苦瓜親本配合力、遺傳距離與雜種優勢的相關性分析

吳立東，劉亞婷，鐘金仙，林淑婷，羅 英

(三明市農業科學研究院，三明 365509)

雜種優勢是指遺傳組成不同的兩個親本通過雜交產生的雜交種在生長勢、抗逆性、適應性和產量等方面優于其親本的現象[1]。利用雜種優勢選育優良品種是苦瓜育種的一種有效方法。周微波等[2]最早利用雜種優勢選育出豐產、早熟、抗病的苦瓜雜種一代。以往的研究表明，苦瓜存在著明顯的雜種優勢[3-4]。育種工作者相繼培育出了‘湘苦瓜1號’[5]、‘大肉1號苦瓜’[6]、‘桂農科一號’和‘桂農科二號’[7]等綜合性狀優良的苦瓜雜交品種。但是，并不是所有親本組配的雜交種均存在雜種優勢，因此，在選育雜交品種的過程中，選擇優良親本組配成強優勢組合是雜種優勢育種的關鍵。

目前，主要通過配合力測定和遺傳距離分析進行親本的選配和雜種優勢的預測。國內外學者已開展了大量關于配合力和雜種優勢方面的研究，發現配合力可以預測雜種優勢[8]，雜種優勢受親本一般配合力(general combining ability，GCA)和雜交組合間特殊配合力(specific combining ability，SCA)的影響[9]。隨著DNA分子標記的迅速發展，利用DNA分子標記技術可以準確地估算親本間的遺傳距離，進而預測雜種優勢。DNA分子標記已被廣泛應用于玉米[10]、水稻[11]、小麥[12]等作物的遺傳距離和雜種優勢的相關研究中，但研究結論并不一致。有些研究表明，遺傳距離與雜種優勢存在不同程度的相關性，可以預測雜交后代的雜種優勢[13]；但也有研究發現，遺傳距離與雜種優勢的相關性較弱或無相關性[14]。因此，需進一步深入研究遺傳距離與雜種優勢的相關關系，為今后雜種優勢的有效利用提供科學依據?？喙蠟楫惢ㄊ诜圩魑?，雜種優勢明顯，但有關遺傳距離與雜種優勢相關性的研究鮮有報道。本試驗選取10個苦瓜親本材料，按5×5不完全雙列進行雜交，利用SRAP標記檢測親本間的遺傳距離，分析苦瓜親本配合力、遺傳距離和雜種優勢的相關性，以期為選配親本和雜種優勢預測提供有效的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗選取10個苦瓜親本材料，其中母本為K1(KP4，福建)、K2(KT1，湖南)、K3(KJ38，福建)、K4(K20，山東)、K5(KY1,江西)，父本為G1(KJ18，福建)、G2(K21,山東)、G3(KT34，福建)、G4(KY36，福建)、G5(KT6，廣東)，按不完全雙列雜交設計(5×5)配制25個雜交組合。所有材料均由三明市農業科學研究院蔬菜所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設計

10個親本、25個雜交組合材料于2017年在三明市沙縣鳳崗街道西霞村試驗基地種植。試驗采用隨機區組設計，3次重復，單行種植，株距0.8m，每小區種植30株，田間管理同一般大田生產。

1.2.2 數據收集

在苦瓜的采收期，每小區采摘10個商品性成熟的苦瓜，按《苦瓜種質資源描述規范和數據標準》考查第一雌花節位、瓜縱徑、瓜橫徑、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數、單株產量等性狀。

1.2.3 SRAP標記

采用改良的CTAB法提取全基因組DNA，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質量。根據Li等[15]公布的SRAP引物(包括13條上游引物和9條下游引物)，共合成117對引物組合，從中篩選出多態性好、條帶清晰的22對引物組合用于遺傳距離的分析。PCR擴增反應體系(20 μL)為：50 ng模板DNA，200 μmol/L dNTPs，Taq聚合酶0.2 U，上下游引物各50 ng，10×buffer，用ddH2O補充至20 μL。PCR擴增反應程序為：94℃預變性5min，94℃變性1min，35℃復性1min，72℃延伸1min，5個循環；94℃變性1min，50℃復性1min，72℃延伸1min，35個循環；72℃延伸10min，4℃保存備用。采用6%聚丙烯酰胺凝膠進行電泳，用銀染法檢測。

1.3 數據分析

雜種優勢以中親雜種優勢(H)表示，計算公式為：H=[F1-(P1+P2)/2]/[(P1+P2)/2]×100%。利用DPS 7.05軟件進行配合力分析。根據PCR擴增產物結果，觀察擴增條帶的有無，在相同遷移位置上有條帶記為“1”，無條帶記為“0”。利用NTSYS-pc Version 2.10e軟件計算親本材料間的遺傳距離(GD)。采用SPSS 19.0軟件進行相關性分析。

