苦瓜全雌性狀的遺傳規(guī)律及其硝酸銀誘雄效應(yīng)

陳小鳳,黃玉輝,馮誠誠,黃熊娟,梁家作,琚茜茜,劉杏連,黃如葵

(廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所/廣西蔬菜育種與新技術(shù)研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,南寧 530007)

【研究意義】苦瓜(MomordicacharantiaL.)為葫蘆科苦瓜屬一年生蔓生植物,其多數(shù)類型的雄花分化節(jié)位低且早于雌花分化[1],進(jìn)而影響苦瓜產(chǎn)量、熟性或雜交種子生產(chǎn)。全雌系在雜交制種時(shí)可免去雄,因而簡化制種程序和節(jié)約成本[2],利用苦瓜全雌系或其近等基因系為親本進(jìn)行雜交,F1代產(chǎn)量顯著升高,雌花節(jié)位降低,表現(xiàn)早熟[3-6]。在自然條件下,苦瓜全雌系無雄花,無法留種繁殖,而硝酸銀(AgNO3)是其有效的誘雄劑[7-10]。雖然苦瓜全雌系在育種和生產(chǎn)上優(yōu)點(diǎn)突出,但目前利用其進(jìn)行育種尚處于試驗(yàn)階段,未作為大規(guī)模育種親本使用,其主要原因是苦瓜選育從單株單瓜開始,對誘雄時(shí)期、誘雄規(guī)律、枝蔓整理、誘雄株與授粉株比例、遺傳規(guī)律及全雌株鑒定等技術(shù)尚未完全清楚,無法進(jìn)行高效單株選育和群體繁育創(chuàng)制優(yōu)良全雌株系。因此,明確苦瓜全雌性狀的遺傳規(guī)律和誘雄效應(yīng),對高效繁育苦瓜全雌系具有重要意義。【前人研究進(jìn)展】苦瓜全雌性狀遺傳受一個(gè)隱性基因控制[11-12],植株全部開雌花。同為葫蘆科作物的黃瓜,其花性主要由兩個(gè)獨(dú)立分離顯性基因控制,雌雄株受隱性的雌性基因控制,且該隱性基因與決定雌性化程度的顯性基因緊密連鎖,而由隱性基因控制的雌性株系屬于強(qiáng)雌性系,植株全部開雌花[13]。也有研究認(rèn)為,黃瓜全雌性狀由一對不完全顯性基因控制,且雌性性狀相對雌雄同株為顯性性狀[14],與黃瓜全雌性狀的遺傳規(guī)律一致,均符合加性-顯性-上位性遺傳模型[15];但也有研究表明,黃瓜全雌性是多基因控制的數(shù)量性狀[16],黃瓜存在全雌株、全雄株、全兩性花株、雄花兩性花同株及雌雄同株等5種性別表型[17]。甜瓜也屬于葫蘆科作物,其性別表達(dá)受雄全同株基因a、雌全同株基因g及全雌株基因gy控制,不同基因型對應(yīng)的表現(xiàn)型為:A_G_雌雄異花同株、A_gg雌全同株、aaG_雄全同株、aagg兩性花株及A_gggygy全雌株[18]?？梢?只有基因?yàn)锳_gggygy時(shí),對應(yīng)的表型才表現(xiàn)為全雌株,受隱性基因控制,并跟黃瓜一樣也有5種性別表型。趙志偉等[19]研究認(rèn)為,苦瓜強(qiáng)雌性性狀由一對主基因控制,且存在微效多基因影響,性狀遺傳符合1對顯性主基因+加—顯性多基因模型;孔亮亮等[20]研究也表明,苦瓜強(qiáng)雌性遺傳以加性效應(yīng)為主,同時(shí)存在等位基因間互作效應(yīng),基因型與環(huán)境間也存在互作效應(yīng)。目前尚缺乏對苦瓜全雌性狀及其他不同雌性性狀遺傳規(guī)律的深入研究,苦瓜全雌性狀是否與黃瓜一樣在性型遺傳上表現(xiàn)出一定的復(fù)雜性,亟待通過分析不同雌性材料的遺傳規(guī)律來證實(shí)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前,從提高苦瓜全雌系繁育效率角度考慮進(jìn)行苦瓜全雌株鑒定、誘雄后如何授粉及關(guān)于誘雄時(shí)期是否最佳的研究鮮見報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】利用苦瓜全雌材料MC39-4-5分別與弱雌材料MC6-1-12、中等雌性材料MC6、強(qiáng)雌材料MC39及超強(qiáng)雌材料MC9進(jìn)行雜交,分析其P1、P2、F1、F2、BCP1和BCP2等6個(gè)世代的遺傳效應(yīng),并探討參試材料的誘雄效果和全雌株誘雄效應(yīng),為提高苦瓜全雌系繁育效率提供理論依據(jù)。

