蘇百童，閻世江

（1.許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院 河南許昌 461000； 2.山西農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院 太原 030031）

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）起源于美洲，傳入我國(guó)之后，種植面積日益擴(kuò)大，尤其在我國(guó)北方設(shè)施栽培中面積居第一位，但在設(shè)施栽培的過(guò)程中如遇低溫逆境，對(duì)其生長(zhǎng)發(fā)育、品質(zhì)形成有較大的影響[1]。因此，培育耐低溫性較強(qiáng)的番茄專(zhuān)用品種成為學(xué)者的研究熱點(diǎn)。為加快選育過(guò)程，首先應(yīng)明確番茄耐低溫性的遺傳規(guī)律。國(guó)內(nèi)外研究者已有報(bào)道，Vos 等[2-3]研究在低溫下番茄種子的發(fā)芽能力、花粉萌發(fā)能力的遺傳，認(rèn)為環(huán)境影響較大；Scott 等[4]研究在低溫下番茄坐果能力的遺傳規(guī)律；Femandez 等[5]研究在低溫下番茄果實(shí)發(fā)育速度的遺傳規(guī)律，結(jié)果顯示控制坐果能力、果實(shí)發(fā)育速度的性狀屬于數(shù)量性狀，其遺傳規(guī)律符合加性-顯性模型。林多等[6]給予番茄幼苗19 ℃/10 ℃的低溫處理，研究幼苗生長(zhǎng)的遺傳規(guī)律，研究認(rèn)為生長(zhǎng)速度符合加性-顯性模型，該性狀的遺傳屬于不完全顯性，加性效應(yīng)較強(qiáng)，狹義遺傳力達(dá)93.98%。上述學(xué)者在研究時(shí)采用的均是經(jīng)典的Hayman 方法，可以從總體上估算加性效應(yīng)、顯性效應(yīng)，無(wú)法估算單一基因的遺傳，有一定的局限性。近年來(lái)，蓋鈞鎰等[7]經(jīng)過(guò)深入的研究總結(jié)出一套全新的數(shù)量性狀遺傳分析方法，即主基因+多基因聯(lián)合遺傳模型分析法。禹山林等[8]對(duì)花生種子含油量，韓柱強(qiáng)等[9]對(duì)花生油酸、亞油酸含量，馬雪霞等[10]對(duì)亞洲棉纖維品質(zhì)和產(chǎn)量性狀，閆世江等[11-12]對(duì)黃瓜在低溫下的生長(zhǎng)速度、MDA 含量的遺傳研究中均采用這一方法，取得了良好的效果。在對(duì)番茄的耐低溫性相關(guān)研究中耐低溫性分級(jí)能直觀描述耐低溫性強(qiáng)弱[13-14]，而運(yùn)用主基因-多基因聯(lián)合遺傳分析方法研究番茄耐低溫性的報(bào)道較少見(jiàn)。為此，許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院蔬菜育種課題組通過(guò)前期的大量研究，對(duì)收集到的大量種質(zhì)資源進(jìn)行鑒定，從中篩選出耐低溫性不同的2 份番茄材料，均是經(jīng)8 代以上自交的材料，然后構(gòu)建P1、P2、BC1等群體，采用蓋鈞鎰等[7]的方法研究番茄耐低溫性的遺傳規(guī)律及遺傳參數(shù)，以期為培育番茄專(zhuān)用品種奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

番茄親本選擇XC-1（代號(hào)P1）、XC-2（代號(hào)P2），由許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院提供，其中XC-1 屬于大果型，表皮紅色，耐低溫性較強(qiáng)，屬無(wú)限生長(zhǎng)型，是由瑞星大寶經(jīng)8 代以上選育而成的自交系；XC-2 屬于小果型，表皮紅色，耐低溫性較弱，屬無(wú)限生長(zhǎng)型，是由葡萄番茄經(jīng)8 代以上選育而成的自交系。

