烤煙品種韭菜坪2號葉片數(shù)的遺傳分析

梁 婷，闕遠(yuǎn)慧，姜超英，賈傛吏，段麗麗，黃 鶯，劉 洋，劉仁祥*

(1.貴州大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 2.貴州省煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，貴州 貴陽 550025；3.貴州大學(xué)煙草學(xué)院，貴州 貴陽 550025； 4.貴州省煙草公司,貴州 貴陽 550001)

煙草(NicotianatabacumL.)是以葉片為收獲物的經(jīng)濟(jì)作物[1]，通過增加單株葉片數(shù)可提高單位面積產(chǎn)量，對于增加煙農(nóng)經(jīng)濟(jì)收入和保證卷煙原料的供應(yīng)具有重要意義。但不同品種間的葉片數(shù)不同，其遺傳特性也不同[2]。前人對煙草葉片數(shù)遺傳規(guī)律進(jìn)行了一些研究，初步表明，烤煙葉片數(shù)屬于數(shù)量性狀，遺傳力較高[3-5]，但因研究材料的遺傳背景以及環(huán)境等差異，葉片數(shù)的遺傳機(jī)制不一致。

貴州畢節(jié)是全國十大優(yōu)質(zhì)煙葉產(chǎn)區(qū)之一，煙區(qū)海拔高度在800 m至2200 m之間，生態(tài)條件差異較大。一些烤煙品種在該地區(qū)極易出現(xiàn)低溫早花的現(xiàn)象，從而導(dǎo)致單株葉片數(shù)減少，產(chǎn)量降低[6]，例如優(yōu)質(zhì)烤煙品種NC82[7-8]。而韭菜坪2號是在畢節(jié)赫章縣獨(dú)特的生態(tài)條件下由G28品種自然變異株選育成的烤煙新品種，葉片數(shù)較多，產(chǎn)量較高[9]。經(jīng)前人研究發(fā)現(xiàn)，韭菜坪2號在四川瀘州[10](海拔240～520 m)、貴州興義[11](海拔1320 m)、貴州赫章[12](海拔1820 m)等地區(qū)種植的有效葉片數(shù)分別為21片、21片、22片，四川瀘州、貴州興義和貴州赫章在烤煙花芽分化時(shí)期的五月份平均氣溫分別為：15～25 ℃、14～22 ℃、11～20 ℃。由此可知韭菜坪2號烤煙葉片數(shù)不受溫度影響，探究韭菜坪2號葉片數(shù)的遺傳規(guī)律有助于改良葉片數(shù)受溫度影響的優(yōu)質(zhì)烤煙品種。

本研究以NC82和韭菜坪2號烤煙為親本，構(gòu)建六世代遺傳群體，采用蓋鈞鎰[13]提出的“主基因+多基因”混合遺傳模型對韭菜坪2號葉片數(shù)性狀進(jìn)行遺傳分析，為挖掘韭菜坪2號烤煙葉片數(shù)分子標(biāo)記及候選基因奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以NC82(P1)和韭菜坪2號(P2)為親本，雙親材料由貴州省煙草品質(zhì)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室提供，雜交獲得正反交F1、F2、BC1(F1×P1)和BC2(F1×P2)群體。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

6個(gè)世代試驗(yàn)材料于2021年種植在貴州大學(xué)煙草育種科研基地，海拔1200 m，五月份日均溫19～22 ℃，其中F2種植1740株，BC1種植75株，BC2種植75株，親本和F1采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3個(gè)重復(fù)，每個(gè)重復(fù)45株。栽培技術(shù)和田間管理按照當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙栽培技術(shù)方案進(jìn)行。

1.3 農(nóng)藝性狀測定

在中心花完全開放時(shí)，對F2和回交群體的所有單株進(jìn)行掛牌編號，剪取鮮葉在-80 ℃冰箱保存?zhèn)溆谩⒄諢煵菪袠I(yè)標(biāo)準(zhǔn)(YC/T 142-2010)[14]，測定F2和回交世代的所有煙株葉片數(shù)，親本和F1每個(gè)小區(qū)選擇長勢一致的15株煙測定葉片數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)處理

