程祖鋅，黃昕穎，肖長(zhǎng)春,2，林荔輝,2，許 明，鄭金貴*

(1.福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)研究所，福建 福州 350002；2.福建農(nóng)林大學(xué)作物科學(xué)學(xué)院作物遺傳育種與綜合利用教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福建 福州 350002)

【研究意義】與普通稻米相比，黑米具有較高的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值[1-3]，黑米的核心成分為花色苷——以黃酮核為基礎(chǔ)的一類物質(zhì)，具有抗氧化、抗衰老、降血脂、抗炎以及抑制腫瘤生成等功能[4-6]。但不同黑米品種之間總黃酮、花色苷含量差異極顯著，含量高低不一[7]。選育高黃酮、高花色苷的黑米品種對(duì)提高黑米的營(yíng)養(yǎng)和保健價(jià)值具有重要意義，雜種優(yōu)勢(shì)利用是提高黑米功能成分性狀的有效途徑，配合力法是雜種優(yōu)勢(shì)的主要測(cè)量方法。因此，研究黑米兩系雜交稻親本總黃酮、花色苷含量的配合力及遺傳力，對(duì)合理組配高總黃酮、高花色苷黑米兩系雜交稻組合具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】育種工作者越來(lái)越重視特種稻黑米良種的選育，已育成“晚秈紫寶”、“香黑米”等常規(guī)品種[8-9]，也選育出了血黑A、香血粳A、186A等黑米水稻三系不育系[10]，實(shí)現(xiàn)了雜種優(yōu)勢(shì)利用，但關(guān)于稻米中總黃酮、花色苷含量的配合力及遺傳力的研究較少。伍時(shí)照等對(duì)2個(gè)黑米和2個(gè)白米的雜交后代進(jìn)行研究，結(jié)果表明，水稻籽粒種皮的黑(紫)色素沉積是一個(gè)由顯性基因控制的質(zhì)量性狀，受兩對(duì)獨(dú)立遺傳的互補(bǔ)基因控制[11]。陳廷文分析了水稻種皮黑色素沉積情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，黑色素性狀表現(xiàn)受一對(duì)顯性色素基因控制，存在加性、顯性和上位性效應(yīng)[12]。張名位等采用3個(gè)黑米水稻與1個(gè)白米水稻配制6個(gè)雜交組合，對(duì)黑米色素進(jìn)行遺傳分析，結(jié)果表明，黑米水稻種皮色素含量的遺傳符合加性-顯性模型，顯性等位基因?qū)μ岣呱睾科鹪鲂ё饔茫[性等位基因起減效作用，廣義遺傳力和狹義遺傳力均較高[13]。石幫志等對(duì)黑米與白米的雜交后代的米色表現(xiàn)進(jìn)行研究，認(rèn)為米色性狀為數(shù)量性狀，至少受兩對(duì)以上顯性重疊基因控制，表現(xiàn)有劑量效應(yīng)[14]。楊海亮采用7×8不完全雙列雜交研究了特種紅米雜交稻花色苷含量的遺傳，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，花色苷含量受親本一般配合力的影響，受不育系的影響大于恢復(fù)系，花色苷含量的廣義和狹義遺傳率均較高[15]。而王強(qiáng)通過(guò)對(duì)特種紅米雜交稻花色苷含量的遺傳分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，花色苷的廣義遺傳力很大，狹義遺傳力卻很低[16]。王詩(shī)文以白米不育系為母本，色稻為父本，采用3×6不完全雙列雜交對(duì)雜交色稻糙米的花色苷含量進(jìn)行分析，結(jié)果表明，雜交一代花色苷含量偏向于含量低的親本，母本中一般配合力為正的品種與黑米雜交，其特殊配合力為正值；而母本中一般配合力為負(fù)的親本與黑米雜交，其特殊配合力為負(fù)值[17]。孫明茂等報(bào)道，水稻花色苷含量是由多基因控制的數(shù)量性狀，受基因型和環(huán)境效應(yīng)的共同影響[18]?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】本研究所選用的黑米不育系和恢復(fù)系，為新選育的黑米稻親本，株葉形態(tài)良好、糙米黝黑、米質(zhì)優(yōu)異，是組配黑米兩系雜交稻的重要種質(zhì)資源。目前，尚無(wú)針對(duì)黑米兩系雜交稻親本的總黃酮、花色苷含量的配合力和遺傳力的系統(tǒng)研究，不育系和恢復(fù)系在黑米兩系雜交稻的總黃酮和花色苷含量性狀上所起的作用還有待進(jìn)一步探明?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】以6個(gè)不育系、5個(gè)恢復(fù)系及其配制的30個(gè)雜交組合為材料，通過(guò)不完全雙列雜交試驗(yàn)，研究黑米兩系雜交稻總黃酮、花色苷含量性狀的遺傳規(guī)律，為我國(guó)高功能成分黑米兩系雜交稻親本選育、組合測(cè)配和評(píng)價(jià)鑒定等工作提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

