石榴籽粒大小遺傳多樣性及遺傳傾向研究*

劉春燕，秦改花，黎積譽(yù)，陳 晨，朱 軍，劉長(zhǎng)華，鈕得文

（1 安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所園藝作物種質(zhì)創(chuàng)制及生理生態(tài)安徽省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，合肥230001）（2 果樹(shù)果實(shí)發(fā)育與品質(zhì)生物學(xué)安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室）（3 淮北市農(nóng)業(yè)技術(shù)中心）（4 安徽天兆石榴開(kāi)發(fā)有限公司）

石榴（Punica granatumL.）是千屈菜科（Lythraceae）石榴屬（Punica）落葉果樹(shù)[1]，起源于中亞，栽培歷史悠久。由于其富含黃酮、花青苷、安石榴苷等多酚物質(zhì)，被譽(yù)為“超級(jí)水果”[2]。石榴是一種漿果，其可食用部位為柔軟多汁的外種皮，由薄壁細(xì)胞和柵欄組織細(xì)胞組成[3]，內(nèi)種皮形成種核，有些品種木質(zhì)化程度高、核堅(jiān)硬，有些品種因核木質(zhì)化程度低，成為可以直接咀嚼的軟籽品種。根據(jù)百粒重，可以將石榴品種分為特大粒品種（百粒重≥50 g）、大粒品種（40 g≤百粒重≤49.9 g）、中等粒品種（30 g≤百粒重≤39.9 g）、小粒品種（20 g≤百粒重≤29.9 g）、特小粒品種（百粒重≤19.9 g）[4]。有研究發(fā)現(xiàn)，石榴籽粒大小與出汁率呈顯著正相關(guān)[5-6]，因此，大粒是石榴重要的育種目標(biāo)。目前，關(guān)于石榴農(nóng)藝性狀的遺傳研究較少[7]，石榴籽粒大小性狀的遺傳多樣性及遺傳規(guī)律尚不明確，尚不能在雜交親本的選配及雜交后代籽粒大小的預(yù)測(cè)方面提供有力參考，因此有必要開(kāi)展深入的探討。本試驗(yàn)對(duì)150 份石榴種質(zhì)資源的籽粒大小多樣性進(jìn)行了分析，探討了籽粒大小（百粒重）與單果重、籽粒數(shù)之間的關(guān)系，最后利用3 個(gè)雜交F1群體探討石榴籽粒大小的遺傳傾向，以期為石榴雜交親本選配及后代籽粒大小的預(yù)測(cè)提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料來(lái)源于安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院園藝研究所崗集基地石榴資源圃，用于遺傳多樣性研究的材料共150 份，其中來(lái)自安徽淮北73 份、安徽懷遠(yuǎn)20 份、山東棗莊35 份、陜西臨潼12 份、河南滎陽(yáng)10 份。用于籽粒大小穩(wěn)定性測(cè)定的8 份種質(zhì)分別為AHHB30、HY22、AH1、HY21、AHHB37、AHHB45、SXXA22、DBZ。用于遺傳特性分析的研究材料為3個(gè)雜交F1代群體，親本為‘大笨籽’ב墨石榴’（98 株）、‘白玉石籽’ב青皮’（49 株）、‘紅花玉石籽’ב青皮’（70 株），2013 年雜交，2014年春定植，按照常規(guī)栽培措施管理。2017 年雜種單株開(kāi)始結(jié)果。2019 年果實(shí)成熟時(shí)采集樣品，成熟度基本保持一致。采集的樣品當(dāng)天帶回實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行指標(biāo)測(cè)定。

1.2 試驗(yàn)方法

用于遺傳多樣性和遺傳特性測(cè)定的植株，每個(gè)單株從樹(shù)冠外圍選取成熟度一致的10 個(gè)果實(shí)，籽粒大小用百粒重衡量，百粒重采用精度為0.01 g 電子天平稱(chēng)量，3 次重復(fù)。用于籽粒大小同其他性狀的相關(guān)性測(cè)定的8 份種質(zhì)，分別測(cè)定10 個(gè)果實(shí)的單果重、百粒重，統(tǒng)計(jì)單果籽粒數(shù)。單果重采用精度為0.01 g 電子天平稱(chēng)量。

