于瑞寧 馬 琦 孫 煒 奧 妮 張 飛 陳發(fā)棣 房偉民

(作物遺傳與種質(zhì)創(chuàng)新國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部景觀設(shè)計(jì)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/南京農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院，江蘇 南京 210095)

菊花(ChrysanthemummorifoliumRamat.)是菊科菊屬多年生宿根花卉，是我國傳統(tǒng)十大名花之一，花色花型豐富，觀賞價(jià)值極高，深受廣大人民的喜愛。切花菊是世界四大切花之一，包括小花型的多頭切花菊和大花型的標(biāo)準(zhǔn)切花菊兩種類型。分枝是切花菊的重要園藝性狀，分枝數(shù)、分枝長度和分枝角度等分枝性狀與切花菊的栽培方式和觀賞品質(zhì)緊密相關(guān)；特別是在標(biāo)準(zhǔn)切花菊生產(chǎn)中，需要人工抹除側(cè)芽側(cè)蕾，生產(chǎn)成本較高，且易傷及主蕾，影響成花品質(zhì)[1]。因此，研究切花菊分枝調(diào)控機(jī)理、選育側(cè)芽側(cè)枝少的標(biāo)準(zhǔn)切花菊品種具有重要意義。

近年來，相關(guān)研究已圍繞菊花分枝生理機(jī)制[2-4]和基因調(diào)控[5-7]等方面取得了良好進(jìn)展，但其遺傳特性仍不明確。一般認(rèn)為，分枝性狀屬于多基因控制的數(shù)量性狀[8-9]。菊花分枝性狀的數(shù)量遺傳學(xué)研究多集中于盆栽小菊[10]和多頭切花小菊[11-13]，而關(guān)于標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝性狀的研究較少[14]，遺傳機(jī)制有待進(jìn)一步研究。

主基因+多基因混合遺傳模型分析方法是經(jīng)典數(shù)量性狀研究方法之一，廣泛應(yīng)用于菊花數(shù)量性狀的遺傳研究[14-16]。本研究對標(biāo)準(zhǔn)切花菊兩個F1分離群體的總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝粗、一級分枝角度、一級分枝長度和總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)6個分枝性狀進(jìn)行雜種優(yōu)勢分析以及主基因+多基因混合遺傳分析，探究不同遺傳背景下分枝性狀的遺傳模型和主基因遺傳效應(yīng)，解析標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝遺傳機(jī)制，以期為標(biāo)準(zhǔn)切花菊的分枝育種提供參考；同時，篩選獲得優(yōu)良的少側(cè)芽F1株系可作為育種中間材料，對少側(cè)芽側(cè)枝標(biāo)準(zhǔn)切花菊品種選育和進(jìn)一步研究具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為標(biāo)準(zhǔn)切花菊品種精之一世、秦淮春雪、QD3-71和神馬，均由中國菊花種質(zhì)資源保存中心提供。其中，精之一世和秦淮春雪側(cè)芽側(cè)枝數(shù)較少，QD3-71和神馬側(cè)芽側(cè)枝數(shù)較多。2016年秋季通過人工輔助授粉將4個品種配成QD3-71×精之一世(組合Ⅰ)和秦淮春雪×神馬(組合Ⅱ)兩個雜交組合，2017年春季將所得種子播種并扦插擴(kuò)繁，分別獲得97個和147個F1實(shí)生株系。

1.2 性狀調(diào)查

2018年7月將組合Ⅰ和組合Ⅱ的F1群體及其親本扦插定植，定植間距為10 cm×10 cm，定植后常規(guī)管理。于2018年11月盛花期觀測兩個組合F1群體及其親本的6個分枝性狀?？倐?cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝角度和一級分枝長度的統(tǒng)計(jì)參照楊信程等[13]的方法；一級分枝粗為上部一級分枝1/2處的直徑，使用精度為0.01 mm的數(shù)顯游標(biāo)卡尺測量；總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)為總側(cè)芽數(shù)與葉節(jié)數(shù)的比值。每株系單株重復(fù)3次，取平均值。

