張玲玲，李森，劉娟，公菲菲，高陽(yáng)，侯非凡，亢秀萍，王艷芳，邢國(guó)明*

（1.山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，山西 太谷 030801；2.山西省設(shè)施蔬菜提質(zhì)增效協(xié)同創(chuàng)新中心，山西 太谷 030801；3.大同黃花產(chǎn)業(yè)發(fā)展研究院，山西 大同 037004）

萱草屬植物種質(zhì)資源豐富，在我國(guó)有著2000多年的栽培歷史，是國(guó)際公認(rèn)的三大宿根花卉之一。APG IV 分類系統(tǒng)將其劃分為單子葉植物綱（Monocotyledoneae）阿福花科（Asphodelaceae）萱草亞科（Hemerocallidoideae）［1］。因其花型花色豐富多彩，花期綠期長(zhǎng)，已成為重要的園林綠化材料［2］。萱草屬植物包括夜間開(kāi)放的黃花菜類群和白天開(kāi)放的萱草類群［3］，在長(zhǎng)期栽培過(guò)程中，自然雜交和人工雜交普遍存在，經(jīng)過(guò)100 多年的育種研究，品種已達(dá)8 萬(wàn)以上［4］。不同品種在花被片長(zhǎng)寬、花朵開(kāi)放和閉合時(shí)間、花色和花型等表型性狀方面存在著極大的差異［5］。目前雜交育種是萱草的主要育種方式之一［6］，種間雜交是創(chuàng)造新種質(zhì)和選育新品種的重要育種技術(shù)和方法，可創(chuàng)造豐富的種質(zhì)資源，雜交后代的雜種優(yōu)勢(shì)一般比較強(qiáng)［7］。

當(dāng)今，隨著測(cè)序技術(shù)的發(fā)展和新型標(biāo)記的開(kāi)發(fā)，國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者已在菊花［8-9］、百合［10］、月季［11］、康乃馨［12］等多種觀賞植物中陸續(xù)展開(kāi)數(shù)量性狀基因定位研究。花器官是萱草屬植物觀賞性狀中最直觀的外在表現(xiàn)，也是其育種的主要目標(biāo)之一?；ǘ渲睆?、內(nèi)外花瓣長(zhǎng)度和寬度是萱草屬植物的主要觀賞性狀。

本研究以黃花菜地方品種‘大同黃花’為母本（P1），萱草品種‘搖籃曲’為父本（P2）構(gòu)建雜交F1群體（71 株）為材料，對(duì)其5 個(gè)花部性狀：花朵直徑、外瓣長(zhǎng)度、外瓣寬度、內(nèi)瓣長(zhǎng)度和內(nèi)瓣寬度進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，探討表型性狀遺傳規(guī)律及變異特點(diǎn)，并利用SNP 標(biāo)記對(duì)5 個(gè)花部性狀進(jìn)行QTL 定位研究，旨在為萱草屬植物花部性狀的分子標(biāo)記輔助育種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以黃花菜地方品種‘大同黃花’為母本（P1），萱草品種‘搖籃曲’為父本（P2）構(gòu)建雜交后代，采用常規(guī)田間管理。試驗(yàn)材料種植、雜交、取樣均在萱草屬植物種質(zhì)資源圃（山西農(nóng)業(yè)大學(xué)）中進(jìn)行。

圖1 雜交親本（A）和雜交F1 代花器官（B）Fig.1 Floral organs of Hybrid parents（A）and hybrid F1 generation（B）

1.2 性狀測(cè)定方法

于2019 年7-8 月觀測(cè)親本與雜交F1 群體的花朵直徑（Flower diameter，F(xiàn)D）、外瓣長(zhǎng)度（Sepal length，SL）、外瓣寬度（Sepal width，SW）、內(nèi)瓣長(zhǎng)度（Petal length，PL）和內(nèi)瓣寬度（Petal width，PW）5 個(gè)花部性狀，每個(gè)性狀重復(fù)觀測(cè)3 次，統(tǒng)計(jì)3 次重復(fù)的平均值。各性狀測(cè)量標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 雜交F1 花部性狀測(cè)定標(biāo)準(zhǔn)Table1 Determination standard of flower characters of Hy?brid F1

1.3 主要花部性狀雜種優(yōu)勢(shì)分析

‘大同黃花’和‘搖籃曲’雜交構(gòu)建的F1 代雜種優(yōu)勢(shì)通過(guò)中親優(yōu)勢(shì)和中親優(yōu)勢(shì)率、超親優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì)率的大小來(lái)表示。

