油茶巢式交配子代果實(shí)和油脂性狀的遺傳分析

柴靜瑜　王開(kāi)良　姚小華等

關(guān)鍵詞：普通油茶；小果油茶；巢式交配設(shè)計(jì)；經(jīng)濟(jì)性狀；一般配合力；特殊配合力

中圖分類號(hào)：S794.4 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：1001-1498（2023）01-0001-10

油茶（Camellia oleifera Abel.）是我國(guó)南方一種重要的木本食用油料作物。茶油色清味香，單不飽和脂肪酸含量高，富含角鯊烯、維生素E等保健成分，營(yíng)養(yǎng)豐富，性質(zhì)穩(wěn)定，長(zhǎng)期食用可有效改善我國(guó)公民的膳食結(jié)構(gòu)。另一方面，發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)，對(duì)保障我國(guó)的糧油安全具有重要意義。近年來(lái)，油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，已成為我國(guó)產(chǎn)量最高的四大油料（油菜（Brassica spp.）、大豆（Glycine max （Linn.） Merr.）、花生（Arachis hypogaea Linn.）和油茶）之一。產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展，高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的油茶良種是基礎(chǔ)和關(guān)鍵。

雜交育種作為最有成效的遺傳改良技術(shù)之一，在林木育種上普遍應(yīng)用。雜交親本的科學(xué)選配是實(shí)現(xiàn)多個(gè)優(yōu)良性狀聚合，提高雜交育種效率的先決條件。配合力是親本選擇和組合配置的重要依據(jù)，配合力包括一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA）。一般配合力指一個(gè)個(gè)體與其他個(gè)體交配產(chǎn)生的后代的平均表現(xiàn)；特殊配合力指某特定組合在其雙親平均表現(xiàn)的基礎(chǔ)上與預(yù)期結(jié)果的偏差。單個(gè)親本的GCA及雙親間的SCA越高，其雜交子代相應(yīng)性狀的表現(xiàn)越好。雜交育種也是現(xiàn)階段油茶育種的重要手段和途徑，但主要還局限于簡(jiǎn)單的具有互補(bǔ)性狀的親本雜交。林萍等以雜交子代幼林為材料，開(kāi)展了雜交親本在生長(zhǎng)性狀及油脂相關(guān)經(jīng)濟(jì)性狀的配合力和遺傳力評(píng)估，為油茶雜交育種的親本選配研究開(kāi)展了有益探索。但幼林的各性狀受環(huán)境影響較大，且親本配合力及各性狀遺傳力隨著樹(shù)齡的增長(zhǎng)會(huì)發(fā)生變化，這在馬尾松、桉樹(shù)flq等多個(gè)林木類樹(shù)種中已證實(shí)。因此，以雜交子代成林為研究材料，開(kāi)展油茶重要經(jīng)濟(jì)性狀的親本選配研究對(duì)油茶雜交育種具有重要意義。

普通油茶（C.oleifera）又名中果油茶，因果實(shí)較大、產(chǎn)量高，是我國(guó)油茶產(chǎn)業(yè)第一位的主栽物種。小果油茶（C.meiocarpa）雖果實(shí)較小，因其果皮薄，出籽率高，且與普通油茶花期相近，在普通油茶雜交育種中常被視作培育高出籽率良種的優(yōu)良親本；但普通油茶與小果油茶開(kāi)展種間雜交，親本重要性狀的配合力、遺傳力等重要遺傳參數(shù)未見(jiàn)評(píng)估。研究組在前期以普通油茶和小果油茶為親本采用巢式交配設(shè)計(jì)創(chuàng)制了12個(gè)雜交組合，本研究測(cè)定分析進(jìn)入盛產(chǎn)期的7年生雜交子代測(cè)定林11個(gè)果實(shí)和油脂性狀，估算油茶親本的遺傳參數(shù)，比較種內(nèi)雜交（普通油茶×普通油茶）與種間雜交（普通油茶×小果油茶）的差異，為油茶雜交育種，尤其是為普通油茶與小果油茶種間雜交育種的親本選配提供參考依據(jù)。

