李雪君,平文麗,孫計(jì)平,丁燕芳,孫 煥,李耀宇,朱景偉
(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,河南省煙草公司煙草研究所,河南 許昌 461000)
河南省烤煙主要親本中性致香物質(zhì)遺傳特性研究
李雪君,平文麗,孫計(jì)平,丁燕芳,孫 煥,李耀宇,朱景偉
(河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所,河南省煙草公司煙草研究所,河南 許昌 461000)
為了篩選中性致香物質(zhì)含量高的優(yōu)勢(shì)組合和優(yōu)良親本,采用半雙列雜交模型,以5個(gè)重要烤煙品種(系)及其組配的10個(gè)雜交組合為材料,分析了烤煙的中性致香物質(zhì)總量及組分含量、雜種優(yōu)勢(shì)及其配合力表現(xiàn)。結(jié)果表明,664-01和云煙87自身含有較高的中性致香物質(zhì),又具有較高的GCA值,是培育高香氣品種的2個(gè)優(yōu)良親本;組合NC89×664-01的中親優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)均為正值,具有較高的SCA效應(yīng)值,推測(cè)該組合是提高中性香氣物質(zhì)含量較優(yōu)的雜交組合;中煙100×云煙87、秦?zé)?6×云煙87以及中煙100×秦?zé)?6部分中性致香物質(zhì)成分雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng),在以提高香氣為目標(biāo)的育種實(shí)踐中有重要的利用價(jià)值。
河南??;烤煙;中性致香物質(zhì);雜種優(yōu)勢(shì);配合力
香氣物質(zhì)是反映煙葉質(zhì)量的重要品質(zhì)因素[1],是影響煙葉質(zhì)量最直接的化學(xué)成分,通過(guò)對(duì)致香物質(zhì)含量的定性定量分析, 可以對(duì)煙葉質(zhì)量進(jìn)行比較客觀、準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)[2-3]。煙葉中香氣物質(zhì)的含量不僅與環(huán)境密切相關(guān),更加取決于煙草基因型的差別。培育烤煙新品種,除了產(chǎn)量、產(chǎn)值指標(biāo)外,提高烤煙香氣物質(zhì)含量也是煙草育種的主要任務(wù)[4]。
目前,對(duì)煙葉香氣物質(zhì)的研究較多,針對(duì)中性致香物質(zhì)的研究主要集中在以下幾個(gè)方面:香氣物質(zhì)對(duì)評(píng)吸質(zhì)量的影響[5-8]、基因型及不同生態(tài)地區(qū)香氣物質(zhì)的差異比較[9-11]、農(nóng)藝措施調(diào)控對(duì)香氣物質(zhì)的影響[12-15]、烤煙化學(xué)成分與香味物質(zhì)關(guān)系[10,16-18]等。而關(guān)于烤煙中性致香物質(zhì)的遺傳特性方面研究很少。最近研究表明,香味物質(zhì)的含量與烤煙香型的劃分關(guān)系密切[19-22],品種對(duì)彰顯地域香型特色起著十分重要的作用。河南省煙葉作為濃香型代表之一,品種對(duì)彰顯濃香型特色的作用十分顯著。因此,在前期對(duì)農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量等方面研究的基礎(chǔ)上[23-24],對(duì)河南省5個(gè)重要育種親本及其雜交組合的中性致香物質(zhì)進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)和配合力研究,以期篩選配合力高的親本和優(yōu)勢(shì)強(qiáng)的一代組合,從而為培育彰顯河南地域特色烤煙新品種起指導(dǎo)作用。
1.1 試驗(yàn)材料
供試烤煙材料為中煙100、NC89、664-01、秦?zé)?6和云煙87,各品種(系)來(lái)源及系譜具體見(jiàn)表1。其中NC89曾經(jīng)是河南省主栽濃香型品種,中煙100、云煙87和秦?zé)?6是河南省目前主栽品種,664-01是河南省自育優(yōu)質(zhì)品系。2014年以這5個(gè)重要烤煙品種(系)為親本材料,按Griffing半雙列雜交配制正交組合10個(gè)(P1×P2,P1×P3,P1×P4,P1×P5,P2×P3,P2×P4,P2×P5,P3×P4,P3×P5,P4×P5),加上5個(gè)親本,共計(jì)15個(gè)材料。
1.2 試驗(yàn)方法
