花椰菜幼苗下胚軸紫色性狀的遺傳分析

朱世楊,張小玲,劉 慶,羅天寬,唐 征,荊贊革,徐 謙,裘波音

(溫州市農業科學研究院,溫州科技職業學院,浙南作物育種重點實驗室,溫州325006)

花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytisL.,2n=18,CC)屬于十字花科蕓薹屬甘藍種[1]。花椰菜以花球為食用器官,營養豐富、味道鮮美,具有防癌之功效,深受廣大消費者喜愛[2]。根據世界糧農組織(FAO)2014年數據,中國花椰菜種植面積約47.8萬hm2,總產量約936.6萬t,分別占全球花椰菜的34.6%和38.7%,位居世界第一。

種子純度是種子質量分級的主要標準,關系到農業的穩產增產和農民的切身利益。植物器官特殊的顏色容易目測識別,可以作為雜交制種中生物學混雜、機械混雜以及雜交種F1純度鑒定的標記性狀。徐小萬等[3]研究發現,辣椒子葉顏色受2對核基因控制,綠色對紫色為顯性,且存在互補效應。洪彥彬等[4]研究發現,花生深紫色種皮顏色受一對不完全顯性主效基因控制。申曉青等[5]研究發現,黃瓜嫩果果皮顏色性狀由2對主基因控制。王華忠等[6]對甜菜下胚軸顏色進行遺傳學分析認為,紅色基因R為顯性,綠色基因r為隱性,同時也有修飾基因在起作用,每個甜菜群體下胚軸紅色濃度呈現不同程度的淡紅到紫紅,下胚軸綠色呈現不同程度的黃白到淡綠。沈圣泉等[7]開展了水稻實用轉綠型葉色標記不育系白豐A的應用研究,利用葉色標記一次去雜就將種子純度從90.0%提高到了97.3%。徐海等[8]研究認為,普通絲瓜雜交制種中可利用白色種子作為標記性狀進行F1種子純度檢測。

關于花椰菜相關性狀的遺傳分析,前人也進行了研究報道[9-12]。李光慶等[9]研究發現,花球成熟期、毛花率、球高和內葉蓋球度性狀受加性基因效應影響明顯,而球徑、單球重等性狀受非加性基因控制;楊加付等[10]研究發現,單球重、球徑、球高、可溶性固形物、蛋白質、總糖及VC含量等性狀遺傳以加性效應為主,株高、株幅和葉片數等性狀遺傳以顯性效應為主。花椰菜下胚軸一般有黃綠、淺綠、綠、深綠、淺紫、紫等顏色[13],是種子純度檢測的理想性狀之一。目前,有關花椰菜幼苗下胚軸顏色的遺傳研究較少。蔣先明[14]對花椰菜‘山農1號’、‘澄海早’及其正反交雜種子代進行分析,發現花椰菜胚軸紫色對無紫為顯性遺傳。應用SSR[15]、SRAP[16]、EST-SSR[17]等分子標記能夠鑒定花椰菜種子純度,但是花椰菜分子標記開發成本高,且需要經過大量篩選才能獲得相關性狀的特異性分子標記。本試驗對花椰菜下胚軸顏色的遺傳規律進行研究,以期為種子純度鑒定提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用的花椰菜親本材料是下胚軸為紫色的自交系Y1和下胚軸為綠色的自交系Y24(圖1),均由溫州市農業科學研究院花椰菜課題組提供。

圖1 下胚軸紫色(Y1)和下胚軸綠色(Y24)花椰菜自交系幼苗Fig.1 The cauliflower inbred lines with purple hypocotyl(Y1)and green hypocotyl(Y24)

1.2 試驗方法

1.2.1 群體構建

2013年春季,在溫州市農業科學研究院藤橋基地將下胚軸紫色自交系Y1(P1)和下胚軸綠色自交系Y24(P2)正反雜交獲得F1(Y1×Y24、Y24×Y1);2014年春季,將F1(Y1×Y24)與親本P1、P2分別回交獲得B1、B2群體,自交獲得F2群體。雜交時,用鑷子將母本花朵的花藥小心剔除,將父本花朵的花粉輕輕涂抹在人工去雄后的母本柱頭上。回交時,用相同方法將供體親本的花粉輕輕涂抹在經過人工去雄的雜種F1花朵的柱頭上。自交時,選擇健壯花枝套袋隔離強迫自交。