分別計(jì)算150 份石榴種質(zhì)的百粒重平均值（x）、標(biāo)準(zhǔn)差（σ）、變異系數(shù)、最大值、最小值和遺傳多樣性指數(shù)（H′）。根據(jù)平均值、標(biāo)準(zhǔn)差將供試種質(zhì)資源分為10 級(jí)，從第1 級(jí)｛Xi＜（x－2σ）｝到第10 級(jí)｛Xi≥（x＋2σ）｝，每0.5σ 標(biāo)準(zhǔn)差為1 級(jí)，每一組的相對(duì)頻率用于計(jì)算遺傳多樣性指數(shù)。利用Shannon-weaver 遺傳多樣性指數(shù)（Shannon weaver index of genetic diversity）來(lái)衡量群體遺傳多樣性大小。Shannon-weaver 遺傳多樣性指數(shù)計(jì)算公式[8]如下。

Pi 為性狀第i 級(jí)別內(nèi)材料份數(shù)占總份數(shù)的百分比，Ln 為自然對(duì)數(shù)。

雜交后代的百粒重利用平均值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，使用下列公式[9]對(duì)籽粒大小進(jìn)行遺傳傾向分析。

變異系數(shù)（%）=（S/XF）×100

組合傳遞力（%）＝（XF/XMp）×100

超高親度（%）＝［（XF－XHP）/XHP］×100

超低親度（%）＝［（XLP－XF）/XLP］×100

S 為標(biāo)準(zhǔn)差，XF為F1代百粒重的平均值，XMP為親本百粒重的中親值，XHP為高親表型值，XLP為低親表型值。

1.3 數(shù)據(jù)處理

所有數(shù)據(jù)用Excel 2020 軟件進(jìn)行分析和處理。

2 結(jié)果與分析

2.1 石榴籽粒大小的遺傳多樣性

通過(guò)對(duì)安徽淮北、安徽懷遠(yuǎn)、山東棗莊、陜西臨潼、河南滎陽(yáng)5 個(gè)地區(qū)的150 份石榴種質(zhì)的百粒重測(cè)定發(fā)現(xiàn)，我國(guó)石榴籽粒大小都存在豐富的遺傳多樣性（表1）。安徽懷遠(yuǎn)地區(qū)的石榴百粒重平均值最高，為48.31 g，最大可達(dá)65.03 g，變異系數(shù)最高（18.48%）；其次是安徽淮北地區(qū)，百粒重平均值為41.95 g，最大可達(dá)59.44 g，變異系數(shù)為14.97%；河南滎陽(yáng)地區(qū)石榴籽粒在5 個(gè)地區(qū)中最小，百粒重平均值為36.41 g，最大值為42.32 g，最小值為27.33 g，變異系數(shù)為5.55%。從遺傳多樣性指數(shù)來(lái)看，安徽淮北地區(qū)的石榴百粒重遺傳多樣性指數(shù)最高，為2.81，其次為山東棗莊、安徽懷遠(yuǎn)地區(qū)，陜西臨潼、河南滎陽(yáng)的遺傳多樣性指數(shù)較低。總體來(lái)看，石榴的籽粒大小具有豐富的遺傳多樣性，百粒重變異幅度為27.33～65.03 g，遺傳多樣性指數(shù)為2.91。