1.3 雜種優(yōu)勢分析

雜種優(yōu)勢用中親優(yōu)勢(Hm)和中親優(yōu)勢率(RHm)來表示。中親值(mid-parents value，MPV)為兩親本某性狀的平均值；Hm為F1群體某性狀的平均值(Tm)與MPV之差；RHm為中親優(yōu)勢Hm與MPV的比值，即Hm=Tm-MPV，RHm=(Tm-MPV)/MPV×100%。利用SPSS 25.0軟件對F1群體性狀值與MPV進(jìn)行單樣本均值t檢驗(yàn)，檢驗(yàn)中親優(yōu)勢的顯著性。

1.4 主基因+多基因混合遺傳分析

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交F1群體分枝性狀的表型分布與雜種優(yōu)勢

由表1可知，兩雜交組合分枝性狀的變異系數(shù)為10.23%～39.92%，分離較廣泛。兩組合中一級分枝粗和一級分枝角度的變異較小，變異系數(shù)為10.23%～13.81%；總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度和總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)的變異較大，變異系數(shù)為22.79%～39.92%。由偏度、峰度可知，各個分枝性狀呈正態(tài)分布趨勢且連續(xù)性較好，符合數(shù)量性狀分布的典型特征，適合對其進(jìn)行進(jìn)一步的遺傳分析研究。

由表2可知，在組合Ⅰ中，上部一級分枝數(shù)、一級分枝粗和一級分枝長度的Hm均達(dá)到極顯著水平，RHm分別為14.83%、-9.59%和18.14%，總側(cè)芽數(shù)Hm達(dá)到顯著水平，RHm為8.27%；在組合Ⅱ中，上部一級分枝數(shù)和一級分枝角度的Hm達(dá)極顯著水平，RHm分別為-8.40%和-3.23%，一級分枝長度Hm達(dá)到顯著水平，RHm為6.48%。從Hm的作用方向來看，在兩組合中，一級分枝長度均表現(xiàn)為正向，總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)均表現(xiàn)為負(fù)向；總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)和一級分枝角度在組合Ⅰ中表現(xiàn)為正向，在組合Ⅱ中表現(xiàn)為負(fù)向；一級分枝粗在組合Ⅰ中表現(xiàn)為負(fù)向，在組合Ⅱ中表現(xiàn)為正向。總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)在兩組合中均表現(xiàn)出一定程度的偏母性遺傳。

在兩個組合中，F(xiàn)1群體各分枝性狀均存在正向或負(fù)向超親個體，存在超親分離現(xiàn)象。其中，組合Ⅰ的一級分枝長度平均值(11.38 cm)大于高親本值(10.40 cm)，形成了正向超親優(yōu)勢，超親優(yōu)勢值為0.98，超親優(yōu)勢率為9.42%。兩個組合的其他分枝性狀平均值均介于雙親之間，未形成超親優(yōu)勢。

2.2 標(biāo)準(zhǔn)切花菊各分枝性狀的相關(guān)性分析

由Pearson相關(guān)分析結(jié)果(表3)可知，在15對分枝性狀間，共有10對性狀表現(xiàn)為極顯著相關(guān)，2對性狀表現(xiàn)為顯著相關(guān)。其中，總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度與總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)。一級分枝粗與一級分枝角度之間呈極顯著正相關(guān)，但與其他性狀關(guān)系較為復(fù)雜：一級分枝粗與一級分枝長度呈極顯著正相關(guān)，與總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)；一級分枝角度與總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)呈極顯著或顯著負(fù)相關(guān)。

表1 F1群體分枝性狀的表型特征值Table 1 Phenotypic characteristics of branching traits in segregating F1 populations

表2 F1群體分枝性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)Table 2 Heterosis of branching traits in segregating F1 populations

2.3 標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝性狀的最適遺傳模型與適合性分析

表3 6個分枝性狀的Pearson相關(guān)性Table 3 Pearson correlation coefficients between six branching traits

