李瑩，呂文河，白雅梅，李文霞，徐學(xué)譜

（1．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省煙草公司哈爾濱煙葉公司，黑龍江哈爾濱150001；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；4.大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江加格達(dá)奇165000）

遺傳育種

4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系比重的比較

李瑩1,2，呂文河1*，白雅梅3，李文霞1，徐學(xué)譜4

（1．東北農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省煙草公司哈爾濱煙葉公司，黑龍江哈爾濱150001；3.東北農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，黑龍江哈爾濱150030；4.大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院，黑龍江加格達(dá)奇165000）

馬鈴薯的比重是加工企業(yè)要考慮的一個(gè)重要性狀。本研究的目的是比較4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系的比重，試圖利用單向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉(zhuǎn)育高比重基因。四倍體親本為品種或高世代選系，二倍體親本是普通馬鈴薯栽培種（Solanum tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S.phureja）雜種的互交后代，或經(jīng)輪回選擇適應(yīng)長(zhǎng)日照的S.phureja-S.stenotomum雜種后代。從4x-4x和4x-2x組合各選出17個(gè)高世代無(wú)性系，以‘克新18號(hào)’（鮮食）和‘夏坡地’（薯?xiàng)l加工）為對(duì)照，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2011～2012年在黑龍江省的加格達(dá)奇評(píng)價(jià)了4x-4x和4x-2x高世代選系比重的表現(xiàn)。4x-2x和4x-4x后代高世代選系比重平均為1.0727和1.0659，二者差異極顯著。但是，4x-2x內(nèi)和4x-4x內(nèi)無(wú)性系的差異仍達(dá)極顯著水平。4x-2x四倍體后代HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19以及HJ04-15-36比重高于對(duì)照品種‘夏坡地’，并和其有顯著差異。結(jié)果表明，和4x-4x組合相比，4x-2x組合后代含有較高的比重。

馬鈴薯；二倍體；4x-2x雜交；比重

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）的干物質(zhì)含量是加工企業(yè)要考慮的一個(gè)重要性狀。如果塊莖干物質(zhì)含量較高，單位重量的原料薯出品率就會(huì)較高，如淀粉、全粉。對(duì)油炸產(chǎn)品而言，可是生產(chǎn)出挺拔、外焦里嫩的薯?xiàng)l，酥脆可口的薯片，另外還可以起到省油、節(jié)能的作用。一般來(lái)說(shuō)，適合薯?xiàng)l加工的塊莖干物質(zhì)含量為21.7%（19.7%～24.1%），適合薯片加工的塊莖干物質(zhì)含量為22.7%（21.7%～25.1%），而適合脫水制品加工的塊莖干物質(zhì)含量則為21.7%（20.7%～24.1%）。在生產(chǎn)實(shí)踐中，馬鈴薯的干物質(zhì)含量一般通過(guò)測(cè)量比重間接獲得，因?yàn)槎叽嬖谥芎玫木€性關(guān)系[1]。培育高比重的馬鈴薯品種一直是育種家所追逐的目標(biāo)之一。然而，由于馬鈴薯遺傳基礎(chǔ)的狹窄[2]，限制了對(duì)馬鈴薯品種的進(jìn)一步改良。Plaisted和Peterson[3]報(bào)道，在美國(guó)四倍體馬鈴薯資源材料中進(jìn)行輪回選擇比重提高甚微，一個(gè)選擇周期平均只增長(zhǎng)了0.0004。Douches等[4]在研究了一百多年來(lái)推廣的主栽品種后得出結(jié)論，認(rèn)為這一期間馬鈴薯品種的產(chǎn)量改良進(jìn)展緩慢，而比重和炸片色澤卻得到改善。但應(yīng)該注意的是，美國(guó)育出的炸片品種之間多有親緣關(guān)系，高比重的來(lái)源都可追溯到一個(gè)品種‘Lenape’（B5141-6）。因此，有必要尋找新的高比重資源，擴(kuò)大馬鈴薯的遺傳基礎(chǔ)。二倍體馬鈴薯栽培種富利亞（S.phureja）比重高[5,6]，另外，經(jīng)過(guò)輪回選擇適應(yīng)長(zhǎng)日照的原始二倍體栽培種富利亞和窄刀薯（S.phureja-S.stenotomum(PHU-STN)）雜種群體也具有高比重特性[7-12]。本研究的目的是從育種實(shí)踐的角度，比較4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系的比重，試圖利用單向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉(zhuǎn)育高比重基因。