1材料和方法

1.1供試材料

2010年11月上旬在浙江金華東方紅林場(chǎng)國(guó)家油茶種質(zhì)資源收集庫(kù)內(nèi)選擇具有不同優(yōu)良性狀的4個(gè)普通油茶無(wú)性系良種為母本，7個(gè)普通油茶和5個(gè)小果油茶無(wú)性系為父本（表1），按照巢式設(shè)計(jì)控制授粉雜交12個(gè)組合（表2），每組合控制授粉200朵花。2011年10月果實(shí)成熟，12個(gè)組合共收獲雜交果實(shí)342個(gè)，雜交種子1200余粒。雜交種子于2012年春季播種育苗，2014年1月實(shí)生苗造林。造林按照完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，10株小區(qū)，重復(fù)3次，造林密度3m×2m。

1.2性狀調(diào)查測(cè)定方法

2021年子代測(cè)定林郁閉度達(dá)90%以上，平均單株冠幅6m²，單株果實(shí)產(chǎn)量有顯著分化，分布在0.12～15.35 kg范圍內(nèi)。每雜交組合10株一小區(qū)，3次重復(fù)，共30個(gè)單株調(diào)查取樣。2021年10月待5%以上果實(shí)開(kāi)裂時(shí)，每單株隨機(jī)取30個(gè)果實(shí)，測(cè)定單果質(zhì)量（weight）、鮮果出籽率（RSF）和干籽出仁率（RKS）等性狀平均值作為單株果實(shí)性狀數(shù)據(jù)。測(cè)定種仁含油率（OC）、油脂脂肪酸成分及含量作為單株油脂性狀數(shù)據(jù)。鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率等性狀測(cè)定采用姚小華等和謝一青等的方法。油脂脂肪酸成分測(cè)定采用氣相色譜法，具體參照周長(zhǎng)富等的方法。

1.3統(tǒng)計(jì)分析方法

本研究采用DPS統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)雜交子代果實(shí)和油脂相關(guān)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。采用單因素方差分析評(píng)估雜交組合間的性狀差異，若雜交組合間差異顯著，根據(jù)巢式（NCI）隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)分析模型評(píng)估母本效應(yīng)和母本內(nèi)父本效應(yīng)。母本的GCA和雜交組合的SCA的估算參照梁一池和吳兵等的方法進(jìn)行：

2結(jié)果與分析

2.1雜交子代果實(shí)與油脂性狀差異分析

表3表明：油茶單果質(zhì)量、鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率及油脂中各脂肪酸成分含量在不同雜交組合間均差異極顯著（P<0.01），意味著選擇具有不同性狀表現(xiàn)的無(wú)性系開(kāi)展雜交，可為油茶育種創(chuàng)制出變異豐富的育種群體。12個(gè)雜交組合的平均單果質(zhì)量、鮮果出籽率和干籽出仁率分別為14.91g、25.69%和60.79%，變異系數(shù)分別為36.29%、25.05%和11.40%。在油脂性狀中，種仁含油率、棕櫚酸、棕櫚烯酸、硬脂酸、油酸、亞油酸、亞麻酸和順-11-二十碳烯酸含量的平均值分別是39.99%、8.74%、0.12%、1.96%、78.66%、9.65%、0.36%和0.53%；變異系數(shù)分別為17.62%、7.72%、24.76%、18.83%、3.62%、25.58%、27.24%和10.89%。在測(cè)定的11個(gè)性狀中，單果質(zhì)量的變異系數(shù)最高，單果質(zhì)量的最高單株是最低單株的6.2倍；油酸含量的變異系數(shù)最低，油酸含量的最高單株僅是最低單株的1.28倍。亞油酸、亞麻酸含量及鮮果出籽率亦具有較高的變異系數(shù)。進(jìn)一步分析結(jié)果表明，除硬脂酸和亞油酸含量在母本間差異顯著外（P<0.05），各經(jīng)濟(jì)性狀的變異來(lái)源主要存在于母本內(nèi)父本間效應(yīng)，均在P<0.01水平上差異顯著。這與本研究中母本只包括普通油茶，父本中既有普通油茶亦有小果油茶的設(shè)置是一致的。