1.2 方法

2021 年3 月1 日將P1、P2在許昌職業(yè)技術(shù)學(xué)院科研基地塑料大棚內(nèi)進(jìn)行播種，采用穴盤(pán)育苗法，35 d 后定植于大棚，于花期配制F1并留種，2021 年7 月5 日，將P1、P2、F1的種子在科研基地塑料大棚內(nèi)播種，采用相同的育苗方法，35 d 后定植于大棚，同年于花期配制BC1（F1×P1）、BC2（F1×P2）、F2，并留種。2022 年3 月將上述6 個(gè)世代番茄材料播種于科研基地塑料大棚內(nèi)，P1、P2、F1各播種200 粒，BC1、BC2、F2等分離世代各播種1000 粒，35 d 后放入人工氣候箱內(nèi)模擬低溫環(huán)境，對(duì)幼苗進(jìn)行低溫處理，日間溫度14 ℃，光照處理9 h（早8：00 至晚5：00），光照度為30μmol·m-2·s-1，夜間7 ℃（晚5：00 至早8：00），不進(jìn)行光照，相對(duì)濕度為75%，共處理15 d。處理前與處理后照片詳見(jiàn)圖1～2。然后調(diào)查幼苗耐低溫性。耐低溫性采用分級(jí)數(shù)表示。0 級(jí)：植株瀕臨死亡；1 級(jí)：全部葉片萎蔫，心葉嚴(yán)重失水；2 級(jí)：全部葉片出現(xiàn)脫水斑，心葉略失水；3 級(jí)：2 片葉葉緣黃化，1 片葉無(wú)受害癥狀；4 級(jí)：2 片葉葉緣失水，1 片葉無(wú)明顯癥狀；5 級(jí)：無(wú)明顯癥狀。不同耐低溫性分級(jí)詳見(jiàn)圖3。調(diào)查樣本數(shù)：P1、P2、F1各調(diào)查40 株，BC1、BC2各調(diào)查120 株，F(xiàn)2調(diào)查150 株。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)。

圖2 處理后Fig.2 After treatment

圖3 耐低溫性分級(jí)（0～5 級(jí)）Fig.3 Low temperature resistance level（0～5）

1.3 數(shù)據(jù)分析方法

數(shù)據(jù)由Excel 2016 進(jìn)行整理，分析采用蓋鈞鎰等[7]的方法，并估算遺傳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐低溫性6世代次數(shù)分布

由表1、表2 可知，2 個(gè)親本具有不同的耐低溫性，在P1中表現(xiàn)為4 級(jí)的有37 株，表現(xiàn)為3 級(jí)、5 級(jí)的分別有1 株、2 株；在P2中表現(xiàn)為2 級(jí)的有38 株，表現(xiàn)為1 級(jí)的有1 株，3 級(jí)的有1 株；F1略偏向于P1，表現(xiàn)為3 級(jí) 的有38 株；BC1略偏向于P1，BC2略偏向于P2。從總體上看，BC1、BC2、F2等世代耐低溫性的表現(xiàn)分離呈正態(tài)分布。

表1 6 世代耐低溫指數(shù)次數(shù)分布Table 1 Frequency distribution in 6 family generations of chilling tolerance index

表2 耐低溫指數(shù)方差分析Table 2 Variance analysis of chilling tolerance index

2.2 遺傳模型適應(yīng)性檢測(cè)

分別算出MLV 值（極大似然函數(shù)值）和AIC 值（赤池信息量準(zhǔn)則值）見(jiàn)表3，按照蓋鈞鎰等[7]的理論，應(yīng)選擇AIC 值較小的作為備選模型，再進(jìn)行詳細(xì)比選。筆者在研究中發(fā)現(xiàn)，AIC 值較小的模型有E-3 模 型、B-2 模型、B-4 模型，AIC 值分別為359.861、369.544、388.036，因此確定為備選模型。

表3 各遺傳模型的MLV 值和AIC 值Table 3 The MLV values and AIC values in various genetic models

由表4 可知，E-3 模型的統(tǒng)計(jì)量中有7 個(gè)數(shù)據(jù)差異達(dá)到顯著或極顯著水平，分別為5.723、8.178、21.557、58.954、14.729、40.979、21.811。B-2 模型中有80.351、54.399 等9 個(gè)數(shù)據(jù)差異達(dá)到顯著或極顯著水平。B-4 模型中達(dá)到顯著或極顯著水平的統(tǒng)計(jì)量為11 個(gè)。經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，E-3 模型中達(dá)到差異顯著水平的統(tǒng)計(jì)量較少，因此確定研究性狀的遺傳符合E-3 模型。

表4 耐低溫性備選模型適合性檢驗(yàn)Table 4 Test for goodness of fit to standby model of chilling tolerance

2.3 遺傳參數(shù)估計(jì)

在E-3 模型下，該模型的極大似然估計(jì)值見(jiàn)表5，采用μ1、μ2等參數(shù)可以進(jìn)一步估算一階參數(shù)、二階參數(shù)。

表5 耐低溫性遺傳模型參數(shù)的極大似然估計(jì)值Table 5 Maximum likelihood estimates of genetic models of chilling tolerance

