王 勇,蘇來曼·艾則孜,李玉玲,孫 鋒,伍國紅,駱強(qiáng)偉,肯吉古麗·蘇力旦
(新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所,新疆鄯善838200)
無核葡萄分為真無核和假無核。真無核是沒經(jīng)過授粉受精過程直接發(fā)育果實(shí),即單性結(jié)實(shí)(Parthenocarpicgrape)[1],如‘白 科 斯 林(White Corinth)’、‘紅 科 斯 林(Red Corinth)’、‘黑 科 斯 林(Black Corinth)’等。假無核是經(jīng)過正常的授粉受精,在胚形成階段停止發(fā)育留下種痕,也稱種子敗育(Stenospemocarpicgrape)[2-3],如‘無 核 白(Thompson seedess)’、‘火 焰 無 核(Flame seedless)’等?!鹬莺谟瘢℉uozhouheiyu)’葡萄屬于后者,是新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所葡萄育種課題組以‘紅地球(Red Globe)’為母本,‘火焰無核’為父本通過有性雜交選育而成。其品質(zhì)優(yōu)良,成熟期早,且適合溫室栽培,但存在果粒不大、缺乏香味等不足。為提高‘火州黑玉’葡萄的優(yōu)勢,克服其弱點(diǎn),近年來,本課題組建立了以‘火州黑玉’為母本的無核葡萄胚挽救育種體系[4],并獲得198株胚挽救后代。目前,這些株系已穩(wěn)定結(jié)果。本研究將對(duì)該胚挽救單株果實(shí)主要性狀的表型及遺傳傾向進(jìn)行分析,旨在探索‘火州黑玉’葡萄性狀的遺傳規(guī)律,為葡萄雜交育種親本的選配提供參考依據(jù)。
試驗(yàn)于2013和2014年6~7月份在新疆維吾爾自治區(qū)葡萄瓜果研究所葡萄育種溫室中進(jìn)行。試材為4個(gè)親本品種,以及‘火州黑玉’為母本進(jìn)行胚挽救雜交育種獲得198株后代,具體見圖1與表1。
雜交株系為2011年獲得,并于2012早春以行距2.5m、株距0.5m,獨(dú)龍干“廠”架勢定植于溫室中,經(jīng)細(xì)管理,2013年開始結(jié)果,2014年穩(wěn)定結(jié)果。
1.2.1 雜交單株果實(shí)性狀分類標(biāo)準(zhǔn)及測定 單株果實(shí)性狀分類標(biāo)準(zhǔn)參照劉崇懷等[5-6]的方法。果粒單重,從每個(gè)單株選取3個(gè)具有代表型果穗,計(jì)算其所有粒的平均值。果形指數(shù),隨機(jī)選取10個(gè)果粒,用游標(biāo)卡尺測定其縱橫徑,求其指數(shù)均值??扇苄蕴呛?,選取10個(gè)具有代表性(成熟一致)的果粒,取汁液,在容器中混勻,用折光測糖儀測定。果實(shí)果皮顏色,選擇成熟果實(shí)10粒,通過2人目測鑒定,若存在爭議,再通過多人評(píng)定。果實(shí)香味、質(zhì)地,選擇成熟果實(shí)3~5粒,通過2人品嘗方式鑒定,若存在爭議,再通過多人評(píng)定。種子發(fā)育狀況,選擇成熟果實(shí)10粒,取其種子并進(jìn)行解刨,觀察其胚發(fā)育狀況。
1.2.2 數(shù)據(jù)處理及分析方法 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為2013和2014年測定的綜合結(jié)果。用Excel表進(jìn)行處理并用卡平方(x2)進(jìn)行檢驗(yàn)[7],相關(guān)公式如下:
圖1 親本材料Fig.1 Parent materials
表1 親本及其雜交組合基本情況Table 1 Hybrid parents and combinations
