陳中釤，許端祥，杜文麗，徐同偉，林碧英，高 山

（1.福建農林大學園藝學院，福建 福州 350002；2.福州市蔬菜科學研究所，福建 福州 350111）

0 引言

【研究意義】苦瓜（Momordica charantia L.）起源于東南亞熱帶地區(qū)，廣泛分布于熱帶、亞熱帶及溫帶地區(qū)，苦瓜性喜溫暖，較耐熱不耐寒，植株在24～27 ℃內生長迅速，在28～35 ℃內容易獲得高產[1]。然而在苦瓜生長的夏秋時節(jié)，正午前后氣溫通常高于30 ℃，有時甚至達到38～40 ℃，持續(xù)高溫天氣伴隨極端氣候的頻發(fā)，造成苦瓜抗性減弱、生長受阻、商品率降低，嚴重制約苦瓜增產、農民增收。因此，探討苦瓜耐熱性遺傳規(guī)律，對提高育種效率，培育耐熱苦瓜新品種，以及進一步開展相關分子生物學研究都具有十分重要的意義?！厩叭搜芯窟M展】目前，耐熱性遺傳分析在小麥[2]、菜豆[3]、黃瓜[4]、甘藍[5]、大白菜[6]等作物中已有相關報道，于栓倉等[4]研究發(fā)現(xiàn)，黃瓜耐熱性遺傳符合加性-顯性模型，以加性效應為主，顯性效應不顯著，廣義遺傳力和狹義遺傳力均較高?？悼「萚5]研究認為甘藍耐熱性遺傳符合加性-顯性-上位性遺傳模型，以加性效應為主，兼有上位性效應，顯性效應不顯著。大白菜耐熱性遺傳符合加性-顯性-上位性模型，其中加性效應占主導地位，上位性效應次之，顯性效應不明顯[6]?！颈狙芯壳腥朦c】近年來，針對苦瓜重要性狀遺傳規(guī)律的研究主要涉及第一雌花節(jié)位[7]、強雌性[8-9]、瓜瘤形狀[10]、種子顏色[11]、果色[12]、白粉病[13]、枯萎病[14]等方面，已先后育成多個耐熱苦瓜新品種[15-18]，但目前針對苦瓜耐熱性方面的研究僅涉及高溫生理[19]、耐熱性評價[20-21]等方面，苦瓜耐熱性遺傳規(guī)律的研究尚未見報道。【擬解決的關鍵問題】本研究以耐熱苦瓜自交系‘0974’為母本，不耐熱苦瓜自交系‘1590’為父本，構建P1、P2、F1、F2、B1、B2共6 個世代遺傳群體，運用植物數(shù)量性狀分離分析軟件研究苦瓜苗期耐熱性遺傳規(guī)律，以期為苦瓜耐熱種質資源的創(chuàng)新及育成耐熱苦瓜新品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為經多年田間鑒定，耐熱性差異顯著的苦瓜穩(wěn)定自交系20 份，均由福州市蔬菜科學研究所苦瓜課題組提供，20 份苦瓜自交系來源和主要特征特性見表1。

1.2 試驗方法

1.2.1 群體構建 6 個世代遺傳群體構建均在福州市蔬菜科學研究所試驗地進行。2018 年春，對20 份苦瓜自交系進行苗期耐熱性鑒定，選出熱害指數(shù)最高和最低的材料作為構建6 個世代遺傳群體的親本材料，2018 年秋，以熱害指數(shù)最低的材料（P1）為母本，熱害指數(shù)最高的材料（P2）為父本雜交獲得F1（P1×P2），2019 年春季將F1自交獲得F2，同時以F1為母本回交雙親獲得B1（F1×P1）和B2（F1×P2）。

表1 20 份苦瓜自交系來源及主要特征特性Table 1 Sources and main characteristics of 20 inbred bitter gourd lines

1.2.2 試驗處理 2018 年4 月，將20 份苦瓜自交系播種于直徑8 cm 的營養(yǎng)缽內，每個營養(yǎng)缽點播1 粒種子，基質土按草炭∶蛭石∶珍珠巖=7∶2∶1 進行配比，置于人工氣候室育苗，設置晝夜溫度28℃/18℃，光照強度5 000 lx，光周期12 h，相對濕度70%，待苗長至3 葉1 心時，每份材料選取30 株，參照《苦瓜種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[22]中苦瓜苗期耐熱性鑒定設置的脅迫溫度（脅迫時間略有調整），置于人工氣候室38℃恒溫脅迫，設置光照強度5 000 lx，光周期12 h，相對濕度70%，于每天上午澆1 次清水，每次每株澆水80 mL，脅迫5 d 后計算熱害指數(shù)。

2019 年6 月，將獲得的6 個世代苦瓜材料進行苗期耐熱性鑒定，苦瓜育苗及高溫脅迫方法同上，調查每株苦瓜幼苗熱害等級，計算各個世代苗期熱害指數(shù)，其中P1、P2、F1各30 株，F(xiàn)2123 株，B165株，B265 株。

