煙草根系檸檬酸分泌特性的遺傳規(guī)律分析

張占軍 李洪臣

摘要[目的]改善煙草根系對土壤鉀的活化能力，提高對鉀的吸收效率。[方法]以農(nóng)大202、中煙101、NC628、K358、NX232共5個(gè)煙草品種為親本，采用雙列雜交試驗(yàn)研究了煙草根系檸檬酸分泌特性的遺傳規(guī)律。[結(jié)果]不同品種間煙草根系檸檬酸分泌特性存在顯著差異。在檸檬酸分泌特性上，農(nóng)大202的一般配合力效應(yīng)值和農(nóng)大202×NC628特殊配合力效應(yīng)值均為正，對改善后代鉀吸收效率有較高的利用價(jià)值。煙草根系檸檬分泌酸特性的遺傳規(guī)律符合“加性-顯性”遺傳模型。缺鉀敏感性不符合“加性-顯性”遺傳模型。[結(jié)論]該研究為進(jìn)一步研究煙草根系檸檬酸分泌特性奠定了理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞煙草；檸檬酸；分泌特性；遺傳規(guī)律

中圖分類號(hào)S572文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A文章編號(hào)0517-6611（2017）05-0024-03

Abstract[Objective] To improve the activation of tobacco root on soil potassium， and to enhance the absorption efficiency on potassium. [Method] With Nongda 202， Zhongyan 101， NC628， K358， NX232 as the parents， diallel crossing test was used to study genetic regularity of citric acid secretion characteristics in tobacco root.[Result]There were significant differences in citric acid secretion characteristic between different cultivars.General combining ability （GCA） values of Nongda 202 and specific combining ability （SCA） values of Nongda 202×NC628 were positive in citric acid secretion characteristics， and the results had high use value to improve the offspring potassium uptake efficiency.Genetic regularity of citric acid secretion characteristic in tobacco root accorded with “additivedominant” genetic model， but sensitivity to potassium deficiency did not accord with “additivedominant” genetic model. [Conclusion] This research lays theoretical basis for the further research on citric acid secretion characteristics of tobacco root..

Key wordsTobacco； Citric acid； Secreting characteristic； Genetic regularity

基金項(xiàng)目河南省煙草公司科技攻關(guān)項(xiàng)目（HYKJ201103）。

作者簡介張占軍（1967—），男，河南三門峽人，助理農(nóng)藝師，從事煙葉生產(chǎn)研究。〖KG-*2〗*通訊作者，農(nóng)藝師，碩士，從事煙草品種選育研究。

收稿日期2016-12-13

我國土壤鉀含量較豐富，但大部分鉀是礦物態(tài)鉀，很難在短期內(nèi)被吸收利用，因此我國煙田土壤呈缺鉀或嚴(yán)重缺鉀狀態(tài)[1]。研究結(jié)果顯示，缺鉀環(huán)境會(huì)誘導(dǎo)植物根系大量分泌檸檬酸、草酸、蘋果酸等低分子量有機(jī)酸[2-4]，這些有機(jī)酸釋放到土壤，通過酸化、配位交換和還原作用活化土壤礦物態(tài)鉀[5-7]，促進(jìn)鉀的有效釋放及植物對鉀的吸收[8]。缺鉀脅迫下，煙草根系檸檬酸分泌量會(huì)顯著增加，在活化土壤鉀、提高煙葉鉀含量方面起到重要的作用。鑒于此，該試驗(yàn)研究了煙草根系檸檬酸分泌特性的遺傳規(guī)律，以期改善煙草后代根系對土壤礦物態(tài)鉀的活化能力、提高鉀的吸收效率。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料采用農(nóng)大202、中煙101、NC628、K358、NX232作為親本進(jìn)行雙列雜交，獲得10個(gè)雜交種和5個(gè)自交種，見表1。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

采用盆栽試驗(yàn)，按鉀肥用量分為正常供鉀和缺鉀2個(gè)處理。其中，正常處理N、P、K的用量分別為013、0.13和0.39 g/kg，缺鉀處理N、P、K的用量分別為013、0.13和0 g/kg，肥料分3次施入，時(shí)間為移栽時(shí)、移栽后7 d、移栽后14 d，3次施肥比例為2〖DK〗∶1〖DK〗∶1，常規(guī)水分管理，生長至移栽后30 d，收集根系分泌物樣品。

