梨F1代群體果實性狀的遺傳分析及相關性研究

趙亞楠，歐春青，王 斐，張艷杰，馬 力，姜淑苓

(中國農業科學院 果樹研究所/農業部園藝作物種質資源利用重點實驗室，遼寧興城 125100)

蘋果梨是中國優良梨品種之一, 已有百余年的栽培歷史。‘八月紅’梨為中國近年來培育的優質紅色梨新品種，均作為梨雜交育種的親本被廣泛利用。國內外學者在梨果實性狀遺傳規律方面已有一些研究[1-2]。但有關‘蘋果梨’與 ‘八月紅’梨雜交后代的遺傳規律還未有文獻報道。為了填補理論上對其雜種后代遺傳規律研究的空白, 本試驗對‘蘋果梨’與‘八月紅’雜種后代果實主要經濟性狀的遺傳規律進行初步的觀察研究, 以期為梨遺傳育種和果實性狀的QTL定位提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料為2005年春播種的以‘蘋果梨’為母本，‘八月紅’為父本的210株雜交后代結果實生苗。苗木定植于中國農業科學院果樹所試驗基地，行株距為3.0 m×1.0 m，常規管理。2010年部分單株開始結果，2015年開始調查。

1.2 測定項目與方法

雜種實生苗果實主要經濟性狀連續調查記載3 a。調查項目有:果實大小、果形指數、果心大小、果肉硬度、可溶性固形物質量分數和可滴定酸質量分數6個果實性狀。所有指標都在果實采后進行測定。

單果質量用天平(精度0.01 g)測定，取平均值。果實的最大縱徑和橫徑以及果心直徑用游標卡尺測量，硬度用GY-1型果實硬度計測定，可溶性固形物質量分數利用手持折糖儀測定，可滴定酸質量分數用905全自動電位滴定儀(Metrohm)測定[3]。

1.3 數據處理

采用IBM SPSS Statistics 20對梨果實性狀數據進行統計分析，用 Kolmogorov-Smirnov Test和正態Q-Q圖對調查的各性狀進行正態分布檢驗，繪制頻率分布直方圖。相應的遺傳指標用Excel 2013進行統計分析。

2 結果與分析

2.1 果實性狀遺傳分析

2.1.1 果實大小 試驗結果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代的果實大小偏度值偏大，呈偏正態分布，屬于微效多基因控制的數量性狀遺傳(表1和圖1)。雜交后代的平均果質量為116.04 g，小于中親值，甚至小于低親，低于低親值的后代占91.90%，表現出低低親遺傳，呈現向小變異的趨勢，可能是親本的非加性效應比較強。遺傳傳遞力為54.91%，變異系數為46.03%，說明后代分離廣泛，這是由于在有性雜交中雙親的非加性效應解體，導致后代呈回歸變異。母本蘋果梨果體大小差異懸殊，一般大果質量267.5 g，小果質量66.15 g，最大果可達600 g, 最小果僅23.2 g[4]。從果實質量變化差異懸殊來看，此性狀在群體中遺傳潛力大，選擇空間大，即通過選擇改良的效果好。

表1 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實大小的遺傳變異Table 1 Genetic variation of fruit size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖1 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實大小次數分布Fig.1 Frequency distribution of fruit size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

2.1.2 果形指數 從表2可以看出，雜交后代的果形指數平均值為0.93，與中親值一致。變異系數為9.13%，遺傳傳遞力為99.63%。超高親率(5.71%)和低低親率(1.43%)都較低，后代中有92.86%的果形指數介于雙親之間，總體表現出趨中遺傳變異，呈較好正態分布，屬于微效多基因控制的數量性狀遺傳(圖2)。

2.1.3 果心大小 從表3可以看出，雜交后代的平均果心大小為38%，與中親值相等。后代中有79.05%的果心大小介于雙親之間，超高親率(6.19%)和低低親率(14.76%)都較低。遺傳傳遞力為96.45%，變異系數為17.36%，后代分離不廣泛，總體表現為趨中偏小遺傳變異，偏度值偏大，呈偏正態分布(圖3)。

2.1.4 果肉硬度 試驗結果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代的果肉硬度為連續性分布，但不滿足正態或偏正態分布，而是呈現主基因-多基因模型的多峰分布(表4和圖4)。推測在該遺傳群體中，果肉硬度是由主效基因和微效多基因共同控制的復雜遺傳。