式中,S為標(biāo)準(zhǔn)差,F(xiàn)為組合F1代性狀的平均值,MP為親本性狀平均值,X為組合親本性狀平均值,為親中值,Y為組合F1代性狀平均值,為火州黑玉所有F1代性狀平均值。
無核性是無核葡萄育種的最重要的目標(biāo)之一。由表2可知,3個(gè)組合的敗育率在69.4%~83.3%之間,‘火州黑玉’ב早收麝香’組合的最高,‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’最低。198個(gè)株系的敗育率平均值為77.3%。經(jīng)驗(yàn)證,F(xiàn)1代果實(shí)核性狀呈現(xiàn)3∶1(無核∶有核)遺傳趨勢,這與現(xiàn)實(shí)中果實(shí)有核對(duì)無核為顯性的遺傳趨勢不相符,表明葡萄果實(shí)的核性不是由1對(duì)基因控制。同時(shí),表明即使父本表現(xiàn)為有核性狀,‘火州黑玉’仍然能將胚敗育性狀以很強(qiáng)的優(yōu)勢傳遞給后代。
表3表明以‘火州黑玉’為母本的雜交組合中,沒有出現(xiàn)無色果皮后代,這表明有色性狀對(duì)無色性狀為顯性。在果皮顏色表現(xiàn)為有色的后代中3個(gè)組合的黑色后代均占絕大比例,就整體而言,黑色約占92.86%,紅色約占7.14%,這表明果皮黑色性狀對(duì)紅色為顯性,但卡平方驗(yàn)證認(rèn)為,與理論次數(shù)存在差異,這可能是在暗紅與紫色的區(qū)分上存在一點(diǎn)誤差所致??傮w而言,‘火州黑玉’具有向F1代進(jìn)行深果色遺傳的傾向。
表4表明‘火州黑玉’與具有玫瑰香味的葡萄品種‘早收麝香’進(jìn)行雜交,后代具有香味的單株比率很低;與具有玫瑰香味的葡萄品種‘貴妃玫瑰’進(jìn)行雜交,后代沒有出現(xiàn)具有香味的單株;與沒有香味的葡萄品種‘早艷’雜交,后代亦未出現(xiàn)具有香味的單株。這表明以‘火州黑玉’為母本進(jìn)行雜交育種,很難獲得具有香味的后代。
表5表明脆肉型‘火州黑玉’與質(zhì)地較脆型‘貴妃玫瑰’、較軟型‘早收麝香’及軟肉型‘早艷’雜交,后代均在質(zhì)地的軟肉、中等、脆肉上表現(xiàn)連續(xù)分布,而且脆肉型的比率較大。其中‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’組合后代的脆型比率最大為86.11%,后兩組合后代脆型比率較接近,均在65%以上。就總體而言,脆肉型∶中等∶軟肉比約為7∶2∶1。這表明‘火州黑玉’能將其質(zhì)地脆型性狀以很強(qiáng)優(yōu)勢傳遞給后代,但也受到父本質(zhì)地性狀的影響。果實(shí)質(zhì)地性狀屬于數(shù)量遺傳,脆型性狀可能是由主效基因控制。
表2 ‘火州黑玉’雜交后代種子發(fā)育狀態(tài)Table 2 The developmental state of the hybrid seed of‘Huozhouheiyu’
表3 ‘火州黑玉’雜交后代果實(shí)果皮顏色表現(xiàn)Table 3 The peel color of the crossedprogenies of‘Huozhouheiyu’
