付鴻博 王鵬飛 徐 豆 穆霄鵬 張建成 付寶春 杜俊杰
(1山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院,山西 太谷 030801;2山西農(nóng)業(yè)大學(xué)果樹(shù)研究所,山西 太谷 030801)
歐李[Cerasus humilis(Bge.) Sok.]屬薔薇科櫻桃屬矮生櫻亞屬植物[1],是我國(guó)特有的具有高類黃酮含量的果樹(shù)資源。歐李種質(zhì)資源豐富,生態(tài)類群分布廣泛,種質(zhì)間類黃酮含量差異明顯,為類黃酮的研究提供了重要的材料保障[1]。
黃酮類化合物是植物在自然界長(zhǎng)期進(jìn)化過(guò)程中產(chǎn)生的一類次生代謝產(chǎn)物[2]、天然抗氧化劑[3],是廣泛存在于天然植物中重要的生物活性物質(zhì),在防癌、抑癌[4]和防治心血管疾病[5]中有很好的作用。因此,對(duì)于歐李類黃酮的研究具有重要的實(shí)踐和科學(xué)意義。
雜交育種是改良果樹(shù)遺傳性狀的重要手段之一,后代性狀很可能比雙親更有優(yōu)勢(shì)[6-7],從雜交后代中獲得目標(biāo)性狀單株的概率較高,因而雜交是果樹(shù)育種中的一個(gè)非常重要的手段[8-9]。目前,關(guān)于果樹(shù)雜交遺傳規(guī)律的研究有諸多報(bào)道[10],但針對(duì)歐李的育種研究工作主要集中于種質(zhì)資源評(píng)價(jià)。在對(duì)遼寧省的28份歐李種質(zhì)的測(cè)定分析后,篩選出4 份高多酚含量和強(qiáng)抗氧化能力的種質(zhì)[11],對(duì)7 份歐李種質(zhì)的評(píng)價(jià)中也發(fā)現(xiàn)這7 份種質(zhì)具有較高的抗氧化能力[12]。關(guān)于歐李雜交后代遺傳規(guī)律分析的報(bào)道目前較少,集中在歐李果實(shí)糖酸遺傳變異分析[10,13],關(guān)于果實(shí)生物活性物質(zhì)和抗氧化能力的遺傳分析還鮮有報(bào)道。本研究以農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 及其正反交后代為材料,測(cè)定分析了果實(shí)表型特征,生物活性物質(zhì)和抗氧化能力的遺傳變異情況,以期從雜交后代中選育出所需目標(biāo)性狀優(yōu)株,并初步闡明各性狀的遺傳傾向和特征,為科學(xué)選配親本提供理論依據(jù)。
試驗(yàn)材料取自山西農(nóng)業(yè)大學(xué)歐李石象基地(37°23′N,112°29′E),以農(nóng)大4 號(hào)和DS-1 進(jìn)行雜交,雜交后代于2017年11月栽植,株行距為0.6 m×0.4 m,田間管理按常規(guī)水肥方法進(jìn)行,管理措施保持一致。在農(nóng)大4 號(hào)(母本)×DS-1(父本)正交后代中選取114株,在DS-1(母本)×農(nóng)大4 號(hào)(父本)反交后代中選取36 株,于2019年果實(shí)成熟期采樣。采樣時(shí)分別從每個(gè)植株上、中、下部采取大小均勻一致,無(wú)病蟲(chóng)害的果實(shí)30 個(gè)。
表1 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代平均單果重的遺傳變異Table 1 Heredity and variation analysis of single fruit weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
1,1-二苯基-2-苦肼基自由基(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl,DPPH)、2,4,6-三(2-吡啶基)-1,3,5-三嗪[2,4,6-tri-(2-pyridyl)-1,3,5-triazine,TPTZ]、2,2′-聯(lián)氮基雙(3-乙基苯并噻唑啉-6-磺酸)二銨鹽[2,2’-azino-bis ( 3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid ),ABTS]、蘆丁、沒(méi)食子酸、水溶性維生素E、福林酚均購(gòu)于北京索萊寶生物科技有限公司;分析純甲醇,購(gòu)于天津市天力化學(xué)試劑有限公司;鹽酸、氫氧化鈉、硝酸鋁、亞硝酸鈉、碳酸鈉等,購(gòu)于天津市凱通化學(xué)試劑有限公司。
LH-T32 折光儀,杭州陸恒生物科技有限公司;JJ224BC 電子天平,常熟市雙杰測(cè)試儀器廠;UV-5200紫外可見(jiàn)分光光度計(jì),上海元析儀器有限公司;SB25-12D 超聲清洗器,寧波新芝生物科技股份有限公司;HC-2518R 高速冷凍離心機(jī),安徽中科中佳科學(xué)儀器有限公司。
采用Microsoft Excel 2007、 SAS 9.2、OriginPro 9.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。
變異系數(shù)(coefficient of variation,CV)=后代標(biāo)準(zhǔn)差/后代平均值×100%;
遺傳傳遞力(transmitting ability,Ta)=后代平均值/親中值×100%;