1964年由群眾出版社出版，是清朝末代皇帝愛新覺羅·溥儀在撫順戰(zhàn)犯看管所中所寫的“反省式”自傳，記錄了他從登基到流亡到接受新中國“改造”的過程，是一部回憶錄，更是一本特定歷史環(huán)境下的自省書。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2018年3月至2021年10月在廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院武鳴里建科研基地進(jìn)行。供試苦瓜材料均為穩(wěn)定自交系,分別為全雌材料MC39-4-5、弱雌材料MC6-1-12、中等雌性材料MC6、強(qiáng)雌材料MC39和超強(qiáng)雌材料MC9,由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。AgNO3為誘雄劑,購自生工生物工程(上海)股份有限公司。遺傳規(guī)律分析所用材料為:以MC39-4-5為母本(P1),以MC6-1-12(P2-1)、MC6(P2-2)、MC39(P2-3)和MC9(P2-4)為父本,雜交獲得F1代;F1代分別與P1和P2回交,獲得2個(gè)回交代BCP1和BCP2,同時(shí)F1代自交獲得F2代;在田間種植F1、F2、BCP1和BCP2代。供試材料的特征特性及調(diào)查時(shí)各世代成活株數(shù)見表1。

公立醫(yī)院作為一種醫(yī)療患者中心，屬于一種服務(wù)與科研集于一身的重要集合點(diǎn)，在預(yù)算過程中，對于現(xiàn)金流量進(jìn)行科學(xué)的編制管理，可以對醫(yī)院的資金流動進(jìn)行有效的管控，并能將資金運(yùn)用價(jià)值發(fā)揮到最大化，避免在投資運(yùn)用上產(chǎn)生風(fēng)險(xiǎn)，可以依靠加大重大項(xiàng)目的可行性研究分析，提升在運(yùn)用上的合理化管理。在醫(yī)院內(nèi)建立預(yù)算管理權(quán)限，是對資金運(yùn)用的權(quán)限管理進(jìn)行控制，這在一定程度上要求部門進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)算管控，對于一些存在項(xiàng)目預(yù)算增加的情況，必須由相關(guān)的預(yù)算資金管理人員進(jìn)行研究討論，保證資金運(yùn)用的合理規(guī)范。對于公立醫(yī)院研究以及醫(yī)療設(shè)備的支出管理，預(yù)算需要考慮合乎公立醫(yī)院發(fā)展的需求與目標(biāo)，嚴(yán)格控制資金流動方向。

表1 供試苦瓜材料的特征特性及各世代成活株數(shù)Table 1 Characteristics of tested material of bitter gourd and the number of surviving plants planted in each generation

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 苦瓜花型調(diào)查 對田間種植的MC39-4-5與MC6-1-12、MC6、MC39和MC9的雜交后代進(jìn)行遺傳規(guī)律分析時(shí),從各雜交后代的子葉節(jié)開始,統(tǒng)計(jì)第65節(jié)內(nèi)的花型分化情況,將雌雄同株計(jì)為普通型,全雌株計(jì)為全雌型;探究AgNO3誘雄對苦瓜雌雄異花同株和全雌株花型分化的影響,以MC39-4-5、MC6、MC39和MC9為試驗(yàn)材料,從誘雄處新延伸生長枝條開始,統(tǒng)計(jì)第20節(jié)以內(nèi)的花型分化情況,同時(shí)選取此4種材料進(jìn)行花粉育性檢驗(yàn);進(jìn)行AgNO3對MC39-4-5不同時(shí)期誘雄效應(yīng)分析時(shí),統(tǒng)計(jì)所有分化的兩性花數(shù),至誘雄效應(yīng)消失又恢復(fù)雌花分化為止。

