鮮食葡萄果實質(zhì)地遺傳分析

馬麗 郭修武 喬軍 孫凌俊

摘要：探索分析葡萄果實質(zhì)地的遺傳趨勢，為葡萄育種過程中的親本選擇選配以及雜交后代果實質(zhì)地預(yù)測提供理論依據(jù)。本試驗以脆肉型品種紅地球為母本，軟肉品種玫瑰香、金星無核為父本配置雜交組合，測定和分析葡萄親本及其雜交后代果實果皮硬度（PPH）、果皮破裂距離（PB）、果肉硬度（SF），并進行遺傳分析。結(jié)果表明，2個雜交組合后代葡萄果實果皮硬度、果皮破裂距離、果肉硬度均表現(xiàn)出連續(xù)變異，屬于多基因控制的數(shù)量性狀，其中果皮硬度和果肉硬度子代均值小于親中值，呈現(xiàn)向小回歸的趨勢，加性效應(yīng)解體，但由于新的累加效應(yīng)，后代也出現(xiàn)超高親株系。葡萄果實質(zhì)地是屬于多基因控制的數(shù)量性狀，廣義遺傳力較高，主要受遺傳因素影響。

關(guān)鍵詞：葡萄;果實質(zhì)地;果皮硬度;果皮破裂距離;果肉硬度;遺傳分析

中圖分類號：S663.103 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2022）11-0136-06

收稿日期：2021-08-09

基金項目：國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項（編號：CARS-29-6）;農(nóng)業(yè)攻關(guān)及產(chǎn)業(yè)化項目（編號：2020JH2/10200019）;農(nóng)業(yè)種質(zhì)資源發(fā)掘、創(chuàng)制與利用專項（編號：2021GR2904）。

作者簡介：馬 麗（1980—），女，遼寧鐵嶺人，博士，副研究員，主要從事葡萄資源及育種工作。E-mail：43845590@qq.com。

通信作者：孫凌俊，碩士，副研究員，主要從事葡萄栽培及育種工作。E-mail：zglnykslj@163.com。

葡萄屬于葡萄科（Vitaceae）葡萄屬（Vitis）多年生植物，是世界上最古老的物種之一。葡萄在世界果樹生產(chǎn)中占有非常重要的位置，據(jù)聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織（FAO）統(tǒng)計，2018年全世界葡萄栽培面積約715.8萬hm，總產(chǎn)量約為7 912.6萬t。我國葡萄栽培面積達到79.8萬hm，約占全球總面積的11.1%，產(chǎn)量1 349.5萬t，約占全球葡萄總產(chǎn)量的17.1%，是世界葡萄的第一生產(chǎn)大國。就全世界葡萄生產(chǎn)而言，近70%的葡萄用于加工，超30%用于鮮食，而我國則以鮮食為主，占據(jù)70%以上，鮮食葡萄生產(chǎn)是我國葡萄產(chǎn)業(yè)的主體。

葡萄屬于典型的非呼吸躍變型果實，果實軟化發(fā)生時間比呼吸躍變型果實要早，所以就其鮮食品質(zhì)而言，果實質(zhì)地已經(jīng)成為判斷鮮食葡萄果實新鮮程度的一個重要指標。然而葡萄果實質(zhì)地性狀是包括若干數(shù)量性狀的綜合性狀，雙親基因型及其環(huán)境都可以對后代表現(xiàn)型產(chǎn)生不同程度的影響。了解葡萄果實質(zhì)地的遺傳規(guī)律，將有助于指導(dǎo)育種過程中親本的選擇選配，獲得具有理想果實質(zhì)地的葡萄新品種。目前有關(guān)葡萄果實質(zhì)地遺傳研究的報道還比較少，且以往研究中果實質(zhì)地多以感官評價為主，沒有明確的量化指標和界限標準，主觀性較強，或雜交群體較小。本試驗以前期構(gòu)建的2個雜交群體紅地球×玫瑰香、紅地球×金星無核為研究對象，利用質(zhì)構(gòu)儀對群體果實質(zhì)地進行整果穿刺法測定，并進行遺傳分析，探討不同群體果實質(zhì)地的遺傳趨勢，為葡萄常規(guī)雜交育種及今后果實質(zhì)地QTL定位奠定重要的理論基礎(chǔ)和數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