起高親比率(high of the highest,HH)=后代高于親本數(shù)量/后代株數(shù)×100%;
超低親比率(low of the lowest,LL)=后代低于親本數(shù)量/后代標(biāo)數(shù)×100%。
由表1 可知,當(dāng)平均單果重較小的DS-1 做父本時(shí),后代的平均值低于親中值,遺傳傳遞力為88.53%,表現(xiàn)為衰退變異,且后代超低親比率高于其做母本時(shí)的組合,后代果實(shí)平均單果重呈變小的趨勢(shì)。當(dāng)平均單果重較大的農(nóng)大4 號(hào)做父本時(shí),后代平均值大于親中值,后代超高親比率高于其做母本時(shí)的組合,遺傳傳遞力為106.30%,表現(xiàn)為雜種優(yōu)勢(shì),總體表明平均單果重更易受父本的影響。正反交組合的變異系數(shù)分別為31.71%和31.64%,均超過(guò)了20%[10,13],在雜交后代中均出現(xiàn)了廣泛分離,選擇潛力較大。雙親平均單果重分別為6.47 g 和2.21 g,正反交后代的平均單果重集中在雙親之間。由圖1 可以看出,平均單果重呈現(xiàn)連續(xù)變異,呈偏正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
圖1 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代平均單果重的頻率分布Fig.1 Normal distribution map of single fruit weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表2 可知,正反交組合后代的核重分別為0.285 g 和0.284 g,均小于親中值,遺傳傳遞力分別為78.50%和78.40%,表現(xiàn)為衰退變異。正反交組合的變異系數(shù)分別為21.96%和20.51%,均超過(guò)20%,在雜交后代中均出現(xiàn)了廣泛分離,選擇潛力較大。以核重較小的DS-1 做父本時(shí),后代超低親比率較高為74.56%,說(shuō)明受父本的影響較大,表現(xiàn)為趨小性遺傳。由圖2 可以看出,正反交后代核重呈現(xiàn)連續(xù)變異,呈偏正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
圖2 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代核重的頻率分布Fig.2 Normal distribution map of stone weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
表2 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代核重的遺傳變異Table 2 Heredity and variation analysis of stone weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表3 可知,當(dāng)以縱、橫徑較小的DS-1 做父本時(shí),后代的平均值低于親中值,后代超低親比率高于其做母本時(shí)的組合,當(dāng)縱、橫徑較大的農(nóng)大4 號(hào)做父本時(shí),后代平均值大于親中值,后代超高親比率也高于其做母本時(shí)的組合,表明縱、橫徑受父本的影響較大。正反交組合縱、橫徑的變異系數(shù)均低于20%,后代未出現(xiàn)廣泛分離,選擇潛力較小。遺傳傳遞力均在100%左右,相差較小,遺傳相對(duì)穩(wěn)定。結(jié)合圖3 和表3,后代縱、橫徑多集中在雙親之間,表現(xiàn)為趨中的遺傳傾向,縱徑和橫徑均呈現(xiàn)連續(xù)變異,呈正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
表3 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代縱、橫徑的遺傳變異Table 3 Heredity and variation analysis of vertical diameter and horizontal diameter in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖3 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代縱、橫徑的頻率分布Fig.3 Normal distribution map of vertical diameter and horizontal diameter in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表4 可知,正反交后代的果形指數(shù)平均值與親中值接近,遺傳傳遞力均接近100%,性狀穩(wěn)定,變異系數(shù)分別為7.77%和7.22%,均小于20%,后代未出現(xiàn)廣泛分離,選擇潛力較小,果形多數(shù)與親本一致,呈現(xiàn)為扁圓形。由圖4 可以看出,后代的果形指數(shù)呈現(xiàn)連續(xù)變異,呈偏正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