1.3取樣與測定

將煙株根系土壤洗凈，放入裝有800 mL蒸餾水的燒杯中，根部黑暗處理。正常生長條件下，收集根系分泌物混合物4 h。將根系分泌物過XAD-4樹脂柱，甲醇洗脫后用冷凍干燥機(jī)除去甲醇，加超純水50 mL溶解干燥后的根系分泌物，得到根系分泌的有機(jī)酸樣品。

每個(gè)樣品中準(zhǔn)確加入40 mL 5%硫酸-甲醇溶液和200 μL己二酸內(nèi)標(biāo)溶液，振蕩48 h。然后每次用10 mL二氯甲烷萃取，萃取3次，合并萃取液，采用氣相色譜-質(zhì)譜測定檸檬酸。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行方差分析。參照劉來福[9]方法，按照Griffing II的固定模型計(jì)算配合力效應(yīng)；按Hayman方法進(jìn)行遺傳參數(shù)估算。

2結(jié)果與分析

2.1不同品種煙草檸檬酸分泌特性的比較

5個(gè)煙草親本自交系及其10個(gè)雙列雜交組合的檸檬酸分泌特性（以檸檬酸分泌量來表示）和缺鉀敏感性（以檸檬酸分泌量增加比例來表示）見表2。分析可知，正常供鉀、缺鉀脅迫檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性變異系數(shù)分別為1.138%、0.563%、1.806%。方差分析可知，檸檬酸分泌特性上，組合間差異均達(dá)顯著水平，而重復(fù)間的差異不顯著，說明不同品種間存在顯著差異，供試品種間的遺傳基礎(chǔ)存在顯著差異。

2.2檸檬酸分泌特性的配合力比較

由表3可知，檸檬酸分泌特性的一般配合力（GCA）方差和特殊配合力（SCA）方差均達(dá)極顯著水平，說明這些效應(yīng)間存在差異。

2.3親本檸檬酸分泌特性的一般配合力比較

由表4可知，檸檬酸分泌特性的一般配合力效應(yīng)存在差異。正常供鉀親本檸檬酸分泌特性的一般配合力效應(yīng)值的變幅為-0.431～0.062，只有農(nóng)大202的一般配合力效應(yīng)值為正值。缺鉀脅迫親本檸檬酸分泌特性的一般配合力效應(yīng)值的變幅為-0.291～0.162，親本NX2322和農(nóng)大202一般配合力效應(yīng)值為正值。缺鉀敏感性的一般配合力效應(yīng)值變幅為-0.014～0.310，親本NX232、K358、農(nóng)大202、中煙101的檸檬酸分泌特性的一般配合力效應(yīng)值為正值。

2.4親本檸檬酸分泌特性與一般配合力的關(guān)系

親本檸檬酸分泌特性與一般配合力相關(guān)系數(shù)為正常供鉀r=0.937**、缺鉀脅迫r=0.932**、缺鉀敏性r=0.896**。檸檬酸分泌特性測定結(jié)果與一般配合力相關(guān)系數(shù)達(dá)極顯著水平，親本檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性越高，一般配合力效應(yīng)值越高，檸檬酸分泌特性的測定結(jié)果可用來預(yù)測親本一般配合力效應(yīng)。

2.5雜交組合檸檬酸分泌特性的特殊配合力

特殊配合力方差說明各親本與其他親本雜交后，可出現(xiàn)偏離一般配合力效應(yīng)所估計(jì)的極端后代，這種極端后代的多少能反映各親本間品種非加性作用的大小[10]。檸檬酸分泌特性的特殊配合力以正向效應(yīng)為優(yōu)。雜交組合的檸檬酸分泌特性特殊配合力效應(yīng)值見表5。

