王利民，黨 照，趙 瑋，李聞娟，謝亞萍，齊燕妮，張建平

(甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，蘭州 730070)

胡麻(LinumusitatissimumL.)是中國(guó)西北和華北高寒干旱地區(qū)重要的油料作物之一。胡麻種植歷史悠久，自西漢時(shí)期就引入中國(guó)種植[1]。近年來(lái)，全國(guó)胡麻年種植面積26.7～33.3萬(wàn)hm2，年產(chǎn)胡麻籽約40萬(wàn)t。胡麻的用途主要以食用油為主，纖維用為輔。胡麻籽含油量40%左右，此外還含有豐富的蛋白質(zhì)、膳食纖維、木酚素等營(yíng)養(yǎng)元素和功能成分[2]。胡麻油主要由5種脂肪酸組成(亞麻酸、亞油酸、油酸、棕櫚酸和硬脂酸)，其中а-亞麻酸(ALA)含量高達(dá)50%以上。ALA屬于ω-3多不飽和脂肪酸，是人體必需脂肪酸，具有目前國(guó)際醫(yī)學(xué)界和營(yíng)養(yǎng)界公認(rèn)的重要生理功能，如預(yù)防和治療心腦血管疾病，降血壓、調(diào)節(jié)血糖、血脂，抗腫瘤、預(yù)防癌癥，提高自身免疫力等功能[3]。

由于亞麻酸重要的生理和營(yíng)養(yǎng)功能，提高亞麻酸含量是目前胡麻品質(zhì)改良的主要目標(biāo)之一。育種實(shí)踐表明，胡麻品質(zhì)改良較之產(chǎn)量、抗性等育種目標(biāo)相對(duì)困難。脂肪酸含量屬于植物數(shù)量性狀，其遺傳受少數(shù)主基因控制外，還受大量微效多基因控制，同時(shí)受基因與環(huán)境的互作、基因表達(dá)水平修飾等的影響，遺傳機(jī)制較為復(fù)雜[4]。蓋鈞鎰[5]提出的主基因+多基因混合遺傳理論認(rèn)為植物數(shù)量性狀由主基因和多基因共同遺傳控制，主基因一般可以檢測(cè)，多基因則難以鑒別。基于該理論的主基因+多基因混合遺傳分離分析方法可以利用不同的遺傳群體材料分析數(shù)量性狀主基因的存在及其遺傳效應(yīng)[6]。該方法已廣泛應(yīng)用于作物農(nóng)藝、品質(zhì)、抗性等重要數(shù)量性狀的遺傳研究[7-9]。相關(guān)研究表明，作物產(chǎn)量、品質(zhì)等數(shù)量性狀的遺傳受1對(duì)或多對(duì)主基因和微效多基因共同遺傳控制。在胡麻脂肪酸含量的遺傳研究方面，張瓊等[10]采用RIL群體初步分析了胡麻脂肪酸含量的遺傳效應(yīng)；趙利等[11]分析了不同環(huán)境下胡麻脂肪酸含量的遺傳方式。兩者均以RIL群體為研究對(duì)象，研究結(jié)果也不盡相同。

作物主基因+多基因遺傳模型分析中不同分離世代鑒定主基因的效率存在差異，利用個(gè)別分離世代的遺傳信息鑒定主基因和多基因存在一定的局限性，而多世代聯(lián)合分析方法可以克服個(gè)別分離世代的不足，從而更全面地鑒定其遺傳效應(yīng)[12]。因此，本試驗(yàn)從構(gòu)建6個(gè)世代遺傳群體材料入手，旨在通過(guò)多世代的聯(lián)合分析方法深入解析胡麻亞麻酸含量的遺傳規(guī)律，為亞麻酸含量的遺傳改良提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

以“低亞麻酸×張亞2號(hào)”為雜交親本，分別由內(nèi)蒙古農(nóng)牧業(yè)科學(xué)院和張掖市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院提供。2016年夏季在甘肅蘭州人工配置雜交組合，收獲F1種子；同年冬季在云南元謀種植F1及親本材料，通過(guò)雜交、自交和回交獲得F1、F2、B1:1和B2:1世代種子；2017年夏季在蘭州種植P1、P2、F1、F2、B1:1、B2:1群體材料，通過(guò)雜交、自交獲得F1、F2:3、B1:2、B2:2世代種子，從而構(gòu)建了P1、F1、P2、B1:2、B2:2、F2:36個(gè)世代群體材料用于模型分析。