主要包括針對(duì)CP的內(nèi)鏡微創(chuàng)治療、體外震波碎石和外科手術(shù),針對(duì)AP的藥物和外科治療,針對(duì)胰腺腫瘤的外科手術(shù)治療。繼發(fā)性PEI應(yīng)注重原發(fā)病的治療。原發(fā)病經(jīng)過(guò)有效治療后可以部分改善胰腺外分泌功能。
表4 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代果形指數(shù)的遺傳變異Table 4 Heredity and variation analysis of fruit shape index in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖4 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代果形指數(shù)的頻率分布Fig.4 Normal distribution map of fruit shape index in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表5 可知,正反交后代的可溶性固形物含量平均值均低于親中值,遺傳傳遞力分別為78.12%和79.23%,表現(xiàn)為明顯的衰退變異,變異系數(shù)分別為16.76%和14.83%,均低于20%,后代未出現(xiàn)廣泛分離,選擇潛力較小。結(jié)合表5 和圖5 可以看出,正反交組合的超低親比率分別為65.79%和77.78%,表現(xiàn)為趨小的遺傳傾向。后代的可溶性固形物含量呈現(xiàn)為連續(xù)變異,呈偏正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
表5 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代可溶性固形物含量的遺傳變異Table 5 Heredity and variation analysis of soluble solid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖5 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代可溶性固形物含量的頻率分布Fig.5 Normal distribution map of soluble solid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表6 可知,當(dāng)以類黃酮含量較高的農(nóng)大4 號(hào)做母本時(shí),后代類黃酮含量的平均值為10.96 mg·g-1,高于親中值(9.78 mg·g-1),遺傳傳遞力為112. 17%,同時(shí)超高親比率達(dá)到了37.72%,而以類黃酮含量較低的DS-1 為母本時(shí),后代類黃酮含量的平均值為8.33 mg·g-1,低于親中值,遺傳傳遞力為85.26%,超高親比率較低,超低親比率較高,說(shuō)明類黃酮含量的變異受母本影響較大。正反交組合的變異系數(shù)分別為27.79%和25.92%,均大于20%,后代廣泛分離,選擇潛力較大。通過(guò)圖6 可以看出,后代的類黃酮含量為連續(xù)變異,呈偏正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
表6 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代類黃酮含量的遺傳變異Table 6 Heredity and variation analysis of total flavonoid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖6 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代類黃酮含量的頻率分布Fig.6 Normal distribution map of total flavonoid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
由表7 可知,農(nóng)大4 號(hào)總酚含量高于DS-1,當(dāng)以農(nóng)大4 號(hào)做母本時(shí),后代總酚含量的平均值為4.17 mg·g-1,高于親中值,遺傳傳遞力為104.18%,超高親比率為37.72%,均高于其做父本時(shí)的組合,超低親比率為31.58%,低于其做父本時(shí)組合的69.44%,說(shuō)明總酚含量的變異受母本影響較大。正反交組合的變異系數(shù)分別為25.54%和22.34%,均大于20%,后代廣泛分離,選擇潛力較大。通過(guò)圖7 可以看出,后代的總酚含量為連續(xù)變異,呈正態(tài)分布,為多基因控制的數(shù)量遺傳性狀。