果實(shí)可溶性固形物含量是葡萄果實(shí)風(fēng)味品質(zhì)的重要指標(biāo)。表6表明,‘火州黑玉’后代果實(shí)可溶性固形物含量呈現(xiàn)數(shù)量遺傳性狀且連續(xù)廣泛分離?!鹬莺谟瘛痢F妃玫瑰’組合子代平均值略高于親中值,組合遺傳傳遞力為102.9%,表明這一組合可溶性固形物含量的遺傳表現(xiàn)主要受加性效應(yīng)控制,有增高趨勢。其它2個(gè)組合子代平均值略低于親中值。組合遺傳傳遞力分別為84.7%和87.0%,后代表現(xiàn)為受非加性效應(yīng)控制,呈退化負(fù)向趨勢。但前者未出現(xiàn)超親株系,其后兩者雖然父本可溶性固形物含量較高,仍出現(xiàn)了超高株系。表明果實(shí)可溶性固形物含量遺傳比較復(fù)雜?!鹬莺谟瘛扇苄怨绦挝锖康倪z傳與父本的選擇有很大關(guān)系。由于‘火州黑玉’含糖量較高,其后代很難超越。在以‘火州黑玉’為母本的胚挽救育種中,若選育高糖株系,需要注意選擇高糖父本。狹義遺傳力較低僅為15.9%,這說明后代表現(xiàn)值與育種值的符合程度較低。
果粒單重是葡萄果實(shí)外在品質(zhì)的重要指標(biāo),大果粒性狀是所有育種家所追求的。表7表明,‘火州黑玉’的雜交后代的果粒重量基本呈現(xiàn)連續(xù)分布,符合數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律。各組合F1代的平均值均低于雙親的親中值,表明‘火州黑玉’果粒重量性狀的非加性效應(yīng)的比例較大,F(xiàn)1代由于非加性效應(yīng)解體,果粒有變小的傾向,后代中有63.9%~73.8%的植株低于火州黑玉,組合遺傳力為57.0%~85.7%,均值為72.0%,即每100g果實(shí)重量只能遺傳給后代72.0g,呈退化負(fù)向趨勢,說明小果的遺傳優(yōu)勢強(qiáng)。但在‘火州黑玉’ב早收麝香’和‘火州黑玉’ב早艷’組合中后代也表現(xiàn)一定比率的超親單株,這說明通過選配不同親本組合,也有選擇大果型株系的潛力。在‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’組合中,未出現(xiàn)超高單株,這表明在選配父本組合中并不是父本果粒越大就能獲取更大的果型株系可能。單粒重量的狹義遺傳力較低,僅為16.9%,這說明后代表現(xiàn)值與育種值的符合程度較低。
表4 ‘火州黑玉’雜交后代果實(shí)香味表現(xiàn)Table 4 The fruit fragrance of the crossedprogenies of‘Huozhouheiyu’
表5 ‘火州黑玉’雜交后代果實(shí)質(zhì)地表現(xiàn)Table 5 The flesh texture of the crossed progenies of‘Huozhouheiyu’
表8表明,‘火州黑玉’果形為圓形,父本‘貴妃玫瑰’和‘早收麝香’為橢圓形,‘早艷’為長橢圓形。雜交后代的果形指數(shù)基本呈現(xiàn)連續(xù)分布,符合數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律。后代均值均小于親中值,表現(xiàn)為圓形。其中‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’和‘火州黑玉’ב早收麝香’組合后代均值略低于親本親中值,后代主要呈現(xiàn)趨中變異,組合遺傳力分別為95.4%和9 6.7%,呈略微退化趨勢。‘火州黑玉’ב早艷’組合由于父本果形指數(shù)較高,后代均值遠(yuǎn)低于親中值,組合遺傳力為82.7%,呈現(xiàn)退化趨勢。就整體而言,‘火州黑玉’的后代趨向于圓形,主要受加性效應(yīng)控制。就雜交優(yōu)勢而言,表現(xiàn)為退化。若要獲取高于‘火州黑玉’果形指數(shù)的株系,需要選擇高果形指數(shù)的父本,但并不是父本果形指數(shù)越大就能獲取更大的果型株系可能。其狹義遺傳力更低,僅為5.3%,這說明后代表現(xiàn)值與育種值的符合程度很低。