雜交后代各性狀的中親優(yōu)勢(shì)（Hm）以雜交后代5 個(gè)花部性狀各自的平均值（Fm）與中親值（MPV）之差來(lái)表示。中親優(yōu)勢(shì)率通過(guò)公式RHm（%）=［Hm/MPV］×100 計(jì)算。超親優(yōu)勢(shì)（H）則通過(guò)雜交后代各性狀的平均值（Fm）與高親值（HP）之差表示。超親優(yōu)勢(shì)率RH（%）=［H/HP］×100［13］。

使用Excel 2010 對(duì)5 個(gè)花部性狀表型數(shù)據(jù)進(jìn)行初步統(tǒng)計(jì)分析，用IBMSPSS Statistics 23 統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行Pearson 相關(guān)分析。

1.4 QTL 作圖

基于課題組前期構(gòu)建的種間高密度遺傳圖譜［14-15］，運(yùn)用Map QTL 6.0 軟件對(duì)雜交F1 代的主要花部性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL 定位分析。首先利用置換檢驗(yàn)做1000 次重復(fù)，估算F1 群體中LOD 閾值大小。然后利用區(qū)間作圖法（Interval Maping）對(duì)5 個(gè)花部性狀進(jìn)行QTL 分析，掃描步長(zhǎng)為1 cM。區(qū)間作圖法分析檢測(cè)得到5 個(gè)花部性狀相關(guān)QTL位點(diǎn)后，將這些位點(diǎn)中最高LOD 值所在位置的標(biāo)記或與其緊密連鎖的標(biāo)記作為協(xié)同因子，再對(duì)檢測(cè)到的QTL 進(jìn)行MQM（多座位QTL 模型）檢測(cè)，以LOD 值最高的位點(diǎn)作為QTL 所在的位置。

各性狀QTL 命名的方式是：q，性狀英文縮寫(xiě)名稱（首字母大寫(xiě)），所在連鎖群，QTL 在該連鎖群上的順序。例如qSL1.1 是指第1 連鎖群上外瓣長(zhǎng)度的第1 個(gè)QTL［16］。

2 結(jié)果與分析

2.1 萱草屬植物雜交F1 群體主要花部性狀遺傳變異分析

2.1.1 雜交雙親及其雜交后代群體主要花部性狀表型分析

本試驗(yàn)中父母本5 個(gè)花部性狀的描述性數(shù)據(jù)如表2 所示。其中，母本‘大同黃花’花朵直徑達(dá)11.50 cm，外瓣長(zhǎng)寬分別為9.65 cm，1.25 cm，內(nèi)瓣長(zhǎng)寬為9.63 cm，1.93 cm；父本‘搖籃曲’花朵直徑為10.17 cm，外瓣長(zhǎng)寬和內(nèi)瓣長(zhǎng)寬為：8.20 cm，3.74 cm，7.12 cm 和4.87 cm。

表2 雜交雙親主要花部性狀統(tǒng)計(jì)Table2 Statistics of main flower traits of the parents cm

對(duì)雜交F1 代花朵直徑、外瓣長(zhǎng)度、外瓣寬度、內(nèi)瓣長(zhǎng)度和內(nèi)瓣寬度進(jìn)行描述性統(tǒng)計(jì)分析，結(jié)果見(jiàn)表3。雜交F1 群體中5 個(gè)花部性狀的變異系數(shù)為7.01%～12.50%，其中外瓣長(zhǎng)度的變異系數(shù)最小，分離不明顯。外瓣寬度和內(nèi)瓣寬度的變異系數(shù)為12.39%和12.50%，表明這2 個(gè)性狀在F1 個(gè)體間的變異較大。供試的71 份材料花朵直徑最大值為11.46 cm，最小值為8.31 cm，外瓣長(zhǎng)寬變異范圍為6.90～9.63 cm，1.50～2.76 cm，內(nèi)瓣長(zhǎng)寬變異范圍為6.85～9.84 cm，2.08～3.96 cm。

從表3 列出的偏度和峰度及雜交F1 群體各花部性狀的頻率分布圖表明（圖2），花部性狀大部分都介于父母本之間，均表現(xiàn)出較好的連續(xù)性正態(tài)分布趨勢(shì)，由此推測(cè)5 個(gè)花部性狀均屬于多基因控制的數(shù)量性狀。

圖2 雜交F1 代主要花部性狀的頻率分布Fig.2 Frequency distribution of main flower traits in Hybrid F1

表3 ‘大同黃花’與‘搖籃曲’雜交F1 群體主要花部性狀特征值Table3 Main flower traits values in the Hybrid F1 of′Datong Huanghua′and ′Yaolanqu′

