苦瓜親本配合力、遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)性分析

吳立東，劉亞婷，鐘金仙，林淑婷，羅 英

(三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，三明 365509)

雜種優(yōu)勢(shì)是指遺傳組成不同的兩個(gè)親本通過雜交產(chǎn)生的雜交種在生長(zhǎng)勢(shì)、抗逆性、適應(yīng)性和產(chǎn)量等方面優(yōu)于其親本的現(xiàn)象[1]。利用雜種優(yōu)勢(shì)選育優(yōu)良品種是苦瓜育種的一種有效方法。周微波等[2]最早利用雜種優(yōu)勢(shì)選育出豐產(chǎn)、早熟、抗病的苦瓜雜種一代。以往的研究表明，苦瓜存在著明顯的雜種優(yōu)勢(shì)[3-4]。育種工作者相繼培育出了‘湘苦瓜1號(hào)’[5]、‘大肉1號(hào)苦瓜’[6]、‘桂農(nóng)科一號(hào)’和‘桂農(nóng)科二號(hào)’[7]等綜合性狀優(yōu)良的苦瓜雜交品種。但是，并不是所有親本組配的雜交種均存在雜種優(yōu)勢(shì)，因此，在選育雜交品種的過程中，選擇優(yōu)良親本組配成強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合是雜種優(yōu)勢(shì)育種的關(guān)鍵。

目前，主要通過配合力測(cè)定和遺傳距離分析進(jìn)行親本的選配和雜種優(yōu)勢(shì)的預(yù)測(cè)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者已開展了大量關(guān)于配合力和雜種優(yōu)勢(shì)方面的研究，發(fā)現(xiàn)配合力可以預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)[8]，雜種優(yōu)勢(shì)受親本一般配合力(general combining ability，GCA)和雜交組合間特殊配合力(specific combining ability，SCA)的影響[9]。隨著DNA分子標(biāo)記的迅速發(fā)展，利用DNA分子標(biāo)記技術(shù)可以準(zhǔn)確地估算親本間的遺傳距離，進(jìn)而預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)。DNA分子標(biāo)記已被廣泛應(yīng)用于玉米[10]、水稻[11]、小麥[12]等作物的遺傳距離和雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)研究中，但研究結(jié)論并不一致。有些研究表明，遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)存在不同程度的相關(guān)性，可以預(yù)測(cè)雜交后代的雜種優(yōu)勢(shì)[13]；但也有研究發(fā)現(xiàn)，遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)性較弱或無相關(guān)性[14]。因此，需進(jìn)一步深入研究遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)關(guān)系，為今后雜種優(yōu)勢(shì)的有效利用提供科學(xué)依據(jù)。苦瓜為異花授粉作物，雜種優(yōu)勢(shì)明顯，但有關(guān)遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)相關(guān)性的研究鮮有報(bào)道。本試驗(yàn)選取10個(gè)苦瓜親本材料，按5×5不完全雙列進(jìn)行雜交，利用SRAP標(biāo)記檢測(cè)親本間的遺傳距離，分析苦瓜親本配合力、遺傳距離和雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)性，以期為選配親本和雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)提供有效的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)選取10個(gè)苦瓜親本材料，其中母本為K1(KP4，福建)、K2(KT1，湖南)、K3(KJ38，福建)、K4(K20，山東)、K5(KY1,江西)，父本為G1(KJ18，福建)、G2(K21,山東)、G3(KT34，福建)、G4(KY36，福建)、G5(KT6，廣東)，按不完全雙列雜交設(shè)計(jì)(5×5)配制25個(gè)雜交組合。所有材料均由三明市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì)

10個(gè)親本、25個(gè)雜交組合材料于2017年在三明市沙縣鳳崗街道西霞村試驗(yàn)基地種植。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，單行種植，株距0.8m，每小區(qū)種植30株，田間管理同一般大田生產(chǎn)。

1.2.2 數(shù)據(jù)收集

在苦瓜的采收期，每小區(qū)采摘10個(gè)商品性成熟的苦瓜，按《苦瓜種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》考查第一雌花節(jié)位、瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數(shù)、單株產(chǎn)量等性狀。

1.2.3 SRAP標(biāo)記

采用改良的CTAB法提取全基因組DNA，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA質(zhì)量。根據(jù)Li等[15]公布的SRAP引物(包括13條上游引物和9條下游引物)，共合成117對(duì)引物組合，從中篩選出多態(tài)性好、條帶清晰的22對(duì)引物組合用于遺傳距離的分析。PCR擴(kuò)增反應(yīng)體系(20 μL)為：50 ng模板DNA，200 μmol/L dNTPs，Taq聚合酶0.2 U，上下游引物各50 ng，10×buffer，用ddH2O補(bǔ)充至20 μL。PCR擴(kuò)增反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性5min，94℃變性1min，35℃復(fù)性1min，72℃延伸1min，5個(gè)循環(huán)；94℃變性1min，50℃復(fù)性1min，72℃延伸1min，35個(gè)循環(huán)；72℃延伸10min，4℃保存?zhèn)溆谩２捎?%聚丙烯酰胺凝膠進(jìn)行電泳，用銀染法檢測(cè)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