2 結果與分析

2.1 雜種優勢

苦瓜25個雜交組合的雜種優勢結果顯示，不同組合間各性狀的雜種優勢差異較大，其中第一雌花節位的雜種優勢變異幅度最大，為-40.57%—107.85%，K1×G3在第一雌花節位上雜種優勢最高，為 107.85%；K1×G5在瓜縱徑上雜種優勢最高，為23.94%；瓜橫徑的雜種優勢變異幅度為-14.27%—9.05%，平均為-1.09%，為最小，其中K5×G3的雜種優勢最高，為9.05%；K2×G4在瓜肉厚和單株產量上的雜種優勢最高，分別為24.55%和94.00%；K4×G1在單瓜重上雜種優勢最高，為63.76%。

2.2 配合力分析

苦瓜各性狀的配合力方差分析(表2)表明：區組間除單株產量差異顯著外，其余性狀在區組間均無差異，而組合間的各個性狀均呈極顯著差異，說明組合間的基因效應存在極顯著差異，可進一步作父本、母本的一般配合力(GCA)以及雜交組合間的特殊配合力(SCA)分析。

對P1(母本)和P2(父本)的GCA方差以及P1×P2的SCA方差進行F測驗發現，P1的瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產量4個性狀均達到極顯著或顯著水平，P2除瓜橫徑達到顯著水平外，其余性狀均未達到顯著水平，而P1×P2的SCA方差分析中各性狀均達到了極顯著水平。由此可見，瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產量4個性狀的遺傳可能受加性和非加性基因共同控制，而第一雌花節位、瓜肉厚、單瓜種子數主要受非加性基因控制。

表2 苦瓜各性狀的配合力方差分析

注：*表示在0.05水平差異顯著；**表示在0.01水平差異極顯著

從表3可以看出，GCA效應值在同一個親本不同性狀間以及同一個性狀在不同親本間存在著明顯差異，表明不同的親本材料在不同性狀上加性效應的大小是不同的?？喙细餍誀畹呐浜狭Ψ讲罘治鼋Y果表明，親本的GCA方差在瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產量4個性狀上存在極顯著或顯著差異。母本差異表現在瓜縱徑、瓜橫徑、單瓜重、單株產量4個性狀。在今后育種工作中，如果以瓜縱徑、單瓜重為選育目標，應選擇K5作為親本；如果以瓜橫徑、單株產量為選育目標，應選擇K4作為親本。父本差異表現在對瓜橫徑的影響，G5的GCA效應值最高，可以作為選育瓜橫徑的親本材料。

表3 苦瓜各親本的一般配合力效應值

從表2可知，苦瓜各雜交組合間7個性狀的SCA方差均存在極顯著差異。同一親本不同雜交組合間以及同一雜交組合不同性狀間的SCA效應值存在較大差異(表4)。在苦瓜的7個性狀中，SCA最好的組合為：第一雌花節位K1×G3，瓜縱徑K1×G5，瓜橫徑K4×G1，瓜肉厚K2×G4，單瓜重K4×G1，單瓜種子數K4×G3，單株產量K2×G4。其中K4×G4的7個性狀SCA均為正效應值，綜合性狀表現優良。結合苦瓜各親本及雜交組合的GCA、SCA以及雜種優勢發現，高SCA的雜交組合中至少有1個具有高GCA或中GCA的親本材料，而SCA較高的雜交組合雜種優勢較為明顯。

表4 苦瓜雜交組合間的特殊配合力效應值

對苦瓜各組合7個性狀的配合力基因型進行方差分析(表5)發現，瓜縱徑、瓜橫徑的一般配合力方差(Vg)高于特殊配合力方差(Vs)，表明在這2個性狀中，是親本間的加性效應對雜交后代起主導作用；而第一雌花節位、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數的特殊配合力方差(Vs)高于一般配合力方差(Vg)，表明這些性狀的遺傳變異主要受親本間的非加性基因控制；單株產量的一般配合力和特殊配合力所占比例均約為50%，說明其同時受加性基因和非加性基因控制，選擇這個性狀時要同時考慮一般配合力和特殊配合力。7個性狀的廣義遺傳力(hB2)均達到了70%以上，說明這些性狀的表型變異主要受基因型控制，受環境影響較小，可以對這些性狀進行早期選擇。瓜縱徑、瓜橫徑的狹義遺傳力(hN2)達到了50%以上，表明這2個性狀主要是基因間的加性效應起作用，能較穩定地遺傳給后代。

表5 配合力基因型方差及各性狀的遺傳力

2.3 親本間的遺傳距離分析

利用篩選出的多態性好、條帶清晰的22對SRAP引物對10個親本材料進行PCR擴增，每對引物擴增出的位點數為2—16個不等，共擴增出152個位點，平均每對引物擴增出6.91個位點，其中多態性位點142個，多態位點百分率(PPL)為93.42%。利用NTsys 2.01軟件計算10個親本間的遺傳距離(表6)，結果顯示：10個親本間的遺傳距離變異幅度為0.118—0.401，平均遺傳距離為0.228，其中K2×G4的遺傳距離最大，為0.401。統計表明，25個遺傳距離中，有10個遺傳距離大于平均距離，表明這10個親本材料間的遺傳差異較大。