2.1.2 雜交F1 群體表型性狀的遺傳變異分析

對(duì)雜交F1 群體的5 個(gè)花部性狀進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果如表4 所示，F(xiàn)1 中花朵直徑的平均值相當(dāng)于中親值的89.67%，絕大多數(shù)F1 代花朵直徑小于雙親中的低親個(gè)體，表明花朵直徑有變小的趨勢(shì)，介于雙親之間的個(gè)體數(shù)占23.94%，沒(méi)有超過(guò)高親的個(gè)體。外瓣長(zhǎng)度的平均值占中親值的91.27%，有53.52% 個(gè)體的外瓣長(zhǎng)度小于低親，46.48%介于雙親之間，沒(méi)有出現(xiàn)高于高親的個(gè)體。表明F1 代的花朵直徑和外瓣長(zhǎng)度有一定的退化趨勢(shì)。外瓣寬度和內(nèi)瓣寬度平均值占中親值的百分比分別為79.20%和85.88%，均沒(méi)有低于低親和高于高親的個(gè)體。5 個(gè)花部性狀中的內(nèi)瓣長(zhǎng)度平均值相當(dāng)于中親值的96.42%，其中雜交F1中有4.23%小于低親個(gè)體，介于雙親之間的個(gè)體占92.96%，在內(nèi)瓣長(zhǎng)度這一性狀中有2.81%的F1 代為超親個(gè)體。

表4 雜交F1 各性狀遺傳變異分析Table4 Genetic variation analysis of traits in Hybrid F1

2.1.3 雜交F1 群體雜種優(yōu)勢(shì)分析

雜交F1 群體中5 個(gè)花部性狀的雜種優(yōu)勢(shì)如表5 所示，均表現(xiàn)為負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)值，中親優(yōu)勢(shì)率為?20.80%~?3.58%，其中以花朵直徑的負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，為?20.80%；以內(nèi)瓣長(zhǎng)度的負(fù)向中親優(yōu)勢(shì)最弱，為?3.58%。說(shuō)明5 個(gè)花部性狀的雜種優(yōu)勢(shì)在F1 代表現(xiàn)為下降趨勢(shì)性。T 檢驗(yàn)表明，F(xiàn)1 群體中5 個(gè)表型性狀中親優(yōu)勢(shì)值均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。其次根據(jù)圖2 和表3 可發(fā)現(xiàn)，雜交F1 群體中除內(nèi)外瓣寬度外，均存在正向或負(fù)向超出父母本的個(gè)體，表明超親分離現(xiàn)象在雜交F1 代中普遍存在。而F1 群體各性狀的平均值均介于父本和母本之間，且通過(guò)計(jì)算其超親優(yōu)勢(shì)均為負(fù)值，說(shuō)明在F1 群體中5 個(gè)花部性狀的超親分離普遍現(xiàn)象未演化成超親優(yōu)勢(shì)。

表5 ‘大同黃花’與‘搖籃曲’雜交F1 群體主要花部性狀的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)Table5 Heterosis of main flower characters in F1 Progeny of′Datong Huanghua′and ′Yaolanqu′

2.1.4 雜交F1 群體主要花部性狀的相關(guān)性分析

對(duì)雜交F1 群體的5 個(gè)花部性狀進(jìn)行皮爾遜相關(guān)分析（表6）后發(fā)現(xiàn)，5 個(gè)表型性狀產(chǎn)生的10 對(duì)相關(guān)性中6 對(duì)相關(guān)性達(dá)到極顯著相關(guān)（P<0.01），且6 對(duì)性狀的相關(guān)性呈現(xiàn)極顯著正相關(guān)。其中，花朵直徑與外瓣長(zhǎng)度、花朵直徑與內(nèi)瓣長(zhǎng)度、外瓣長(zhǎng)度與內(nèi)瓣長(zhǎng)度的相關(guān)系數(shù)均大于0.5，分別為0.623、0.642 和0.936，表明這3 對(duì)性狀間相關(guān)性緊密。而內(nèi)瓣寬度與其他性狀之間不相關(guān)。

表6 雜交F1 群體5 個(gè)花部性狀皮爾遜相關(guān)性分析Table6 Pearson correlation of 5 flower traits in F1 progeny

