花椰菜幼苗下胚軸紫色性狀的遺傳分析

朱世楊,張小玲,劉 慶,羅天寬,唐 征,荊贊革,徐 謙,裘波音

(溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院,溫州科技職業(yè)學(xué)院,浙南作物育種重點實驗室,溫州325006)

花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytisL.,2n=18,CC)屬于十字花科蕓薹屬甘藍(lán)種[1]?；ㄒ艘曰ㄇ驗槭秤闷鞴?營養(yǎng)豐富、味道鮮美,具有防癌之功效,深受廣大消費者喜愛[2]。根據(jù)世界糧農(nóng)組織(FAO)2014年數(shù)據(jù),中國花椰菜種植面積約47.8萬hm2,總產(chǎn)量約936.6萬t,分別占全球花椰菜的34.6%和38.7%,位居世界第一。

種子純度是種子質(zhì)量分級的主要標(biāo)準(zhǔn),關(guān)系到農(nóng)業(yè)的穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和農(nóng)民的切身利益。植物器官特殊的顏色容易目測識別,可以作為雜交制種中生物學(xué)混雜、機(jī)械混雜以及雜交種F1純度鑒定的標(biāo)記性狀。徐小萬等[3]研究發(fā)現(xiàn),辣椒子葉顏色受2對核基因控制,綠色對紫色為顯性,且存在互補(bǔ)效應(yīng)。洪彥彬等[4]研究發(fā)現(xiàn),花生深紫色種皮顏色受一對不完全顯性主效基因控制。申曉青等[5]研究發(fā)現(xiàn),黃瓜嫩果果皮顏色性狀由2對主基因控制。王華忠等[6]對甜菜下胚軸顏色進(jìn)行遺傳學(xué)分析認(rèn)為,紅色基因R為顯性,綠色基因r為隱性,同時也有修飾基因在起作用,每個甜菜群體下胚軸紅色濃度呈現(xiàn)不同程度的淡紅到紫紅,下胚軸綠色呈現(xiàn)不同程度的黃白到淡綠。沈圣泉等[7]開展了水稻實用轉(zhuǎn)綠型葉色標(biāo)記不育系白豐A的應(yīng)用研究,利用葉色標(biāo)記一次去雜就將種子純度從90.0%提高到了97.3%。徐海等[8]研究認(rèn)為,普通絲瓜雜交制種中可利用白色種子作為標(biāo)記性狀進(jìn)行F1種子純度檢測。

關(guān)于花椰菜相關(guān)性狀的遺傳分析,前人也進(jìn)行了研究報道[9-12]。李光慶等[9]研究發(fā)現(xiàn),花球成熟期、毛花率、球高和內(nèi)葉蓋球度性狀受加性基因效應(yīng)影響明顯,而球徑、單球重等性狀受非加性基因控制;楊加付等[10]研究發(fā)現(xiàn),單球重、球徑、球高、可溶性固形物、蛋白質(zhì)、總糖及VC含量等性狀遺傳以加性效應(yīng)為主,株高、株幅和葉片數(shù)等性狀遺傳以顯性效應(yīng)為主?；ㄒ讼屡咻S一般有黃綠、淺綠、綠、深綠、淺紫、紫等顏色[13],是種子純度檢測的理想性狀之一。目前,有關(guān)花椰菜幼苗下胚軸顏色的遺傳研究較少。蔣先明[14]對花椰菜‘山農(nóng)1號’、‘澄海早’及其正反交雜種子代進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)花椰菜胚軸紫色對無紫為顯性遺傳。應(yīng)用SSR[15]、SRAP[16]、EST-SSR[17]等分子標(biāo)記能夠鑒定花椰菜種子純度,但是花椰菜分子標(biāo)記開發(fā)成本高,且需要經(jīng)過大量篩選才能獲得相關(guān)性狀的特異性分子標(biāo)記。本試驗對花椰菜下胚軸顏色的遺傳規(guī)律進(jìn)行研究,以期為種子純度鑒定提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的花椰菜親本材料是下胚軸為紫色的自交系Y1和下胚軸為綠色的自交系Y24(圖1),均由溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院花椰菜課題組提供。

圖1 下胚軸紫色(Y1)和下胚軸綠色(Y24)花椰菜自交系幼苗Fig.1 The cauliflower inbred lines with purple hypocotyl(Y1)and green hypocotyl(Y24)

1.2 試驗方法

1.2.1 群體構(gòu)建

2013年春季,在溫州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院藤橋基地將下胚軸紫色自交系Y1(P1)和下胚軸綠色自交系Y24(P2)正反雜交獲得F1(Y1×Y24、Y24×Y1);2014年春季,將F1(Y1×Y24)與親本P1、P2分別回交獲得B1、B2群體,自交獲得F2群體。雜交時,用鑷子將母本花朵的花藥小心剔除,將父本花朵的花粉輕輕涂抹在人工去雄后的母本柱頭上。回交時,用相同方法將供體親本的花粉輕輕涂抹在經(jīng)過人工去雄的雜種F1花朵的柱頭上。自交時,選擇健壯花枝套袋隔離強(qiáng)迫自交。