1.2.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)和取樣 田間試驗(yàn)于2014年在河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院煙草研究所試驗(yàn)田進(jìn)行。每小區(qū)栽煙80株,行距1.2 m,株距0.55 m,3次重復(fù)。田間管理按河南優(yōu)質(zhì)煙葉生產(chǎn)規(guī)范進(jìn)行。取烤后C3F煙樣進(jìn)行中性致香物質(zhì)含量檢測(cè)。
1.2.2 中性致香物質(zhì)含量測(cè)定和分類 采用HP5890.5972氣質(zhì)聯(lián)用方法對(duì)烤后煙(C3F)進(jìn)行中性致香物質(zhì)定性定量分析[25]。中性致香物質(zhì)有多種分類方法,在此參照李偉等[21]中性致香物質(zhì)的分類方法,把33種中性致香物質(zhì)分為5大類:類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨類降解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物和新植二烯。
1.2.3 雜種優(yōu)勢(shì)分析 中親優(yōu)勢(shì)(MPH)=(F1-MP)/ MP×100;超親優(yōu)勢(shì)(HPH)=(F1-HP)/HP×100
式中,F(xiàn)1為雜種一代性狀平均值;MP為兩親本平均值,HP為高親值。
1.2.4 方差分析和配合力分析 根據(jù)Griffing(2)方法固定模型,采用Excel和DPS 14.5軟件進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)分析、方差分析和配合力分析[26]。Griffing(2)設(shè)計(jì),其數(shù)學(xué)模型如下:
式(1)中:xijk為Pi×Pj組合在第k個(gè)區(qū)組的觀察值,u為總體平均值,vij為Pi×Pj組合的基因型效應(yīng),bk為第k個(gè)區(qū)組效應(yīng),(bv)ijk為Pi×Pj組合與第k個(gè)區(qū)組的交互作用。
式(2)中:gi、gj分別為第Pi、Pj親本的一般配合力效應(yīng),sij為Pi×Pj的特殊配合力效應(yīng),vij為第ij個(gè)品種(遺傳型)效益。
2.1 中性致香物質(zhì)含量分析
2.1.1 中性致香物質(zhì)含量方差分析 雜交組合中性致香物質(zhì)各類物質(zhì)的含量和總量的方差分析結(jié)果(表2)表明,各中性致香物質(zhì)成分含量在基因型間存在極顯著差異。
2.1.2 中性致香物質(zhì)含量多重比較 由表3看出,5個(gè)親本各類中性致香物質(zhì)的含量和總量的差異均達(dá)到顯著水平,各類成分含量和總量最高的親本為664-01,與其他親本之間的差異達(dá)顯著水平;其次為云煙87、秦?zé)?6,除新植二烯外,其余成分含量均較高,云煙87的類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物、苯丙氨類降解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物與664-01無(wú)差異,與其他品種差異達(dá)顯著水平。針對(duì)提高中性香氣物質(zhì)含量來(lái)說(shuō),664-01、云煙87、秦?zé)?6都是較好的親本。
表1 親本品種名稱及其系譜Table 1 Parental variety names and their pedigree
10個(gè)組合中性致香物質(zhì)各類含量和總量的差異也較大(表4),NC89×664-01組合各類中性致香物質(zhì)含量和總量均最高,與其他所有組合差異達(dá)顯著水平,中煙100×云煙87,664-01×云煙87,秦?zé)?6×云煙87有多種成分含量較高。說(shuō)明NC89 ×664-01組合能夠提高香氣物質(zhì)的含量,是一個(gè)提高香氣物質(zhì)含量的優(yōu)勢(shì)組合。
2.2 烤煙中性致香物質(zhì)含量的雜種優(yōu)勢(shì)分析