本試驗全部試材均采自沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)葡萄試驗園（41°50′24″N，123°24′41″E），共包括3個親本品種和2個雜交群體，親本為典型的脆肉型品種紅地球（Vitis vinifera L.）和軟肉型品種玫瑰香（V. vinifera L.）、金星無核（V. vinifera×V. labrusca.），2個群體后代植株均采用貝達嫁接，每個后代定植3株嫁接苗?；h架、避雨栽培，常規(guī)管理，2018—2019年分別從雜交后代中隨機選取部分結(jié)果后代及對應(yīng)親本進行果實質(zhì)地各項指標測定。

樣品采集分別于每年7—10月進行，鑒于群體后代果實成熟期差異較大，從果實轉(zhuǎn)色開始，每5 d監(jiān)測果實可溶性固形物含量，并結(jié)合果實發(fā)育狀態(tài)、種子褐化程度等確定果實成熟及采樣時期（種子呈深褐色，可溶性固形物含量一般達到18%），以確保測定的是成熟期果實質(zhì)地。采樣時間一般確定在上午07：00—09：00時，每個后代隨機采集3穗果實，果實放在標記好的自封袋內(nèi)后迅速帶回實驗室，將3穗果實剪成留有短果蒂的果粒，再從中隨機選取30粒較為一致的果實進行果實質(zhì)地檢測，同一批樣品盡量在1 d內(nèi)檢測完成。

1.2 方法

1.2.1 果實質(zhì)地相關(guān)指標測定

葡萄果實質(zhì)地測定采用的是整果穿刺測試法。在進行穿刺試驗前需對果實進行篩選，剔除病果、爛果，畸形果，并盡量使果實成熟度、大小等基本保持一致。每個品種隨機選取30個果粒進行測定，為了減少試驗誤差，所有的測量均由1人完成。穿刺試驗使用的是英國Stable Micro Systems 公司生產(chǎn)的TA. XT plus質(zhì)構(gòu)儀，穿刺試驗選擇的是2 mm直徑的P/2針狀探頭，測試在室溫下進行，測試時將被測試的漿果放置在質(zhì)構(gòu)儀載物臺的中心位置上，用手稍稍固定，力量以不壓迫果實為宜，樣品被穿刺部位為葡萄漿果中部偏上區(qū)域。質(zhì)構(gòu)儀主要參數(shù)設(shè)定：測前速度為1 mm/s，貫穿速度為1 mm/s，測后速度為10 mm/s，穿刺深度設(shè)為7 mm，負載觸發(fā)力5 g。參數(shù)設(shè)定時需要注意，穿刺既要保證一定的穿刺深度，又要避免在穿刺過程中探頭接觸到葡萄種子，影響測試結(jié)果。質(zhì)地相關(guān)指標包括：果皮硬度（PPH），果皮破裂距離（PB），果肉硬度（SF）。果皮硬度（PPH）是從探頭接觸果皮開始到探頭穿刺果皮瞬間所用的力（g）;果皮破裂距離（PB）是從接觸到刺破果皮瞬間探頭下行位移（mm）;果肉硬度（SF）是探頭穿刺果肉到測試結(jié)束所測感應(yīng)力的平均值（g）。

1.2.2 數(shù)據(jù)處理

利用Excel對試驗數(shù)據(jù)進行收集與整理，統(tǒng)計群體在不同年份平均值、親中值、變異系數(shù)、超高親率、超低親率等。使用SPSS 19.0軟件進行果實表型數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布檢驗及各年份間Spearman相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 2個雜交群體果皮硬度遺傳分析

果皮硬度是果實質(zhì)地的一個非常重要的指標。分別對2個雜交組合群體果皮硬度進行各年份間Spearman相關(guān)性檢驗（P<0.001），結(jié)果顯示，紅地球×玫瑰香組合2018年和2019年果皮硬度呈顯著正相關(guān)，相關(guān)性系數(shù)為0.76，而紅地球×金星無核2年的相關(guān)性系數(shù)為0.69（表1）。本試驗對各組合表型數(shù)據(jù)進行了基于Shapiro-Wilk test的正態(tài)分布檢驗（P=0.05），紅地球×玫瑰香2年的果皮硬度均符合正態(tài)分布。結(jié)合圖1可以看出，果皮硬度在2個群體后代中均表現(xiàn)為連續(xù)性分布，屬于典型的多基因控制的數(shù)量性狀。通過對各雜交組合果皮硬度的遺傳分析可以看出，2組合雜交后代的子代均值基本都低于親中值（除紅地球×玫瑰香2018年子代均值稍高于親中值外），雜交果實果皮硬度的變異是向小的方向回歸。2個雜交組合后代果皮硬度變異范圍及變異幅度都較大，變異系數(shù)26.07%～34.21%，廣義遺傳力較高，在0.94～0.97，組合傳遞力都不低于85.32%。表明2個群體后代果皮硬度性狀分離是比較廣泛的，且果皮硬度差異主要受遺傳因素影響。