1.2.2 下胚軸顏色調(diào)查

2014年7—8月,分別將6個世代群體(P1、P2、F1、F2、B1和B2)的種子置于墊有2層濾紙的培養(yǎng)皿(Φ=9 cm)中,蓋上培養(yǎng)皿蓋,置于培養(yǎng)室(25℃,光照∶黑暗=12 h∶12 h)中培養(yǎng)。第6天,目測幼苗下胚軸的顏色,分類進(jìn)行記載。下胚軸顏色調(diào)查過程中不考慮紫色的深淺。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2007軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,參考蓋鈞鎰[18]方法對下胚軸紫色、綠色親本及其后代下胚軸顏色的遺傳分離比例進(jìn)行χ2的適合性測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1代下胚軸顏色

如表1所示,F1代花椰菜幼苗的下胚軸顏色均表現(xiàn)為紫色,表明花椰菜下胚軸紫色對綠色為顯性。正反交F1幼苗的下胚軸顏色均為紫色,表明細(xì)胞質(zhì)對花椰菜下胚軸顏色遺傳沒有影響,下胚軸顏色完全由細(xì)胞核基因控制。

表1 花椰菜親本及后代下胚軸顏色遺傳分離比例Table 1 Segregation of hypocotyl color of parents and their hybrid progenies

2.2 F2代下胚軸顏色

F2代群體幼苗的下胚軸顏色出現(xiàn)紫色、綠色分離,下胚軸紫色幼苗數(shù)與下胚軸綠色幼苗數(shù)的比例接近3∶1(表1)。經(jīng)卡平方測驗,χ2=1.085,小于,說明花椰菜F2代群體幼苗的下胚軸紫色與綠色的分離比例符合3∶1,花椰菜幼苗的下胚軸顏色受單基因位點控制,紫色對綠色為顯性。

2.3 回交世代下胚軸顏色

B1群體下胚軸顏色均表現(xiàn)為紫色;而B2群體下胚軸顏色則發(fā)生了紫色、綠色分離,下胚軸紫色幼苗數(shù)與下胚軸綠色幼苗數(shù)的比例約為1∶1。經(jīng)卡平方測驗,χ2=0.351,小于(表1),說明回交群體B2下胚軸紫色與綠色的分離比例符合1∶1。進(jìn)一步說明花椰菜幼苗的下胚軸顏色受單基因位點控制,紫色對綠色為顯性。

2.4 下胚軸綠色不育系與下胚軸紫色自交系雜交后代下胚軸顏色

以花椰菜下胚軸紫色自交系(Y1、YP-1)為父本,分別與下胚軸綠色不育系(CMS Y-6、CMS FA-7)進(jìn)行雜交,發(fā)現(xiàn)F1幼苗的下胚軸顏色均為紫色,進(jìn)一步驗證了花椰菜下胚軸紫色對綠色為顯性。

3 討論

本研究通過對花椰菜6個世代(P1、P2、F1、F2、B1和B2)群體下胚軸顏色進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)花椰菜下胚軸顏色由一對細(xì)胞核基因控制,紫色對綠色為顯性。這與蔣先明[14]認(rèn)為花椰菜胚軸紫色對無紫為顯性的結(jié)論一致,也與Hawk[19]認(rèn)為白菜型油菜綠色下胚軸受一對單隱性基因控制的結(jié)論類似。另外,本試驗也觀察到,紫色下胚軸與綠色下胚軸花椰菜雜交F1幼苗的下胚軸均為紫色,但下胚軸紫色程度要比親本Y1略淺;F2、B1和B2群體下胚軸紫色程度也不盡一致,其中一部分與下胚軸紫色親本基本一致、一部分較下胚軸紫色親本略淺、另外還有一部分呈雙親的中間類型,這與前人認(rèn)為甜菜群體中下胚軸紅色濃度呈現(xiàn)不同程度的淡紅到紫紅,下胚軸綠色呈現(xiàn)不同程度的黃白到淡綠的梯度變化的觀點類似[6]。

本研究表明,花椰菜下胚軸顏色由一對細(xì)胞核基因控制,紫色對綠色為顯性。因此在花椰菜雜交制種中,采用下胚軸為綠色的不育系作為母本,以下胚軸為紫色的親本作為父本,根據(jù)下胚軸顏色就可鑒別父母本種子的純度。此外,根據(jù)孟德爾遺傳規(guī)律,下胚軸紫色對綠色為顯性,則上述父母本配制的真雜種F1幼苗下胚軸應(yīng)該全部為紫色,播種時若發(fā)現(xiàn)F1幼苗下胚軸有綠色的,則多為假雜種。因此,制種中可以考慮將花椰菜幼苗下胚軸顏色作為父母本種子防偽及雜種F1純度鑒定的標(biāo)記性狀。這與王華忠等[6]在甜菜研究中的觀點基本類似。