2016年晚造在福建詔安，以新選育的4個(gè)黑米稻兩系不育系D18S、D38S、D40S、D43S和2個(gè)白米稻兩系不育系品272S、品48S為母本，5個(gè)黑米兩系恢復(fù)系R48、R92、R149、R156、R401為父本，按照不完全雙列雜交(NCII)設(shè)計(jì)配制30個(gè)黑米兩系雜交稻組合。以上材料由福建農(nóng)林大學(xué)農(nóng)產(chǎn)品品質(zhì)研究所提供。

1.2 試驗(yàn)方法

2016年11月20日30個(gè)黑米雜交組合及其親本播種于海南三亞，12月20日移栽。試驗(yàn)按隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)3個(gè)重復(fù)，每個(gè)小區(qū)按8株×8行=64株插秧，株行距20 cm×20 cm，單本插秧，常規(guī)管理。每個(gè)小區(qū)取中間5株測(cè)定黑米糙米中總黃酮與花色苷含量，測(cè)定方法參考王詩(shī)文[17]，以小區(qū)平均數(shù)為計(jì)算單位。根據(jù)NCII雜交模型進(jìn)行配合力及遺傳力分析，數(shù)據(jù)分析采用DPS軟件分析[19]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各性狀方差和配合力方差分析

供試組合間均方值差異達(dá)到極顯著水平(表1)，說(shuō)明供試組合間存在遺傳差異。進(jìn)一步進(jìn)行配合力分析表明，不育系對(duì)總黃酮、花色苷含量性狀的一般配合力方差均達(dá)到極顯著水平，表明所配組合的總黃酮和花色苷含量性狀中不育系起著重要的作用；恢復(fù)系對(duì)總黃酮含量性狀的一般配合力達(dá)到極顯著水平，表明在所配組合的總黃酮含量性狀中父本起著重要的作用。可見(jiàn)，供試組合的總黃酮、花色含量性狀受親本一般配合力和組合特殊配合力共同決定的，這2個(gè)性狀的一般配合力和組合特殊配合力的遺傳是由加性和非加性基因共同控制的。

表1 30個(gè)組合方差分析及配合力方差分析

注：*、**分別表示P=0.05和P=0.01的顯著水平。

表2 親本各個(gè)性狀一般配合力效應(yīng)值

2.2 親本的一般配合力效應(yīng)分析

從表2可以看出，供試親本一般配合力(GCA)效應(yīng)值在2個(gè)性狀間存在明顯差異，同一性狀的各個(gè)親本的GCA也存在明顯的差異，表明親本在不同的性狀上的加性效應(yīng)大小不同，同一性狀受到親本的加性效應(yīng)也不同。