進(jìn)一步對(duì)差異顯著的性狀進(jìn)行多重比較，結(jié)果（表4）顯示：12個(gè)雜交組合中，單果質(zhì)量最大的是種內(nèi)雜交組合10×4，其平均值為19.62 g；最小組合為種間雜交組合40×小D1，其平均值僅為8.02g，前者是后者的2.45倍，差異顯著。種內(nèi)雜交單果質(zhì)量最低組合（40×95）的平均值為16.33 g，種間雜交單果質(zhì)量最高組合（53×小3）的平均值為13.33 g?？梢?jiàn)，種內(nèi)雜交單果質(zhì)量均顯著大于種間雜交組合。鮮果出籽率較高的組合是40×95和4×23，平均值分別為29.38%和29.14%。種間雜交組合53×小1、53×小2和53×小3鮮果出籽率略低，與種內(nèi)雜交組合40×95和4×23差異不顯著；4×小4和40×小D1在鮮果出籽率上表現(xiàn)較差，不具有好的雜交收益。組合4×23的干籽出仁率最高，達(dá)到65.64%；其次是10×4、40×95和4×18，其平均值均高于64%。與種內(nèi)雜交組合相比，大多數(shù)種間雜交組合的干籽出仁率均較低，僅53×小2和40×小D1兩個(gè)組合的干籽出仁率超過(guò)了60%，均值分別為61.72%和61.00%。種仁含油率相對(duì)較高的組合分別是4×23、4×18和40×95，其平均值分別為46.53%、45.05%和43.58%，在該性狀上表現(xiàn)出較好的雜交優(yōu)勢(shì)。

在脂肪酸成分中，棕櫚酸含量較高的組合是53×小3和4×18，分別占脂肪酸成分的9.60%和9.39%。硬脂酸含量較高的組合為10×40和40×10，種間雜交組合40×小D1在該性狀上表現(xiàn)較好，與其余種間雜交組合差異顯著。油茶脂肪酸的主要成分油酸含量較高的組合為40×小D1、10×40、40×10和10×53，分別為80.80%、80.67%、80，66%和80.35%，53×小3油酸含量最低，僅為74.54%，顯著低于其余組合。53×小3的亞油酸含量最高，顯著高于其他組合的平均值，在該性狀上具有較高的雜交收益。棕櫚烯酸、α-亞麻酸和順-11-二十碳烯酸在油茶油脂中絕對(duì)含量較低，其含量在組合間的變異范圍較小。53×小3和4×18的棕櫚烯酸含量相當(dāng)，在所有組合中最高，平均值均為0.14%，4×小4和53×小3在所有組合中α-亞麻酸含量最高，分別為0.46%和0.45%；53×小2、53×小1和10×53的順-11-二十碳烯酸含量均達(dá)到了0.57%，在該性狀上具有較好的雜交優(yōu)勢(shì)。綜上所述，組合4×23在鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率等指標(biāo)上均表現(xiàn)出優(yōu)勢(shì)，組合53×小3在棕櫚酸、棕櫚烯酸、亞油酸和a.亞麻酸等油茶油脂性狀關(guān)鍵指標(biāo)上顯示出優(yōu)勢(shì)，組合10×40在硬脂酸、油酸等油脂性狀上也表現(xiàn)出一定的優(yōu)勢(shì)。種間雜交組合4×小4和40×小D1在單果質(zhì)量、鮮果出籽率、干籽出仁率和種仁含油率等性狀上均較差，不具有很好的性狀表現(xiàn)。

2.2雜交組合親本一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA）分析

GCA和SCA是雜交育種中親本選擇的重要依據(jù)，GCA和SCA值越大，獲得的遺傳增益更好。雜交親本GCA分析結(jié)果（表5）表明：母本長(zhǎng)林53號(hào)在鮮果出籽率和亞油酸含量的GCA最高，分別為1.49和1.59；長(zhǎng)林4號(hào)在種仁含油率、棕櫚酸和亞油酸含量上具有較高的GCA，其雜交子代表現(xiàn)出良好的遺傳增益；長(zhǎng)林10號(hào)在單果質(zhì)量、干籽出仁率和油酸含量的GCA較高，分別為3.40、1.16和1.30；長(zhǎng)林40號(hào)的雜交子代在油酸和硬脂酸含量有較好的遺傳增益。