1 材料與方法

1.1 材料

2004年種植實(shí)生苗世代。4x-4x和4x-2x組合各10個(gè)（表1），四倍體親本為品種或高世代選系，二倍體無(wú)性系056和057是普通馬鈴薯栽培種（S. tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S. phureja）雜種的互交后代，L系列是經(jīng)輪回選擇適應(yīng)長(zhǎng)日照的PHU-STN雜種后代。二倍體親本經(jīng)鑒定產(chǎn)生至少5%2n花粉。2004年3月12日將實(shí)生種子放于保溫杯中浸種催芽，每個(gè)組合播種約100粒。3月16日播種于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室的育苗盤中，3月20日開(kāi)始出苗。4月20日將實(shí)生苗移到小營(yíng)養(yǎng)缽（上口直徑×高×下口直徑為8 cm×8 cm×6 cm）中，置于冷床內(nèi)，晚間覆膜保溫，進(jìn)行苗期抗性鍛煉。5月30移入大營(yíng)養(yǎng)缽（上口直徑×高×下口直徑為13 cm×12 cm×10 cm）中，置于東北農(nóng)業(yè)大學(xué)馬鈴薯研究所的網(wǎng)室內(nèi)，2004年9月29日按組合單株收獲。

2005年種植無(wú)性一代，地點(diǎn)在加格達(dá)奇大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院馬鈴薯試驗(yàn)地。按組合單株種植，株行距為0.60 m×0.70 m。2005年5月25日播種，按當(dāng)?shù)卦耘囫R鈴薯方式采用常規(guī)田間管理，9月10日人工單株收獲。收貨時(shí)按常規(guī)育種程序根據(jù)塊莖性狀進(jìn)行選擇。

2006～2010 年種植無(wú)性二～六代，地點(diǎn)亦為加格達(dá)奇大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院馬鈴薯試驗(yàn)地。株行距為0.30 m×0.70 m，均采用常規(guī)的田間管理，秋收時(shí)根據(jù)塊莖表現(xiàn)（塊莖性狀，塊莖產(chǎn)量）進(jìn)行選擇。2010年秋從4x-4x和4x-2x組合各選出17個(gè)無(wú)性系供試驗(yàn)用。

表1 試驗(yàn)所用4x-4x和4x-2x組合Table 1 4x-4x and 4x-2x crosses used in this experiment

1.2 方法

2011～2012 年在加格達(dá)奇大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)林業(yè)科學(xué)研究院馬鈴薯試驗(yàn)地進(jìn)行4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系比重的比較試驗(yàn)。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，單行區(qū)，行長(zhǎng)6 m，壟距0.80 m，株距0.30 m。以‘克新18號(hào)’（鮮食）和‘夏坡地’（薯?xiàng)l加工）為對(duì)照。2011年5月16日播種，9月12日收獲；2012年5月11日播種，9月14日收獲。

在收獲后的兩周之內(nèi)，用中等大小的塊莖在空氣中的重量/（空氣中的重量-水中的重量）的方法[13]測(cè)定塊莖的比重。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

聯(lián)合方差分析采用品種、年份固定，隨機(jī)區(qū)組模型[14]，按照Gomez和Gomez[15]的方法進(jìn)行組間比較（Between-group comparison）和組內(nèi)比較（Withingroup comparison）。

2 結(jié)果與分析

2011年比重平均1.0701，2012年比重平均1.0684，兩年比重差異不顯著（表2，圖1）。兩個(gè)對(duì)照品種‘克新18號(hào)’和‘夏坡地’比重兩年平均1.0659和1.0707，二者差異不顯著（表2）。4x-2x和4x-4x后代高世代選系比重平均為1.0727和1.0659，二者差異極顯著（表2，圖2）。但應(yīng)該指出的是，4x-2x內(nèi)和4x-4x內(nèi)的差異仍達(dá)極顯著水平（表2）。4x-2x后代高世代選系比重變化范圍1.0578～1.0906，4x-4x后代高世代選系比重變化范圍1.0489～1.0767。試驗(yàn)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)比重的品種和年份互作現(xiàn)象（表2）。