2.2.2 起搏標(biāo)測 起搏標(biāo)測在臨床也較為常用，它是先通過心電圖初步判斷早搏的起源點(diǎn)，然后在確定的起源部位進(jìn)行起搏以奪獲局部心肌，比較起搏的QRS波與室早的QRS波形態(tài)是否完全匹配。從理論上來講，只要是在最早起源點(diǎn)起搏，其QRS形態(tài)應(yīng)與室早的QRS形態(tài)完全相同，在臨床實(shí)際操作中，要求二者的12導(dǎo)聯(lián)心電圖中至少有11個(gè)導(dǎo)聯(lián)的QRS形態(tài)匹配?，F(xiàn)有的三維標(biāo)測系統(tǒng)中均可通過標(biāo)測前記錄的室早模板進(jìn)行比對，提高了判斷的準(zhǔn)確性。然而，起搏的QRS波形態(tài)受起搏的輸出，包括電壓、電流、脈寬等因素的影響，從而影響起搏標(biāo)測的準(zhǔn)確性。鑒于此，起搏閾值的確定有一定價(jià)值。

在成株期,對雌雄同株MC6、MC9、MC39和全雌株MC39-4-5的枝條進(jìn)行AgNO3誘雄處理,結(jié)果(表3)顯示,不誘雄枝條(CK)均無兩性花分化;誘雄后,MC6無兩性花和畸形花分化,誘雄前后的雌花與雄花分化無顯著差異(P>0.05,下同);MC9有兩性花和畸形花分化,分別為每枝2.3和0.8朵,誘雄前后的雌花分化差異極顯著(P<0.01,下同),但雄花分化無顯著差異;MC39有兩性花分化,為每枝0.3朵,無畸形花分化,誘雄前后的雌花分化與雄花無顯著差異;全雌系MC39-4-5兩性花分化率為19.6%,仍有0.3%的雌花未轉(zhuǎn)化為兩性花,同時(shí)無雄花和畸形花分化。說明AgNO3對苦瓜材料雄花分化無促進(jìn)作用,但可誘導(dǎo)強(qiáng)雌株分化少量兩性花,同時(shí)雄花保持正常分化;誘導(dǎo)全雌株僅分化兩性花,不分化雄花。

由表5可知,在第一朵兩性花開放時(shí),4葉1心期CK第二朵和第三朵雌花之間的節(jié)間長度分別為9.92和7.85 cm,莖粗分別為0.36和0.26 cm,與誘雄處理均存在極顯著差異;成株期CK的節(jié)間長度分別為11.54和11.56 cm,莖粗分別為0.43和0.44 cm,與誘雄處理均無顯著差異。說明AgNO3處理對苦瓜幼苗生長傷害明顯,但對成株期植株傷害較小。

由表4可知,兩性花花粉和雄花花粉均能使雌花授粉成功,果實(shí)膨大。其中,MC6誘雄不成功,無兩性花分化,但雄花花粉能使雌花授粉成功,果實(shí)全部膨大;MC9和MC39兩性花自交和雄花花粉授兩性花柱頭,授粉均未成功,果實(shí)不膨大,而兩性花花粉和雄花花粉均可使雌花授粉成功,果實(shí)全部膨大;MC39-4-5誘雄后僅分化兩性花,無雄花,兩性花自交不成功,但兩性花花粉能使雌花授粉成功。說明兩性花花粉具有育性,柱頭無育性。

采用Excel 2007對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行卡平方(χ2)檢測,以DPS 7.05(Duncan’s新復(fù)極差法)進(jìn)行差異顯著性分析。

1.2.5 苦瓜節(jié)間長度和莖粗測量 誘雄處理后,誘雄成功全雌株枝條會連續(xù)分化兩性花,為確保測量枝條為誘雄成功的枝條,在第一朵兩性花開放時(shí),用游標(biāo)卡尺測量第二朵和第三朵兩性花之間的節(jié)間長度和莖粗,CK的同期第二朵和第三朵雌花之間的節(jié)間長度和莖粗。每處理3次重復(fù),每重復(fù)15株。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

1.2.4 苦瓜授粉方法 每天16:00—18:00,將于次日開放的兩性花、雌花和雄花套袋,次日9:00—10:00,待花粉散粉時(shí)進(jìn)行授粉,兩性花自交為同朵花花粉授同朵花柱頭,其他授粉方式按常規(guī)方法進(jìn)行,僅進(jìn)行同一材料分化的雌花和花粉授粉,如同一材料無相應(yīng)花性型則無須授粉。每個(gè)處理3次重復(fù),每重復(fù)授粉10個(gè)瓜,授粉成功以瓜膨大為標(biāo)準(zhǔn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 苦瓜全雌性遺傳規(guī)律的χ2檢測

