菜薹花色遺傳規(guī)律研究及花瓣主要營(yíng)養(yǎng)成分分析

呂思銳 張德雙 李佩榮 辛?xí)栽?張鳳蘭 于拴倉(cāng) 余陽(yáng)俊 張耀偉 趙岫云 汪維紅 蘇同兵 盧桂香

（1 北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所，北京 100097；2 東北農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝園林學(xué)院，黑龍江哈爾濱 150030）

菜薹〔L. ssp.（L.）var.Tsen et Lee〕起源于中國(guó)，又名綠菜薹、廣東菜、菜尖等，是十字花科蕓薹屬蕓薹種白菜亞種中的一個(gè)變種，以花莖和薹葉作為食用部位，薹莖柔嫩，風(fēng)味獨(dú)特，營(yíng)養(yǎng)豐富，享有“蔬菜之冠”的美譽(yù)，廣州地區(qū)常年栽培面積16 800 hm左右（張華和劉自珠，2010；陳漢才 等，2021）。

花色性狀表型直觀，遺傳穩(wěn)定，受環(huán)境影響較小，是重要的標(biāo)記性狀之一，可以在提高種子純度、去除雜株、鑒定天然異交率等方面起到重要作用（戚存扣和傅壽仲，1992）。花色還可作為吸引昆蟲(chóng)或鳥(niǎo)類(lèi)的視覺(jué)信號(hào)，黃花和橙花更容易吸引昆蟲(chóng)輔助授粉（Vainstein et al.，2001）。一般情況下，花瓣顏色為黃色和橙色可反射含熱量多的紅、橙、黃光，從而可以維持花朵的能量平衡，在一定程度上保護(hù)花不被灼傷，花器官免受傷害（趙昶靈 等，2005）。花瓣所含色素種類(lèi)及其含量的不同導(dǎo)致花瓣呈現(xiàn)多種顏色。類(lèi)胡蘿卜素可以使花瓣呈現(xiàn)黃色到紅色等多種顏色。在花瓣呈色過(guò)程中，大多數(shù)類(lèi)黃酮物質(zhì)也是不可或缺的（Tanaka et al.，1998）。菜薹的花色主要有4 種：黃色、白色、橙色和乳白色，其中黃色為主要花色。關(guān)于菜薹的花色遺傳，乳白色花和橙花的遺傳規(guī)律、顯隱性關(guān)系未見(jiàn)報(bào)道。

本試驗(yàn)以乳白色花和橙花菜薹為材料，研究菜薹乳白色花與橙花的顯隱性關(guān)系，揭示菜薹花色的遺傳規(guī)律；同時(shí)通過(guò)對(duì)F群體出現(xiàn)的黃色、乳白色和橙色3 種花色花瓣類(lèi)胡蘿卜素和黃酮組分及含量的測(cè)定，為創(chuàng)制高類(lèi)胡蘿卜素含量和高黃酮含量的菜薹新種質(zhì)提供理論依據(jù)，以期指導(dǎo)高營(yíng)養(yǎng)成分菜薹新品種的選育工作。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為自交6 代以上穩(wěn)定的菜薹自交系14A-P2-21 和廣海超級(jí)80 天，均由北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所大白菜課題組提供。14A-P2-21 花橙色，顏色鮮艷且較深，植株生長(zhǎng)勢(shì)中等，葉片翠綠色、近橢圓形，菜薹翠綠色，分枝較多；廣海超級(jí)80 天花乳白色，植株生長(zhǎng)勢(shì)強(qiáng)，葉片淺綠色、卵圓形，菜薹綠色，分枝多。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 菜薹花色遺傳群體構(gòu)建 2019 年4 月，播種親本14A-P2-21（P）和廣海超級(jí)80 天（P）；5月，配制廣海超級(jí)80 天× 14A-P2-21 的F。2020年4 月，播種14A-P2-21、廣海超級(jí)80 天和F；5 月，F(xiàn)自交獲得F，F(xiàn)分別與P、P回交獲得BC、BC′群 體。2020 年9 月27 日 將P、P、F、F、BC和BC′6 個(gè)世代的材料播種在50 孔穴盤(pán)中，10 月20 日定植到日光溫室中。2021 年1月4 日開(kāi)始調(diào)查6 個(gè)世代全部單株花色并拍照。為了進(jìn)一步擴(kuò)大群體數(shù)量，驗(yàn)證花色分離的準(zhǔn)確性，2021 年5 月20 日在日光溫室中繼續(xù)播種6 個(gè)世代的材料，6 月23 日開(kāi)始調(diào)查6 個(gè)世代全部單株花色并拍照，其中F群體開(kāi)花持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)，花色調(diào)查工作一直持續(xù)到7 月20 日。花色調(diào)查方法依據(jù)GB/T 19557.5—2017《植物品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南 大白菜》。全部試驗(yàn)材料的播種育苗、定植等田間管理都安排在北京市農(nóng)林科學(xué)院蔬菜研究所農(nóng)場(chǎng)進(jìn)行。