4個(gè)黑米兩系不育系D18S、D38S、D40S、D43S在總黃酮和花色苷含量性狀上的GCA都有較大的正效應(yīng)值，D38S的總黃酮和花色苷含量的GCA分別為12.548、51.780，D40S的總黃酮和花色苷含量的GCA分別為9.742、26.595， D38S、D40S在這2個(gè)性狀上的GCA都有很大的正效應(yīng)值；黑米恢復(fù)系R48的總黃酮和花色苷含量的GCA分別為19.650、17.149，黑米恢復(fù)系R92的總黃酮和花色苷含量的GCA分別為2.390、14.225，黑米恢復(fù)系R48、R92在這2個(gè)性狀上GCA都有較大的正效應(yīng)值。因此，D38S、D40S是總黃酮和花色苷含量性狀一般配合力最好的黑米兩系不育系，R48、R92是總黃酮和花色苷含量性狀一般配合力最好的黑米恢復(fù)系。

2.3 各性狀特殊配合力效應(yīng)分析

從表3可以看出，同一性狀不同組合間的特殊配合力(SCA)也存在明顯差異。30個(gè)組合中，總黃酮、花色苷含量性狀的SCA變異幅度分別為-16.955～28.741、-39.106～58.746，組合D38S/R92的總黃酮、花色苷含量的SCA效應(yīng)值分別高達(dá)21.675、35.283，組合D40S/R48的總黃酮、花色苷含量的SCA效應(yīng)值分別高達(dá)28.741、58.746，這2個(gè)組合是花色苷、總黃酮含量性狀SCA效應(yīng)得到最好的組合。雖然2個(gè)白米不育系的一般配合力都很低，但與黑米恢復(fù)系雜交，也能組配出特殊配合力較高的雜交組合，組合品48S/R149的特殊配合力比一些2個(gè)親本都是黑米的組合的特殊配合力都要高；2個(gè)都是黑米的親本也可能組配出特殊配合力低的雜交組合，但一般配合力都高的2個(gè)黑米親本所組配的雜交組合D38S/R92、D40S/R48具有更強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)。因此，在育種中要特別重視一般配合力高的親本的選擇及其選配。

表3 各性狀特殊配合力效應(yīng)值

表4 各性狀的基因型方差

注：δ1：母本GCA基因型方差；δ2：父本GCA基因型方差；δ12：父母本互作基因型方差；Vg：GCA基因型方差占總方差比例；Vs：SCA基因型方差占總方差比例；Vg1：母本GCA基因型方差占總方差比例；Vg2：父本GCA基因型方差占總方差比例。

表5 各性狀的遺傳力

2.4 各性狀群體方差和遺傳力估計(jì)

由表4可以看出，在總黃酮、花色苷含量的遺傳中一般配合力所占的比重大，分別為71.53 %、77.57 %(Vg>50 %)，表明在這2個(gè)性狀中，親本的基因加性效應(yīng)對(duì)雜種一代性狀的形成起主導(dǎo)作用。在總黃酮含量中，不育系的一般配合力基因型方差所占的比重為35.85 %，父本為35.67 %，兩者差異不大；在花色苷含量中，不育系的一般配合力基因型方差所占的比重為70.72 %比父本6.85 %大，說(shuō)明在花色苷含量性狀上，不育系基因型方差對(duì)一般配合力方差貢獻(xiàn)更大，在育種過(guò)程中要特別注重不育系的選擇。

由表5可以看出，這2個(gè)性狀的狹義遺傳力大小順序?yàn)椋夯ㄉ?總黃酮?？傸S酮含量、花色苷含量的遺傳力較高，說(shuō)明在育種過(guò)程中，這2個(gè)性狀可在早代選擇以提高育種效率。

3 討 論

目前，未見(jiàn)有關(guān)稻米中總黃酮含量性狀配合力與遺傳力的研究，有關(guān)花色苷含量性狀配合力與遺傳力的報(bào)道也較少，未見(jiàn)黑米兩系雜交稻中關(guān)于這兩個(gè)性狀配合力及遺傳力的系統(tǒng)研究。