2.2 雜交F1 群體主要花部性狀QTL 定位

基于萱草屬種間雜交高密度遺傳圖譜對(duì)F1 群體5 個(gè)花部性狀進(jìn)行QTL 定位分析，估計(jì)每個(gè)QTL 對(duì)表型的貢獻(xiàn)率（表7）。結(jié)果表明，共檢測(cè)到16 個(gè)控制5 個(gè)花部性狀的QTLs，分布在第2、3、4、5、8、9、10、11 號(hào) 連 鎖 群 上，LOD 的 峰 值 介 于2.06～4.17 之間，單個(gè)QTL 的貢獻(xiàn)率為12.5%～23.7%?？刂苹ǘ渲睆降腝TL 位點(diǎn)共3 個(gè)，分別位于2、4、5 號(hào)連鎖群上，貢獻(xiàn)率分別為14.0%、16.2% 和13.6%。 其 中 位 于4 號(hào) 連 鎖 群 上15 955 563～18 093 408 間的qFD4.1 貢獻(xiàn)率最高，區(qū)間長(zhǎng)度為1.613 cM。與外瓣長(zhǎng)度相關(guān)的QTL位點(diǎn)共3 個(gè)，分別位于4、8、11 號(hào)連鎖群上，貢獻(xiàn)率分別為19.3%、12.9%和23.7%。其中位于11 號(hào)連鎖群上59 674 131～60 681 150 間的qSL11.1 貢獻(xiàn)率最高，區(qū)間長(zhǎng)度為1.290 cM。在2、5、9 號(hào)連鎖群上分布有3 個(gè)與外瓣寬度相關(guān)的QTL 位點(diǎn)，貢獻(xiàn)率分別為17.3%、13.8%和16.1%。其中位于2 號(hào) 連 鎖 群 上291 392 439～292 229 183 間 的qSW2.1 貢獻(xiàn)率最高，區(qū)間長(zhǎng)度為0.645 cM。我們檢測(cè)到3 個(gè)與內(nèi)瓣長(zhǎng)度相關(guān)的QTL 位點(diǎn)，分別位于8、10、11 號(hào)連鎖群上，貢獻(xiàn)率分別為17.1%、23.3% 和21.1%。 其中位于10 號(hào)連鎖群上46 864 791～47 992 915 間 的qPL10.1 貢 獻(xiàn) 率 最高，區(qū)間長(zhǎng)度為0.967 cM。與內(nèi)瓣寬度相關(guān)的QTL 位點(diǎn)共3 個(gè)，分別位于3、4、10 號(hào)連鎖群上，貢獻(xiàn)率分別為12.9%、14.3%和12.5%。其中位于4 號(hào) 連 鎖 群 上283 686 883～285 329 645 間 的qPW4.1 貢獻(xiàn)率最高，區(qū)間長(zhǎng)度為2.581 cM。