1.2.3 性狀調查 參照《苦瓜種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[22]中熱害等級分級標準和耐熱性等級分級標準進行分級，并稍加改進，其中，熱害等級根據(jù)苦瓜幼苗的熱害癥狀分為5 級，分級標準為：無熱害癥狀為0 級；1 片葉片出現(xiàn)1/3 以上面積變黃或萎蔫為1 級；2 片葉片出現(xiàn)1/3 以上面積變黃或萎蔫為2 級；3 片葉片出現(xiàn)1/3 以上面積變黃或萎蔫為3 級；整株枯死為4 級。

根據(jù)調查結果計算苦瓜各個世代苗期熱害指數(shù)[22]：

熱害指數(shù)=∑［（各熱害級值×各級對應熱害株數(shù)）/（最高熱害級數(shù)×調查總株數(shù)）］×100%

苦瓜苗期耐熱性等級根據(jù)熱害指數(shù)分為3 級，分級標準為：強（熱害指數(shù)＜35%），中（35%≤熱害指數(shù)＜65%），弱（熱害指數(shù)≥65%）。

1.3 統(tǒng)計分析

采用Microsoft Office Excel 2010 進行數(shù)據(jù)整理與繪圖，應用曹錫文等[23]研制的植物數(shù)量性狀分離分析軟件（Windows SEA-G6），對苦瓜苗期耐熱性進行遺傳分析，計算A-1 至A-4、B-1 至B-6、C-0 和C-1、D-0 至D-4、E-0 至E-6 共5 類24 種遺傳模型的極大似然函數(shù)值和Akaike 信息準則值（AIC），根據(jù)遺傳模型選取原則，選擇AIC 值最小及與其最接近的1 個或多個模型作為備選模型，通過適合性測驗篩選得到最適遺傳模型，運用最小二乘法估計最適模型的一階和二階遺傳參數(shù)，同時估計各基因效應值和遺傳率。

2 結果與分析

2.1 苦瓜自交系耐熱性鑒定

從表2 可以看出，20 份苦瓜自交系熱害指數(shù)在8.45～72.74，其中8 份自交系耐熱性評價為強，8 份自交系耐熱性評價為中，4 份自交系耐熱性評價為弱，其中，0974 熱害指數(shù)最低（8.45），耐熱性最強，1590 熱害指數(shù)最高（72.74），耐熱性最弱，因此將這2 份材料作為本試驗遺傳群體構建的親本材料。

表2 20 份苦瓜自交系耐熱性評價Table 2 Heat tolerance of 20 inbred bitter gourd lines

2.2 各世代熱害等級次數(shù)分布

以0974 為母本，1590 為父本構建苦瓜耐熱性6 個世代遺傳群體并進行苗期耐熱性鑒定。由表3 可知，6 個世代群體在高溫脅迫下的熱害指數(shù)由高到低排序分別為P2＞B2＞F2＞F1＞B1＞P1，其中P2熱害指數(shù)為74.17，表現(xiàn)為耐熱性弱，B2、F2熱害指數(shù)分別為62.31、54.07，均表現(xiàn)為耐熱性中；F1、B1、P1熱害指數(shù)分別16.67、12.31 和7.50，均表現(xiàn)為耐熱性強，F(xiàn)1熱害指數(shù)介于兩親本之間，更偏向于耐熱性強的親本P1。熱害指數(shù)在3 個分離世代（B1、B2、F2）中表現(xiàn)為單峰偏態(tài)且連續(xù)性分布（圖1），表現(xiàn)出數(shù)量性狀遺傳的特征。

表3 6 個世代群體熱害等級的次數(shù)分布Table 3 Frequency distribution of heat injury levels on 6 generations of plants

圖1 B1、B2、F2 群體熱害等級次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of heat injury levels in B1, B2 and F2 populations

2.3 遺傳模型的選擇與適合性檢測

運用植物數(shù)量性狀分離分析軟件（Windows SEA-G6），分別計算5 類24 種遺傳模型的極大對數(shù)似然函數(shù)值（MLV）和AIC 值（表4）。根據(jù)遺傳模型選取原則，選擇AIC 值最小及與其最接近的遺傳模型列入備選模型。結果表明，E-1 的AIC 值最?。?13.794 7），B-1（860.1）和E-0（867.603 6）次之，3 者均列入備選模型。

對列入備選的B-1、E-0、E-1 模型進行適合性檢驗，選擇檢驗統(tǒng)計量達到顯著或極顯著水平個數(shù)最少的模型作為苦瓜苗期耐熱性最適遺傳模型，結果表明，B-1、E-0 和E-1 模型檢驗統(tǒng)計量達到顯著或極顯著水平的數(shù)量分別為12、12、13 個（表5），在統(tǒng)計量達到顯著或極顯著水平數(shù)量相同的情況下，因為B-1 模型的AIC 值較E-0 模型小，所以選擇B-1 模型作為最適遺傳模型，表明苦瓜苗期耐熱性的遺傳是受2 對主基因控制，表現(xiàn)為主基因加性-顯性-上位性效應。

