苦瓜強(qiáng)雌系品種的選育研究

王國(guó)莉

（惠州學(xué)院 生命科學(xué)學(xué)院，廣東 惠州 516007）

苦瓜（Momordica charantia L.）不僅營(yíng)養(yǎng)豐富［1］，還兼具藥用［2］和保健功能［3］，在我國(guó)栽培歷史悠久，主要以廣東、廣西、福建、湖南、江西等省的栽培面積最廣［4］.隨著苦瓜消費(fèi)市場(chǎng)的需求不斷擴(kuò)大，苦瓜高產(chǎn)、抗性新品種的選育迫在眉睫.但苦瓜的遺傳育種研究起步較晚，我國(guó)還沒(méi)有系統(tǒng)地對(duì)苦瓜種質(zhì)資源開(kāi)展研究工作.雖然廣東、湖南及江西的科研人員相繼選育出了一批綜合性狀優(yōu)良的苦瓜一代雜種，如熱研2 號(hào)、穗新2 號(hào)、湘豐1 號(hào)、綠美、川苦6 號(hào)等新品種，但是這些品種還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足市場(chǎng)需要.因此，培育早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的苦瓜新品種是目前苦瓜生產(chǎn)上急需解決的重要問(wèn)題.強(qiáng)雌系苦瓜品種選育是苦瓜育種的一個(gè)主要方向，強(qiáng)雌系苦瓜在育種上（全雌系為雌花率100%；強(qiáng)雌系則為雌花率在80%以上）可以提高品種的早熟性、豐產(chǎn)性，簡(jiǎn)化制種程序，降低成本并提高F1 代種子質(zhì)量.通過(guò)與具有其他優(yōu)良性狀的親本雜交，可間接培育出早熟、豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)等綜合性狀優(yōu)良的F1 代雜種［5-6］.

關(guān)于苦瓜性別分化和性別決定基因的研究方興未艾.趙志偉等［7］的研究再次證明了苦瓜的全雌性狀是由1 個(gè)隱性基因控制的，但受一些微效多基因的控制.王日升等［8］以全雌系苦瓜花為材料，獲得了全新的Mc-ACS4序列，跟其他ACS序列一樣可能與苦瓜性別分化有關(guān).李明珠等［9］的研究發(fā)現(xiàn)與苦瓜性別分化有關(guān)的特異蛋白質(zhì)，其中11 kD 的蛋白質(zhì)可能是雌花分化程序表達(dá)中的一種關(guān)鍵蛋白，而30 kD 的蛋白質(zhì)很可能是雄花程序表達(dá)中的一種關(guān)鍵蛋白，外界因素和環(huán)境因子均能影響這些蛋白的表達(dá).汪俏梅和曾廣文［10］的研究則發(fā)現(xiàn)苦瓜的性別分化首先要經(jīng)過(guò)兩性期，然后再分別向雌或雄的方向發(fā)育.

孔冬梅［11］、楊?等［12］和汪俏梅等［13］的研究說(shuō)明化學(xué)試劑在植物的性別分化中發(fā)揮著重要的調(diào)控作用，例如赤霉素（GA）、細(xì)胞分裂素（CTK）、生長(zhǎng)素（IAA）、乙烯、脫落酸（ABA）和表油菜素內(nèi)酯（epi-BL），均對(duì)苦瓜的性別分化有著重要的影響.王日升等［14］都得出AgNO3具有促雄效果，可以成功誘導(dǎo)全雌花分化出雙性花，并得出三葉期是全雌性苦瓜性別分化的關(guān)鍵時(shí)期.汪俏梅等［13］提出環(huán)境因素中溫度和光周期是主要影響，短日照（8 h）、低溫作用于苦瓜苗期，可使植株的發(fā)育提早，第一雌花節(jié)位降低，雌花數(shù)增多.萬(wàn)翔等［16］在黃瓜的研究中指出雌性系開(kāi)少量雄花或基本不開(kāi)雄花，致使雌性系自身的育種變得困難，國(guó)內(nèi)主要使用化學(xué)調(diào)控方法.