1.2 方 法

田間試驗(yàn)設(shè)在云南省元謀縣南繁村。2017年冬季同期種植P1、F1、P2、B1:2、B2:2和F2:36個(gè)世代群體材料。其中，P1、F1、P2各種植30行，B1:2、B2:2和F2:3各種植300行。每行播種100粒，行長(zhǎng)1 m，行距20 cm，四周設(shè)保護(hù)行，栽培管理與當(dāng)?shù)厣a(chǎn)一致。成熟后，P1、F1、P2世代按單株收獲和脫粒，B1:2、B2:2和F2:3世代按株行收獲、單行脫粒，種子精選去雜，采用近紅外分析法測(cè)定亞麻酸含量。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同世代亞麻酸含量的表型分布

不同世代亞麻酸含量的統(tǒng)計(jì)值見(jiàn)表1。可以看出，P1和P2亞麻酸含量均值分別為59.80%和42.19%，雙親之間亞麻酸含量存在顯著差異。F1亞麻酸含量均值為46.28%，介于雙親之間。B1:2和B2:2世代亞麻酸含量均值分別為55.60%和43.60%，B1:2世代亞麻酸含量顯著高于B2:2世代。F2:3世代亞麻酸含量均值為46.29%，與F1代基本相同。從變異系數(shù)看，P1、P2、F1、B1:2世代亞麻酸含量的變異度較小，變異系數(shù)為 1.94%～6.99%；B2:2和F2:3世代亞麻酸含量的變異度較大，變異系數(shù)分別為9.81%和9.53%。此外，從亞麻酸含量的極值看，B1:2世代亞麻酸含量最大值達(dá)64.27%，具有超高親優(yōu)勢(shì)；B2:2和F2:3世代亞麻酸含量的最小值分別為34.13%和 36.18%，具有超低親優(yōu)勢(shì)。從B1:2、B2:2和F2:3世代亞麻酸含量的次數(shù)分布看(圖1～3)，3個(gè)世代亞麻酸含量的頻率分布均符合數(shù)量性狀的分布特征，表現(xiàn)為多峰或偏態(tài)分布，亞麻酸含量的遺傳可能存在主基因遺傳效應(yīng)。

2.2 最優(yōu)遺傳模型選擇

通過(guò)R軟件包SEA遺傳模型分析，從而獲得24種遺傳模型的極大似然函數(shù)值(MLV)和AIC 值(表2)。不同模型MLV值為 -2 079.83～-1 872.09，AIC值為3 768.18～4 165.66。AIC值最小的模型為D-0(MX1-AD-ADI)，同時(shí)C-0(PG-ADI)和E-0(MX2-ADI-ADI)這2個(gè)模型的AIC值也較小，根據(jù)AIC 值較小的原則，初步選擇這3個(gè)模型作為備選模型。適合性檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。可以看出，D-0(MX1-AD-ADI)模型30個(gè)統(tǒng)計(jì)量中有2個(gè)達(dá)到顯著水平；C-0(PG-ADI)和E-0(MX2-ADI-ADI)模型也分別有2個(gè)統(tǒng)計(jì)量達(dá)到顯著水平。3個(gè)模型統(tǒng)計(jì)量顯著水平數(shù)量相同的情況下，優(yōu)先選擇AIC 值較小的D-0(MX1-AD-ADI)模型作為本試驗(yàn)的最佳遺傳模型，即胡麻亞麻酸含量的遺傳符合1對(duì)加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因混合遺傳模型。

表1 不同世代亞麻酸含量的統(tǒng)計(jì)值Table 1 Statistical value of linolenic acid content in six generations

圖1 B1:2世代亞麻酸含量的次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of linolenic acid content in B1:2 generation

圖2 B2:2世代亞麻酸含量的次數(shù)分布Fig.2 Frequency distribution of linolenic acid content in B2:2 generation

圖3 F2:3世代亞麻酸含量的次數(shù)分布Fig.3 Frequency distribution of linolenic acid content in F2:3 generation

2.3 遺傳參數(shù)估算

表2 不同遺傳模型的極大似然函數(shù)值(MLV)和AIC 值Table 2 Max-likelihood-values and AIC values of twenty-four genetic models

表3 備選模型的適合性檢驗(yàn)Table 3 Test for goodness-of-fit of selected genetic models

表4 遺傳參數(shù)估計(jì)值Table 4 Estimates of genetic parameters for linolenic acid content