表2 4x-4x和4x-2x組合高世代選系比重的聯(lián)合方差分析Table 2 Combined analysis of variance for specific gravity of advanced clones from 4x-4x and 4x-2x crosses

圖1 2011年和2012年馬鈴薯的比重Figure 1 Specific gravity of potato of 2011 and 2012

圖2 4x-2x和4x-4x組合高世代選系比重Figure 2 Specific gravity ofadvanced selections from4x-2x and 4x-4x crosses

從兩年的平均值來(lái)看（表3），比重在1.080以上的高世代選系有4個(gè)（HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19，HJ04-15-36），他們均來(lái)自4x-2x組合，而且表現(xiàn)穩(wěn)定性良好。如果以‘夏坡地’為對(duì)照，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和HJ04-15-36比重都高于‘夏坡地’，并和其有顯著差異，其中，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和‘夏坡地’有極顯著差異。比重和‘夏坡地’沒(méi)有顯著差異的高世代選系有22個(gè)（包括‘克新18號(hào)’），其中來(lái)自4x-2x組合的高世代選系有11個(gè)，來(lái)自4x-4x組合的高世代選系有10個(gè)。比重顯著低于‘夏坡地’的高世代選系有9個(gè)，其中來(lái)自4x-2x組合的2個(gè)，來(lái)自4x-4x組合的7個(gè)（表3）。以上結(jié)果說(shuō)明，和4x-4x組合相比，4x-2x組合后代含有較高的比重。

表3 4x-4x和4x-2x組合高世代選系及對(duì)照比重表現(xiàn)及穩(wěn)定性參數(shù)Table 3 Specific gravity and stable parameter of 4x-4x and 4x-2x advanced selections and control cultivars

(續(xù)表3)

3 討論

馬鈴薯的比重是培育加工型品種需要考慮的一個(gè)重要性狀。由于現(xiàn)有馬鈴薯品種之間存在一定的親緣關(guān)系，所以品種間雜交很難進(jìn)一步改進(jìn)新品種的比重，這迫切需要引入新的種質(zhì)資源。本研究所用的二倍體材料一是普通馬鈴薯栽培種（S. tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S. phureja）雜種的互交后代，二是經(jīng)輪回選擇適應(yīng)長(zhǎng)日照的PHU-STN雜種后代，試圖利用USP的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉(zhuǎn)育高比重基因。二倍體親本可以通過(guò)有交換的第一次分裂重組（First-division restitution with crossing over,FDR-CO）或沒(méi)有交換的第一次分裂重組（First-divisionrestitution withoutcrossing over,FDR-NCO）產(chǎn)生2n花粉[16,17]。通過(guò)異常減數(shù)分裂，其受突變等位基因ps(‘parallel spindles’)控制，二倍體FDR-CO無(wú)性系產(chǎn)生2n花粉可以把大約80%的異質(zhì)性轉(zhuǎn)遞給四倍體后代，保留有大部分的上位（位點(diǎn)間）互作[18,19]。如果兩個(gè)減數(shù)分裂突變等位基因，ps和sy-3（synaptic 3），結(jié)合在一起，F(xiàn)DR-NCO配子可以把二倍體親本中幾乎100%的異質(zhì)性和上位性傳遞給后代[20]。因此，這兩種類型的2n花粉是育種過(guò)程中極其有用的工具，他們不僅轉(zhuǎn)遞加性效應(yīng)，而且還可以轉(zhuǎn)遞顯性和上位性效應(yīng)[21]。趙明輝[22]估計(jì)了PHU-STN群體比重的廣義遺傳力為0.6938，95%置信區(qū)間為（0.5997, 0.7658）；于萌[23]估計(jì)了PHU-STN群體干物質(zhì)含量的廣義遺傳力為0.6622，95%置信區(qū)間為（0.4564, 0.7901）。二者頗為相近，比重（干物質(zhì)含量）遺傳力中等偏上。