2個組合后代中都出現(xiàn)了一定比率的超高親和超低親單株，但總體看來，超低親率要高于超高親率，紅地球×玫瑰香2018年和2019年超高親率分別為31.39%和21.97%，超低親率分別為24.82%和28.03%;紅地球×金星無核超低親率分別為55.80%和35.82%，超高親率分別為13.04%和23.13%（表1）。

2.2 2個雜交群體果皮破裂距離遺傳分析

果皮破裂距離可以反映漿果形變度，也是很重要的質(zhì)構(gòu)參數(shù)。由圖2可以看出，2個雜交組合后代的果皮破裂距離均呈現(xiàn)連續(xù)性分布，是多基因控制的數(shù)量性狀，呈現(xiàn)正態(tài)分布。2個群體2018年和2019年果皮破裂距離子代平均值均高于親中值，紅地球×玫瑰香2年子代均值和親中值分別為4.80、5.41 mm和4.12、4.76 mm，紅地球×金星無核子代均值和親中值分別為4.84、5.79 mm和4.08、4.12 mm;變異系數(shù)范圍在19.11%～33.26%，變異范圍較大，后代都呈現(xiàn)出廣泛分離。2個群體均出現(xiàn)了較高的超高親率，范圍在31.06%～77.61%;超低親率相對較低，都在15%以下，表明以紅地球為母本，不同父本對果皮破裂距離變異程度有一定影響，但總體趨勢一致。各雜交組合傳遞力都較高，均超過100%，廣義遺傳力范圍在0.73～0.93，說明果皮破裂距離后代遺傳傳遞能力較強，且主要受遺傳因素影響。各年份間表型數(shù)據(jù)均呈顯著性相關(guān)（P<0.001），紅地球×玫瑰香2018和2019年相關(guān)性系數(shù)為0.69，紅地球×金星無核2年間相關(guān)性系數(shù)為0.79（表2）。

2.3 2個雜交群體果肉硬度遺傳分析

2個組合后代的果肉硬度均呈連續(xù)性分布，是典型的多基因控制的數(shù)量性狀（圖3）。紅地球×玫瑰香雜交群體整體上呈現(xiàn)出向軟肉回歸的趨勢，2年間果肉硬度呈顯著的正相關(guān)（P<0.001），相關(guān)性系數(shù)為0.76。2018年和2019年親中值分別為34.14、33.41 g，子代均值為31.27、32.62 g，組合傳遞力分別達到91.59%和95.94%，超高親率10.37%和14.73%，超低親率分別為17.78%和19.38%，變異系數(shù)為24.23%和26.00%，廣義遺傳均為0.91，說明該群體的果肉硬度差異主要受遺傳因素影響較大。紅地球×金星無核在果肉硬度遺傳規(guī)律上與紅地球×玫瑰香相似，2年間果肉硬度呈顯著的正相關(guān)（P<0.001），相關(guān)性系數(shù)為0.63。

子代均值略小于親中值，2年的變異系數(shù)均比前者大，說明該組合分離更為廣泛，超低親率較高，在30%以上，這個群體后代中果肉偏軟的比率較高。組合遺傳力分別為86.26%和89.53%，2年的廣義遺傳力均為0.93（表3）。