12個(gè)雜交組合的各經(jīng)濟(jì)性狀的SCA（表6）表明：種內(nèi)雜交組合在果實(shí)性狀的SCA多高于種間雜交組合。種間雜交組合4x小4在4個(gè)果實(shí)性狀的SCA分別為-5.06、-2.44、-9.57和-5.99，該組合在果實(shí)性狀上的綜合表現(xiàn)顯著低于其他組合相應(yīng)的SCA。因此，通過(guò)4x小4種間雜交選育聚合大果和高出籽率優(yōu)良性狀的新種質(zhì)的概率極低。種內(nèi)雜交組合4×23和40×95在單果質(zhì)量、鮮果出籽率、干籽出仁率和種仁含油率4個(gè)性狀上均具有較高的SCA值，4×23在這4個(gè)性狀的SCA分別為1.79、3.27、5.57和3.74，40×95在這4個(gè)性狀的SCA分別為2.57、4.65、2.93和3.51，這兩個(gè)組合在這4個(gè)性狀上的綜合表現(xiàn)明顯優(yōu)于其他種內(nèi)種間組合，是創(chuàng)制聚合多個(gè)果實(shí)優(yōu)良性狀新種質(zhì)的首選組合。種間雜交組合53×小2在鮮果出籽率、干籽出仁率和種仁含油率上具有較高的SCA，53×小3在單果質(zhì)量的SCA具有較好表現(xiàn)，這2個(gè)組合在通過(guò)種間雜交創(chuàng)制具備優(yōu)良果實(shí)性狀的種質(zhì)中可深入探索和應(yīng)用。

種間雜交組合在油脂性狀，尤其是油酸或亞油酸含量的SCA比種內(nèi)雜交組合具有更好的表現(xiàn)。53×小2和53×小1油酸含量的SCA較高，分別為1.41和1.34，創(chuàng)制高油酸含量種質(zhì)可優(yōu)先考慮這2個(gè)組合。53×小3亞油酸含量的SCA較高，在以亞油酸含量為育種目的雜交育種中優(yōu)先使用該雜交組合。種內(nèi)雜交組合4×23和40×95分別在油酸和亞油酸含量上的SCA較高。結(jié)合親本組合的GCA值和SCA值，種內(nèi)雜交組合4x23在果實(shí)性狀和部分油脂性狀均表現(xiàn)出較好的配合力，具有較高的遺傳增益，種間雜交組合53×小2在鮮果出籽率和油酸含量、53×小3在單果質(zhì)量、棕櫚酸和亞油酸含量等性狀上表現(xiàn)出較高的配合力。

遺傳力是反映遺傳變量占表型變量的比率，是選擇育種中確定親本，估算遺傳增益的重要參數(shù)。結(jié)果（表7）表明：本研究中所有性狀的家系遺傳力范圍為0.0250～0.8965，單株遺傳力范圍為0.2439～0.9978。亞油酸、硬脂酸和油酸含量的家系遺傳力普遍高于其它經(jīng)濟(jì)性狀，分別為0.8965、0.8851和0.694，這3個(gè)性狀主要受遺傳因素的影響，由基因控制，受環(huán)境條件影響較小。說(shuō)明通過(guò)家系選擇，這些性狀可以獲得較好的改良。鮮果出籽率的遺傳力最小，主要受環(huán)境條件影響。雜交子代所測(cè)定的硬脂酸、油酸和亞油酸的家系遺傳力和單株遺傳力相對(duì)較高，故在油茶遺傳改良中，以脂肪酸經(jīng)濟(jì)性狀為育種目標(biāo)，進(jìn)行優(yōu)良雜交組合或優(yōu)良單株選擇均可以獲得更高的遺傳增益。

3討論

在育種工作中，估測(cè)雜變親本的GCA和SCA，可根據(jù)育種目的有效篩選最優(yōu)親本和最佳組合，從而提高育種效率。本研究選取處于盛產(chǎn)期的種內(nèi)雜交子代和種間雜交子代為研究對(duì)象開(kāi)展遺傳分析，旨在揭示普通油茶與小果油茶種間雜交育種的可行性及親本選配規(guī)律，為種間雜交育種策略提供理論基礎(chǔ)。齊明在杉木雜交育種的研究中發(fā)現(xiàn)，親本GCA評(píng)估比親本間SCA評(píng)估更重要。林萍等在普通油茶種內(nèi)雜交育種研究中同樣證實(shí)了該結(jié)論。本研究結(jié)果表明，當(dāng)同時(shí)分析種內(nèi)和種間雜交組合時(shí)，組合間的差異主要來(lái)源于雙親間的SCA，表明在開(kāi)展種間雜交時(shí)組合SCA的評(píng)估更重要，可作為優(yōu)先考慮的因素。本研究中以長(zhǎng)林53號(hào)為母本的種間雜交組合為例，長(zhǎng)林53號(hào)的單果質(zhì)量、干籽出仁率和種仁含油率的GCA在所有母本中均最低，但以長(zhǎng)林53號(hào)為母本的種間雜交組合分別在這3個(gè)性狀上具有較高的SCA。結(jié)合長(zhǎng)林53號(hào)果實(shí)大和小果油茶出籽率高的特點(diǎn)，雙親的優(yōu)良性狀分別在3個(gè)種間組合中獲得了良好的遺傳增益。因此，在開(kāi)展普通油茶和小果油茶的雜交中，想要選育果實(shí)較大、出籽率高的新品種，首先需要考慮的是親本的SCA效應(yīng)，再考慮親本的GCA。