Wannamaker和Collins[5]報(bào)道，PHU-STN無(wú)性系的高比重特性可以很容易通過(guò)4x-2x雜交傳遞給四倍體后代。Sterrett等[24]研究發(fā)現(xiàn)，一些以PHU-STN為父本的4x-2x雜種后代即抗熱壞死（Internal heat necrosis,IHN），也含有較高的比重。本研究結(jié)果表明，可以利用4x-2x組合方式進(jìn)行USP,把二倍體馬鈴薯高比重的特性從二倍體轉(zhuǎn)移到四倍體。應(yīng)該指出的是，該研究結(jié)果不是從一定的遺傳設(shè)計(jì)獲得，而是從育種實(shí)踐出發(fā)，通過(guò)多年對(duì)塊莖性狀、產(chǎn)量性狀等進(jìn)行選擇，然后比較4x-2x和4x-4x高世代選系的比重。雖然所用的親本有一定的局限性，但結(jié)果應(yīng)該還是可信的。

為篩選早熟或淀粉積累早的無(wú)性系，試驗(yàn)設(shè)在加格達(dá)奇。加格達(dá)奇位于50°24′N，124°07′E，海拔371.7 m。這里無(wú)霜期110 d左右，活動(dòng)積溫1 900～2 100℃。由于加格達(dá)奇緯度高，無(wú)霜期短，所以馬鈴薯的比重均較低，這可從對(duì)照品種‘夏坡地’的比重只有1.0707看出。

本研究沒(méi)有發(fā)現(xiàn)環(huán)境×比重的互作效應(yīng)，這與宿飛飛等[25]的結(jié)論不同。宿飛飛等[25]等的試驗(yàn)在緯度、海拔高度差異較大的環(huán)境中進(jìn)行，而本試驗(yàn)則是在一個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行了兩年，可能是這兩年的環(huán)境因素差異不大導(dǎo)致沒(méi)有發(fā)現(xiàn)環(huán)境×比重的互作效應(yīng)。

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Comparison for Specific Gravity of Advanced Clones Selected from 4x-4x and 4x-2x Crosses

LI Ying1,2,LU Wenhe1＊,BAI Yamei3,LI Wenxia1,XU Xuepu4
(1.College of Agronomy,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;2.Harbin Tobacco Leaf Company, Heilongjiang Tobacco Company,Harbin,Heilongjiang 150001,China;3.College of Resources and Environment,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;4.Daxinganling Academy of Agriculture and Forestry, Jiagedaqi,Heilongjiang 165000,China)

Specific gravity is an important character to be considered in potato processing.The purposes of this research were to compare the specific gravity ofadvanced clones selected from4x-4x and 4x-2x crosses and try transferring high specific gravity genes from cultivated diploid species to tetraploid cultivars.Tetraploid parents were cultivars or advanced selections; diploid parents were intercrossing progenies of haploid Tuberosum-Phureja hybrids,or S.phureja-S.stenotomum hybrids undergone currentselection forlong-day adaptation.Seventeen advanced clones were selected outfrom each type of4x-4x and 4x-2x crosses and evaluated for their specific gravity in a randomized complete block design at Jiagedaqi,Heilongjiang in 2011 and 2012,using'Kexin 18'(table potato)and'Shepody'(French fry)as controls.The average of specific gravity of advanced clones from 4x-2x and 4x-4x crosses were 1.0727 and 1.0659,respectively,the difference being significant.However,variations within 4x-2x and 4x-4x crosses were stillhighly significant.HJ04-18-17,HJ04-27-41,HJ04-22-19 and HJ04-15-36,allfrom 4x-2x crosses,were significantly higher in specific gravity than the control cultivar'Shepody'.The results indicated that advanced clones selected from4x-2x crosses hadhigherspecific gravity than thosefrom 4x-4x crosses.

potato;diploid;4x-2x cross;specific gravity

S532

A

1672-3635（2013）04-0193-06

2013-03-16

馬鈴薯鮮食新品種（系）資源的引進(jìn)、篩選及評(píng)價(jià)分析（GA08B102）；東北地區(qū)馬鈴薯標(biāo)準(zhǔn)化、機(jī)械化生產(chǎn)技術(shù)集成與示范（2012BAD06B02）；高淀粉馬鈴薯新品種選育與示范（GC12B105）。

李瑩（1985-），女，初級(jí)政工師，主要從事煙葉的種植和銷售。

呂文河，教授，主要從事馬鈴薯遺傳育種以及栽培生理研究，E-mail:luwenhe60@163.com。