歐李雜交F1代植株?duì)I養(yǎng)器官的遺傳多樣性

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(山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院,山西 太谷 030801)

歐李Cerasus humilis(Bge.) Sok.是薔薇科櫻桃屬的矮生灌木果樹資源[1]。歐李的果實(shí)不僅顏色鮮艷，而且味道獨(dú)特，可以用來觀賞，在食用方面也有一定的價值[2-3]。植物的葉片是植物本身和外界環(huán)境最先接觸的界面，有一系列功能特性表現(xiàn)出來，然后對生物和非生物脅迫因子產(chǎn)生反應(yīng)[4]。果實(shí)的商品價值和果樹的產(chǎn)量極大地受到葉面積及葉長、葉寬的影響[5]，有關(guān)研究者已對梨[6]等果樹進(jìn)行了相關(guān)研究。雜交育種會使葉片的性狀極容易發(fā)生改變，有關(guān)雜交后代中葉片的一些性狀、遺傳傳遞特性與親本的關(guān)系的研究報道還比較少[7]。研究雜交育種目標(biāo)性狀的遺傳變異情況，可以極大地提高從雜交后代中挑選優(yōu)異植株的幾率[8]。陳雅等[9]對油茶種間雜交F1代葉片表型性狀進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，其后代表型性狀的差異較大，這為下一步育種材料的利用提供了更加廣闊的空間。目前，關(guān)于歐李雜交后代的研究大多集中在果實(shí)上[10-13]，而對歐李葉片的研究報道鮮見。近年來有關(guān)研究者發(fā)現(xiàn)，歐李葉片富含鈣、類黃酮和茶多酚等功能成分，以歐李葉片作為主要原材料的歐李茶也具有較高的醫(yī)療保健價值[14-15]。歐李的株高及莖粗極大地影響了植株的生長勢，且與歐李果實(shí)產(chǎn)量息息相關(guān)。劉少敏等[16]研究發(fā)現(xiàn)，通過葉片養(yǎng)分在油茶不同類型枝上的積累和轉(zhuǎn)移，使葉片的養(yǎng)分得到了高效利用，從而實(shí)現(xiàn)了油茶的優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)。為給歐李雜交育種的親本選擇、雜交后代的性狀預(yù)測和篩選提供參考依據(jù)，本研究以歐李‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’的正、反交后代及親本植株為試材，對歐李雜交后代植株的遺傳多樣性進(jìn)行了研究，現(xiàn)將研究結(jié)果分析報道如下。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

2018年3月于山西省太谷縣石象村定植的歐李‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’的1年生雜交后代苗為試材，于2018年秋季進(jìn)行調(diào)查。其中，‘農(nóng)大4 號’בDS-1’的正、反交后代植株數(shù)分別為312、52 株；‘農(nóng)大7 號’בDS-1’的正、反交后代植株數(shù)分別為21、323 株。

1.2 試驗(yàn)方法

2018年10月28日在每個親本及其雜交后代群體基生枝的中部位置采集成熟期葉片15 片,使用直尺測定植株的葉寬和葉長，在基生枝的基部位置使用數(shù)顯游標(biāo)卡尺測定植株的莖粗，使用卷尺測定株高[17]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用Excel 2010 軟件對株高、莖粗、葉長、葉寬和葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值進(jìn)行整理，并對葉面積、變異系數(shù)、遺傳傳遞力、親中值和優(yōu)勢率進(jìn)行計算，其計算公式分別如下；使用SPSS Statistics 17 軟件對各指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析。

‘農(nóng)大4 號’בDS-1’正、反交后代的葉面積=葉長×葉寬×0.67；

‘農(nóng)大7 號’בDS-1’正、反交后代的葉面積=葉長×葉寬×0.68。

變異系數(shù)(Coefficient of variation，CV，%)=σ/X；

遺傳傳遞力(Genetic transmitting ability，%)=F/Mp；

親中值(Median value of parents，Mp)=(P1+P2)/2；

優(yōu)勢率(Dominance rate，%)=(F-Mp)/Mp×100%。式中：σ為雜交F1代數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)差，F(xiàn)為雜交F1代數(shù)據(jù)的平均值；P1和P2為親本值。將變異程度分為低級（CV＜10%）、中級（10%≥CV≤20%）、高級（CV＞20%）共3 級[18]。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交后代植株表型的頻率分布