表7 雜交后代群體5 個(gè)花部性狀QTL 分析Table7 QTL mapping of 5 flower traits in F1 progeny

3 討論

雜交是將優(yōu)良性狀或基因轉(zhuǎn)移到后代的重要技術(shù)手段，是選育有價(jià)值的新品種的有效方法之一［17］。雜交后代的遺傳與變異規(guī)律可通過(guò)遺傳標(biāo)記來(lái)進(jìn)一步明確?；ú啃誀钭鳛橹饕^賞性狀是對(duì)觀賞植物品質(zhì)進(jìn)行選擇的重要參考依據(jù)。高超利等［18］將萱草品種‘金娃娃’與‘紅寶’雜交發(fā)現(xiàn)，雜交后代變異系數(shù)最小的是單株花葶數(shù)，最大的是花序著花數(shù)，而花期變異不大。趙珺等［6］將野生萱草品種‘北黃花菜’與大花萱草品種‘回復(fù)’和‘玫瑰回旋’進(jìn)行雜交，雜交后代中20%花直徑顯著高于高親，花被管長(zhǎng)的超低親現(xiàn)象達(dá)到了95%，而花序高的超低親現(xiàn)象達(dá)到87.5%，大花萱草品種‘回復(fù)’和野生萱草品種‘北黃花菜’雜交后代的花梗長(zhǎng)變異系數(shù)最大，變異系數(shù)最小的是‘北黃花菜’ב回復(fù)’的花被管長(zhǎng)。任毅等［19］構(gòu)建的43 個(gè)雜交組合中，變異系數(shù)最大的有苞片長(zhǎng)、苞片寬及每葶蕾數(shù)。與花徑呈極顯著相關(guān)的性狀有株高、花被花萼長(zhǎng)、花被寬、苞片長(zhǎng)、花被花萼色及花被管長(zhǎng)，除苞片長(zhǎng)外均為正相關(guān)。本研究采用黃花菜地方品種‘大同黃花’和萱草品種‘搖籃曲’進(jìn)行雜交，結(jié)果表明，外瓣長(zhǎng)度的變異系數(shù)最小，分離現(xiàn)象不明顯，外瓣寬度和內(nèi)瓣寬度的變異系數(shù)分別為12.39%和12.50%，表明這2 個(gè)性狀在雜交F1 個(gè)體間的變異較大。雜交F1 群體花朵直徑最大值為11.46 cm?；ú啃誀畲蟛糠侄冀橛诟改副局g，呈現(xiàn)出較好的連續(xù)性正態(tài)分布趨勢(shì)，推測(cè)5個(gè)花部性狀均屬于多基因控制的數(shù)量性狀。雜交后代5 個(gè)花部性狀的中親優(yōu)勢(shì)值均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）。中親優(yōu)勢(shì)值和中親優(yōu)勢(shì)率均為負(fù)值，表明這5 個(gè)花部性狀存在具有顯性遺傳效應(yīng)的雜種優(yōu)勢(shì)，也表明萱草屬植物具有高度雜合性，這在菊花［20］、柿［21］、蘋(píng)果［22］和朱頂紅［23］等植物中也有發(fā)現(xiàn)。除內(nèi)瓣長(zhǎng)度有2.81%為超親個(gè)體外，其余性狀皆未出現(xiàn)超親個(gè)體，外瓣寬度和內(nèi)瓣寬度均介于雙親之間，而花朵直徑和外瓣長(zhǎng)度相比雜交親本表現(xiàn)出了一定的退化趨勢(shì)。在相關(guān)性分析中，內(nèi)瓣寬度與其余。個(gè)性狀之間不相關(guān)，而花朵直徑與外瓣長(zhǎng)度、花朵直徑與內(nèi)瓣長(zhǎng)度相關(guān)性緊密，說(shuō)明主要是內(nèi)外瓣長(zhǎng)度決定了花朵直徑的大小［24］。雜交后代的雜種優(yōu)勢(shì)源于雜交父母本間基因的異質(zhì)性［23］。本試驗(yàn)中雜交后代群體存在廣泛的分離和雜種優(yōu)勢(shì)衰退的現(xiàn)象，這些現(xiàn)象可能會(huì)導(dǎo)致雜種優(yōu)勢(shì)的利用受到限制［25］，但卻在雜交后代的單株優(yōu)良性狀選擇方面帶來(lái)了更加廣闊的空間。

隨著分子標(biāo)記技術(shù)的發(fā)展，數(shù)量性狀基因定位已經(jīng)成為植物遺傳育種研究中的有力手段，并在 觀 賞 植 物 中 廣 泛 應(yīng) 用［10，11，26］。本 試 驗(yàn) 基 于 課 題組前期構(gòu)建的種間雜交高密度遺傳圖譜，結(jié)合雜交后代5 個(gè)花部性狀在2019 年的表型數(shù)據(jù)進(jìn)行QTL 定位分析，共檢測(cè)到15 個(gè)相關(guān)QTLs，分布在除1、6 和7 號(hào)連鎖群的8 個(gè)連鎖群上。各個(gè)QTL的LOD 值介于2.06～4.17 之間，可解釋12.5%～23.7%的表型變異。將為今后的基因克隆和分子標(biāo)記輔助育種技術(shù)在萱草屬植物中的應(yīng)用奠定重要基礎(chǔ)。

4 結(jié)論

本研究對(duì)‘大同黃花’和‘搖籃曲’為親本的雜交F1 代主要花部性狀的遺傳規(guī)律進(jìn)行了分析。雜交F1 代中，外瓣寬度變異系數(shù)最大。5 個(gè)花部性狀的中親優(yōu)勢(shì)值均達(dá)到極顯著水平（P<0.01）?；ǘ渲睆胶屯獍觊L(zhǎng)度表現(xiàn)出了一定的退化趨勢(shì)。花朵直徑與外瓣長(zhǎng)度、花朵直徑與內(nèi)瓣長(zhǎng)度、外瓣長(zhǎng)度與內(nèi)瓣長(zhǎng)度相關(guān)性緊密，而內(nèi)瓣寬度與其他各項(xiàng)指標(biāo)之間不相關(guān)。本研究共檢測(cè)到與萱草屬植物雜交后代5 個(gè)花部性狀相關(guān)的15 個(gè)QTLs，分布在8 個(gè)連鎖群上。各個(gè)QTL 的LOD 值介于2.06～4.17 之間，可解釋12.5%～23.7%的表型變異。對(duì)萱草屬植物種質(zhì)創(chuàng)新利用與品種改良具有重要意義，為今后萱草屬植物花部性狀相關(guān)基因發(fā)掘及候選基因篩選鑒定奠定了基礎(chǔ)。