表1 5 個(gè)地區(qū)石榴種質(zhì)資源百粒重變異情況和多樣性

2.2 石榴籽粒大小與單果重、單果籽粒數(shù)的關(guān)系

從8 份石榴種質(zhì)資源的百粒重、單果重、單果籽粒數(shù)的分布情況可以看出，同一石榴種質(zhì)單果重的變異范圍為9.68%～21.50%，單果籽粒數(shù)的變異范圍為9.53%～32.96%，百粒重的變異范圍相對(duì)較小，為2.74%～12.27%（表2）。說(shuō)明石榴籽粒大小相對(duì)于單果重和單果籽粒數(shù)在同一種質(zhì)內(nèi)相對(duì)穩(wěn)定。

表2 8 份石榴種質(zhì)的百粒重、單果重及籽粒數(shù)分布情況

通過(guò)對(duì)8 份石榴種質(zhì)的百粒重和單果重、單果籽粒數(shù)的相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)（表3），有6 份種質(zhì)的百粒重與單果重呈負(fù)相關(guān)，但是沒(méi)有達(dá)到顯著水平；有7 份種質(zhì)的百粒重與單果籽粒數(shù)呈負(fù)相關(guān)，其中HY21 的百粒重與單果籽粒數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。此外，AHHB30、AHHB37、HY22、SXXA22、DBZ 這5 份種質(zhì)的單果重與單果籽粒數(shù)均呈極顯著正相關(guān)。從相關(guān)性分析結(jié)果可以看出，石榴籽粒大小與單果重關(guān)聯(lián)程度不明顯，與單果籽粒數(shù)之間存在相互影響。

表3 8 份石榴種質(zhì)的百粒重、單果重及單果籽粒數(shù)的相關(guān)系數(shù)

2.3 石榴籽粒大小遺傳特性

從3 個(gè)F1代雜交組合來(lái)看，石榴籽粒大小存在豐富的遺傳變異，百粒重平均值為41.47 g，百粒重的平均組合傳遞力為87.73%（表4）。雜交F1代石榴籽粒大小表現(xiàn)為連續(xù)變異的特點(diǎn)，從圖1 可以看出，‘白玉石籽’ב青皮’和‘紅花玉石籽’ב青皮’雜交后代的百粒重均表現(xiàn)為正態(tài)分布，而‘大笨籽’ב墨石榴’雜交后代的百粒重表現(xiàn)為偏正態(tài)分布，表明石榴籽粒大小為多基因控制的數(shù)量性狀。

圖1 3 個(gè)雜交組合后代籽粒大小分布情況

‘大笨籽’ב墨石榴’雜交后代的平均百粒重為38.49 g，低于其中親值（44.86 g），表明該后代籽粒大小普遍變小，存在衰退變異；從分離的極值來(lái)看，‘大笨籽’ב墨石榴’雜交組合的超高親值為負(fù)數(shù)，表明后代籽粒大小與高親相比衰退嚴(yán)重，雜交后代籽粒大小變小趨勢(shì)明顯。此外，‘白玉石籽’ב青皮’和‘紅花玉石籽’ב青皮’雜交后代的平均百粒重也均低于中親值，且超高親值也均為負(fù)值，表明籽粒大小也存在衰退變異。在‘大笨籽’ב墨石榴’和‘白玉石籽’ב青皮’的雜交組合中，超低親值均為正值，表明其后代中籽粒大小呈低于低親的趨勢(shì)；而‘紅花玉石籽’ב青皮’雜交組合的超低親值為負(fù)值，表明其后代中籽粒大小呈高于低親的趨勢(shì)（表4）。