隨著對(duì)苦瓜強(qiáng)雌系育種的研究不斷深入，加之種植強(qiáng)雌系苦瓜的經(jīng)濟(jì)效益好，因此，強(qiáng)雌系品種在苦瓜生產(chǎn)和育種研究上都有重要的作用，對(duì)新型強(qiáng)雌系苦瓜品種的選育顯得十分迫切.本研究以常規(guī)育種方法為主，開(kāi)展新型強(qiáng)雌系苦瓜品種的初步選育工作，對(duì)盡快培育出苦瓜高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)新品種具有重要的理論和現(xiàn)實(shí)意義.

1 材料及方法

1.1 材料

試驗(yàn)材料為課題組自有的強(qiáng)雄性苦瓜品種Qx001，強(qiáng)雌性苦瓜品種Mc001和全雌性品種Qc001.

1.2 研究方法

1.2.1 苦瓜育苗

2014 年春，取3 個(gè)品種種子適量，參照王日升等［14］、陳堅(jiān)和王霞［15］的育種和育苗方法.將種子放入提前預(yù)熱至55℃的溫水中，玻璃棒攪拌10 min后，自然冷卻浸泡12 h.浸泡結(jié)束后撈出種子，用鑷子將種皮捏裂，放入智能人工氣候培養(yǎng)箱內(nèi)，設(shè)定溫度30℃，濕度80%進(jìn)行催芽.大概兩天種子露白后，點(diǎn)播在穴盤中，29℃進(jìn)行育苗.

1.2.2 定植和處理

當(dāng)苦瓜長(zhǎng)至3 片真葉時(shí)，將所有苦瓜苗移栽到試驗(yàn)田中，當(dāng)全雌性苦瓜幼苗長(zhǎng)至三葉一心期時(shí)，噴灑（300 mg·L-1）AgNO3溶液記錄時(shí)間，一星期后再噴灑一次.

1.2.3 田間管理及雜交

定期對(duì)苦瓜進(jìn)行澆水、除草和施肥.苦瓜開(kāi)花前一天，進(jìn)行套袋處理，第二天進(jìn)行授粉并記錄花性和節(jié)位.

選擇發(fā)育正常的苦瓜花進(jìn)行雜交.雄花可明顯看見(jiàn)花藥和花絲，雌花則可見(jiàn)其柱頭，進(jìn)行強(qiáng)雌（♂）×全雌（♀）、強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）雜交，強(qiáng)雌植株自交授粉，強(qiáng)雄植株自交授粉.早上9 點(diǎn)前完成授粉，6 點(diǎn)開(kāi)始隔1小時(shí)授粉一次，總共3次，授粉結(jié)束后記錄親本的花性和節(jié)位，懸掛標(biāo)簽做好記錄.

觀察雜交后代田間性狀表現(xiàn)，選擇具有典型性狀的12株進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì).

1.2.4 收獲第一代雜交種并育苗

當(dāng)苦瓜成熟、果肉變紅或橙紅，即可收獲苦瓜種子，洗凈晾干保存，即為第一代雜交種.

2015 年春，將收獲的雜交F1代種子育苗，播種并進(jìn)行性狀觀察，篩選強(qiáng)雌系株系自交授粉，獲得F1代自交種F2.

1.2.5 選取第二代強(qiáng)雌株的種子進(jìn)行育苗

2016 年春，F(xiàn)2代育苗播種，再進(jìn)行性別定向選擇，自交后獲得強(qiáng)雌系苦瓜育種新品系.