本研究供試組合的總黃酮、花色苷含量性狀由親本一般配合力和組合特殊配合力共同決定的，這兩個(gè)性狀的一般配合力和組合的特殊配合力的遺傳由加性和非加性基因共同控制的，這與楊海亮[15]、王強(qiáng)[16]等關(guān)于紅米中花色苷含量的研究結(jié)果相似。黑米花色苷含量性狀的遺傳中一般配合力所占的比重大，親本基因的加性效應(yīng)對(duì)這兩個(gè)性狀的形成起主導(dǎo)作用，這與楊海亮研究結(jié)果相一致[15]，而王強(qiáng)研究認(rèn)為特殊配合力對(duì)紅米花色苷影響較大，親本的非加性效應(yīng)對(duì)紅米花色苷含量性狀的形成起主導(dǎo)作用[16]。不同人研究結(jié)果不一樣，可能是由于研究的材料不同造成的。

分析表明，不育系總黃酮含量的一般配合力基因型方差所占的比重與父本相差不大，但不育系花色苷含量的一般配合力基因型方差所占的比重比父本大，不育系基因型方差對(duì)花色苷一般配合力方差貢獻(xiàn)更大，因此，在育種過(guò)程中，要注重不育系對(duì)花色苷含量的選擇[15]。廣義遺傳力反映了遺傳變異和環(huán)境變異的作用，狹義遺傳力度量加性遺傳效應(yīng)[20]?？傸S酮、花色苷含量的廣義遺傳力與狹義遺傳力都較高，說(shuō)明這2個(gè)性狀的加性效應(yīng)作用突出，受環(huán)境影響相對(duì)較小，因此，在育種過(guò)程中，這2個(gè)性狀可在早代選擇以提高育種效率[21]。

在水稻雜交育種中，性狀優(yōu)良的親本，所配雜交組合的性狀未必優(yōu)良；性狀一般的親本，所配雜交組合可能有很好的雜種優(yōu)勢(shì)，這主要由于親本間的配合力差異引起的[22]。本研究也存在類似的情況，總黃酮、花色苷含量性狀一般配合力高的親本并不能保證其所配的雜種總黃酮、花色苷含量就高，但一般配合力都高的兩個(gè)親本，要獲得富含總黃酮、花色苷的雜交組合的概率要更高。

根據(jù)GCA和SCA，可以將親本分成四種類型：第一類，GCA高，SCA大，為最理想的親本；第二類，GCA高，SCA小，為較好的親本；第三類，GCA低，SCA大，為有一定的利用價(jià)值的親本；第四類，GCA低，SCA小，為基本無(wú)利用價(jià)值的親本[23]。綜合黑米不育系和恢復(fù)系的配合力表現(xiàn)，可以發(fā)現(xiàn)，黑米兩系不育系D38S、D40S，黑米恢復(fù)系R48、R92在這2個(gè)性狀的GCA都高，所配組合D38S/R92、D40S/R48的SCA也大，說(shuō)明D38S、D40S、R48、R92是理想的富集總黃酮和花色苷的黑米兩系不育系和恢復(fù)系，在生產(chǎn)上有較大的應(yīng)用前景，通過(guò)大量測(cè)交組配有望選育出農(nóng)藝性狀、總黃酮和花色苷的特殊配合力好的即高產(chǎn)、高功能成分的強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合。好的親本能夠聚集較多的有利基因，兩個(gè)都是好的親本進(jìn)行組配，利用它們加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)能夠配組出優(yōu)勢(shì)強(qiáng)的黑米雜交稻新品種，因此，為了提高黑米雜交稻的育種效率，可以在一般配合力高的親本基礎(chǔ)上組配特殊配合力高的黑米雜交稻，同時(shí)進(jìn)行廣泛的測(cè)交，這樣更容易獲得強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的黑米雜交稻組合。

4 結(jié) 論

本研究采用6×5不完全雙列雜交(NCII)模式對(duì)黑米的總黃酮和花色苷含量的性狀進(jìn)行了配合力及遺傳力分析。結(jié)果表明，總黃酮、花色苷含量性狀存在加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)，親本基因的加性效應(yīng)對(duì)這2個(gè)性狀的形成起主導(dǎo)作用，這2個(gè)性狀遺傳力高，可在育種早期世代進(jìn)行選擇以提高育種效率，D38S、D40S、R48、R92是富集總黃酮、花色苷的優(yōu)異親本，應(yīng)用前景較好。