雜種優(yōu)勢(shì)以中親雜種優(yōu)勢(shì)(H)表示，計(jì)算公式為：H=[F1-(P1+P2)/2]/[(P1+P2)/2]×100%。利用DPS 7.05軟件進(jìn)行配合力分析。根據(jù)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物結(jié)果，觀察擴(kuò)增條帶的有無，在相同遷移位置上有條帶記為“1”，無條帶記為“0”。利用NTSYS-pc Version 2.10e軟件計(jì)算親本材料間的遺傳距離(GD)。采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜種優(yōu)勢(shì)

苦瓜25個(gè)雜交組合的雜種優(yōu)勢(shì)結(jié)果顯示，不同組合間各性狀的雜種優(yōu)勢(shì)差異較大，其中第一雌花節(jié)位的雜種優(yōu)勢(shì)變異幅度最大，為-40.57%—107.85%，K1×G3在第一雌花節(jié)位上雜種優(yōu)勢(shì)最高，為 107.85%；K1×G5在瓜縱徑上雜種優(yōu)勢(shì)最高，為23.94%；瓜橫徑的雜種優(yōu)勢(shì)變異幅度為-14.27%—9.05%，平均為-1.09%，為最小，其中K5×G3的雜種優(yōu)勢(shì)最高，為9.05%；K2×G4在瓜肉厚和單株產(chǎn)量上的雜種優(yōu)勢(shì)最高，分別為24.55%和94.00%；K4×G1在單瓜重上雜種優(yōu)勢(shì)最高，為63.76%。

2.2 配合力分析

苦瓜各性狀的配合力方差分析(表2)表明：區(qū)組間除單株產(chǎn)量差異顯著外，其余性狀在區(qū)組間均無差異，而組合間的各個(gè)性狀均呈極顯著差異，說明組合間的基因效應(yīng)存在極顯著差異，可進(jìn)一步作父本、母本的一般配合力(GCA)以及雜交組合間的特殊配合力(SCA)分析。

對(duì)P1(母本)和P2(父本)的GCA方差以及P1×P2的SCA方差進(jìn)行F測(cè)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，P1的瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產(chǎn)量4個(gè)性狀均達(dá)到極顯著或顯著水平，P2除瓜橫徑達(dá)到顯著水平外，其余性狀均未達(dá)到顯著水平，而P1×P2的SCA方差分析中各性狀均達(dá)到了極顯著水平。由此可見，瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產(chǎn)量4個(gè)性狀的遺傳可能受加性和非加性基因共同控制，而第一雌花節(jié)位、瓜肉厚、單瓜種子數(shù)主要受非加性基因控制。

表2 苦瓜各性狀的配合力方差分析

注：*表示在0.05水平差異顯著；**表示在0.01水平差異極顯著

從表3可以看出，GCA效應(yīng)值在同一個(gè)親本不同性狀間以及同一個(gè)性狀在不同親本間存在著明顯差異，表明不同的親本材料在不同性狀上加性效應(yīng)的大小是不同的。苦瓜各性狀的配合力方差分析結(jié)果表明，親本的GCA方差在瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產(chǎn)量4個(gè)性狀上存在極顯著或顯著差異。母本差異表現(xiàn)在瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產(chǎn)量4個(gè)性狀。在今后育種工作中，如果以瓜縱徑、單瓜重為選育目標(biāo)，應(yīng)選擇K5作為親本；如果以瓜橫徑、單株產(chǎn)量為選育目標(biāo)，應(yīng)選擇K4作為親本。父本差異表現(xiàn)在對(duì)瓜橫徑的影響，G5的GCA效應(yīng)值最高，可以作為選育瓜橫徑的親本材料。

表3 苦瓜各親本的一般配合力效應(yīng)值

從表2可知，苦瓜各雜交組合間7個(gè)性狀的SCA方差均存在極顯著差異。同一親本不同雜交組合間以及同一雜交組合不同性狀間的SCA效應(yīng)值存在較大差異(表4)。在苦瓜的7個(gè)性狀中，SCA最好的組合為：第一雌花節(jié)位K1×G3，瓜縱徑K1×G5，瓜橫徑K4×G1，瓜肉厚K2×G4，單瓜重K4×G1，單瓜種子數(shù)K4×G3，單株產(chǎn)量K2×G4。其中K4×G4的7個(gè)性狀SCA均為正效應(yīng)值，綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良。結(jié)合苦瓜各親本及雜交組合的GCA、SCA以及雜種優(yōu)勢(shì)發(fā)現(xiàn)，高SCA的雜交組合中至少有1個(gè)具有高GCA或中GCA的親本材料，而SCA較高的雜交組合雜種優(yōu)勢(shì)較為明顯。