1.1 高職院校傳統(tǒng)韓國語專業(yè)學(xué)生的聽說能力較差。在傳統(tǒng)的高職韓國語教學(xué)中，大多數(shù)教師還是沿用以前的教學(xué)方法，主要通過板書、講解等方式授課，而學(xué)生在課堂上埋頭記筆記，花費(fèi)了很多時(shí)間。韓國語課是一門語言課程，學(xué)生需要多加練習(xí)才能增強(qiáng)韓國語運(yùn)用能力，而課堂時(shí)間的浪費(fèi)導(dǎo)致學(xué)生練習(xí)的時(shí)間減少，學(xué)生往往在高職院校學(xué)了三年韓國語，聽說能力依舊不高，這成了制約高職韓國語教學(xué)的重要因素。

表2 苦瓜全雌性狀遺傳規(guī)律的χ2檢測分析結(jié)果Table 2 The results of genetic law of gynoecious in bitter gourd by χ2test

2.2 AgNO3誘雄對苦瓜雌雄異花株和全雌株花型分化的影響

1.2.2 苦瓜植株發(fā)育時(shí)期劃分 4葉1心期指除子葉外含有2對葉和1個(gè)生長點(diǎn)的時(shí)期,成株期指主蔓80 cm以上有3～4條側(cè)蔓的時(shí)期。

表3 AgNO3誘雄對苦瓜雌雄異花同株和全雌株花型分化的影響Table 3 Effect of AgNO3on flower type differentiation of monoecious plant and gynoecious in bitter gourd

2.3 苦瓜兩性花花粉及其柱頭育性檢驗(yàn)

1.2.3 苦瓜誘雄方法 4葉1心期的誘雄是采用AgNO3溶液對幼苗進(jìn)行噴施,以葉片布滿水珠為準(zhǔn);成株期的誘雄是將枝條生長點(diǎn)浸入AgNO3溶液中15 min后移出,并在誘雄處掛牌標(biāo)記,以清水為對照(CK)。每處理3次重復(fù),每重復(fù)15株;AgNO3溶液濃度均為300.0 mg/L。

表4 苦瓜兩性花花粉及其柱頭育性的檢驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results on fertility of hermaphrodite flower pollen and stigma in bitter gourd

2.4 AgNO3對苦瓜全雌系不同時(shí)期誘雄效應(yīng)的影響

在相似矩陣中，數(shù)值大小表示對應(yīng)兩個(gè)關(guān)鍵詞間距離的遠(yuǎn)近，數(shù)值越接近1，表明關(guān)鍵詞間距離越近，相似程度越大；數(shù)值越接近0，表明關(guān)鍵詞間距離越遠(yuǎn)，相似度越小。從統(tǒng)計(jì)結(jié)果看，創(chuàng)客(0.396)、創(chuàng)客空間(0.370)、創(chuàng)客運(yùn)動(0.229)、創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)教育(0.185)、STEM教育(0.238)、美國(0.224)、創(chuàng)新能力(0.180)、創(chuàng)新(0.150)等與創(chuàng)客教育的距離較近，說明這些主題受到了研究者的關(guān)注。創(chuàng)客課程、實(shí)踐教學(xué)、教學(xué)改革等與創(chuàng)客教育距離較遠(yuǎn)，說明目前對于這些領(lǐng)域的關(guān)注度較低，探索和發(fā)展空間較大。

表5 AgNO3對苦瓜全雌系的誘雄效應(yīng)Table 5 Effect of AgNO3on male induction of whole female line in bitter gourd

在苦瓜4葉1心期進(jìn)行AgNO3誘雄,第一朵兩性花開放需24.3 d,極顯著長于成株期誘導(dǎo)所需的13.6 d;4葉1心期進(jìn)行AgNO3誘雄的兩性花數(shù)量為10.0朵,極顯著少于成株期誘導(dǎo)的19.3朵。說明在苦瓜成株期進(jìn)行誘雄處理,其誘雄效應(yīng)顯著優(yōu)于在4葉1心期誘雄。