表6 苦瓜各親本間的遺傳距離

2.4 雜種優勢與配合力、遺傳距離的相關性

苦瓜各性狀的雜種優勢與配合力、遺傳距離的相關性分析(表7)表明：只有單瓜重的GCA與雜種優勢呈顯著正相關，相關系數為0.693，其余6個性狀的GCA與雜種優勢的相關性均不顯著。各性狀的SCA與雜種優勢均呈極顯著的正相關，相關系數達0.690以上。遺傳距離與GCA、SCA均無顯著的相關性，表明親本間的遺傳距離與各性狀的GCA、SCA相關性不高，因此，利用SRAP標記遺傳距離預測親本的配合力還有待于進一步研究。此外，遺傳距離與第一雌花節位的雜種優勢呈顯著的負相關，與其余性狀均無顯著的相關性，表明通過親本間遺傳距離難以預測到后代的雜種優勢。

表7 苦瓜各性狀的雜種優勢與配合力、遺傳距離的相關性

注：*表示在0.05水平差異顯著；**表示在0.01水平差異極顯著

3 討論

雜種優勢是植物界中普遍存在的一種現象，前人已做了許多關于苦瓜雜種優勢的研究。劉政國等[3-4]研究表明，苦瓜產量和第一雌花節位存在著明顯的雜種優勢。宋曉燕[16]研究發現，苦瓜的果實橫徑等性狀表現出較強的正向雜種優勢。余中偉[17]得出了苦瓜的產量、瓜重、采瓜數、瓜長等性狀的正向雜種優勢較強，果肉厚的正向雜種優勢最小的結論。本研究發現，瓜縱徑、單瓜重和單株產量的雜種優勢明顯，有20個以上雜交組合表現為正向雜種優勢；而瓜肉厚有14個組合表現出無雜種優勢或呈負向優勢，正向雜種優勢為最小。

配合力分析是親本組配雜交組合的一種有效方法，有研究認為，GCA高的親本所組配的雜交組合具有較高的SCA；但也有研究表明，雜交組合SCA高的親本，其GCA不一定高[18]。本研究表明，GCA高的親本，其組配的雜交組合SCA不一定高；而GCA低的親本，其組配的雜交組合SCA不一定低。如第一雌花節位組合K2×G5、瓜縱徑組合K5×G1以及單果重組合K5×G4，其親本的GCA均較高，但這3個組合的SCA均較低。本研究還發現，具有較高SCA的雜交組合，其親本中至少有一個GCA較高，如瓜肉厚組合K2×G4和單株產量組合K2×G4，而且其雜種優勢明顯。田樹云等[19]、齊建雙等[20]得到了相同的結論。因此，在利用苦瓜雜種優勢配制雜交組合時，既要考慮親本的GCA，也要重視雜交組合間的SCA。本研究對苦瓜各組合的配合力基因型進行方差分析表明，瓜縱徑、瓜橫徑主要受加性基因控制，第一雌花節位、瓜肉厚、單瓜重、單瓜種子數主要受非加性基因控制，單株產量同時受加性基因和非加性基因控制，這與前人[21-23]的研究均有所不同，原因可能是所使用的苦瓜親本材料不同。

兩個親本間的遺傳差異是產生雜種優勢的基礎，在一定范圍內，雜種優勢的大小主要取決于親本間的差異及性狀互補，親本間的差異越大，其雜種優勢越明顯[24]。近年來，利用DNA分子標記測定親本間的遺傳距離，進而預測雜種優勢，已做了大量的研究，但其結論并不一致。有的研究認為，利用DNA分子標記遺傳距離可以預測雜種優勢，如Reif等[25]對SSR標記遺傳距離與玉米雜種優勢的相關性分析發現，SSR標記可以有效地預測雜種優勢；熊俏[26]研究認為，ISSR標記可以預測苦瓜產量的雜種優勢。也有學者認為，親本間的遺傳距離不足以預測雜種優勢，如趙慶勇等[11]利用SSR標記研究粳稻雜種優勢表明，分子標記雖然可以用于雜種優勢群的劃分，但不足以預測產量雜種優勢；Lanza等[27]研究表明，RAPD標記遺傳距離與玉米的雜種優勢之間不存在相關關系。本研究發現，SRAP標記遺傳距離僅與第一雌花節位雜種優勢呈顯著負相關，這表明用SRAP標記估算遺傳距離可以預測第一雌花節位的雜種優勢，但難以預測其他性狀的雜種優勢。產生這一結果可能是因為分子標記遺傳距離雖然能反映出親本間的基因差異，但遺傳距離與雜種優勢的關系與所選用的親本材料、所選擇的標記以及標記數量、所選用材料親緣關系的遠近等因素有關。因此，要提高分子標記遺傳距離對苦瓜雜種優勢預測的準確性，還有待于更深入的研究。