后代平均果肉硬度為7.12 kg/cm2，大于中親值，甚至高于高親值，出現較多的超高親植株，平均超高親率為59.0%，總體表現出超高親遺傳的傾向，說明此組合的高硬度性狀遺傳給后代的能力強。變異系數為27.68%，后代分離較廣泛，極差值達9.32 kg/cm2。

表2 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果形指數的遺傳變異Table 2 Genetic variation of fruit shape index in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖2 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果形指數次數分布Fig.2 Frequency distribution of fruit shape index in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表3 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果心大小的遺傳變異Table 3 Genetic variation of core size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖3 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果心大小次數分布Fig.3 Frequency distribution of core size in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表4 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果肉硬度的遺傳變異Table 4 Genetic variation of flesh hardness in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

2.1.5 可溶性固形物質量分數 從表5可以看出，雜交后代的平均可溶性固形物質量分數(SSC)大于中親值。遺傳傳遞力強，達到105.98%。后代中超高親率為44.00%，并且在后代中出現SSC達21.99%的高親株，具有很強的雜種優勢。后代分離廣泛，極差值達14.59%，變異系數為14.53%，總體表現為超高親遺傳的傾向，呈較好的正態分布(圖5)。

2.1.6 可滴定酸質量分數 從圖6可以看出，‘蘋果梨’和‘八月紅’組合雜交后代的可滴定酸質量分數(TAC)分3個區段，呈不連續性分布。不滿足正態或偏正態分布。但在3個不同區段內，株系間又表現出明顯連續性變異和多峰分布，呈主基因-多基因模型。推測TAC這一性狀可能是由多個主效基因和微效多基因共同控制的復雜遺傳。從表6可以看出，雜交后代的TAC平均值大于中親值，遺傳傳遞力強(114.73%)，出現較多的超高親株(38.00%)。后代分離廣泛，變異系數為58.41%，極差值高達1.099，選擇空間大，總體表現出高親遺傳。

2.2 果實性狀間的相關性分析

由表7可知，果實大小與果心大小、果肉硬度呈極顯著負相關，而與果形指數、SSC和TAC相 關性均不顯著；TAC與果形指數呈極顯著正相關，與TAC呈顯著正相關；其余性狀間相關性不顯著。在這些相關性較強的性狀中，其QTL可能在連鎖群所處的位置較近。

圖4 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果肉硬度次數分布Fig.4 Frequency distribution of flesh hardness in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表5 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代SSC的遺傳變異Table 5 Genetic variation of SSC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖5 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代SSC次數分布Fig.5 Frequency distribution of SSC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

圖6 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代TAC次數分布Fig.6 Frequency distribution of TAC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表6 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代TAC的遺傳變異Table 6 Genetic variation of TAC in ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

表7 ‘蘋果梨’ב八月紅’雜交后代果實性狀的相關性分析Table 7 Correlation analysis on fruit traits of ‘Pingguoli’ × ‘Bayuehong’ hybrid progenies

注：**表示在 0.01 水平(雙側)上極顯著相關；*表示在 0.05 水平(雙側)上顯著相關。

Note：**presents significant correlation at 0.01 level；* presents correlation at 0.05 level.

2.3 果實性狀間的通徑分析

相關分析表明，果實性狀間存在一定的相關性，要進一步研究性狀間的數量關系，需要進行通徑分析。以果實大小為因變量，另外5個性狀為自變量，進行逐步回歸分析，建立果實大小的最優回歸方程為：Y=222.712-5.975X1-162.619X2+ε(X1：果肉硬度，X2：果心大小，R=0.309，F=10.888**)。同理，以SSC為因變量，建立最優回歸方程為：Y=9.254+4.076X3+1.608X4+ε(X3：果形指數，X4：TAC，R=0.241，F=6.376**)(結果與表7一致)。經通徑分析可知，果肉硬度和果心大小對果實大小的直接通徑系數分別為-0.221和-0.206，表明果肉硬度對果實大小直接作用最大，決定系數(R2)=0.095，剩余通徑系數(Pe)=0.951，該值較大，說明還有對果實大小影響較大的因素沒有考慮到。果形指數和TAC對SSC的直接通徑系數分別為0.177和0.160，表明果形指數對SSC直接作用最大，R2=0.058，Pe=0.970，同樣也有對SSC影響較大的因素沒有考慮到。