3 討 論

葫蘆科不同瓜類或同種瓜類不同材料全雌性狀的遺傳規(guī)律各不相同,如苦瓜全雌性狀遺傳受一個(gè)隱性基因控制[11],黃瓜全雌性狀由隱性基因控制或符合加性—顯性—上位性遺傳模型,或由一對不完全顯性基因控制[13-15],表明瓜類性型遺傳具有復(fù)雜性。本研究通過對苦瓜6個(gè)世代田間觀測數(shù)據(jù)進(jìn)行遺傳分析,結(jié)果發(fā)現(xiàn)F2和BCP1代普通型與全雌型分離比例分別為3∶1和1∶1,符合孟德爾遺傳規(guī)律,進(jìn)一步說明苦瓜全雌性狀是由一個(gè)隱性基因控制,因此,可利用隱性基因的遺傳規(guī)律通過回交轉(zhuǎn)育來創(chuàng)制苦瓜優(yōu)良全雌系。在育種實(shí)際中,種植回交代或自交代時(shí),有主蔓雌花率100%、后期側(cè)蔓分化少量雄花的植株出現(xiàn),如果在早期進(jìn)行全雌株選擇則易誤選[21];而在自然條件下,苦瓜全雌系無雄花,無法繁殖種子保留后代,而需進(jìn)行誘雄處理(常用誘雄劑為AgNO3)[7-10]。本研究結(jié)果表明,AgNO3對苦瓜雄花分化無促進(jìn)作用,能誘導(dǎo)強(qiáng)雌株分化少量兩性花,但同時(shí)雄花能正常分化;而誘導(dǎo)苦瓜全雌僅分化兩性花,不分化雄花,與史建廷等[22]對西瓜的研究結(jié)果一致。根據(jù)該結(jié)論對苦瓜全雌株進(jìn)行表觀鑒定,可避免誤選,以提高苦瓜全雌性狀的選育效率。

苦瓜育種從單株單瓜開始,待性狀穩(wěn)定后將單瓜種成瓜系,從而獲得特定性狀的穩(wěn)定系。AgNO3誘雄具有一定規(guī)律性,即誘導(dǎo)的兩性花連續(xù)出現(xiàn)分化,誘雄效應(yīng)消失后又恢復(fù)雌花分化,表現(xiàn)為雌花—兩性花—雌花現(xiàn)象[21]。本研究證實(shí),供試苦瓜材料的兩性花花粉具有育性,柱頭不育,兩性花自交果實(shí)不膨大,只有以兩性花與雌花進(jìn)行授粉才能使果實(shí)膨大,若誘雄方法不當(dāng),會造成雌花與兩性花不相遇,單株留種不成功,錯(cuò)失優(yōu)良全雌單株;受AgNO3誘雄的苦瓜全雌株枝條會分化兩性花,不進(jìn)行AgNO3處理則無兩性花分化,說明在苦瓜成株期,從同一植株中選擇部分枝條進(jìn)行誘雄處理以提供兩性花,部分枝條不誘雄以提供雌花,人為創(chuàng)造兩性花與雌花相遇,可使優(yōu)良全雌單株留種成功;而苦瓜在苗期只有一個(gè)生長點(diǎn),受AgNO3誘雄后所有枝條全部由這個(gè)生長點(diǎn)分化而來,易全部分化兩性花,在花期無雌花花粉,單株留種不易成功。因此,宜選擇在成株期進(jìn)行AgNO3誘雄處理。

丁小濤等[23]、王建彬等[24]研究證實(shí),AgNO3對黃瓜或西瓜幼苗生長具有一定傷害。本研究進(jìn)一步從苦瓜植株傷害、兩性花分化時(shí)間和數(shù)量方面比較苦瓜全雌株成株期和苗期的誘雄效應(yīng),結(jié)果發(fā)現(xiàn)AgNO3誘雄對苦瓜苗期莖粗和節(jié)間長度生長傷害明顯,對成株期傷害較小,且誘導(dǎo)兩性花分化用時(shí)短,兩性花數(shù)量顯著增多,誘雄效應(yīng)顯著優(yōu)于苗期,說明繁育苦瓜全雌系時(shí)應(yīng)在成株期進(jìn)行AgNO3誘雄。

4 結(jié) 論

苦瓜全雌株由一個(gè)隱性單基因控制;AgNO3對誘導(dǎo)苦瓜雄花分化無促進(jìn)作用,誘導(dǎo)全雌株僅分化兩性花;兩性花花粉具有育性,柱頭無育性;苦瓜全雌系成株期的誘雄效應(yīng)顯著優(yōu)于4葉1心期。因此,繁育苦瓜全雌系時(shí)AgNO3誘雄應(yīng)在成株期進(jìn)行。