2.2.1 各雜交組合的中親優(yōu)勢(shì) 由表5看出,各組合中類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物含量平均中親優(yōu)勢(shì)-3.03,變幅-9.50~9.25,NC89×664-01組合表現(xiàn)較高的優(yōu)勢(shì),其余組合均為負(fù)值或中親值小于1,說(shuō)明很難通過(guò)雜交方式來(lái)提高類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物的含量。棕色化反應(yīng)產(chǎn)物含量平均中親優(yōu)勢(shì)-0.18,變幅-52.00~28.13,中煙100×NC89、NC89×664-01和NC89×秦?zé)?6等3個(gè)組合表現(xiàn)出較高的中親優(yōu)勢(shì)。苯丙氨類降解產(chǎn)物含量平均中親優(yōu)勢(shì)-5.26,變幅-31.18 ~17.25,各組合間差異較大,NC89×664-01、NC89×秦?zé)?6和秦?zé)?6×云煙87等3個(gè)組合中親優(yōu)勢(shì)明顯。類西柏烷類降解產(chǎn)物含量平均中親優(yōu)勢(shì)5.75,變幅-34.37~49.87,各組合間差異較大,P1親本的所有組合和NC89×664-01組合中親優(yōu)勢(shì)明顯,說(shuō)明親本中煙100與其他親本組配能提高類西柏烷類降解產(chǎn)物的含量。新植二烯含量平均中親優(yōu)勢(shì)-1.37,變幅-26.45~26.59,各組合間差異較大,中煙100×云煙87、NC89×664-01和秦?zé)?6×云煙87等3個(gè)組合的中親優(yōu)勢(shì)明顯。致香物質(zhì)總量的平均中親優(yōu)勢(shì)為-1.86,變幅-22.72~22.46,各組合間差異較大。
表2 中性致香物質(zhì)含量方差分析Table 2 Variance analysis of the contents of neutral aroma substances
表3 5個(gè)親本中性致香物質(zhì)含量多重比較Table 3 Multiple comparison of neutral aroma components in 5 Parents μg/g
表4 各雜交組合中性致香物質(zhì)含量多重比較Table 4 Multiple comparison of neutral aroma components in different hybrid combinations μg/g
綜合各組合的中性致香物質(zhì)含量來(lái)看,NC89 ×664-01在5類中性香氣成分中中親優(yōu)勢(shì)均為正值,說(shuō)明該組合能很好地提高后代的香氣物質(zhì)含量。另外,親本NC89與664-01和秦?zé)?6組配的中親優(yōu)勢(shì)多項(xiàng)表現(xiàn)為正值,說(shuō)明該親本有提高后代部分香氣物質(zhì)含量的作用。
2.2.2 各雜交組合的超親優(yōu)勢(shì) 由表6可知,10個(gè)組合中所有中性致香物質(zhì)含量超親優(yōu)勢(shì)均值均為負(fù)值,說(shuō)明通過(guò)雜交很難提高這5類香氣成分的含量。各組合之間差異較大。NC89×664-01組合所有中性致香物質(zhì)成分含量超親優(yōu)勢(shì)均為正值,說(shuō)明該組合能很好的提高后代中性致香物質(zhì)的含量。不同組合對(duì)提高不同中性致香物質(zhì)含量差異也較大,中煙100×NC89、NC89×664-01和NC89×秦?zé)?6等3個(gè)組合對(duì)提高棕色化反應(yīng)產(chǎn)物的含量有很好的正效應(yīng),NC89×664-01、NC89×秦?zé)?6和秦?zé)?6×云煙87等3個(gè)組合對(duì)提高苯丙氨類降解產(chǎn)物的含量有很好的正效應(yīng),中煙100與NC89、664-01、秦?zé)?6的組合中類西柏烷類降解產(chǎn)物含量的超親優(yōu)勢(shì)均為正值,說(shuō)明親本中煙100能較好的提高類西柏烷類降解產(chǎn)物的含量。中煙100×云煙87、秦?zé)?6×云煙87和NC89×664-01等3個(gè)組合對(duì)提高新植二烯的含量有很好的正效應(yīng)。
2.3 烤煙中性致香物質(zhì)含量的配合力分析
2.3.1 中性致香物質(zhì)含量的配合力方差分析 配合力方差分析(表7)表明,中性致香物質(zhì)的一般配合力效應(yīng)(GCA)和特殊配合力效應(yīng)(SCA)均達(dá)極顯著水平,表明該性狀同時(shí)受加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)的影響。從方差分量來(lái)看,中性致香物質(zhì)中,類胡蘿卜素類降解產(chǎn)物和苯丙氨類降解產(chǎn)物的GCA方差所占比重較大,表明烤煙的中性致香物質(zhì)中這兩種成分的遺傳特性以加性效應(yīng)為主;類西柏烷類降解產(chǎn)物的SCA方差所占比重較大,表明該成分受基因的顯性、超顯性或上位性等非加性效應(yīng)的影響大于加性效應(yīng)的影響;而棕色化反應(yīng)產(chǎn)物和新植二烯的GCA和SCA方差差別較小,表明這兩種成分受加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)影響程度相當(dāng)。誤差方差較小,表明樣品重復(fù)間差異不大。
