)結(jié)果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代的果肉硬度為連續(xù)性分布，但不滿足正態(tài)或偏正態(tài)分布，而是呈現(xiàn)主基因-多基因模型的多峰分布(表4和圖4)。推測(cè)在該遺傳群體中，果肉硬度是由主效基因和微效多基因共同控制的復(fù)雜遺傳。

后代平均果肉硬度為7.12 kg/cm2，大于中親值，甚至高于高親值，出現(xiàn)較多的超高親植株，平均超高親率為59.0%，總體表現(xiàn)出超高親遺傳的傾向，說明此組合的高硬度性狀遺傳給后代的能力強(qiáng)。變異系數(shù)為27.68%，后代分離較廣泛，極差值達(dá)9.32 kg/cm2。

表2 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果形指數(shù)的遺傳變異Table 2 Genetic variation of fruit shape index in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖2 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果形指數(shù)次數(shù)分布Fig.2 Frequency distribution of fruit shape index in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表3 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果心大小的遺傳變異Table 3 Genetic variation of core size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖3 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果心大小次數(shù)分布Fig.3 Frequency distribution of core size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表4 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果肉硬度的遺傳變異Table 4 Genetic variation of flesh hardness in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

2.1.5 可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù) 從表5可以看出，雜交后代的平均可溶性固形物質(zhì)量分?jǐn)?shù)(SSC)大于中親值。遺傳傳遞力強(qiáng)，達(dá)到105.98%。后代中超高親率為44.00%，并且在后代中出現(xiàn)SSC達(dá)21.99%的高親株，具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。后代分離廣泛，極差值達(dá)14.59%，變異系數(shù)為14.53%，總體表現(xiàn)為超高親遺傳的傾向，呈較好的正態(tài)分布(圖5)。

2.1.6 可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) 從圖6可以看出，‘蘋果梨’和‘八月紅’組合雜交后代的可滴定酸質(zhì)量分?jǐn)?shù)(TAC)分3個(gè)區(qū)段，呈不連續(xù)性分布。不滿足正態(tài)或偏正態(tài)分布。但在3個(gè)不同區(qū)段內(nèi)，株系間又表現(xiàn)出明顯連續(xù)性變異和多峰分布，呈主基因-多基因模型。推測(cè)TAC這一性狀可能是由多個(gè)主效基因和微效多基因共同控制的復(fù)雜遺傳。從表6可以看出，雜交后代的TAC平均值大于中親值，遺傳傳遞力強(qiáng)(114.73%)，出現(xiàn)較多的超高親株(38.00%)。后代分離廣泛，變異系數(shù)為58.41%，極差值高達(dá)1.099，選擇空間大，總體表現(xiàn)出高親遺傳。

2.2 果實(shí)性狀間的相關(guān)性分析

由表7可知，果實(shí)大小與果心大小、果肉硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與果形指數(shù)、SSC和TAC相 關(guān)性均不顯著；TAC與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與TAC呈顯著正相關(guān)；其余性狀間相關(guān)性不顯著。在這些相關(guān)性較強(qiáng)的性狀中，其QTL可能在連鎖群所處的位置較近。

圖4 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果肉硬度次數(shù)分布Fig.4 Frequency distribution of flesh hardness in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表5 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代SSC的遺傳變異Table 5 Genetic variation of SSC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖5 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代SSC次數(shù)分布Fig.5 Frequency distribution of SSC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖6 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代TAC次數(shù)分布Fig.6 Frequency distribution of TAC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表6 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代TAC的遺傳變異Table 6 Genetic variation of TAC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表7 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實(shí)性狀的相關(guān)性分析Table 7 Correlation analysis on fruit traits of ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

注：**表示在 0.01 水平(雙側(cè))上極顯著相關(guān)；*表示在 0.05 水平(雙側(cè))上顯著相關(guān)。

Note：**presents significant correlation at 0.01 level；* presents correlation at 0.05 level.

2.3 果實(shí)性狀間的通徑分析

相關(guān)分析表明，果實(shí)性狀間存在一定的相關(guān)性，要進(jìn)一步研究性狀間的數(shù)量關(guān)系，需要進(jìn)行通徑分析。以果實(shí)大小為因變量，另外5個(gè)性狀為自變量，進(jìn)行逐步回歸分析，建立果實(shí)大小的最優(yōu)回歸方程為：Y=222.712-5.975X1-162.619X2+ε(X1：果肉硬度，X2：果心大小，R=0.309，F(xiàn)=10.888**)。同理，以SSC為因變量，建立最優(yōu)回歸方程為：Y=9.254+4.076X3+1.608X4+ε(X3：果形指數(shù)，X4：TAC，R=0.241，F(xiàn)=6.376**)(結(jié)果與表7一致)。經(jīng)通徑分析可知，果肉硬度和果心大小對(duì)果實(shí)大小的直接通徑系數(shù)分別為-0.221和-0.206，表明果肉硬度對(duì)果實(shí)大小直接作用最大，決定系數(shù)(R2)=0.095，剩余通徑系數(shù)(Pe)=0.951，該值較大，說明還有對(duì)果實(shí)大小影響較大的因素沒有考慮到。果形指數(shù)和TAC對(duì)SSC的直接通徑系數(shù)分別為0.177和0.160，表明果形指數(shù)對(duì)SSC直接作用最大，R2=0.058，Pe=0.970，同樣也有對(duì)SSC影響較大的因素沒有考慮到。