1.2.2 花粉活力測(cè)定和花粉管萌發(fā)試驗(yàn) 2021 年7月27 日開(kāi)始，在晴天的上午10：00，分別取P、P、F、F花粉進(jìn)行花粉活力測(cè)定和花粉管萌發(fā)試驗(yàn)。花粉活力測(cè)定采用FDA 染色法（胡適宜，1993）：取適量FDA 溶液于載玻片上，分別將黃花、乳白色花和橙花盛花期花朵置于FDA 溶液，用鑷子抖落花粉；隨機(jī)觀察3 個(gè)視野，每個(gè)視野觀察20 個(gè)花粉粒，重復(fù)3 次。花粉管萌發(fā)試驗(yàn)采用離體萌發(fā)法（陳奇 等，2017；Jiang et al.，2019），培養(yǎng)基采用固體花粉萌發(fā)培養(yǎng)基GM〔1 mmol·LCaCl，1 mmol·LCa（NO），1 mmol·LMgSO，0.01%（/）HBO，18%（/）蔗糖，0.8%（/）瓊脂，pH 值7.2〕；取干凈載玻片置于墊有濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)，將適量GM 固體培養(yǎng)基放于載玻片上，分別取黃花、乳白色花和橙花盛花期的花粉均勻涂抹于培養(yǎng)基，蓋上培養(yǎng)皿蓋子，35 ℃培養(yǎng)3 h；隨機(jī)觀察3 個(gè)視野，每個(gè)視野觀察30 個(gè)花粉粒，以花粉管長(zhǎng)度大于花粉粒直徑作為花粉萌發(fā)標(biāo)準(zhǔn)，重復(fù)3 次。使用Zeiss Axio Imager M2 光學(xué)顯微鏡進(jìn)行花粉FDA 染色熒光觀察和花粉管萌發(fā)觀察。

1.2.3 類(lèi)胡蘿卜素和黃酮組分及含量測(cè)定 2021 年8 月19 日，取F群體的黃花、乳白色花和橙花花瓣各1 g，3 次生物學(xué)重復(fù)，送至武漢邁特維爾生物科技有限公司，利用液相色譜串聯(lián)質(zhì)譜法（LCMS/MS）測(cè)定類(lèi)胡蘿卜素和黃酮組分及含量，并繪制維恩圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 菜薹6 個(gè)世代田間性狀

田間觀察結(jié)果表明（圖1～3），橙花親本14A-P2-21（P）生長(zhǎng)勢(shì)較弱，花期晚，開(kāi)花遲，花瓣橙色、顏色較深，且花藥顏色也較深；乳白色花親本廣海超級(jí)80 天（P）生長(zhǎng)勢(shì)較強(qiáng)，花期早，花瓣黃色、顏色鮮艷；雜交F生長(zhǎng)勢(shì)明顯強(qiáng)于雙親，花瓣黃色、顏色鮮艷；F群體中黃花出現(xiàn)較早，其次為乳白色花，橙花較晚，且植株較弱小。雙親和F花色的比較結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖1 6 個(gè)世代苗期

圖2 F2 成株期

圖3 F2 盛花期

圖4 P1、P2、F1 花色比較

2.2 菜薹花色遺傳規(guī)律

表1 菜薹6 個(gè)世代的花色遺傳分析

圖5 F2 群體出現(xiàn)的4 種花色

2.3 菜薹花粉活力和花粉管萌發(fā)情況

為了深入解析菜薹F群體的4 種花色分離比不符合9∶3∶3∶1 遺傳規(guī)律的原因，即橙花植株數(shù)量少、出現(xiàn)偏分離的原因，進(jìn)一步進(jìn)行花粉管萌發(fā)試驗(yàn)，深入比較黃花、乳白色花和橙花的雄配子活力差異。花粉經(jīng)FDA 染色后，有活力的花粉粒整體表現(xiàn)綠色熒光，無(wú)活力的花粉粒只在邊緣出現(xiàn)綠色熒光輪廓。光學(xué)顯微鏡觀察可知（圖6），橙花花粉粒活力明顯低于黃花和乳白色花。計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明（表2），黃花花粉活力為21.67%；乳白色花次之，為20.56%，兩者差異不顯著；而橙花花粉活力僅為5.00%，與黃花和乳白色花的花粉活力差異均達(dá)顯著水平。由圖7 可見(jiàn)，黃花花粉萌發(fā)情況好，可以正常萌發(fā)，橙花花粉萌發(fā)不均勻且萌發(fā)率低。經(jīng)計(jì)數(shù)和統(tǒng)計(jì)分析（表2），3 種花色的花粉管萌發(fā)率之間差異均達(dá)顯著水平，黃花最高，為42.22%；乳白色花次之，為25.19%；橙花最低，為20.37%。