1.2.2 下胚軸顏色調查

2014年7—8月,分別將6個世代群體(P1、P2、F1、F2、B1和B2)的種子置于墊有2層濾紙的培養皿(Φ=9 cm)中,蓋上培養皿蓋,置于培養室(25℃,光照∶黑暗=12 h∶12 h)中培養。第6天,目測幼苗下胚軸的顏色,分類進行記載。下胚軸顏色調查過程中不考慮紫色的深淺。

1.3 數據分析

利用Excel 2007軟件進行數據處理,參考蓋鈞鎰[18]方法對下胚軸紫色、綠色親本及其后代下胚軸顏色的遺傳分離比例進行χ2的適合性測驗。

2 結果與分析

2.1 F1代下胚軸顏色

如表1所示,F1代花椰菜幼苗的下胚軸顏色均表現為紫色,表明花椰菜下胚軸紫色對綠色為顯性。正反交F1幼苗的下胚軸顏色均為紫色,表明細胞質對花椰菜下胚軸顏色遺傳沒有影響,下胚軸顏色完全由細胞核基因控制。

表1 花椰菜親本及后代下胚軸顏色遺傳分離比例Table 1 Segregation of hypocotyl color of parents and their hybrid progenies

2.2 F2代下胚軸顏色

F2代群體幼苗的下胚軸顏色出現紫色、綠色分離,下胚軸紫色幼苗數與下胚軸綠色幼苗數的比例接近3∶1(表1)。經卡平方測驗,χ2=1.085,小于,說明花椰菜F2代群體幼苗的下胚軸紫色與綠色的分離比例符合3∶1,花椰菜幼苗的下胚軸顏色受單基因位點控制,紫色對綠色為顯性。

2.3 回交世代下胚軸顏色

B1群體下胚軸顏色均表現為紫色;而B2群體下胚軸顏色則發生了紫色、綠色分離,下胚軸紫色幼苗數與下胚軸綠色幼苗數的比例約為1∶1。經卡平方測驗,χ2=0.351,小于(表1),說明回交群體B2下胚軸紫色與綠色的分離比例符合1∶1。進一步說明花椰菜幼苗的下胚軸顏色受單基因位點控制,紫色對綠色為顯性。

2.4 下胚軸綠色不育系與下胚軸紫色自交系雜交后代下胚軸顏色

以花椰菜下胚軸紫色自交系(Y1、YP-1)為父本,分別與下胚軸綠色不育系(CMS Y-6、CMS FA-7)進行雜交,發現F1幼苗的下胚軸顏色均為紫色,進一步驗證了花椰菜下胚軸紫色對綠色為顯性。

3 討論

本研究通過對花椰菜6個世代(P1、P2、F1、F2、B1和B2)群體下胚軸顏色進行分析,發現花椰菜下胚軸顏色由一對細胞核基因控制,紫色對綠色為顯性。這與蔣先明[14]認為花椰菜胚軸紫色對無紫為顯性的結論一致,也與Hawk[19]認為白菜型油菜綠色下胚軸受一對單隱性基因控制的結論類似。另外,本試驗也觀察到,紫色下胚軸與綠色下胚軸花椰菜雜交F1幼苗的下胚軸均為紫色,但下胚軸紫色程度要比親本Y1略淺;F2、B1和B2群體下胚軸紫色程度也不盡一致,其中一部分與下胚軸紫色親本基本一致、一部分較下胚軸紫色親本略淺、另外還有一部分呈雙親的中間類型,這與前人認為甜菜群體中下胚軸紅色濃度呈現不同程度的淡紅到紫紅,下胚軸綠色呈現不同程度的黃白到淡綠的梯度變化的觀點類似[6]。

本研究表明,花椰菜下胚軸顏色由一對細胞核基因控制,紫色對綠色為顯性。因此在花椰菜雜交制種中,采用下胚軸為綠色的不育系作為母本,以下胚軸為紫色的親本作為父本,根據下胚軸顏色就可鑒別父母本種子的純度。此外,根據孟德爾遺傳規律,下胚軸紫色對綠色為顯性,則上述父母本配制的真雜種F1幼苗下胚軸應該全部為紫色,播種時若發現F1幼苗下胚軸有綠色的,則多為假雜種。因此,制種中可以考慮將花椰菜幼苗下胚軸顏色作為父母本種子防偽及雜種F1純度鑒定的標記性狀。這與王華忠等[6]在甜菜研究中的觀點基本類似。