3 討論與結(jié)論

梨不同種或品種間進(jìn)行有性雜交過程中，受雙親基因間的加性效應(yīng)以及非加性效應(yīng)的影響，后代性狀往往出現(xiàn)廣泛分離的現(xiàn)象，形成不同的類型[5]。其中大多數(shù)是劣質(zhì)性狀變異，但也會(huì)出現(xiàn)將雙親中控制同一性狀的不同微效基因積累起來，出現(xiàn)超高親的類型[6]。正是因?yàn)榛蛑亟M可以將雙親控制不同性狀的優(yōu)良基因結(jié)為一體，雜交育種才更有意義。本研究結(jié)果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代群體中多個(gè)果實(shí)性狀存在不同的遺傳變異傾向和數(shù)量性狀混合遺傳模型。

果實(shí)性狀遺傳規(guī)律分析表明，果實(shí)大小、果心大小和果形指數(shù)這3個(gè)性狀的后代果實(shí)平均值都小于或等于親中值，且遺傳傳遞力都低于100%，優(yōu)勢(shì)率等于0或?yàn)樨?fù)值，雜種優(yōu)勢(shì)不明顯。果實(shí)大小為低低親遺傳變異，普遍出現(xiàn)經(jīng)濟(jì)性狀退化現(xiàn)象，存在較明顯的非加性效應(yīng)解體的影響，與前人的研究結(jié)論一致[7-9]。果形指數(shù)為趨中偏大遺傳變異，與方成泉等[10]趨中偏小遺傳的結(jié)論有些許差異，這可能與本組合的雙親果形指數(shù)相差較大、遺傳傳遞力高及受親本影響大而趨向高親本遺傳有關(guān)[11]。果心大小與果形指數(shù)類似，但總體表現(xiàn)為趨中偏小遺傳，非加性效應(yīng)較弱，這與滕美貞[11]的結(jié)論一致，但與大多數(shù)研究者認(rèn)為的梨后代果心大小趨中偏大的趨勢(shì)有差別[12]，這可能與蘋果梨小果心遺傳傳遞力較強(qiáng)有關(guān)[13-14]。

果肉硬度、SSC和TAC的后代果實(shí)平均值都大于親中值，遺傳傳遞力都超過100%，優(yōu)勢(shì)率都為正值，具有很強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。說明這3個(gè)性狀遺傳以加性效應(yīng)為主，并且存在著正向的非加性效應(yīng)。果肉硬度表現(xiàn)為超高親遺傳傾向，有明顯增大的趨勢(shì)，表明后代的耐貯性有增強(qiáng)的趨勢(shì)，對(duì)梨果實(shí)的儲(chǔ)存有重要意義[15]。這一結(jié)果與崔艷波等[16]的研究結(jié)果一致，在草莓[17]和番茄[18]雜交后代中發(fā)現(xiàn)果肉硬度也有此規(guī)律，但在桃[19]雜交后代中卻出現(xiàn)相反結(jié)果，因此不同梨品種親本雜交后代是否都符合此規(guī)律，還有待進(jìn)一步研究。TAC為趨向高親遺傳，變異系數(shù)最大(58.41%)，呈現(xiàn)較高的變異程度，遺傳潛力最大，選擇改良效果最好，在蘋果中也有類似報(bào)道[20-21]。SSC為超高親遺傳，與前人研究結(jié)論相同[22-23]，這可能與后代果質(zhì)量普遍偏小、硬度普遍偏高及肉質(zhì)緊密有關(guān)[24]。

果實(shí)大小、果形指數(shù)、果心大小和SSC這4個(gè)性狀在雜交后代中均呈正態(tài)或偏正態(tài)分布分布，為微效多基因控制的數(shù)量性狀。該結(jié)果與崔艷波等[16]結(jié)果一致。其余2個(gè)性狀次數(shù)分布圖呈多峰分布，呈現(xiàn)主基因-多基因模型，可能是由多個(gè)主效基因和微效多基因共同控制的復(fù)雜遺傳，這一結(jié)果與番茄[18]和西瓜[25]中的研究結(jié)果類似。

經(jīng)相關(guān)分析和通徑分析，梨果實(shí)大小與果心大小、果肉硬度呈極顯著負(fù)相關(guān)，且果肉硬度對(duì)果實(shí)大小直接作用最大，最優(yōu)回歸方程為Y1=222.712-5.975X1-162.619X2+ε(Y1為果實(shí)大小，X1為果肉硬度，X2為果心大小)。SSC與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與TAC呈顯著正相關(guān)，最優(yōu)回歸方程為Y2=9.254+4.076X3+1.608X4+ε(Y2為SSC，X3為果形指數(shù)，X4為TAC)。

本研究梨F1代群體果實(shí)性狀中，變異系數(shù)大小順序?yàn)門AC>果實(shí)大小>果心大小>果肉硬度>果形指數(shù)>SSC，變異系數(shù)越大，說明性狀在群體中的遺傳潛能和選擇空間越大，通過選擇改良的效果就越好；遺傳傳遞力大小順序?yàn)楣庥捕?TAC>SSC>果形指數(shù)>果心大小>果實(shí)大小，遺傳傳遞力越大，雜種優(yōu)勢(shì)越明顯。在今后的雜交育種中，可根據(jù)育種目標(biāo)和上述規(guī)律合理配置親本組合，以增加優(yōu)株入選率。