表4 苦瓜雜交組合間的特殊配合力效應(yīng)值

對(duì)苦瓜各組合7個(gè)性狀的配合力基因型進(jìn)行方差分析(表5)發(fā)現(xiàn)，瓜縱徑、瓜橫徑的一般配合力方差(Vg)高于特殊配合力方差(Vs)，表明在這2個(gè)性狀中，是親本間的加性效應(yīng)對(duì)雜交后代起主導(dǎo)作用；而第一雌花節(jié)位、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數(shù)的特殊配合力方差(Vs)高于一般配合力方差(Vg)，表明這些性狀的遺傳變異主要受親本間的非加性基因控制；單株產(chǎn)量的一般配合力和特殊配合力所占比例均約為50%，說明其同時(shí)受加性基因和非加性基因控制，選擇這個(gè)性狀時(shí)要同時(shí)考慮一般配合力和特殊配合力。7個(gè)性狀的廣義遺傳力(hB2)均達(dá)到了70%以上，說明這些性狀的表型變異主要受基因型控制，受環(huán)境影響較小，可以對(duì)這些性狀進(jìn)行早期選擇。瓜縱徑、瓜橫徑的狹義遺傳力(hN2)達(dá)到了50%以上，表明這2個(gè)性狀主要是基因間的加性效應(yīng)起作用，能較穩(wěn)定地遺傳給后代。

表5 配合力基因型方差及各性狀的遺傳力

2.3 親本間的遺傳距離分析

利用篩選出的多態(tài)性好、條帶清晰的22對(duì)SRAP引物對(duì)10個(gè)親本材料進(jìn)行PCR擴(kuò)增，每對(duì)引物擴(kuò)增出的位點(diǎn)數(shù)為2—16個(gè)不等，共擴(kuò)增出152個(gè)位點(diǎn)，平均每對(duì)引物擴(kuò)增出6.91個(gè)位點(diǎn)，其中多態(tài)性位點(diǎn)142個(gè)，多態(tài)位點(diǎn)百分率(PPL)為93.42%。利用NTsys 2.01軟件計(jì)算10個(gè)親本間的遺傳距離(表6)，結(jié)果顯示：10個(gè)親本間的遺傳距離變異幅度為0.118—0.401，平均遺傳距離為0.228，其中K2×G4的遺傳距離最大，為0.401。統(tǒng)計(jì)表明，25個(gè)遺傳距離中，有10個(gè)遺傳距離大于平均距離，表明這10個(gè)親本材料間的遺傳差異較大。

表6 苦瓜各親本間的遺傳距離

2.4 雜種優(yōu)勢(shì)與配合力、遺傳距離的相關(guān)性

苦瓜各性狀的雜種優(yōu)勢(shì)與配合力、遺傳距離的相關(guān)性分析(表7)表明：只有單瓜重的GCA與雜種優(yōu)勢(shì)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.693，其余6個(gè)性狀的GCA與雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)性均不顯著。各性狀的SCA與雜種優(yōu)勢(shì)均呈極顯著的正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.690以上。遺傳距離與GCA、SCA均無顯著的相關(guān)性，表明親本間的遺傳距離與各性狀的GCA、SCA相關(guān)性不高，因此，利用SRAP標(biāo)記遺傳距離預(yù)測(cè)親本的配合力還有待于進(jìn)一步研究。此外，遺傳距離與第一雌花節(jié)位的雜種優(yōu)勢(shì)呈顯著的負(fù)相關(guān)，與其余性狀均無顯著的相關(guān)性，表明通過親本間遺傳距離難以預(yù)測(cè)到后代的雜種優(yōu)勢(shì)。