表5 各雜交組合中性致香物質(zhì)的中親優(yōu)勢(shì)Table 5 Mid-parental heterosis of neutral aroma components in different hybrid combinations
表6 各雜交組合中性致香物質(zhì)的超親優(yōu)勢(shì)Table 6 Heterobeltiosis of neutral aroma components in different hybrid combinations
表7 中性致香物質(zhì)含量配合力方差分析Table 7 Variance analysis of combining ability
2.3.2 一般配合力效應(yīng)值(GCA)分析 一般配合力決定了親本之間的可以穩(wěn)定遺傳的加性效應(yīng),一般配合力高的品種可以用于通過(guò)常規(guī)雜交育種來(lái)改良品種的特定性狀。由表8可知,在本研究選用的5個(gè)親本中,664-01的所有中性致香物質(zhì)的GCA均為正值,且棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨類降解產(chǎn)物及新植二烯等3類物質(zhì)的GCA顯著高于其他4個(gè)親本,表明該親本中性致香物質(zhì)成分可以穩(wěn)定遺傳,用作常規(guī)雜交育種的親本,產(chǎn)生的子代一般中性致香物質(zhì)成分會(huì)較高。秦?zé)?6的棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨類降解產(chǎn)物的GCA含量為正值,且顯著高于中煙100、664-01和NC89,因此該品種適宜用作親本,通過(guò)常規(guī)雜交育種來(lái)提高品種苯丙氨類降解產(chǎn)物、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物等成分的含量。云煙87的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物的含量為正值,除664-01外,顯著高于其他幾個(gè)品種,因此,該品種作為提高中性香氣物質(zhì)含量也是較好的親本,可用于回交育種中,提高類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物的含量。中煙100、和NC89只有一種香氣物質(zhì)單位GCA為正值,不適宜用作常規(guī)雜交育種方法改良品種的中性致香物質(zhì)含量的親本。
綜合分析表明,664-01和云煙87這2個(gè)親本的多個(gè)性狀都表現(xiàn)優(yōu)良,GCA效應(yīng)值高,適宜選作雜交育種親本來(lái)提高中性香氣物質(zhì)的含量。
2.3.3 特殊配合力效應(yīng)值(SCA)分析 特殊配合力主要是由非加性效應(yīng)產(chǎn)生的, 只能在兩親本雜交后得以表現(xiàn), 而不能在下一代穩(wěn)定遺傳,了解特殊配合力的高低可以為雜交種優(yōu)良組合的配制提供依據(jù)。分析特殊配合力可以發(fā)掘新的雜種優(yōu)勢(shì)群以及雜種優(yōu)勢(shì)配對(duì)模式,作為中長(zhǎng)期育種的優(yōu)良基因庫(kù)[27]。由表9可知,整體來(lái)看,10個(gè)雜交組合中,中性致香物質(zhì)特殊配合力變異范圍最大的是中性致香物質(zhì)總量、新植二烯和類西柏烷類降解產(chǎn)物,表明本研究選配的雜交組合對(duì)中性香氣物質(zhì)含量、新植二烯、類西柏烷類降解產(chǎn)物含量的改變幅度高于其他類成分;特殊配合力變異范圍最小的是苯丙氨類降解產(chǎn)物,表明本研究選配的雜交組合對(duì)該類成分的改變影響較小。
表8 5個(gè)烤煙親本間中性致香物質(zhì)GCA效應(yīng)的估計(jì)值Table 8 Effect values of parent general combining ability
表9 10個(gè)組合中性致香物質(zhì)SCA效應(yīng)Table 9 The values of the 10 traits SCA for the tobaccos