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交后代F1性別表現(xiàn)

全雌（♀）×強(qiáng)雌（♂）F1代主莖30 節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表1.由表1 看出，強(qiáng)雌∶非強(qiáng)雌=2∶21，總雌花∶總雄花=180∶358≈1∶2，13 號(hào)和23 號(hào)表現(xiàn)為強(qiáng)雌株，第一朵花和第一雌花節(jié)位分別在5 和7 節(jié)位，雌花率為92.0%和83.3%，說(shuō)明強(qiáng)雌（♂）×全雌（♀）的F1 代雄性比率較高，性別分化比例約為1∶2，推測(cè)全雌品種基因?yàn)椴煌耆[性.13號(hào)的節(jié)位更低，雌性更強(qiáng)，為潛在的強(qiáng)雌系材料.

表1 全雌（♀）×強(qiáng)雌（♂）F1代主莖30節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)

強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）F1代主莖30 節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表2.由表2 看出，性別表現(xiàn)強(qiáng)雌∶非強(qiáng)雌=1∶4，總雌花∶總雄花=235∶221≈1∶1.強(qiáng)雌株的第一朵花和第一朵雌花節(jié)位相同，10 號(hào)為第7 節(jié)位，16 號(hào)為第5 節(jié)位，18 號(hào)為第6 節(jié)位，19 號(hào)為第7 節(jié)位，雌花率10 號(hào)為91.3%，16號(hào)為87.5%，18號(hào)為85.7%，19號(hào)為91.7%.說(shuō)明強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）雜交后F1代基因型表現(xiàn)，類似Aa×aa 的雜交結(jié)果，與孟德?tīng)柣蚍蛛x相似，10 和19號(hào)雌花率高，但第一雌花節(jié)位比16和18號(hào)高，但19號(hào)雌性最強(qiáng)，為潛在的強(qiáng)雌系材料.

表2 強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）F1代主莖30節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)

強(qiáng)雌品種自交F1代主莖30 節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表3.由表3 看出，強(qiáng)雌∶非強(qiáng)雌=0∶22，總雌花∶總雄花=96∶469≈1∶5，無(wú)強(qiáng)雌株后代.結(jié)果表明，強(qiáng)雌自交后代雌性很弱，普遍第一朵花節(jié)位降低，第一雌花節(jié)位升高，說(shuō)明母本可能為基因型不穩(wěn)定的強(qiáng)雌系種子.無(wú)潛在強(qiáng)雌系材料.

表3 強(qiáng)雌自交F1代主莖30節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)

強(qiáng)雄品種自交F1代主莖30 節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表4.由表4 看出，強(qiáng)雌∶非強(qiáng)雌=1∶20，總雌花∶總雄花=51∶417≈1∶8，只有17號(hào)為強(qiáng)雌株，第一朵花和第一雌花節(jié)位為第7 節(jié)位，雌花率為91.3%，說(shuō)明強(qiáng)雄自交后代雄性極高.出現(xiàn)強(qiáng)雌株，可能是基因突變或者是雌性基因由隱性基因控制，基因分離比例約為1∶8，接近1∶9，與多基因控制同一性狀相似，17 號(hào)雌性極高，為潛在強(qiáng)雌系材料.

表4 強(qiáng)雄品種自交F1代主莖30節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)

2.2 雜交后代F2性別表現(xiàn)

強(qiáng)雌品種自交F2代主莖30 節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)結(jié)果見(jiàn)表5.由表5 看出，篩選出的強(qiáng)雌F118 號(hào)（表2）的自交后代全為強(qiáng)雌系，總雌花∶總雄花=37∶3≈12∶1，但1和2號(hào)第一朵花和第一雌花節(jié)位都較高，分別為第8和第10 節(jié)位，雌花率分別為90.0%和95.0%，說(shuō)明強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）的F2代基因型穩(wěn)定，雌性強(qiáng)，基因分離比例為12∶1，與多基因控制同一性狀型相似.2號(hào)雖然第一雌花節(jié)位較高，但雌花率高，可以作為研究所要的強(qiáng)雌系新品種.