2 結(jié)果與分析

2.1 各世代葉片數(shù)分布

由表1可知，NC82和韭菜坪2號的葉片數(shù)呈現(xiàn)極顯著差異(P<0.01)，正反交F1的葉片數(shù)差異不顯著(P>0.05)，說明韭菜坪2號烤煙葉片數(shù)屬于細(xì)胞核遺傳。平均葉片數(shù)表現(xiàn)為P10，說明F2代植株葉片數(shù)的分布為右偏態(tài)分布。以上結(jié)果說明F2代葉片數(shù)存在性狀分離，偏離正態(tài)分布，說明葉片數(shù)可能存在主基因以及多基因遺傳特征，需要進(jìn)行下一步遺傳規(guī)律分析。

表1 葉片數(shù)平均值Tab.1 Average number of leaves

圖1 F2分離群體正態(tài)分布Fig.1 Normal distribution of F2 isolated population

2.2 葉片數(shù)最適模型篩選

利用R語言運(yùn)行SEA軟件對葉片數(shù)性狀進(jìn)行“主基因+多基因”混合模型遺傳分析，分析結(jié)果如表2所示。根據(jù)AIC值最小原則，由小到大得到3個(gè)備選模型為：PG-ADI、MX2-A-AD、2MG-ADI。

表2 葉片數(shù)遺傳模型的極大似然函數(shù)值和AIC值Tab.2 Maximum likelihood function and AIC values of leaf number genetic model

表3 葉片數(shù)備選模型的適應(yīng)性檢驗(yàn)Tab.3 Adaptability test of the alternative model with a number of leaves

2.3 最優(yōu)模型F2的成分分布及權(quán)重分析

根據(jù)最優(yōu)模型，F(xiàn)2群體葉片數(shù)呈現(xiàn)9個(gè)成分分布，如表4，分布比例為1∶2∶1∶2∶4∶2∶1∶2∶1，進(jìn)一步表明葉片數(shù)的遺傳受2對主效基因控制。

表4 葉片數(shù)最優(yōu)模型的成分分布及其權(quán)重Tab.4 Component distribution and weight of optimal model of leaf number

2.4 最適模型遺傳參數(shù)估計(jì)

根據(jù)最優(yōu)模型2MG-ADI分析葉片數(shù)的遺傳參數(shù)估計(jì)值(表5)，結(jié)果顯示，2對主基因的加性效應(yīng)值da和db分別為-3.13、0.48,且da的絕對值遠(yuǎn)大于hb，表明第1對主基因在加性效應(yīng)中起負(fù)效主導(dǎo)作用。2對主基因的顯性效應(yīng)值ha和hb分別為-1.93、-0.39，且ha的絕對值大于hb，表明2對主基因在顯性效應(yīng)中起負(fù)效作用，且第1對主基因起主導(dǎo)作用。2對主基因的加性效應(yīng)絕對值之和為3.61，顯性效應(yīng)絕對值之和為2.32，表明加性效應(yīng)起主導(dǎo)作用。在上位作用中，2對主基因的加性×顯性互作效應(yīng)值jab和顯性×加性互作效應(yīng)值jba分別為1.66、-0.39，2對主基因的加性×加性互作效應(yīng)值i和顯性×顯性互作效應(yīng)值l分別為1.03、2.89，4個(gè)互效作用中jab、i、l均為正向作用，且作用較大，jba為負(fù)向作用，作用較弱，說明互作效應(yīng)對葉片數(shù)具有一定的影響。

表5 最佳模型的一階和二階遺傳參數(shù)Tab.5 The first second and order genetic parameters of the optimal model