表7 苦瓜各性狀的雜種優(yōu)勢(shì)與配合力、遺傳距離的相關(guān)性

注：*表示在0.05水平差異顯著；**表示在0.01水平差異極顯著

3 討論

雜種優(yōu)勢(shì)是植物界中普遍存在的一種現(xiàn)象，前人已做了許多關(guān)于苦瓜雜種優(yōu)勢(shì)的研究。劉政國(guó)等[3-4]研究表明，苦瓜產(chǎn)量和第一雌花節(jié)位存在著明顯的雜種優(yōu)勢(shì)。宋曉燕[16]研究發(fā)現(xiàn)，苦瓜的果實(shí)橫徑等性狀表現(xiàn)出較強(qiáng)的正向雜種優(yōu)勢(shì)。余中偉[17]得出了苦瓜的產(chǎn)量、瓜重、采瓜數(shù)、瓜長(zhǎng)等性狀的正向雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng)，果肉厚的正向雜種優(yōu)勢(shì)最小的結(jié)論。本研究發(fā)現(xiàn)，瓜縱徑、單瓜重和單株產(chǎn)量的雜種優(yōu)勢(shì)明顯，有20個(gè)以上雜交組合表現(xiàn)為正向雜種優(yōu)勢(shì)；而瓜肉厚有14個(gè)組合表現(xiàn)出無雜種優(yōu)勢(shì)或呈負(fù)向優(yōu)勢(shì)，正向雜種優(yōu)勢(shì)為最小。

配合力分析是親本組配雜交組合的一種有效方法，有研究認(rèn)為，GCA高的親本所組配的雜交組合具有較高的SCA；但也有研究表明，雜交組合SCA高的親本，其GCA不一定高[18]。本研究表明，GCA高的親本，其組配的雜交組合SCA不一定高；而GCA低的親本，其組配的雜交組合SCA不一定低。如第一雌花節(jié)位組合K2×G5、瓜縱徑組合K5×G1以及單果重組合K5×G4，其親本的GCA均較高，但這3個(gè)組合的SCA均較低。本研究還發(fā)現(xiàn)，具有較高SCA的雜交組合，其親本中至少有一個(gè)GCA較高，如瓜肉厚組合K2×G4和單株產(chǎn)量組合K2×G4，而且其雜種優(yōu)勢(shì)明顯。田樹云等[19]、齊建雙等[20]得到了相同的結(jié)論。因此，在利用苦瓜雜種優(yōu)勢(shì)配制雜交組合時(shí)，既要考慮親本的GCA，也要重視雜交組合間的SCA。本研究對(duì)苦瓜各組合的配合力基因型進(jìn)行方差分析表明，瓜縱徑、瓜橫徑主要受加性基因控制，第一雌花節(jié)位、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數(shù)主要受非加性基因控制，單株產(chǎn)量同時(shí)受加性基因和非加性基因控制，這與前人[21-23]的研究均有所不同，原因可能是所使用的苦瓜親本材料不同。

兩個(gè)親本間的遺傳差異是產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)，在一定范圍內(nèi)，雜種優(yōu)勢(shì)的大小主要取決于親本間的差異及性狀互補(bǔ)，親本間的差異越大，其雜種優(yōu)勢(shì)越明顯[24]。近年來，利用DNA分子標(biāo)記測(cè)定親本間的遺傳距離，進(jìn)而預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)，已做了大量的研究，但其結(jié)論并不一致。有的研究認(rèn)為，利用DNA分子標(biāo)記遺傳距離可以預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)，如Reif等[25]對(duì)SSR標(biāo)記遺傳距離與玉米雜種優(yōu)勢(shì)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，SSR標(biāo)記可以有效地預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)；熊俏[26]研究認(rèn)為，ISSR標(biāo)記可以預(yù)測(cè)苦瓜產(chǎn)量的雜種優(yōu)勢(shì)。也有學(xué)者認(rèn)為，親本間的遺傳距離不足以預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)，如趙慶勇等[11]利用SSR標(biāo)記研究粳稻雜種優(yōu)勢(shì)表明，分子標(biāo)記雖然可以用于雜種優(yōu)勢(shì)群的劃分，但不足以預(yù)測(cè)產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)；Lanza等[27]研究表明，RAPD標(biāo)記遺傳距離與玉米的雜種優(yōu)勢(shì)之間不存在相關(guān)關(guān)系。本研究發(fā)現(xiàn)，SRAP標(biāo)記遺傳距離僅與第一雌花節(jié)位雜種優(yōu)勢(shì)呈顯著負(fù)相關(guān)，這表明用SRAP標(biāo)記估算遺傳距離可以預(yù)測(cè)第一雌花節(jié)位的雜種優(yōu)勢(shì)，但難以預(yù)測(cè)其他性狀的雜種優(yōu)勢(shì)。產(chǎn)生這一結(jié)果可能是因?yàn)榉肿訕?biāo)記遺傳距離雖然能反映出親本間的基因差異，但遺傳距離與雜種優(yōu)勢(shì)的關(guān)系與所選用的親本材料、所選擇的標(biāo)記以及標(biāo)記數(shù)量、所選用材料親緣關(guān)系的遠(yuǎn)近等因素有關(guān)。因此，要提高分子標(biāo)記遺傳距離對(duì)苦瓜雜種優(yōu)勢(shì)預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性，還有待于更深入的研究。