茍紀權(quán)，蘇麗文，程志魁，黃小春，吳雯婷，呂海旋，劉政國

（廣西大學農(nóng)學院，南寧 530001）

0 引言

冬瓜(Benincasa hispida)原產(chǎn)于中國的南部和東南亞、印度等地區(qū)，在亞洲的熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)都有分布[1]。作為國內(nèi)重要的蔬菜種類，冬瓜能夠調(diào)節(jié)蔬菜淡季、保證蔬菜周年供應。果肉顏色是消費者選擇的一個重要性狀，也是育種的一個關鍵性狀[2]。果蔬的綠色主要來源于葉綠素[3]，冬瓜果肉顏色一般為白色，綠色果肉是冬瓜中的稀有資源，果肉中葉綠素含量越多，果肉綠色越深。黃瓜綠色果肉的形成可能是由于果實發(fā)育過程中葉綠素的積累，葉綠素含量較高的黃瓜通常來自高緯度地區(qū)，合理的解釋是，高緯度地區(qū)的光照時間較長，可以維持較長的光合作用并改善葉綠素合成[4]。在甜瓜中，葉綠素和類胡蘿卜素的積累使甜瓜具有白色、綠色、橙色的果肉[5]。Galpaz等[6]通過QTL分析確定了一個候選白肉基因(CmPPR1)，該基因是決定甜瓜果肉顏色的2個主要基因座之一，CMPPR1編碼五三肽蛋白(PPR)家族的一員，參與質(zhì)體中RNA的加工，類胡蘿卜素和葉綠素色素在質(zhì)體中積累。

葉綠素含量是未成熟果實的一個重要特征，影響成熟果實的營養(yǎng)成分和風味[4]。肉質(zhì)果實的光合作用占水果總碳水化合物的20%[7-8]。未成熟果實的葉綠體發(fā)育和葉綠素含量的增加提高了它們的光合作用能力，導致淀粉的積累更大[9-11]。此外，未成熟水果的淀粉含量與成熟水果中的糖含量呈正相關，通過影響營養(yǎng)價值和風味直接影響水果質(zhì)量[12]。因此，葉綠體發(fā)育和未成熟果實的碳水化合物狀態(tài)會影響成熟果實的組成和質(zhì)量。此外，葉綠素及其各種衍生物在傳統(tǒng)醫(yī)學中具有悠久的使用歷史[13]，具有抗膽固醇、預防便秘等功效[3]。研究表明葉綠素銅鈉(SCC)具有愈合傷口[14]、抗炎特性[15-16]等功效，高葉綠素飲食與降低人類結(jié)腸癌的風險有關[17]。

目前，關于葉綠素含量的遺傳規(guī)律已在黃瓜、苦瓜、白菜等作物中報道。孫小鐳等[18]探究黃瓜果皮中的葉綠素遺傳規(guī)律，表明黃瓜果皮中的葉綠素含量的主基因中加性效應明顯，多基因顯性效應明顯。在烤煙[19]、苦瓜葉片[20]、不結(jié)球白菜[21]葉綠素含量遺傳分析中發(fā)現(xiàn)，性狀是由1對加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因調(diào)控，表現(xiàn)出較高的主基因遺傳率，同時也受到環(huán)境的影響，因此，在育種過程中需要考慮環(huán)境影響因素。在番茄[22]、玉米[23]、水稻[24]中也同樣進行了葉綠素含量的主基因和多基因的作用效應探究，而目前在冬瓜果肉葉綠素含量的遺傳研究方面還未見報道[24]。

筆者利用果肉顏色差異明顯的2個冬瓜自交系雜交得到F1，F(xiàn)1自交得到F2，分析冬瓜果肉中葉綠素的主基因和多基因的遺傳效應，以期揭示葉綠素含量在冬瓜果肉中的遺傳機制，探究其在遺傳規(guī)律中主基因和多基因的遺傳效應，為冬瓜果肉顏色的基因定位和品種改良提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以廣西大學農(nóng)學院劉政國課題組保存的LT-1和LT-2為親本（圖1），LT-1為母本(P1)，LT-2為父本(P2)雜交得到了F1世代群體，F(xiàn)1自交得到F2世代群體。LT-1的果肉為白色，LT-2的果肉為綠色。

圖1 親本LT-1、LT-2

1.2 田間試驗設計

2020年8月種植母本LT-1、父本LT-2、F1各12株，F(xiàn)2群體200株，四代群體種植于露天大田，田間根據(jù)冬瓜生長期規(guī)律管理，搭架栽培，前期及時去側(cè)蔓，保留主蔓，保證水肥充足，每株保留3個冬瓜果實，作為3次重復。