由各分枝性狀的最適模型及檢驗(yàn)結(jié)果(表5)可知，在兩組合中，一級分枝粗、一級分枝角度都符合A-0模型，無主基因控制，屬于微效多基因控制性狀；總側(cè)芽數(shù)符合A-1模型，由一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因控制。上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度和總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)在兩組合中差異較大：上部一級分枝數(shù)在組合Ⅰ中符合A-0模型，而在組合Ⅱ中符合B-1模型，由兩對表現(xiàn)為加-顯-上效應(yīng)的主基因控制；一級分枝長度在組合Ⅰ中符合A-0模型，而在組合Ⅱ中符合A-1模型，由一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因控制；總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)在組合Ⅰ中符合B-3模型，由兩對表現(xiàn)為加性效應(yīng)的主基因控制，而在組合Ⅱ中符合A-1模型，由一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因控制。

表4 兩雜交組合分枝性狀分離分析的AIC值Table 4 The AIC values of various genetic models for branching traits of two cross combinations

表5 兩雜交組合分枝性狀入選模型的適合性檢驗(yàn)Table 5 Test for goodness-of-fit of selected genetic model for branching traits of two cross combinations

2.4 標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝性狀的遺傳參數(shù)估計(jì)

由表6可知，在組合Ⅰ中，控制總側(cè)芽數(shù)的一對主基因的加性效應(yīng)為6.193，顯性效應(yīng)為-6.096，表現(xiàn)為負(fù)向部分顯性，主基因遺傳率為57.39%；控制總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)的兩對主基因的加性效應(yīng)分別為0.127和0.457，主基因遺傳率為98.84%。在組合Ⅱ中，控制總側(cè)芽數(shù)的一對主基因的加性效應(yīng)為5.494，顯性效應(yīng)為-5.484，表現(xiàn)為負(fù)向部分顯性，主基因遺傳率為46.73%；控制上部一級分枝數(shù)的兩對主基因的加性效應(yīng)分別為2.810和1.146，顯性效應(yīng)為-1.398和-0.305， 均表現(xiàn)為負(fù)向部分顯性，兩對主基因之間的加-加上位效應(yīng)、加-顯上位效應(yīng)、顯-加上位效應(yīng)和顯-顯上位效應(yīng)分別為0.320、-1.130、1.190和1.467，主基因遺傳率為93.04%；控制一級分枝長度的一對主基因的加性效應(yīng)為2.082，顯性效應(yīng)為-2.082，表現(xiàn)為負(fù)向部分顯性，主基因遺傳率為36.84%；控制總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)的一對主基因的加性效應(yīng)為0.140，顯性效應(yīng)為-0.140，表現(xiàn)為負(fù)向部分顯性，主基因遺傳率為52.11%。

2.5 優(yōu)選F1株系的獲得

對兩個雜交組合的244個F1株系利用總側(cè)芽數(shù)和上部一級分枝數(shù)進(jìn)行初步篩選，選出10株總側(cè)芽數(shù)少于10且上部一級分枝數(shù)少于5的優(yōu)選株系(表7)?？赏ㄟ^分枝性狀穩(wěn)定性鑒定、復(fù)選成為分枝較少的標(biāo)準(zhǔn)切花菊新品種，或作為“橋梁材料”進(jìn)行回交，進(jìn)一步研究分枝性狀的遺傳特性。

3 討論

雜種優(yōu)勢利用是觀賞植物雜交育種的有效手段[20-22]。在栽培菊花中，遺傳背景復(fù)雜，基因組高度雜合，后代變異分離情況也較為復(fù)雜[23-24]。菊花的花器[25]、綠心[18]、側(cè)芽數(shù)和側(cè)枝數(shù)[11, 13-14]等性狀表現(xiàn)出負(fù)向中親優(yōu)勢，雜種優(yōu)勢呈下降趨勢；在菊花的花色[26-27]、耐寒性[28]等性狀的遺傳中還存在偏母性遺傳。在實(shí)際雜交育種過程中，應(yīng)合理選配父母本，結(jié)合具體的F1分離情況綜合判斷，充分利用雜種優(yōu)勢。在本研究中，總側(cè)芽數(shù)和上部一級分枝數(shù)在組合Ⅰ中表現(xiàn)為正向中親優(yōu)勢，而在組合Ⅱ中表現(xiàn)為負(fù)向中親優(yōu)勢，這種差異可能是雜交的父母本遺傳背景不同導(dǎo)致的，但總側(cè)芽數(shù)和上部一級分枝數(shù)在兩組合中均表現(xiàn)為偏母性遺傳。因此，以培育少側(cè)芽側(cè)枝標(biāo)準(zhǔn)切花菊品種為雜交目標(biāo)，需要選擇總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)少的品種作為母本。