3 討論與結(jié)論

葡萄在有性雜交過程中，受雙親基因間的加性和非加性效應(yīng)的影響，后代性狀往往出現(xiàn)廣泛分離現(xiàn)象，形成不同的后代單株，也會產(chǎn)生一些超高親植株，這也正是雜交育種的優(yōu)勢體現(xiàn)。果實質(zhì)地是一個綜合性狀，在葡萄軟化過程中，果皮硬度、果皮破裂距離、果肉硬度這3個穿刺參數(shù)可作為評價鮮食葡萄質(zhì)地差異的關(guān)鍵質(zhì)構(gòu)參數(shù)。了解掌握葡萄果實質(zhì)地遺傳趨勢與規(guī)律，合理選擇選配親本是縮短育種周期，提高育種效率的前提。有關(guān)果實質(zhì)地遺傳在葡萄中已有少量報道，但多數(shù)研究都針對的是單一質(zhì)構(gòu)參數(shù)或者是感官評價，標準多樣、描述誤差等造成了遺傳分析的偏差。Carreo等分別以玫瑰香×綠寶石和紅寶石無核×麝香葡萄的153株和78株雜交后代為試材，利用葡萄果實形變20%所用的力代表果實硬度，研究了果實硬度遺傳特點，結(jié)果表明，2個群體雜交后代果實硬度均呈連續(xù)分布，屬于典型的數(shù)量性狀，并且認為2群體后代硬度均偏向于低值。Jiang等研究玫瑰香×克瑞森無核雜交群體果實硬度遺傳規(guī)律，果實硬度以去皮后果實形變25%的最大力表示，得出群體后代的果實硬度呈近正態(tài)分布，連續(xù)變異，屬于多基因控制的數(shù)量性狀，并出現(xiàn)了一定數(shù)量的超親后代。王勇等以紅地球為母本的8個雜交組合的384個F植株為試材，利用感官描述評價，得出軟肉型、中等、脆肉的比約為 5.3∶6.0∶1.0。認為紅地球的脆肉性狀傳遞給后代的比率較低，在遺傳中呈減弱趨勢，遺傳效果也受到父本質(zhì)地性狀的影響。本試驗通過對紅地球×玫瑰香和紅地球×金星無核2個雜交群體后代果皮硬度進行遺傳分析得到了與前人類似的結(jié)果。2個群體的果皮硬度呈現(xiàn)向小回歸的趨勢，呈現(xiàn)正態(tài)分布的連續(xù)變異，認為果皮硬度是屬于多基因控制的數(shù)量性狀，并且控制果皮硬度的多基因產(chǎn)生加性效應(yīng)，果皮硬度較大的紅地球在雜交時非加性效應(yīng)解體，果皮硬度出現(xiàn)了變小的傾向，且2個群體后代都出現(xiàn)了一定數(shù)量的超親單株。

果皮破裂距離是質(zhì)構(gòu)儀進行整果穿刺試驗過程中的一個重要的質(zhì)構(gòu)參數(shù)，迄今為止，還沒有關(guān)于果皮破裂距離遺傳規(guī)律的研究報道。本研究得出，2個雜交組合果皮破裂距離子代均值均高于親中值，后代果皮破裂距離有趨大變異趨勢，超高親率較高，超低親率較低。紅地球×金星無核果皮破裂距離變異范圍更廣，出現(xiàn)了更多的超高親植株，可能是種間雜交原加性效應(yīng)解體，產(chǎn)生了新的加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)。

有關(guān)果肉硬度遺傳的研究在其他果樹上報道較多，比如對杏果肉硬度遺傳研究發(fā)現(xiàn)，杏果肉硬度屬于數(shù)量性狀遺傳，且呈現(xiàn)偏向軟肉親本的連續(xù)變異。趙亞楠等對蘋果梨與八月紅210株F雜交后代研究得出，果肉硬度是由主效基因和微效多基因共同控制的，表現(xiàn)出超高親遺傳的傾向，說明在這個組合里高硬度性狀遺傳給后代的能力較強。研究者對秦冠、富士蘋果雜交后代果實硬度遺傳趨勢的研究發(fā)現(xiàn)，秦冠的高硬度性狀遺傳給后代的能力較強，有偏硬遺傳傾向，也有研究得出蘋果后代果實硬度有低親遺傳的特點。由于葡萄的漿果特性，以往通過直接測定果肉硬度進行遺傳研究的較少，本試驗通過整果穿刺直接測定果肉平均硬度，分析發(fā)現(xiàn)雜種后代果肉硬度呈連續(xù)性分布，是典型的多基因控制的數(shù)量性狀，廣義遺傳力較大，主要受遺傳因素影響，這2個組合果肉硬度子代均值都小于中親值，有向小回歸的趨勢，加性效應(yīng)解體，與前人研究結(jié)果一致。但與一些研究結(jié)果相反，這可能與樹種、品種差異有關(guān)。

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