表7 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代總酚含量的遺傳變異Table 7 Heredity and variation analysis of total phenol content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖7 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代總酚含量的頻率分布Fig.7 Normal distribution map of total phenol content in the F1generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese Dwarf Cherry
由表8 可知,3 個(gè)抗氧化指標(biāo)的遺傳傾向基本一致,以抗氧化能力較強(qiáng)的農(nóng)大4 號(hào)為母本時(shí),3 個(gè)抗氧化指標(biāo)的平均值均高于親中值和其做父本時(shí)的組合。正交組合超高親比率均大于20%,高于反交組合,正交組合的超低親比率均低于反交組合。表明當(dāng)以農(nóng)大4 號(hào)為母本時(shí),后代更易選出抗氧化能力較強(qiáng)的單株。3 個(gè)抗氧化指標(biāo)正反交組合的變異系數(shù)均大于20%,后代廣泛分離,選擇潛力較大。
表8 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代抗氧化能力的遺傳變異Table 8 Heredity and variation analysis of antioxidant capacity in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
通過(guò)對(duì)后代果實(shí)各性狀做相關(guān)性分析(圖8),結(jié)果表明平均單果重、核重、縱徑和橫徑與可溶性固形物含量均呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),果形指數(shù)與可溶性固形物含量無(wú)顯著相關(guān)性。平均單果重、縱徑和橫徑與類黃酮含量、總酚含量和抗氧化能力呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01)。果形指數(shù)與類黃酮含量、總酚含量和抗氧化能力呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。核重與類黃酮含量、總酚含量和抗氧化能力呈負(fù)相關(guān),但無(wú)顯著性。類黃酮含量、總酚含量和抗氧化指標(biāo)之間均互呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),且相關(guān)系數(shù)較大,尤以類黃酮和總酚含量與FRAP 的相關(guān)系數(shù)最大,分別為0.95 和0.96。
通過(guò)對(duì)歐李正反交果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行主成分分析,得到前2 個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為88.30%(表9),超過(guò)了85%[16],第1、第2 主成分的特征值分別為32.03 和7.35,均超過(guò)了1[17],一般認(rèn)為基本包含了全部信息,可用前2 個(gè)主成分對(duì)其果實(shí)品質(zhì)進(jìn)行綜合分析。第1主成分的貢獻(xiàn)率為71.82%,包括清除ABTS 自由基的能力和類黃酮含量,特征向量分別為0.63 和0.52,主要反映歐李果實(shí)的抗氧化能力和生物活性物質(zhì)含量;第2 主成分的貢獻(xiàn)率為16.48%,包括橫徑和縱徑,特征向量分別為0.66 和0.44,反映歐李果實(shí)的大小。
表9 農(nóng)大4號(hào)與DS-1歐李正反交后代果實(shí)性狀主成分分析Table 9 Principal component analysis of fruit traits of Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
通過(guò)對(duì)后代果實(shí)各性狀做主成分分析后,對(duì)其進(jìn)行降維處理,共提取了兩個(gè)主成分,以這兩個(gè)主成分所包含的信息進(jìn)行聚類分析,可將全部后代分為4 個(gè)類別(圖9)。通過(guò)表10 可以看出,分成的4 個(gè)類別各有不同的特點(diǎn),第1 類包含了4 個(gè)后代植株,占全部后代的2.67%,主要是特征是類黃酮含量高,平均值為19.39 mg·g-1,清除ABTS 自由基的能力強(qiáng),平均值為22.98 mg TE·g-1,這些后代植株可作為高類黃酮含量和高抗氧化能力的優(yōu)株做進(jìn)一步利用。第2 類包含了37 個(gè)后代植株,占全部后代的24.67%,主要特征類黃酮和抗氧化能力較強(qiáng)的同時(shí)兼顧了相對(duì)較大的縱、橫徑。第3 類包含了8 個(gè)后代植株,占全部后代的5.33%,主要特征是果實(shí)的縱、橫徑大,平均值分別為22.47 mm 和18.64 mm,表現(xiàn)為大果的特點(diǎn),可做為選育大果的優(yōu)株進(jìn)行利用。第4 類包含了101 個(gè)后代植株,占全部后代的67.33%,這部分后代植株的4 個(gè)果實(shí)性狀較為趨中,基本都在雙親之間,沒(méi)有明顯特征,可利用價(jià)值較低。