組合NC89×664-01的類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、棕色化反應(yīng)產(chǎn)物、苯丙氨類降解產(chǎn)物、新植二烯及中性致香物質(zhì)總量的特殊配合力均在各組合中最高,該組合類西柏烷類降解產(chǎn)物SCA值也較高,表明該組合適應(yīng)于提高中性致香物質(zhì)的含量。其次是組合中煙100×云煙87、秦?zé)?6×云煙87以及中煙100×秦?zé)?6,中性致香物質(zhì)總量及多項(xiàng)成分含量的SCA也較高,這幾個(gè)組合在以提高香氣為育種目標(biāo)的雜種一代選育中有重要的利用價(jià)值。
提高雜交后代的香氣物質(zhì)含量,親本的選擇至關(guān)重要,一方面需要親本自身香氣物質(zhì)含量較高,或需要改良的某一類、某一種香氣物質(zhì)的含量較高;另一方面需要親本有較高的一般配合力或特殊配合力。用中性致香物質(zhì)含量低的親本選配雜交組合,即使配合力較高,后代中性致香物質(zhì)含量也未必理想。本研究表明,親本664-01、云煙87自身有較高的中性致香物質(zhì)含量,又具有較高的GCA值,是2個(gè)培育高香氣品種的優(yōu)良親本;NC89自身香氣物質(zhì)含量中等,但其后代個(gè)別組合(如NC89× 664-01)具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)和較高的SCA值,也可以作為培育高香氣品種的親本。
雜種優(yōu)勢(shì)的存在,給提高后代香氣物質(zhì)含量提供了可能性。在香氣物質(zhì)的雜種優(yōu)勢(shì)研究中,許儀等[28]研究表明,烤煙F1組合各類揮發(fā)性香氣物質(zhì)含量多顯著高于其中親值與低親值, 從而初步預(yù)測(cè)各類香氣物質(zhì)具有存在雜種優(yōu)勢(shì)的可能性。本研究發(fā)現(xiàn),F(xiàn)1組合各類中性致香物質(zhì)含量顯著高于中親值的只有組合NC89×664-01,部分成分高于中親值的也不多,這可能與選擇的親本有關(guān),該研究選擇的是經(jīng)過(guò)初步篩選自身中性香氣物質(zhì)含量較高的親本。從本研究結(jié)果來(lái)看,要想得到香氣物質(zhì)含量較高的后代,最好采用針對(duì)某一類或某一種物質(zhì)進(jìn)行回交,可能達(dá)到預(yù)期的目的。
目前有關(guān)香氣物質(zhì)種類和含量與香型的相關(guān)性研究已提出的烤煙香型的表征指標(biāo)很不一致[20], 李章海等[29]認(rèn)為,茄酮含量濃香型的高于清香型,而李偉等[21]認(rèn)為,清香型煙葉高于濃香型,因此在篩選品種過(guò)程中無(wú)法借鑒。本研究?jī)H從各類致香物質(zhì)的含量和總量上分析,有一定的局限性,容易因一種或幾種致香物質(zhì)含量過(guò)高而導(dǎo)致總致香物質(zhì)高。新植二烯的含量在所有中性致香物質(zhì)含量中占有比例為80%以上,總量的GCA和SCA效應(yīng)值中,受新植二烯含量的影響較大。如親本云煙87的GCA效應(yīng)值類胡蘿卜素降解產(chǎn)物、類西柏烷類降解產(chǎn)物的含量均為最高,因新植二烯含量的GCA效應(yīng)值較低,導(dǎo)致總含量較低。如需針對(duì)性提高某一種致香物質(zhì)含量,還需要進(jìn)一步分析。煙葉香氣物質(zhì)表現(xiàn)型受遺傳因素和環(huán)境因素的共同作用[30],該研究?jī)H在河南省許昌地區(qū)進(jìn)行,減少了環(huán)境因素之間的差別,對(duì)篩選適宜河南煙區(qū)的品種有一定的借鑒作用。
本研究結(jié)果表明,親本664-01的中性致香物質(zhì)(除類西柏烷類外)各種成分、總量以及GCA值均顯著高于中煙100、NC89及秦?zé)?6。云煙87中性致香物質(zhì)中,類西柏烷類顯著高于其他所有親本,類胡蘿卜素及棕色化反應(yīng)產(chǎn)物與664-01含量水平相當(dāng)且顯著高于其他3個(gè)親本,GCA值除了類胡蘿卜素和類西柏烷類外,其他成分及總量均低于664-01,但顯著高于其他3個(gè)親本。NC89自身香氣物質(zhì)含量中等,但其后代個(gè)別組合具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)和較高的SCA值,也可以作為培育高香氣品種的親本。