圖6 不同花色菜薹的花粉活力比較

表2 不同花色菜薹的花粉活力和花粉管萌發(fā)率

圖7 不同花色菜薹的花粉管萌發(fā)情況

2.4 菜薹不同花色花瓣類(lèi)胡蘿卜素和黃酮的組分及含量

2.4.1 類(lèi)胡蘿卜素組分及含量 在黃花、乳白色花和橙花花瓣中共檢測(cè)到41 種類(lèi)胡蘿卜素組分，其中八氫番茄紅素、γ-胡蘿卜素、紫黃質(zhì)二月桂酸酯、葉黃素癸酸酯、5，6 環(huán)氧葉黃素二月桂酸酯和葉黃素月桂酸酯為6 種差異較大的組分。從表3 可以看出，橙花花瓣中總類(lèi)胡蘿卜素含量為2 663.98 μg·g，極顯著高于黃花和乳白色花；此外，橙花花瓣中八氫番茄紅素和γ-胡蘿卜素含量極顯著高于黃花和乳白色花，黃花花瓣中紫黃質(zhì)二月桂酸酯、葉黃素癸酸酯、5，6 環(huán)氧葉黃素二月桂酸酯和葉黃素月桂酸酯含量極顯著高于乳白色花和橙花。

表3 不同花色菜薹花瓣的類(lèi)胡蘿卜素組分及其含量 μg·g-1

2.4.2 黃酮組分及含量 對(duì)黃花、乳白色花和橙花花瓣的黃酮組分及其含量進(jìn)行測(cè)定，共檢測(cè)到74種成分，其中含量較高的6 種組分及含量見(jiàn)表4。從表4 可以看出，橙花花瓣中總黃酮含量為593.68 nmol·g，極顯著高于黃花和乳白色花；此外，橙花花瓣中紫云英苷含量顯著高于黃花，黃花花瓣中芒柄花苷含量顯著高于乳白色花和橙花，3 種花色花瓣中異鼠李素-3-O-葡萄糖苷、金絲桃苷、槲皮素-3-槐糖苷、異鼠李素含量差異均不顯著。

表4 不同花色菜薹花瓣的黃酮組分及其含量 nmol·g-1

2.4.3 黃酮組分差異物質(zhì)維恩圖 通過(guò)維恩圖可以直觀的得到3 種花色之間共有和特有的差異物質(zhì)。如圖8 所示，在檢測(cè)到的74 種黃酮物質(zhì)中，黃花和乳白色花的差異物質(zhì)有3 種，分別為兒茶素沒(méi)食子酸酯、蘆丁、高車(chē)前素；橙花和黃花的差異物質(zhì)有6 種，分別為圣草酚、兒茶素沒(méi)食子酸酯、芹菜素7-葡萄糖苷、柚皮素7-O-葡萄糖苷、槲皮素、3-羥基根皮苷；橙花和乳白色花的差異物質(zhì)有2種，分別為3-羥基根皮苷、高車(chē)前素。