對歐李‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’這2 個雜交組合正、反交后代植株株高、莖粗、葉長和葉寬的頻率分布情況進(jìn)行了分析，結(jié)果如圖1所示。圖1表明，2 個雜交組合正、反交后代的株高、葉長和葉寬均呈良好的連續(xù)正態(tài)分布趨勢，說明歐李的株高、葉長和葉寬可能都是由多個基因控制的數(shù)量性狀?！r(nóng)大4號’ בDS-1’和‘DS-1’ב農(nóng)大7 號’ 雜交后代的莖粗均呈較好的連續(xù)正態(tài)分布趨勢，表明莖粗也可能是由多個基因控制的數(shù)量性狀。

圖1 歐李F1 代群體植株性狀的頻次分布趨勢Fig.1 Frequency distribution of plant character in F1 generation of Chinese dwarf cherry

續(xù)圖1Continuation of Fig.1

2.2 雜交后代植株株高和莖粗表型的遺傳變異分析

對歐李‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’這2 個雜交組合正、反交后代植株株高、莖粗的遺傳變異情況進(jìn)行了分析，結(jié)果見表1。表1表明，雜交后代的平均株高與其雙親的相比明顯降低，且其雜交后代的超高親率都不高于5%；在‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘DS-1’ב農(nóng)大4 號’這2 個雜交組合后代中，當(dāng)分別以‘農(nóng)大4 號’和‘DS-1’為母本時，其后代株高的平均值分別為62.00 與63.40 cm，其超高親率分別為0.96%和3.85%。這一結(jié)果表明，當(dāng)以‘DS-1’為母本、以‘農(nóng)大4 號’為父本時，選擇株高較高的植株的幾率則更大。在‘農(nóng)大7 號’בDS-1’和‘DS-1’ב農(nóng)大7 號’這2 個雜交組合后代中，當(dāng)分別以‘農(nóng)大7 號’和‘DS-1’為母本時，其后代株高的平均值分別為64.86 和60.85 cm，其超高親率分別為4.76%和2.17%。這一結(jié)果表明，當(dāng)以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，選擇株高較高的植株的幾率則更大，且其后代的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)更加明顯。

表1 歐李F1 代株高和莖粗的遺傳變異情況Table 1 Genetic variation of plant height and stem diameter in F1 generation of Chinese dwarf cherry

‘DS-1’ב農(nóng)大4號’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’這2 個雜交組合后代植株的莖粗平均值分別為6.33與5.85 mm，均高于親中值，且2 個雜交組合后代的超高親率分別為43.40%和33.33%，都高于30%，而其他2 個雜交組合后代的莖粗平均值低于親中值，其后代的超高親率在30%以下。這一結(jié)果表明，當(dāng)以‘DS-1’為母本、以‘農(nóng)大4 號’為父本和以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，選擇莖粗較大植株的可能性更大，且更能表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢；同時表明，當(dāng)以‘DS-1’為母本、以‘農(nóng)大4 號’為父本和以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，更能選育出株高較高、莖粗較大的植株，且其后代的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)更加明顯。

2.3 雜交后代植株葉片表型性狀的遺傳變異分析

對歐李2 個雜交組合正、反交后代葉片表型性狀的遺傳變異情況進(jìn)行了分析，結(jié)果見表2。在‘農(nóng)大4 號’和‘DS-1’的雜交組合中,當(dāng)以‘農(nóng)大4 號’為母本時,其雜交后代植株葉寬、葉長與葉面積的平均值分別為28.10 mm、68.91 mm 和1 319.07 mm2，均低于中親值，葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的平均值高于親中值；其雜交后代植株葉寬和葉長的變異系數(shù)均低于20%，表現(xiàn)為中度變異；而其葉面積的變異系數(shù)卻高于20%，表現(xiàn)為高度變異；其葉寬和葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的超高親率分別為46.67%與84.61%，均明顯高于其他2 個性狀的超高親率。當(dāng)以‘DS-1’為母本時，其雜交后代植株的葉長、葉寬和葉面積的平均值分別為67.86 mm、26.53 mm 和1 228.88 mm2，都低于親中值，而葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的平均值高于親中值，其葉寬和葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的超高親率分別為26.92%和80.77%。這一結(jié)果表明，當(dāng)以‘農(nóng)大4 號’為母本，以‘DS-1’為父本時，其雜交后代植株的葉長、葉寬和葉面積均更大,更能表現(xiàn)出雜種優(yōu)勢。