表6 ‘火州黑玉’葡萄雜交后代果實(shí)可溶性固形物含量表現(xiàn)Table 6 The sugar content of fruit of the crossedprogenies of‘Huozhouheiyu’
表7 ‘火州黑玉’葡萄雜交后代果粒單重表現(xiàn)Table 7 The fruit weight of the crossedprogenies of‘Huozhouheiyu’
表8 ‘火州黑玉’葡萄雜交后代果粒果形指數(shù)Table 8 The fruit shape index of the crossedprogenies of‘Huozhouheiyu’
表9 ‘火州黑玉’雜交F1 代核性與果粒大小關(guān)系Table 9 The correlation of seed trait and fruit size of‘Huozhouheiyu’F1
表9表明,‘火州黑玉’后代果粒主要集中在小和中等水平上。從整體上看,隨著果粒大小水平的降低,后代果實(shí)的無核及敗育比率逐漸增高。這說明‘火州黑玉’的后代的果粒小粒性狀與無核化性狀呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)趨勢,表現(xiàn)無核小粒遺傳傾向。
葡萄的無核性大多來源于無核白[8],而‘火州黑玉’與‘無核白’之間存在一定親緣關(guān)系[9],本研究中親本材料的無核性狀可能來自‘無核白’。美國David[10]結(jié)合組培與雜交技術(shù),創(chuàng)立了無核葡萄胚挽救技術(shù),能以無核葡萄為母本進(jìn)行雜交育種,大大提高了無核雜種后代的比率。本研究以‘火州黑玉’為母本,以有核品種為父本,通過胚挽救技術(shù)獲得的雜交后代的無核比率達(dá)到了77.3%,這驗(yàn)證了胚挽救技術(shù)在葡萄無核育種上的意義。
葡萄生長周期長,果實(shí)性狀存在較高的突變率和多樣性變異,在復(fù)雜的遺傳背景下可能會(huì)表現(xiàn)異常分離,大多性狀普遍退化,表現(xiàn)為趨中或趨小變異,但也出現(xiàn)超高親現(xiàn)象。在果皮顏色遺傳上,顧模等[11]認(rèn)為果皮表色遺傳為帶有數(shù)量性狀遺傳特點(diǎn)的質(zhì)量性狀遺傳;作者研究認(rèn)為,葡萄表皮顏色是由2對(duì)基因控制,有色(紅色和黑色)對(duì)無色為顯性,黑色對(duì)紅色為顯性。在葡萄香味的遺傳上,賀普超等[12]、譚偉等[13]研究表明,香味濃品種×香味濃品種后代有香味的比例較大;香味濃品種×香味中等或淡品種,后代多數(shù)果實(shí)無香味;味濃品種×無香味品種,后代有香味的更少;無香味品種×有香味品種后代有香味的比例較低。本研究試材中有2個(gè)組合為無香味品種×濃香味,162株后代中僅出現(xiàn)1 株有香味株系,證實(shí)了他們的結(jié)論,并認(rèn)為以‘火州黑玉’為母本進(jìn)行香味育種,很難實(shí)現(xiàn)育種目標(biāo)。在果粒大小的遺傳上,前人普遍認(rèn)為屬于數(shù)量遺傳[14-15]。但有人認(rèn)為子代果粒重量小于親本值,并趨向小粒親本[14],也有認(rèn)為子代的果粒重量大于親中值,而且有超高親類型出現(xiàn)[15]。作者研究的結(jié)果與他們的結(jié)論大同小異,認(rèn)為‘火州黑玉’子代的果粒重遺傳表現(xiàn)數(shù)量性狀特征。各組合F1代的均值均低于雙親的親中值,表現(xiàn)為非加性效應(yīng),但在其中2個(gè)組合中也出現(xiàn)一定比例的超親單株,而在‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’組合中,未出現(xiàn)超高單株。