組合NC89×664-01的中親優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)均為正值,具有較高的SCA效應(yīng)值,推測(cè)該組合是提高中性香氣物質(zhì)含量的雜交育種中的較優(yōu)組合;組合中煙100×云煙87、秦?zé)?6×云煙87以及中煙100×秦?zé)?6部分中性致香物質(zhì)成分雜種優(yōu)勢(shì)較強(qiáng),也可以做為高香氣品種的篩選組合;NC89×云煙87、664-01×秦?zé)?6這2個(gè)組合的大部分中性致香物質(zhì)的中親優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)均為負(fù)值,不適宜用做高香氣品種的篩選。
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Study on the Genetic Characteristics of Neutral Aroma Components in Tobacco Parent Varieties in Henan
LI Xuejun, PING Wenli, SUN Jiping, DING Yanfang, SUN Huan, LI Yaoyu, ZHU Jingwei
(Tobacco Research Center of Henan Academy of Agricultural Sciences, Tobacco Company of Henan Province, Xuchang, Henan 461000, China)
To screen good parents with high neutral aroma component content and best heterosis, 5 genotypes of tobacco were chosen as parents to test by using the half diallel cross model in hybridization experiment. Ten crosses were acquired from 5 tobacco varieties. Total content of neutral aroma and its various components of all parents and cross combinations were determined. Heterosis and combining ability of neutral aroma component content were analyzed. The results showed that 664-01 and Yunyan 87 showed higher neutral aroma content and combining ability, with high GCA values and heritability, therefore they are good parents in breeding that aims at increasing neutral aroma components. Mid-parent heterosis and heterosis of NC 89×664-01 were positive. Considering it’s relatively high SCA value, this cross presumably was the best combination to improve the content of neutral aroma. Zhongyan 100 × Yunyan 87, Qinyan 96 × Yunyan 87 and Zhongyan 100 × Qinyan 96 had higher heterosis. Therefore, these cross combinations were of great value in tobacco breeding that aims at improving the neutral aroma content.
Henan; flue-cured tobacco; neutral aromas components; heterosis; combining ability
S572.03
1007-5119(2016)06-0001-07
10.13496/j.issn.1007-5119.2016.06.001
中國(guó)煙草總公司科技重點(diǎn)項(xiàng)目“耐旱適熟優(yōu)質(zhì)烤煙新品種的選育”(110201202001);河南省煙草公司科技項(xiàng)目“高鉀、低煙堿烤煙新 品種的選育”(HYKJM201306)
李雪君(1974-),女,副研究員,主要從事煙草遺傳育種研究。E-mail:lixuejun8373@163.com
2016-03-29
2016-05-03