表5 強(qiáng)雌自交F2代主莖30節(jié)內(nèi)雌雄花統(tǒng)計(jì)

3 結(jié)論與討論

目前研究瓜類的性狀遺傳多在質(zhì)量性狀上研究，不能區(qū)分多基因效應(yīng).趙志偉等［7］研究苦瓜強(qiáng)雌性狀遺傳分析表明，全雌性狀由一個(gè)隱性單基因控制，強(qiáng)雌性狀由一對(duì)不完全顯性基因控制.鄒曉艷［16］首次將主基因-多基因混合遺傳模型用于瓜類的花性型研究，結(jié)果表明黃瓜的全雌性性狀和強(qiáng)雌性性狀均是由1 對(duì)不完全顯性主基因控制，而且存在微效多基因的調(diào)控.閆立英等［17］應(yīng)用該法發(fā)現(xiàn)雌雄同株黃瓜單性結(jié)實(shí)性表現(xiàn)為不完全顯性遺傳，受1 對(duì)加性主基因+加性-顯性多基因控制.劉莉等［18］利用該模型對(duì)西瓜強(qiáng)雌性的6 世代群體的雌花節(jié)率性狀進(jìn)行聯(lián)合分析，發(fā)現(xiàn)西瓜強(qiáng)雌性性狀遺傳受2 對(duì)主基因的加性-顯性-上位性模型控制，主基因表現(xiàn)為隱性.

表1 和表2 中，與全雌品種雜交后，F(xiàn)1中的強(qiáng)雌后代數(shù)量明顯增多，其中強(qiáng)雄（♂）×全雌（♀）的強(qiáng)雌后代最多，與預(yù)期強(qiáng)雌（♂）×全雌（♀）后代最多不一樣，而強(qiáng)雌自交F1代沒(méi)有出現(xiàn)強(qiáng)雌株，強(qiáng)雄自交出現(xiàn)1 株強(qiáng)雌株，說(shuō)明控制強(qiáng)雌性狀的基因不完全顯性，存在其他控制基因，與趙志偉等［7］、鄒曉艷［16］、閆立英等［17］和劉莉等［18］的研究結(jié)論相近，即苦瓜基因遺傳與加性主基因+加性-顯性多基因控制系統(tǒng)相似.

由表1-5 看出，強(qiáng)雌系植株第一雌花節(jié)位全為第一朵花節(jié)位，并且節(jié)位低，說(shuō)明全部潛在強(qiáng)雌株均為早熟豐產(chǎn)型苦瓜.表5 中總雌花∶總雄花=37∶3≈12∶1，證明研究所得強(qiáng)雌株中控制強(qiáng)雌性狀的基因分離達(dá)到預(yù)期結(jié)果，雌花率極高，說(shuō)明了利用雌性強(qiáng)的苦瓜品種雜交，可獲得雌性很強(qiáng)的新品種，并且能加快選育新型的強(qiáng)雌系品種.

王日升等［14］利用AgNO3進(jìn)行化學(xué)調(diào)控成功誘導(dǎo)出雙性花并獲得具有發(fā)芽力的種子.本研究也利用AgNO3進(jìn)行了全雌系的留種實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)噴灑2 次300 mg·L-1AgNO3深液后，成功誘導(dǎo)出雙性花，并進(jìn)行同性姊妹株之間的授粉，早上9 點(diǎn)前完成授粉，隔1 小時(shí)授粉一次，總共3次，苦瓜子房能正常發(fā)育并獲得全雌性種子，證明花粉可育.但雙性花節(jié)位在主莖14 節(jié)左右變?yōu)榇苹?，而增加AgNO3溶液的噴灑次數(shù)可提高雙性花的節(jié)位.結(jié)果表明化學(xué)調(diào)控可用于保存珍貴的實(shí)驗(yàn)材料.

由于大田育種會(huì)受到多方面因素的影響，汪俏梅等［13］研究指出溫度和光周期會(huì)影響苦瓜的性別分化，研究中因?yàn)榉N植季節(jié)環(huán)境的變化有可能會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果造成影響，加之因?yàn)橐馔鈸p失果實(shí)，也導(dǎo)致試驗(yàn)結(jié)果有失偏頗.