作者認(rèn)為在選配父本組合中并不是父本果粒越大就能獲取更大的果型株系。果粒形狀的遺傳比較復(fù)雜。有人用扁圓形的國光與圓錐形的新紅星、紅冠雜交,后代出現(xiàn)近圓形果占50%[16]。有人用扁圓形蘋果‘威賽克’與圓錐型蘋果‘嘎啦’進(jìn)行正反雜交,后代果形多數(shù)表現(xiàn)圓錐形[17]。也有研究結(jié)果[18]表明,杏果實(shí)形狀有趨中變異的特點(diǎn),圓形果親本后代中圓形果占優(yōu)勢,卵圓形親本后代傾向于橢圓形。而本研究用圓形葡萄‘火州黑玉’與橢圓形葡萄‘貴妃玫瑰’和‘早收麝香’及長橢圓形葡萄‘早艷’雜交,后代均值均小于親中值,大多數(shù)表現(xiàn)為圓形。關(guān)于果實(shí)質(zhì)地性狀的遺傳,有用脆肉型蘋果梨與脆肉品種雜交后代中沒有分離出軟肉類型,與軟肉品種雜交后代都以脆肉類型為主[19]。有以脆肉型蘋果‘嘎啦’與疏松型蘋果‘威賽克’進(jìn)行正反交,后代果實(shí)質(zhì)地表現(xiàn)為雙親型和中間型,以中間型的比例較高[17]。本研究用脆肉型葡萄‘火州黑玉’與較脆型葡萄‘貴妃玫瑰’、較軟型葡萄‘早收麝香’及軟肉型葡萄‘早艷’雜交,后代均在質(zhì)地的軟肉、中等、脆肉上表現(xiàn)連續(xù)分布,而且在脆肉型上占的比率較大。其中‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’組合后代的脆型比率最大為86.11%,后兩組合后代脆型比率較接近,但遠(yuǎn)低于‘火州黑玉’ב貴妃玫瑰’組合。這說明‘火州黑玉’能將其質(zhì)地脆型性狀以很強(qiáng)優(yōu)勢傳遞給后代,但也受到父本質(zhì)地性狀的影響。葡萄果實(shí)質(zhì)地的脆型性狀可能是由主效基因控制的數(shù)量遺傳。關(guān)于可溶性糖含量遺傳,前人均認(rèn)為是數(shù)量性狀遺傳[14-15,20]。有研究認(rèn)為基因間除加性效應(yīng)外可能還存在一定非加性效應(yīng),多數(shù)表現(xiàn)親本類型之間,并有明顯的劣變趨勢[20]。有研究認(rèn)為表現(xiàn)趨中變異,并趨向于糖含量低的親本,但不表現(xiàn)雜種優(yōu)勢[15]。也有研究認(rèn)為后代均值接近親本值,超高親比例大,加性效應(yīng)較大[14]。本研究認(rèn)為‘火州黑玉’后代果實(shí)可溶性固形物含量呈現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)量遺傳性狀且連續(xù)廣泛分離?!鹬莺谟瘛痢F妃玫瑰’組合子代平均值略高于親中值,遺傳表現(xiàn)主要受加性效應(yīng)控制。其它2個(gè)組合子代平均值略低于親中值,表現(xiàn)為受非加性效應(yīng)控制。本研究發(fā)現(xiàn)‘火州黑玉’葡萄是一個(gè)培育無核品種的優(yōu)良材料,并能將深色皮色、脆質(zhì)地、圓形果形等性狀以很強(qiáng)優(yōu)勢傳遞給F1代,但無論父本是否有香味,其均很難使后代出現(xiàn)有香味株系,同時(shí),后代果粒呈現(xiàn)變小趨勢,但后代中也存在一定比例的超高親株系,說明也存在有選擇大果型株系的潛力。在今后育種中,若要培育‘火州黑玉’香味大粒無核優(yōu)質(zhì)后代應(yīng)以有濃香型優(yōu)質(zhì)無核品種為母本,‘火州黑玉’為父本,并加大雜交力度,擴(kuò)大后代群體。只有群體數(shù)量的積累,才能實(shí)現(xiàn)優(yōu)良性狀的質(zhì)變。
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