優(yōu)樹(shù)選擇和子代測(cè)定是林木育種最基本的方法。通過(guò)雜交子代的遺傳力測(cè)定進(jìn)行優(yōu)良家系或優(yōu)良單株選育，可大大提高選擇育種的效率。遺傳力的理論值一般為0～1，遺傳力越高，說(shuō)明該性狀變異受環(huán)境因素影響越小，遺傳能力越強(qiáng)。本次實(shí)驗(yàn)首次嘗試了選擇油茶種間與種內(nèi)親本進(jìn)行雜交測(cè)定遺傳力，根據(jù)本研究的遺傳效應(yīng)評(píng)估值，發(fā)現(xiàn)油茶的經(jīng)濟(jì)性狀主要受非加性遺傳效應(yīng)影響。絕大數(shù)經(jīng)濟(jì)性狀的父本方差大于母本的方差，父本對(duì)子代變異的貢獻(xiàn)值更大。林萍等對(duì)油茶雜交子代幼齡時(shí)期的遺傳力進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)各經(jīng)濟(jì)性狀主要受環(huán)境影響較大，遺傳控制力度較弱，通過(guò)篩選優(yōu)良家系作為優(yōu)良品種選育的策略是不可取的，在全同胞家系內(nèi)選擇優(yōu)良單株培育成優(yōu)良品種的效率更高。本研究發(fā)現(xiàn)，進(jìn)入盛產(chǎn)期后油茶各性狀的遺傳力顯著升高，尤其是硬脂酸、油酸、亞油酸含量等油脂性狀主要受遺傳控制，受環(huán)境影響較小。

綜合考慮親本配合力和各性狀的遺傳控制模式，普通油茶種內(nèi)雜交組合4×23在以單果質(zhì)量、鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率和油酸含量等性狀為育種目標(biāo)時(shí)可作為優(yōu)選雜交組合。普通油茶和小果油茶的種間雜交組合53×小3可在單果質(zhì)量、棕櫚酸、亞油酸和α-亞麻酸含量育種中加以利用；組合53×小2在鮮果出籽率、干籽出仁率、種仁含油率和油酸含量上具有育種優(yōu)勢(shì)。本研究以油茶雜交子代成林為材料，首次對(duì)油茶種間雜交的親本配置及遺傳效應(yīng)開(kāi)展了分析評(píng)估，為油茶種間雜交策略提供了理論基礎(chǔ)，為科學(xué)指導(dǎo)普通油茶與小果油茶種間雜交育種提供了理論指導(dǎo)。

4結(jié)論

本研究以油茶種內(nèi)雜交（普通油茶×普通油茶）和種間雜交（普通油茶×小果油茶）家系為研究對(duì)象，研究子代經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳變異規(guī)律，解析親本及親本組合對(duì)子代經(jīng)濟(jì)性狀的影響。研究發(fā)現(xiàn)，雜交子代經(jīng)濟(jì)性狀在家系間存在極顯著的差異，且變異主要來(lái)源于父本效應(yīng)。隨著樹(shù)齡的增長(zhǎng)，油茶的多數(shù)經(jīng)濟(jì)性狀主要受遺傳控制，環(huán)境因素影響較小。遺傳效應(yīng)分析表明，硬脂酸、油酸和亞油酸含量主要受加性遺傳控制，其余8個(gè)經(jīng)濟(jì)性狀的非加性遺傳方差顯著高于加性遺傳方差。比較種內(nèi)和種間雜交親本配合力的差異表明，組合間的差異主要來(lái)源于雙親間的SCA，因此，在油茶雜交育種中，尤其是開(kāi)展種間雜交時(shí)，應(yīng)將雙親SCA值的估測(cè)放在首位。單株遺傳力顯著高于家系遺傳力，因此，油茶雜交育種中應(yīng)采用全同胞家系內(nèi)選擇優(yōu)良單株的育種策略。