表6 標(biāo)準(zhǔn)切花菊4個分枝性狀的遺傳參數(shù)估計(jì)值Table 6 Estimation of genetic parameters for four branching traits of standard cut-chrysanthemum

表7 優(yōu)選F1株系的分枝性狀Table 7 Branching traits of screened F1 strains

主基因及其效應(yīng)檢測是植物數(shù)量性狀遺傳研究的重要內(nèi)容，可為后續(xù)遺傳改良奠定重要基礎(chǔ)[29-33]。在本研究中，總側(cè)芽數(shù)在兩組合中均檢測到一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因，上部一級分枝數(shù)和一級分枝長度在組合Ⅱ中分別檢測到兩對表現(xiàn)為加-顯-上效應(yīng)的主基因和一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因，總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)在組合Ⅰ和組合Ⅱ中分別檢測到兩對表現(xiàn)為加性效應(yīng)的主基因和一對表現(xiàn)為加-顯效應(yīng)的主基因。上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度、總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)在不同的群體中表現(xiàn)出不同的主基因效應(yīng)，這可能是由于在不同遺傳群體中雜交親本遺傳背景不同造成的，在切花小菊[13]、甘藍(lán)型油菜[34]、玉米[35]等植物的分枝性狀遺傳中也存在這種現(xiàn)象。其中，總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)主基因遺傳率為52.11%～98.84%，遺傳率較高，受環(huán)境影響較小，表現(xiàn)較為穩(wěn)定，可在早期選擇中適當(dāng)提高選擇標(biāo)準(zhǔn)[36]。在組合Ⅱ中發(fā)現(xiàn)，總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)的負(fù)向中親優(yōu)勢主要來源于主基因的顯性效應(yīng)，可通過輪回選擇和修飾回交聚集增效基因來改良[37]。這些主基因效應(yīng)的發(fā)現(xiàn)將有助于進(jìn)一步了解標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝性狀的遺傳基礎(chǔ)，對標(biāo)準(zhǔn)切花菊分枝性狀的QTL定位研究和通過分子育種縮短育種周期具有重要意義。

性狀間的相關(guān)性在植物育種中有重要意義。在育種選擇過程中，可以根據(jù)性狀間的相關(guān)性，利用測量相對簡便的性狀進(jìn)行選擇，提高選種效率[38]。對于標(biāo)準(zhǔn)切花菊而言，總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)和總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)對其生產(chǎn)成本與成花品質(zhì)尤為重要。本研究分析各分枝性狀的相關(guān)性發(fā)現(xiàn)，總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度和總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)兩兩之間呈極顯著正相關(guān)。因此，本研究通過總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)對F1株系進(jìn)行初步篩選，得到10株優(yōu)選株系，以培育側(cè)芽側(cè)枝較少的標(biāo)準(zhǔn)切花菊新品種，或作為中間材料進(jìn)行下一步的分枝遺傳特性研究。

4 結(jié)論

本研究明確了兩個標(biāo)準(zhǔn)切花菊雜交組合中分枝性狀的雜種優(yōu)勢，發(fā)現(xiàn)總側(cè)芽數(shù)與上部一級分枝數(shù)在兩個組合中均存在偏母性遺傳效應(yīng)，并在總側(cè)芽數(shù)、上部一級分枝數(shù)、一級分枝長度、總側(cè)芽數(shù)/葉節(jié)數(shù)4個分枝性狀中檢測到主基因效應(yīng)，為少側(cè)芽側(cè)枝標(biāo)準(zhǔn)切花菊育種的親本選配及后續(xù)QTL定位研究提供參考依據(jù)。同時，篩選獲得優(yōu)良的少側(cè)芽F1株系可進(jìn)一步鑒定、復(fù)選成為標(biāo)準(zhǔn)切花菊新品種，或作為育種中間材料繼續(xù)進(jìn)行分枝性狀的遺傳和育種研究。