表2 歐李F1 代葉片表型性狀的遺傳變異情況Table 2 Genetic variation of phenotypic traits in leaves of the F1 generation of Chinese dwarf cherry

在‘農(nóng)大7 號’和‘DS-1’的雜交組合中，當(dāng)以‘農(nóng)大7 號’為母本時，其雜交后代植株的葉長、葉寬和葉面積的平均值分別為67.76 mm、31.00 mm 和704.42 mm2，都低于親中值，而其葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的平均值高于親中值，葉寬的超高親率為4.76%；當(dāng)以‘DS-1’為母本時，其雜交后代植株的葉長、葉寬和葉面積的平均值分別為67.16 mm、28.82 mm 和665.20 mm2，都低于親中值，而其葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值的平均值高于親中值，葉寬的超高親率分別為2.79%?！r(nóng)大7 號’בDS-1’雜交組合正、反交后代植株葉面積的變異系數(shù)分別為30.83%和29.09%，均高于20%，均表現(xiàn)出超高變異特征。這一結(jié)果表明，該雜交組合正、反交后代中，當(dāng)以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，其雜交后代植株葉寬的超高親率的占比較高。

2.4 F1 代植株各表型性狀間的相關(guān)性分析

對各雜交組合F1代植株表型性狀間的相關(guān)性分別進(jìn)行了分析，結(jié)果表明：‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘DS-1’ב農(nóng)大7 號’這2 個雜交組合后代植株的株高和莖粗、葉長、葉寬、葉面積間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系，且其雜交后代植株的莖粗和葉長、葉寬、葉面積間均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系；‘DS-1’ב農(nóng)大4 號’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這2 個雜交組合后代植株的莖粗和葉長、葉寬、葉面積間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，其株高和莖粗之間均呈正相關(guān)關(guān)系。

表3 ‘農(nóng)大4 號’בDS-1’F1 代植株表型性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果?Table 3 Correlation analysis of phenotypic traits in F1 generation of ‘Nongda 4’ × ‘DS-1’

表4 ‘DS-1’×’農(nóng)大4 號’F1 代植株表型性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果Table 4 Correlation analysis of phenotypic traits in F1 generation of ‘DS-1’ × ‘Nongda 4’

表5 ‘農(nóng)大7 號’בDS-1’F1 代植株表型性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果Table 5 Correlation analysis of phenotypic traits in F1 generation of ‘Nongda 7’ × ‘DS-1’

表6 ‘DS-1’ב農(nóng)大7 號’F1 代植株表型性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果Table 6 Correlation analysis of phenotypic traits in F1 generation of ‘DS-1’ × ‘Nongda 7’