1.3 葉綠素含量測定

選取母本(P1)8株、父本(P2)7株、F1群體7株、F2群體194株，在每一植株選取3個生長發(fā)育正常的嫩瓜（15天），即為3次重復；然后在冬瓜的果實果肉中間部位選取3塊冬瓜果肉測定果肉中葉綠素含量。

參照李合生[25]的葉綠素含量的測量方法，利用乙醇萃取法，稱取1 g果肉漿液，加入10 mL乙醇溶液，在波長為665、649 nm下測定溶液的吸光度值。

1.4 遺傳模型分析

運用主基因+多基因混合遺傳分析[26]方法，計算出每一遺傳模型的各參數(shù)值，根據(jù)最優(yōu)模型的選擇原則選出最優(yōu)模型，并對最優(yōu)模型的參數(shù)進行分析[27]。

1.5 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2019和SPSS 18軟件對冬瓜4個世代群體的果肉葉綠素含量進行統(tǒng)計分析，繪制頻次分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 四世代群體的葉綠素含量統(tǒng)計及F2代群體頻次分布

由圖2可以看出，親本P1和P2葉綠素含量差異顯著，低葉綠素含量的親本P1的果肉顏色呈現(xiàn)白色，高葉綠素含量的親本P2的果肉顏色呈現(xiàn)綠色，再一次證明葉綠素是綠色果肉形成的重要因素。對4個世代群體葉綠素含量的統(tǒng)計分析見表1。F1世代葉綠素含量在高值親本和低值親本葉綠素含量之間，但未達到兩親本的平均值，說明高值葉綠素對低值葉綠素表現(xiàn)出了不完全顯性。F2群體葉綠素含量分離范圍為0.55～7.45 μg/g，分離范圍較大且各植株間的差異呈極顯著差異，說明群體的分離程度大，從F2群體的葉綠素含量頻次分布圖（圖3）可以看出，葉綠素含量主要集中在0.8 μg/g附近，集中分布在P1的葉綠素含量值附近，并向兩側(cè)逐漸減少。此外葉綠素含量在F2分離世代中表現(xiàn)為雙峰偏正態(tài)分布，說明該性狀屬于數(shù)量性狀，可對其主基因和多基因的遺傳規(guī)律進行探究和分析。

圖2 親本與雜交一代的冬瓜果肉葉綠素含量統(tǒng)計

表1 4個世代群體冬瓜果肉葉綠素含量的基本參數(shù)

圖3 F2代冬瓜果肉葉綠素含量的頻次分布

2.2 各遺傳模型參數(shù)計算和分析

運用主基因+多基因的混合分離分析方法，分析在冬瓜果肉中葉綠素含量，分析得出每一遺傳模型的極大對數(shù)似然值和AIC值（見表2）。其中對各遺傳模型的AIC值進行分析，得到3組AIC值最小遺傳模型作為候選模型。冬瓜果肉葉綠素最小的3個AIC值分別為691.691、688.09、692.566，其對應的遺傳模型分別為MX2-AD-AD、MX2-ADI-AD、MX2-EAD-AD，選擇這3個遺傳模型作為候選最適模型。進一步對這3個候選最適模型做適合性檢驗，結(jié)果見表3。MX2-ADIAD模型達顯著差異水平的統(tǒng)計量最多，為2項，而MX2-AD-AD、MX2-EAD-AD模型為0項。根據(jù)AIC值最小結(jié)合顯著差異水平的統(tǒng)計量少，從而選擇MX2-AD-AD作為冬瓜果肉中葉綠素含量的最優(yōu)模型，即表現(xiàn)由2對加性—顯性—上位性主基因+加性顯性多基因遺傳模型控制。

表2 遺傳模型的參數(shù)統(tǒng)計

表3 MX2-AD-AD、MX2-ADI-AD、MX2-EAD-AD模型的適合性檢驗

2.3 最優(yōu)模型MX2-AD-AD遺傳參數(shù)估計

由表4可得，一階遺傳參數(shù)中，第1對主基因的加性效用為-1.477，第2對主基因的加性效用為-0.835，且這2對主基因的加性效應值都為負值，起到了減效作用，同時第1對主基因的加性效應絕對值大于第2對主基因加性效應的絕對值，表明在加性效應中，第1對主基因占主導地位。經(jīng)計算2對主基因的顯性度ha/da、hb/db分別為0.99、0.856，顯性度均小于1，但2對主基因的顯性度接近1，說明2對主基因在控制冬瓜果肉葉綠素遺傳中的加性效應和顯性效應同樣占重要地位，均為負值，起減效作用。多基因的加性效應[d]為-0.514，加性效應值都為負值，起到了減效作用，顯性效應[h]為0.722，多基因顯性度[d]/[h]絕對值小于1，說明多基因主要以加性效應為主。