表4 3 個(gè)雜交組合后代百粒重的遺傳變異

3 討論與結(jié)論

國(guó)外對(duì)石榴籽粒大小的研究發(fā)現(xiàn)，石榴籽粒大小具有豐富的變異，克羅地亞的石榴品種籽粒大小變異范圍為32.00～72.39 g[10]，伊朗的石榴品種籽粒大小變異范圍為24.1～59.6 g[11]，摩洛哥的石榴籽粒大小變異范圍為40～51 g[12]，西班牙的石榴品種籽粒大小的變異范圍為52.5～60.80 g[13]。本研究對(duì)我國(guó)5 個(gè)地區(qū)的150 份石榴種質(zhì)資源的籽粒大小遺傳多樣性進(jìn)行分析，從整體上來(lái)看我國(guó)石榴種質(zhì)資源的籽粒大小具有豐富的遺傳變異，百粒重為27.33～65.03 g，遺傳多樣性指數(shù)為2.91。因此，我國(guó)石榴種質(zhì)資源也呈現(xiàn)出豐富的遺傳多樣性。從各個(gè)地區(qū)來(lái)看，安徽懷遠(yuǎn)地區(qū)的石榴百粒重最大，遺傳多樣性指數(shù)最高，具有豐富的變異。因此，可在這些遺傳多樣性指數(shù)較高、百粒重變異較大的地區(qū)選到類(lèi)型差異較大的不同種質(zhì)材料，為育種提供材料。

通過(guò)對(duì)本研究中8 份石榴種質(zhì)的分析發(fā)現(xiàn)，同一種質(zhì)單果重、籽粒數(shù)變異范圍較大，隨著籽粒數(shù)的增加，果實(shí)會(huì)變大。而籽粒大小是一個(gè)相對(duì)穩(wěn)定的性狀，百粒重變異系數(shù)為2.74%～12.27%，意味著同一種質(zhì)的大果不一定含有較大的籽粒，該結(jié)果與Wetzstein[14]的結(jié)論一致，平均籽粒重同果實(shí)大小之間沒(méi)有相關(guān)性，籽粒大小相對(duì)穩(wěn)定。此外，Melgarejo-Sánchez 等[15]對(duì)6 個(gè)西班牙石榴品種的研究也得出相同結(jié)論，單果重大的果實(shí)不一定含有大的籽粒。可見(jiàn)，獲得高出汁率石榴的重要手段還是選育大粒品種。

籽粒大小是石榴果實(shí)的重要品質(zhì)指標(biāo)之一，大粒品種選育也成為育種工作者的重要方向之一。雜交后代中籽粒大小表現(xiàn)為多基因控制的數(shù)量性狀，Harel-Beja 等[16]在小粒品種‘Nana’和中粒品種‘Black’的雜交群體中，定位出6 個(gè)和籽粒大小關(guān)聯(lián)的QTL 位點(diǎn)，其中一個(gè)位點(diǎn)解釋表型貢獻(xiàn)率達(dá)36.5%。在本研究中，3 個(gè)雜交組合后代籽粒大小存在變小的趨勢(shì)，平均組合傳遞力為87.73%，表明籽粒大小性狀非加性效應(yīng)較大，在有性雜交后代中該性狀的非加性效應(yīng)解體會(huì)出現(xiàn)復(fù)雜的分離，并向小粒型回歸。在‘Ganesh’בDaru’雜交后代中，石榴籽粒大小表現(xiàn)出親中趨勢(shì)，沒(méi)有明顯的超親優(yōu)勢(shì)[17]。本研究的3 個(gè)雜交組合中籽粒大小表現(xiàn)出小于中親值，說(shuō)明雜交后代的籽粒大小隨雜交組合而異。盡管本研究中的3 個(gè)雜交組合的籽粒大小平均值都低于中親值，而在‘大笨籽’ב墨石榴’和‘紅花玉石籽’ב青皮’2 個(gè)組合中均出現(xiàn)超高親的植株，說(shuō)明石榴籽粒大小一方面由于非加性效應(yīng)解體而普遍降低，而另外一方面在有性生殖過(guò)程中產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)，出現(xiàn)籽粒大小超過(guò)高親的植株。類(lèi)似現(xiàn)象在梨中也有報(bào)道，梨雜交后代的果實(shí)大小也普遍存在退化的負(fù)向選擇[18]。雖然石榴籽粒大小在雜交后代中存在退化現(xiàn)象，但雜交后代中廣泛分離的特點(diǎn)，仍給選擇理想的類(lèi)型提供了可能。