10個(gè)雜交組合后代中，正常供鉀檸檬酸分泌特性正向效應(yīng)值較高的為K358×NX232，負(fù)向效應(yīng)值較高的為農(nóng)大202×NX232，正向效應(yīng)平均值0.252小于負(fù)向效應(yīng)平均值0.387。缺鉀脅迫檸檬酸分泌特性正向效應(yīng)值較高的為中煙101×NC628，負(fù)向效應(yīng)值較高的為農(nóng)大202×NX232，正向效應(yīng)平均值0.449小于負(fù)向效應(yīng)平均值0.458。缺鉀敏感性正向效應(yīng)值較高的為農(nóng)大202×中煙101，負(fù)向效應(yīng)值較高的為中煙101×K358。正向效應(yīng)平均值0.380大于負(fù)向效應(yīng)平均值0.285。農(nóng)大202×NC628特殊配合力的效應(yīng)值均為正值。

2.6檸檬酸分泌特性的遺傳規(guī)律分析

2.6.1檸檬酸分泌特性及缺鉀敏感性的顯著性檢驗(yàn)。

對正常供鉀和缺鉀脅迫條件下檸檬酸分泌特性回歸分析，進(jìn)行Hayman顯著性檢驗(yàn)。由表6可知，正常供鉀與缺鉀脅迫條件下，檸檬酸分泌特性回歸方程的回歸系數(shù)為0.805和0724，與0差異達(dá)極顯著水平，與1差異不顯著，說明Hayman假設(shè)成立，符合“加性-顯性”遺傳模型。缺鉀敏感性回歸方程的回歸系數(shù)0.104與1差異達(dá)極顯著水平，與0差異不顯著，說明Hayman假設(shè)不成立，不符合“加性-顯性”遺傳模型。

2.6.2檸檬酸分泌特性的遺傳參數(shù)分析。

Hayman法估算分析檸檬酸分泌特性的遺傳參數(shù)見表7，各參數(shù)含義為：D加性效應(yīng)方差，H顯性效應(yīng)方差，（H/D）1/2平均顯性度，R親本顯性基因/隱性基因，r方差與協(xié)方差之和 Wr+Vr與親本測量值Yr相關(guān)系數(shù)， h2N（%）狹義遺傳率，h2B（%）廣義遺傳率。

正常供鉀檸檬酸分泌特性的加性效應(yīng)方差和顯性效應(yīng)方差均達(dá)到極顯著水平，顯性效應(yīng)方差大于加性效應(yīng)方差，缺鉀脅迫檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性的加性效應(yīng)方差不顯著，顯性效應(yīng)方差達(dá)極顯著水平，說明檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性都是顯性效應(yīng)為主。正常供鉀和缺鉀脅迫檸檬酸分泌特性的方差和協(xié)方差之和與親本檸檬酸分泌特性相關(guān)系數(shù)分別為0.895和0.725，說明顯性方向?yàn)闇p效。缺鉀敏感性方差與協(xié)方差之和與親本檸檬酸分泌特性相關(guān)系數(shù)為-0.293，說明親本中顯性基因較多，顯性方向?yàn)樵鲂?。正常供鉀、缺鉀脅迫檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性的廣義遺傳率分別為99.68%、99.71%、99.42%，說明缺鉀敏感性組合間差異主要由品種決定，早代選擇效果較好，狹義遺傳率分別為24.69%、14.85%、44.73%，說明遺傳加性效應(yīng)較小。

3結(jié)論

檸檬酸分泌特性越強(qiáng)，其活化土壤中鉀的特性就越強(qiáng)，一般配合力效應(yīng)值越大說明其在檸檬酸分泌特性方面越優(yōu)良。農(nóng)大202的檸檬酸分泌特性的一般配合力效應(yīng)值均為正，在改善后代鉀營養(yǎng)效率方面具有較高的利用價(jià)值。NC628一般配合力效應(yīng)值均為負(fù)值，改善后代鉀營養(yǎng)效率方面利用價(jià)值較低。親本檸檬酸分泌特性和缺鉀敏感性越高，一般配合力效應(yīng)值越高，檸檬酸分泌特性的測定結(jié)果可用來預(yù)測親本一般配合力效應(yīng)。正常供鉀和缺鉀脅迫條件下，檸檬酸分泌特性符合“加性-顯性”遺傳模型，遺傳顯性效應(yīng)為主，遺傳加性效應(yīng)較小，缺鉀敏感性不符合“加性-顯性”遺傳模型。

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