表4 最佳模型的遺傳參數(shù)

從二階遺傳參數(shù)中得出，葉綠素含量的主基因遺傳率較高，為82.1%，多基因遺傳率為0%，說明冬瓜果肉中的葉綠素含量受主基因的影響較大，同時也受到環(huán)境的影響，因此在選擇育種中應選擇高世代，注意在種植過程中對環(huán)境的調(diào)控，保證育種目的的實現(xiàn)。

3 結(jié)論與討論

當前主基因+多基因的分析方法已經(jīng)應用于冬瓜的種子、果形、枯萎病的遺傳規(guī)律研究中。冬瓜的種子千粒重主基因和多基因的加性效應占主導地位，因此在對種子千粒重進行選擇育種時，需注重加性效應的利用[28]。在冬瓜枯萎病中同樣是以隱性多基因的加性效應為主導地位，表型中感病對抗病為部分顯性，且起減效作用[29]，在冬瓜果形指數(shù)、橫徑、縱徑之間的相關性顯著，且都以主基因遺傳為主，育種過程中可在早世代進行選擇[30]。另外，該主基因加多基因遺傳分析方法也成功運用于其他作物的性狀遺傳分析上，如煙草的株高[31]和青枯病抗性[32]、小麥穗部性狀[33]、辣椒果皮顏色[34]。因此利用該分析方法可對作物數(shù)量性狀進行遺傳分析，為選擇育種提供理論借鑒。

目前，關于冬瓜綠色果肉的遺傳研究還未見報道。本研究利用綠色果肉和白色果肉純和自交系構(gòu)建了P1、P2、F1、F24代遺傳群體，探究葉綠素的遺傳規(guī)律，發(fā)現(xiàn)F2群體葉綠素含量的分布符合雙峰偏正態(tài)分布，符合數(shù)量性狀的特征，存在明顯的主基因遺傳。本研究結(jié)果表明，冬瓜果肉葉綠素含量受2對加性—顯性—上位性主基因+加性顯性多基因遺傳模型控制，此結(jié)果與玉米葉片葉綠素含量相同[35]，與此類似的是在黃瓜嫩果果皮葉綠素含量[36]和水稻苗期葉綠素含量[37]，都是受到2對主基因和多基因共同控制。

本研究結(jié)果表明，在瓜果肉葉綠素含量的遺傳中，其主基因的加性效應表現(xiàn)明顯，F(xiàn)2世代的主基因遺傳率高達82.0696%，說明該性狀的遺傳變異受到主基因的控制較大，在選育過程中應在早世代中選擇育種，同時注意環(huán)境的影響。翟英等[38]以綠色和紫色番茄植株為親本，構(gòu)建了6個遺傳群體，即P1、P2、F1、BC1、BC2和F2，通過數(shù)量性狀的多代聯(lián)合分析研究果實顏色和色素含量的遺傳規(guī)律，其中葉綠素的遺傳模型為MX1-AD-ADI，F(xiàn)2的主基因遺傳率為59%，多基因的遺傳率均為0%，與本研究的冬瓜果肉葉綠素的遺傳特點相似，而與此相反的是，在黃瓜幼苗葉片光照不足的情況下，其葉片中葉綠素含量中的微效多基因起到主導作用，環(huán)境的影響不可忽略，因此不適宜進行早代選擇[39]。本研究首次利用果肉葉綠素含量具有明顯差異的高代純合自交系構(gòu)建了4個世代分離群體，進行了主基因＋多基因遺傳分析，研究結(jié)果為冬瓜綠色果肉的選育提供了一定的參考。但本研究只在一種環(huán)境下對一個群體進行了研究，具有一定的局限性，在今后的研究中應采用多環(huán)境多群體聯(lián)合分析，以獲得更準確的數(shù)據(jù)。此外，在遺傳分析的基礎上利用下一代測序技術，對控制冬瓜綠色果肉顏色基因進行精細定位，開發(fā)與其緊密連鎖的分子標記。