3 結(jié)論與討論

葉片數(shù)是煙草產(chǎn)量的重要構(gòu)成因素，對于提高煙農(nóng)種煙收入和保證卷煙原料的供應(yīng)有重要意義。在烤煙葉片數(shù)的遺傳研究中，黃平俊等[15]對雜交組合進(jìn)行遺傳分析認(rèn)為烤煙葉片數(shù)主要受加性效應(yīng)控制；張興偉等[16]利用烤煙六世代材料進(jìn)行遺傳分析的結(jié)果認(rèn)為烤煙葉片數(shù)受2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因(MX2-ADI-ADI)控制，2對主基因以加性效應(yīng)及顯性×顯性上位性效應(yīng)為主；吳興富等[17]構(gòu)建四個(gè)世代P1、P2、F1和F2進(jìn)行遺傳分析，研究認(rèn)為葉片數(shù)受2對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因(MX2-ADI-AD)控制，控制葉片數(shù)性狀的2對主基因都是以加性負(fù)效應(yīng)為主，且第1對主基因加性效應(yīng)占絕對優(yōu)勢，多基因的顯性效應(yīng)占重要地位，并起增效作用；童治軍等[18]用兩對親本及其構(gòu)建的F7和F8重組自交系進(jìn)行烤煙葉片數(shù)的遺傳分析，結(jié)果表明烤煙葉片數(shù)受2對加性-上位性主基因+加性-上位性多基因(MX2-AI-AI)控制，且主基因中的加性效應(yīng)與加性上位性互作效應(yīng)均起增效作用，且加性效應(yīng)占主導(dǎo)地位。不同的人采用不同材料的研究結(jié)果不完全一致，這可能是因?yàn)樵囼?yàn)材料或試驗(yàn)環(huán)境的不同所導(dǎo)致。

本研究以葉片數(shù)少的NC82和韭菜坪2號，構(gòu)建六世代遺傳群體，對葉片數(shù)性狀進(jìn)行遺傳分析。結(jié)果表明，葉片數(shù)性狀受2對加性-顯性-上位性主基因(2MG-ADI)控制，且2對主基因中的加性效應(yīng)起負(fù)效主導(dǎo)作用，BC1、BC2和F2的主基因遺傳率僅為6.87%、45.51%和62.72%，雖然遺傳率不是太高，但是通過回交育種也可以對品種進(jìn)行改良利用。本研究結(jié)果與前人的結(jié)果的相同之處在于葉片數(shù)遺傳都受到了2對主基因控制，且以2對主基因的加性效應(yīng)為主導(dǎo)作用。不同之處在于韭菜坪2號葉片數(shù)遺傳不受多基因控制，且主基因的遺傳率不是很高。課題組前期曾用NC82和畢納1號進(jìn)行葉片數(shù)的遺傳分析，結(jié)果表明葉片數(shù)性狀為2對等加性主基因+加性-顯性多基因控制的數(shù)量性狀[19]，這說明韭菜坪2號葉片數(shù)的遺傳可能受到了其他因素的影響。姚志敏等[20]曾用不同的烤煙品種配制成兩個(gè)六世代雜交組合，進(jìn)行葉片數(shù)的動態(tài)遺傳分析得出，烤煙葉數(shù)在團(tuán)棵期由2對主基因控制，無多基因遺傳；旺長期由1對主基因控制，且其中一個(gè)組合開始了多基因效應(yīng)；現(xiàn)蕾期又由2對主基因與多基因共同控制；整個(gè)過程兩個(gè)組合遺傳率存在明顯差異，說明不同組合的烤煙葉片數(shù)性狀在不同生育時(shí)期主基因+多基因遺傳效應(yīng)差異顯著,受環(huán)境影響程度也不同。

關(guān)于烤煙葉片數(shù)的遺傳研究，前人的研究環(huán)境和親本材料各不同，結(jié)果卻都受2對主基因+多基因控制，但是本研究的結(jié)果只受2對主基因的控制。原因可能是本研究的親本材料除葉片數(shù)性狀不同外，葉片數(shù)對溫度的敏感性也存在差異。NC82受低溫影響，葉片數(shù)減少，而韭菜坪2號葉片數(shù)不受溫度影響。常溫下，兩個(gè)親本雜交后代的葉片數(shù)平均值均偏向葉片數(shù)較少且易受低溫影響的親本NC82，由此可推測韭菜坪2號烤煙葉片數(shù)的遺傳效應(yīng)不僅受葉片數(shù)性狀的影響，還可能受材料本身是否耐低溫影響，需要通過后續(xù)的研究證明。本研究也為下一步通過基因定位探究調(diào)控韭菜坪2號葉片數(shù)的相關(guān)基因提供了重要的理論依據(jù)。