估算一階參數(shù)、二階參數(shù)見(jiàn)表6。由表6 可知，中親值為2.664，2 對(duì)基因的加性效應(yīng)分別為0.893、-1.103，說(shuō)明親本的耐低溫性對(duì)后代的影響較大。在育種實(shí)踐中，要選擇耐低溫性均較強(qiáng)的雙親，以提高后代的耐低溫性。多基因加性效應(yīng)為1.176，由于主基因起加性作用，因此，2 對(duì)基因的顯性效應(yīng)均為0。但多基因顯性效應(yīng)為0.130，有一定的作用。

表6 耐低溫性的遺傳參數(shù)估計(jì)值Table 6 The estimate of genetic parameter of chilling tolerance

分離世代中主基因遺傳率以F2為最高，達(dá)68.463%，其次為BC1、BC2；多基因遺傳率以BC2為最高。環(huán)境方差占表型方差的比率分別達(dá)36.036%、34.957%、28.543%。說(shuō)明環(huán)境對(duì)后代的選擇影響較小。

綜上所述，番茄幼苗耐低溫性的遺傳受2 對(duì)加性主基因+加性-顯性多基因控制，主基因遺傳率在BC1、BC2、F2世 代 分 別 達(dá)57.357% 、54.441% 、68.463% ，多基因的遺傳率分別達(dá)6.607% 、10.602%、2.994%，基因型占表型方差的比率為63.964%、65.043%、71.457%，環(huán)境方差占表型方差的比率分別占36.036%、34.957%、28.543%。由于基因型占比較高，針對(duì)耐低溫性的選育可在早代進(jìn)行。

3 討論與結(jié)論

對(duì)于蔬菜耐低溫性的遺傳研究已有報(bào)道。閆世江等[15]研究黃瓜苗期耐低溫性及相關(guān)形態(tài)學(xué)性狀的遺傳，發(fā)現(xiàn)黃瓜耐低溫性分級(jí)的遺傳符合加性-顯性模型。耐低溫性廣義遺傳力高，達(dá)92.133%，適合于早代選擇。該研究采用Hayman的方法，使用的是親本與F1的數(shù)據(jù)，用時(shí)較短，受限于方法本身的限制，僅能估算基因的整體作用，未能估算各個(gè)基因的作用。閆世江等[16]進(jìn)一步采用蓋鈞鎰等[7]的方法研究黃瓜耐低溫性的遺傳，結(jié)果表明，耐低溫分級(jí)的遺傳符合E-3 模型，估算了各個(gè)基因的作用，2 對(duì)基因的加性效應(yīng)分別為1.034、-1.277，總的效應(yīng)為1.361，總的顯性效應(yīng)為正向0.151。F2主基因+多基因遺傳率為82.759%，3個(gè)分離世代的主基因遺傳率均比多基因遺傳率高。環(huán)境方差占表型方差的比例在17.241%～25.974%之間。有關(guān)番茄耐低溫性分級(jí)的遺傳較少見(jiàn)報(bào)道，前人研究[2-6]番茄耐低溫性遺傳時(shí)采用的研究對(duì)象多為番茄低溫下的發(fā)芽能力、花粉萌發(fā)能力、坐果能力、果實(shí)發(fā)育速度等，上述性狀與番茄耐低溫性密切相關(guān)，但均為間接性狀，筆者采用的耐低溫性分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)與上述間接性狀相比更加直觀。

筆者運(yùn)用主基因-多基因聯(lián)合遺傳分析方法，結(jié)論認(rèn)為番茄耐低溫性的遺傳符合E-3 模型，即2對(duì)加性主基因+加性-顯性多基因模型。結(jié)論與閆世江等[16]的相似，但估算出的遺傳參數(shù)不同，其原因可能是蔬菜種類(lèi)及品種、親本遺傳來(lái)源、低溫處理的方法、分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)不同。今后為明確番茄耐低溫性的遺傳機(jī)制應(yīng)選用不同的材料進(jìn)行深入的研究，并規(guī)范處理方法及耐低溫性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，降低其影響程度。

筆者研究了耐低溫性，借鑒查丁石等[17]的方法制定分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，并進(jìn)行一定的改進(jìn)，該方法操作簡(jiǎn)單，結(jié)果直觀，以后可以在此基礎(chǔ)上進(jìn)行QTL 定位研究，為培育設(shè)施專(zhuān)用品種奠定基礎(chǔ)。番茄耐低溫性的遺傳受2 對(duì)加性主基因+加性-顯性多基因控制。今后為培育耐低溫性較強(qiáng)的品種，親本應(yīng)選擇耐低溫性較強(qiáng)的材料，并在早代選擇。