3 討論與結論

梨不同種或品種間進行有性雜交過程中，受雙親基因間的加性效應以及非加性效應的影響，后代性狀往往出現廣泛分離的現象，形成不同的類型[5]。其中大多數是劣質性狀變異，但也會出現將雙親中控制同一性狀的不同微效基因積累起來，出現超高親的類型[6]。正是因為基因重組可以將雙親控制不同性狀的優良基因結為一體，雜交育種才更有意義。本研究結果表明，‘蘋果梨’與‘八月紅’組合雜交后代群體中多個果實性狀存在不同的遺傳變異傾向和數量性狀混合遺傳模型。

果實性狀遺傳規律分析表明，果實大小、果心大小和果形指數這3個性狀的后代果實平均值都小于或等于親中值，且遺傳傳遞力都低于100%，優勢率等于0或為負值，雜種優勢不明顯。果實大小為低低親遺傳變異，普遍出現經濟性狀退化現象，存在較明顯的非加性效應解體的影響，與前人的研究結論一致[7-9]。果形指數為趨中偏大遺傳變異，與方成泉等[10]趨中偏小遺傳的結論有些許差異，這可能與本組合的雙親果形指數相差較大、遺傳傳遞力高及受親本影響大而趨向高親本遺傳有關[11]。果心大小與果形指數類似，但總體表現為趨中偏小遺傳，非加性效應較弱，這與滕美貞[11]的結論一致，但與大多數研究者認為的梨后代果心大小趨中偏大的趨勢有差別[12]，這可能與蘋果梨小果心遺傳傳遞力較強有關[13-14]。

果肉硬度、SSC和TAC的后代果實平均值都大于親中值，遺傳傳遞力都超過100%，優勢率都為正值，具有很強的雜種優勢。說明這3個性狀遺傳以加性效應為主，并且存在著正向的非加性效應。果肉硬度表現為超高親遺傳傾向，有明顯增大的趨勢，表明后代的耐貯性有增強的趨勢，對梨果實的儲存有重要意義[15]。這一結果與崔艷波等[16]的研究結果一致，在草莓[17]和番茄[18]雜交后代中發現果肉硬度也有此規律，但在桃[19]雜交后代中卻出現相反結果，因此不同梨品種親本雜交后代是否都符合此規律，還有待進一步研究。TAC為趨向高親遺傳，變異系數最大(58.41%)，呈現較高的變異程度，遺傳潛力最大，選擇改良效果最好，在蘋果中也有類似報道[20-21]。SSC為超高親遺傳，與前人研究結論相同[22-23]，這可能與后代果質量普遍偏小、硬度普遍偏高及肉質緊密有關[24]。

果實大小、果形指數、果心大小和SSC這4個性狀在雜交后代中均呈正態或偏正態分布分布，為微效多基因控制的數量性狀。該結果與崔艷波等[16]結果一致。其余2個性狀次數分布圖呈多峰分布，呈現主基因-多基因模型，可能是由多個主效基因和微效多基因共同控制的復雜遺傳，這一結果與番茄[18]和西瓜[25]中的研究結果類似。

經相關分析和通徑分析，梨果實大小與果心大小、果肉硬度呈極顯著負相關，且果肉硬度對果實大小直接作用最大，最優回歸方程為Y1=222.712-5.975X1-162.619X2+ε(Y1為果實大小，X1為果肉硬度，X2為果心大小)。SSC與果形指數呈極顯著正相關，與TAC呈顯著正相關，最優回歸方程為Y2=9.254+4.076X3+1.608X4+ε(Y2為SSC，X3為果形指數，X4為TAC)。

本研究梨F1代群體果實性狀中，變異系數大小順序為TAC>果實大小>果心大小>果肉硬度>果形指數>SSC，變異系數越大，說明性狀在群體中的遺傳潛能和選擇空間越大，通過選擇改良的效果就越好；遺傳傳遞力大小順序為果肉硬度>TAC>SSC>果形指數>果心大小>果實大小，遺傳傳遞力越大，雜種優勢越明顯。在今后的雜交育種中，可根據育種目標和上述規律合理配置親本組合，以增加優株入選率。