圖8 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代果實(shí)性狀間相關(guān)性分析Fig.8 Correlation analysis in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
表10 歐李正、反交后代果實(shí)聚類分析及性狀特征Table 10 Cluster analysis and fruit traits characteristics of Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
圖9 農(nóng)大4 號(hào)與DS-1 歐李正、反交后代果實(shí)性狀聚類分析Fig.9 Cluster analysis of fruit traits of Nongda 4 and DS-1 Chinese dwarf cherry
果實(shí)的大小及外觀形態(tài)是消費(fèi)者最先觀察到的形態(tài)特征,也是果品非常重要的商業(yè)指標(biāo),因此這也是育種工作者關(guān)注的重點(diǎn)。在本研究中,農(nóng)大4 號(hào)與DS-1歐李正、反交后代的果實(shí)平均單果重和核重的變異系數(shù)超過(guò)20%,出現(xiàn)了廣泛分離,具有較高的選擇潛力,這與不同品種杏[18]、梨[19-20]和龍眼[21]等雜交后代的研究結(jié)果基本相一致??v徑、橫徑和果形指數(shù)的變異系數(shù)均較小,分離程度較低,選擇潛力較小。本研究中正反交后代間性狀差異分析發(fā)現(xiàn),平均單果重、核重、縱徑和橫徑受父本的影響較大。在DS-1 與99-02 歐李正反交組合中也發(fā)現(xiàn),以平均單果重較大的植株為父本時(shí),更容易選育出平均單果重較大的品種[13]。這與本研究的結(jié)果一致,進(jìn)一步說(shuō)明歐李的果實(shí)大小受父本的影響。
糖含量影響果實(shí)風(fēng)味,選育高可溶性固形物型歐李是非常重要的育種目標(biāo)。在本研究中,正反交的可溶性固形物含量表現(xiàn)出明顯的衰退變異,變異系數(shù)均低于20%,這與DS-1×Y03-09 等三個(gè)歐李雜交組合的結(jié)果一致[10,13],說(shuō)明歐李后代可溶性固形物含量很難出現(xiàn)廣泛分離,選擇潛力較小。超低親比率較高,均超過(guò)了65%,表現(xiàn)為趨小的遺傳傾向。這與不同品種蘋果[22]和杏[23-24]等雜交后代研究的結(jié)果基本一致。本研究中,正反交組合的超高親率分別為1.75%和0,后代中可溶性固形物含量較高的株系較少,這可能與親本本身可溶性固形物含量較高有關(guān)。
類黃酮和多酚作為植物內(nèi)在的次生代謝產(chǎn)物,其含量無(wú)法通過(guò)肉眼直接判斷,需要通過(guò)檢測(cè)來(lái)確定,利用相關(guān)性分析,將表型特征與物質(zhì)含量相聯(lián)系,為初步判斷內(nèi)在物質(zhì)的含量提供了重要幫助。本研究發(fā)現(xiàn),類黃酮、總酚含量和抗氧化能力與平均單果重、縱徑和橫徑呈極顯著負(fù)相關(guān)(P<0.01),與果形指數(shù)呈極顯著正相關(guān)(P<0.01)。類黃酮含量、總酚含量和抗氧化指標(biāo)之間均互呈極顯著正相關(guān)(P<0.01),在獼猴桃[25]、刺梨[26]、藍(lán)靛果[27]、柿[28]和蘋果[28]等研究中也得到了同樣的結(jié)果。
為了篩選出綜合品質(zhì)較高的株系,利用主成分分析法,將測(cè)定的11 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行降維處理,提取了2 個(gè)主成分。第1 主成分為清除ABTS 自由基能力和類黃酮含量,第2 主成分為果實(shí)的縱、橫徑。通過(guò)提取的主成分信息將后代植株進(jìn)行了聚類分析,共分成4 個(gè)大類,篩選出了具有高類黃酮和強(qiáng)抗氧化能力的后代優(yōu)株4 株,果實(shí)縱、橫徑大的后代優(yōu)株8 株,兼具相對(duì)較高的2 個(gè)主成分的后代優(yōu)株37 株。根據(jù)育種目標(biāo)可以選出所需目標(biāo)優(yōu)系,在歐李雜交育種中可以根據(jù)不同優(yōu)株的特點(diǎn)加以利用。
本研究通過(guò)對(duì)歐李正反交后代果實(shí)品質(zhì)性狀測(cè)定分析發(fā)現(xiàn),果實(shí)大小、生物活性物質(zhì)含量及抗氧化能力選擇潛力較大,果實(shí)形狀和可溶性固形物含量選擇潛力較小。果實(shí)大小受父本的影響較大,以大果品種為父本時(shí)更易選出大果后代。果實(shí)形狀不受父母本影響??扇苄怨绦挝锖亢秃酥乇憩F(xiàn)為明顯的衰退變異,為趨小性遺傳。類黃酮、總酚含量和抗氧化能力受母本的影響較大,當(dāng)母本類黃酮總酚含量較高時(shí),更易選出該含量較高的后代,這為雜交選配親本提供了重要的參考依據(jù)。本研究同時(shí)篩選出了具有典型特征(高類黃酮、高抗氧化能力,大果型)的后代優(yōu)株,可根據(jù)育種目標(biāo)加以重點(diǎn)利用。