3 討 論

通過雜交育種可以獲得植物的新類型,還可選育出新的植物品種[19]。通過研究表型性狀,可以更好地掌握植株表型性狀的多樣性[20-22]。本研究對供試材料的株高、莖粗和葉片的表型性狀進(jìn)行了遺傳多樣性分析,以‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這2 個雜交組合正、反交后代植株為試材,對其株高、莖粗、葉長、葉寬及葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值等表型性狀進(jìn)行了測定和遺傳多樣性分析。結(jié)果表明，‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這2個雜交組合正、反交后代植株株高的平均值都低于中親值。從雜種優(yōu)勢的占比角度分析發(fā)現(xiàn)，在‘DS-1’和‘農(nóng)大4 號’的雜交組合中，以‘DS-1’為母本時，其后代植株株高和莖粗的超高親率均較大；而在‘DS-1’和‘農(nóng)大7 號’的雜交組合中，以‘DS-1’為父本時，其后代株高和莖粗的超高親率均較大。王曉亮等[23]對烤煙品種正、反交F1代植株性狀進(jìn)行了研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，將2 個烤煙的親本進(jìn)行雜交，當(dāng)父本的株高較高時，其雜交后代中獲得株高較高植株的概率更大。王曉亮等[23]的研究結(jié)果與筆者對‘農(nóng)大7 號’בDS-1’的研究結(jié)果一致，而與筆者對‘DS-1’ב農(nóng)大4 號’的研究結(jié)果不一致。出現(xiàn)這種差異的原因可能有2 個：一是父母本之間在株高、莖粗之間的互作效應(yīng)不同；二是田間管理造成的差異。在田間調(diào)查時發(fā)現(xiàn)，超親率高的雜交組合其出苗率低，使得一定面積的苗木密度比超親率低的雜交組合的苗木密度稀疏，這也有可能促使苗木生長得更高更粗，對此還需進(jìn)一步觀察。

‘DS-1’ב農(nóng)大4號’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’這2 個雜交組合正、反交后代植株的葉長、葉寬和葉面積基本都小于親中值，而其葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值（接近50%）卻高于親中值，且在雜交組合后代中，植株葉片葉面積的變異系數(shù)都高于20%，表現(xiàn)為超高變異特征，但是，‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這個雜交組合正、反交后代植株葉面積的超高親率都趨近于0%，其葉面積小于‘農(nóng)大4 號’בDS-1’雜交組合正、反交后代植株的葉面積。從‘DS-1’ב農(nóng)大4 號’的雜交組合正、反交后代中更容易選育出葉片長勢較強(qiáng)的植株，且其雜種優(yōu)勢較強(qiáng)。

對歐李‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7號’בDS-1’這2 個雜交組合正、反交F1代植株性狀之間的相關(guān)性進(jìn)行了分析,結(jié)果表明：‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘DS-1’ב農(nóng)大7 號’這2 個雜交組合后代植株的莖粗和葉長、葉寬、葉面積間均呈顯著正相關(guān)關(guān)系；而‘DS-1’ב農(nóng)大4 號’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這2 個雜交組合后代植株的莖粗和葉長、葉寬、葉面積間均呈負(fù)相關(guān)關(guān)系,且這2 個雜交組合正、反交后代植株的株高和莖粗之間均呈正相關(guān)關(guān)系。

通過表型性狀的研究,對歐李雜交F1代植株株高、莖粗、葉片表型性狀的遺傳變異情況進(jìn)行了分析,分析結(jié)果可為歐李后期的育種提供參考依據(jù)。還可以采用將分子生物學(xué)和基因組學(xué)結(jié)合起來的方法進(jìn)行雜交育種研究,這樣可以縮短歐李雜交育種周期,從而提高雜交育種效率[24-25]。

4 結(jié) 論

本研究以‘農(nóng)大4 號’בDS-1’和‘農(nóng)大7 號’בDS-1’這2 個雜交組合的正、反交后代植株為試材，對其株高、莖粗、葉長、葉寬及葉片最寬處到葉尖的距離占葉長的比值等進(jìn)行了測定與分析，觀察發(fā)現(xiàn)，歐李雜交后代植株的株高、莖粗、葉長和葉寬均表現(xiàn)出良好的連續(xù)變異特征，表明其可能都是由多個基因控制的數(shù)量性狀；在雜交組合中，當(dāng)以‘DS-1’為母本、以‘農(nóng)大4 號’為父本和以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，其雜種優(yōu)勢更加明顯，更能選育出株高較高、莖粗較粗的植株；當(dāng)以‘農(nóng)大4 號’為母本、以‘DS-1’為父本和以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，與另外2 個雜交組合后代植株相比，其葉片表型性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)更加明顯。當(dāng)以‘農(nóng)大4 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，選育出葉片長勢較好的植株的可能性較大；當(dāng)以‘農(nóng)大7 號’為母本、以‘DS-1’為父本時，從其F1代植株中更容易選育出株高較高且長勢較好的植株。