圖8 不同花色菜薹花瓣的黃酮組分差異物質(zhì)維恩圖

3 結(jié)論與討論

3.1 菜薹乳白色花和橙花的遺傳規(guī)律

菜薹的花色以黃色為主，已有研究表明白花對(duì)黃花為隱性，由1 對(duì)等位基因控制（張華和劉自珠，1999）；菜薹橘紅色花、乳白色花與白花的遺傳規(guī)律相似，橘紅色花和乳白色花對(duì)黃花均為隱性，均由1 對(duì)等位基因控制（張德雙 等，2013，2019）。在甘藍(lán)型油菜CMS 不育系橘紅色花恢復(fù)系中，橘紅色花基因受2 對(duì)隱性核基因控制，并可隨配子有性傳遞（李莓 等，1999）。在大白菜中，白花、橙花和淡黃色花對(duì)黃花均為隱性，且均由單基因控制（Séguin-Swartz，1988；Rahman，2001；張德雙 等，2003；Feng et al.，2012；Lee et al.，2014）；也有報(bào)道表示白花由2 對(duì)隱性基因控制（Alam &Aziz，1954）。大白菜橙花與白花雜交F群體中出現(xiàn)黃花、橙花和白花3 種花色，分離比例不符合單基因遺傳規(guī)律，相關(guān)研究表明白花和橙花性狀為2 對(duì)隱性上位基因調(diào)控的互作遺傳（金鑫，2020）。在芥菜型油菜中，研究者多認(rèn)為花色變異出現(xiàn)淺黃花及（乳）白花是由2 對(duì)基因控制，且2 對(duì)隱性基因表現(xiàn)出相互作用（Alam &Aziz，1954；Bhuiyan，1986；Singh &Chauhan，2011）。本試驗(yàn)中，菜薹橙花與乳白色花的F群體中出現(xiàn)了4 種花色，其中淺橙色花為新的花色，該花色比乳白色深但又淺于橙色，表明菜薹乳白色花和橙花之間不存在顯隱性關(guān)系，其遺傳模式為2 對(duì)隱性、非等位基因控制，不同于大白菜的2 對(duì)隱性上位基因調(diào)控的互作遺傳。

3.2 菜薹F2 群體中橙花分離比例低于理論值的原因

在甘藍(lán)型油菜中，由于純合隱性的橘紅色花雄配子生活力較低，在各花色分離世代中橘紅色花分離株低于理論預(yù)測(cè)值（李莓 等，1999）。本試驗(yàn)中，菜薹黃花、乳白色花、橙花的花粉活力測(cè)定結(jié)果和花粉管萌發(fā)試驗(yàn)結(jié)果均證實(shí)：在相同條件下橙花的配子體競(jìng)爭(zhēng)力弱，授粉概率低。同時(shí)，田間調(diào)查也發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)中橙花單株存在開(kāi)花晚且植株弱小的情況，在相同的栽培環(huán)境條件下抗逆能力弱，存活率低于黃花和乳白色花植株。這些可能導(dǎo)致橙花單株數(shù)量少，低于理論值，出現(xiàn)偏分離的現(xiàn)象。在BC群體中，即F為母本和14A-P2-21 為父本的回交后代，黃花和橙花分離比例為1∶1，符合1 對(duì)基因控制模型，其原因是在F× 14A-P2-21 中橙花為純合隱性基因型，與其他花色不存在競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系。

3.3 菜薹花瓣?duì)I養(yǎng)成分差異及意義

花色的差異是由于花色素種類(lèi)和含量不同所導(dǎo)致（Tanaka et al.，1998）。根據(jù)本試驗(yàn)菜薹3 種花色花瓣的類(lèi)胡蘿卜素和黃酮組分及含量測(cè)定結(jié)果，橙花花瓣中總類(lèi)胡蘿卜素和總黃酮含量極顯著高于黃花和乳白色花。同時(shí)，這兩種營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)在菜薹的生長(zhǎng)、發(fā)育、抗逆境脅迫等多種生物進(jìn)程中發(fā)揮著重要的作用，對(duì)人類(lèi)的健康也具有保健作用，不僅可促進(jìn)血液循環(huán)，預(yù)防心血管疾病，還具有抗氧化、抗腫瘤和降血糖、降血脂等多種藥理作用（Mahadevan &Park，2008；Ma &Zhao，2009；Heiss et al.，2010；Hollman et al.，2010）。因此，花瓣總類(lèi)胡蘿卜素和總黃酮含量較高的橙花菜薹是菜薹品種選育的新方向。下一步，筆者還將測(cè)定淺橙色花菜薹的營(yíng)養(yǎng)成分，為開(kāi)展不同花色菜薹品種的選育工作奠定基礎(chǔ)。

3.4 菜薹BC1 群體出現(xiàn)乳白色花以及BC1′群體出現(xiàn)橙花的原因

本試驗(yàn)中，在回交BC群體（359 株）中出現(xiàn)了16 株乳白色花植株，BC′群體（370 株）中出現(xiàn)了13 株橙花植株。可能的原因：一方面，在獲得F× 14A-P2-21 回交一代BC，F(xiàn)×廣海超級(jí)80天回交一代BC′時(shí)，F(xiàn)作為母本去雄不徹底，導(dǎo)致F的極少量花粉自交，在BC和BC′群體中分別出現(xiàn)乳白色花和橙花植株。另一方面，在種子收獲、清選、人工播種過(guò)程中出現(xiàn)機(jī)械混雜。類(lèi)似的結(jié)果也有報(bào)道（張德雙 等，2013）。因此，為避免此類(lèi)問(wèn)題應(yīng)嚴(yán)格去除F雄蕊，規(guī)范操作，避免機(jī)械混雜等情況發(fā)生。