2.4 遺傳參數(shù)的估計

根據(jù)苦瓜苗期耐熱性遺傳模型參數(shù)獲得的極大似然估計值，估計B-1 模型一階、二階遺傳參數(shù)。由表6 可知，控制苦瓜苗期耐熱性的2 對主基因加性效應da和db分別為-0.846 8、-0.503 3，表現(xiàn)為負向減效，表明2 對主基因的加性效應能降低熱害指數(shù)，提高苦瓜耐熱性；2 對主基因顯性效應ha和hb分別為0.099 2、-0.451 7，2 對主基因加性效應的絕對值均高于顯性效應絕對值，表明苦瓜耐熱性遺傳主要受2 對主基因加性效應控制；2 對主基因的上位性效應估計結果表明，加性×加性、顯性×顯性、加性×顯性互作效應分別為-0.522 9、-1.089 8、-0.616 1，均表現(xiàn)為負向減效，有利于苦瓜耐熱性的提高，顯性×加性互作效應為0.550 4，表現(xiàn)為正向加效。由二階參數(shù)可知，B1、B2、F2世代中主基因遺傳率分別為65.71%、61.20%、71.58%，主基因遺傳率較高，表明苦瓜苗期耐熱性遺傳主要受主基因控制，但同時在一定程度上還受到環(huán)境因素的影響。

表4 各遺傳模型的極大對數(shù)似然值和AIC 值Table 4 Maximum logarithm likelihood values and AICs for each genetic model

表5 B-1、E-0 和E-1 模型的適合性檢驗Table 5 Fitting B-1, E-0.and E-1 models

表6 B-1 模型一階和二階遺傳參數(shù)估計Table 6 Estimated 1st and 2nd genetic parameters by B-1 model

3 討論與結論

作物耐熱性相關領域的研究中，耐熱性遺傳規(guī)律的研究較為滯后，傳統(tǒng)育種仍然是當前改良作物耐熱性的主要手段[24]。大多數(shù)學者認為，耐熱性遺傳受多對基因控制且表現(xiàn)出數(shù)量遺傳特點，具有較高的遺傳力，以加性效應為主。易金鑫等[25]研究表明，茄子耐熱性遺傳由2 對以上基因控制，加性效應大于顯性效應。徐強等[26]研究認為，黃瓜耐熱性遺傳是受2 對加性-顯性-上位性主基因與加性-顯性多基因控制，2 對主基因及多基因的加性效應均高于顯性效應。而辣椒耐熱性是多基因控制的數(shù)量遺傳，以加性效應為主[27]。本研究結果表明苦瓜苗期耐熱性的遺傳是受2 對加性-顯性-上位性主基因控制，控制苦瓜苗期耐熱性的2 對主基因以加性遺傳效應為主，加性效應分別為-0.846 8、-0.503 3，2 對主基因的顯性效應分別為0.099 2 和-0.451 7，上位性效應中以顯性×顯性互作效應為主，這與前人研究得出的耐熱性遺傳由多對基因控制，且以加性遺傳效應為主的結果基本一致。

遺傳率的高低決定選擇世代的早晚[28]。本研究結果表明，苦瓜苗期耐熱性主基因遺傳率在B1、B2、F2世代中分別為65.71%、61.20%、71.58%，主基因遺傳率較高，但仍在一定程度上受環(huán)境因素影響，因此，為避免主基因過早丟失，分離材料應在早期世代進行人工定向選擇，選擇過程中要嚴格控制小區(qū)環(huán)境的一致性，降低環(huán)境影響。開展組合評比，應盡可能模擬目標地區(qū)特定的氣候環(huán)境，以明確品種適應性，減少育種盲目性。

本研究以苦瓜苗期熱害指數(shù)作為評價苦瓜苗期耐熱性的指標，相關研究認為，雖然植株耐熱性與苗期熱害指數(shù)顯著相關，但成株結果后與耐熱性相關的農藝性狀表現(xiàn)更能反映植株的耐熱性[16]，本研究中2 個親本材料（0974、1590）的2 次熱害指數(shù)調查結果前后數(shù)據(jù)略有不同，可能是在調查苦瓜幼苗熱害等級過程中存在觀察誤差，因此，為提高遺傳分析結果的準確度和可靠性，進一步發(fā)掘與主基因效應緊密連鎖的分子標記，今后還需運用分子標記方法對苦瓜耐熱性狀進行QTL 定位，將獲得的QTL 定位結果與遺傳分析結果相比較，以驗證主基因+多基因遺傳分析結果的準確性[29]，從分子水平上進一步闡明其遺傳效應，實現(xiàn)苦瓜耐熱性狀的分子標記輔助育種。