2.4 優(yōu)質(zhì)株系篩選

通過(guò)對(duì)B1:2、B2:2和F2:3世代群體材料亞麻酸及粗脂肪含量的測(cè)定分析，從中篩選出亞麻酸含量大于60%的株系材料15份，最高含量 (64.27%)相比國(guó)內(nèi)大面積推廣種植的高亞麻酸品種‘張亞2號(hào)’高出2.01個(gè)百分點(diǎn)。同時(shí)，還篩選出粗脂肪含量大于43%的株系材料7份，其中1份材料(B2:2-138)粗脂肪含量高達(dá)48.18%，顯著高于現(xiàn)有的胡麻品種資源及育種材料。這些優(yōu)質(zhì)株系材料的發(fā)現(xiàn)，為后續(xù)胡麻品質(zhì)育種奠定了良好的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與討論

а-亞麻酸(ALA)是胡麻脂肪酸組成的主要成分。王利民等[13]通過(guò)256份國(guó)內(nèi)外胡麻品種資源的品質(zhì)分析結(jié)果表明，胡麻亞麻酸含量為 34.6%～61.2%，其他主要油料作物，如大豆油亞麻酸含量為2.75%～5.94%[14]，菜籽油亞麻酸含量為4.41%～12.75%[15]，花生油亞麻酸含量≤0.1%[16]?？梢?jiàn)，胡麻亞麻酸含量顯著高于其他主要油料作物。提高亞麻酸含量是胡麻育種的主攻方向之一，但目前國(guó)內(nèi)品質(zhì)育種水平與加拿大等國(guó)還有一定差距，育成品種的亞麻酸含量還沒(méi)有重大的突破。由于亞麻酸含量的遺傳機(jī)制較為復(fù)雜，這使得亞麻酸的遺傳改良相對(duì)困難。

油料作物脂肪酸的遺傳調(diào)控國(guó)內(nèi)外研究較為深入，應(yīng)用數(shù)量性狀主基因+多基因遺傳模型的研究相對(duì)較少。鄭永戰(zhàn)等[17]利用4個(gè)世代群體材料研究結(jié)果表明，大豆亞麻酸含量受2對(duì)等加性主基因+多基因遺傳控制，主基因和多基因遺傳率分別為41.98%和24.17%，2對(duì)主基因具有較大的遺傳貢獻(xiàn)。張潔夫等[18]通過(guò)6個(gè)世代群體材料研究表明，油菜亞麻酸含量由2對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因所遺傳控制，但主基因遺傳率并不高(≤5%)，多基因具有相對(duì)較大的遺傳貢獻(xiàn)率(34.2%～ 75.7%)。本試驗(yàn)通過(guò)6個(gè)世代群體聯(lián)合分析結(jié)果表明，胡麻亞麻酸含量的遺傳受1對(duì)加性-顯性主基因+加性-顯性-上位性多基因控制，分離世代的主基因加性效應(yīng)要大于其顯性效應(yīng)。B1:2、B2:2和F2:3世代主基因遺傳率分別為 33.59%、46.95%和 53.92%，多基因遺傳率分別為25.60%、19.35%和14.43%，主基因具有較大的遺傳貢獻(xiàn)率。相比大豆和油菜的研究結(jié)果，本試驗(yàn)僅鑒定出1對(duì)加性-顯性-上位性主基因，主基因的遺傳率相對(duì)較高。此前，張瓊等[10]研究表明胡麻亞麻酸含量為2對(duì)重疊作用主基因遺傳，趙利等[11]研究表明不同生態(tài)環(huán)境下胡麻亞麻酸含量分別符合1對(duì)主基因+多基因遺傳模型、4對(duì)主基因遺傳模型和無(wú)主基因遺傳模型。這與本試驗(yàn)的結(jié)果也存在差異?？梢?jiàn)，亞麻酸含量的遺傳受不同作物、不同群體和不同環(huán)境的影響，其分析結(jié)果也有所不同。

通過(guò)本試驗(yàn)篩選出高亞麻酸材料15份，高含油材料7份。值得注意的是，其中亞麻酸最高含量達(dá)64.27%，粗脂肪含量最高達(dá)48.18%。這些優(yōu)異材料的發(fā)現(xiàn)，為胡麻品質(zhì)改良提供了重要的基礎(chǔ)材料。由于亞麻酸和粗脂肪等品質(zhì)性狀易受環(huán)境的影響，這些材料的應(yīng)用價(jià)值還有待于進(jìn)一步鑒定和評(píng)價(jià)。