‘金冠’和‘紅勛1號’雜交后代遺傳多樣性分析

韓婷婷，楊天資，趙培磊，祝軍，張玉剛，孫曉紅,3

(1.青島農業大學園藝學院/青島市園藝植物遺傳改良與育種重點實驗室，山東青島 266109；2. 青島市黃島區自然資源局，山東青島 266555；3.青島農業大學生命科學學院/山東省植物生物技術重點實驗室，山東青島 266109)

種質資源是現代育種和生物技術研究的物質基礎，是獲得生物新品種的遺傳保障。紅肉蘋果[Malussieversiif.neidzwetzkyana(Dieck) Langenf]原產于新疆天山山脈，屬新疆野蘋果的變型，具有早開花、早結果等特點。其枝葉花果均呈紅色，具有一定的觀賞價值；果實富含必需氨基酸和花青苷[1-2]，具有較高的營養和保健價值；果實酸度高，加工特性好，可用于果品的加工?；谌绱硕嗟膬灝愄匦?，紅肉蘋果是蘋果雜交育種中重要的種質資源。

目前對新疆野蘋果的遺傳多樣性研究成果較多。董研等[3]利用SSR標記技術分析發現新疆野蘋果的遺傳變異主要存在于居群內部，群體間分化很小。劉遵春等[4]對新疆野蘋果株系的花、葉片和果實的13個性狀系統進行了性狀相關主成分和通徑分析，發現單果質量存在較大遺傳變異。楊美玲[5]研究新疆野蘋果居群遺傳多樣性發現，新疆野蘋果在花粉形態、果實形態和種子大小等方面均存在遺傳多樣性。閆鵬等[6]對收集到的129個新疆野蘋果單株的12個數量性狀和5個質量性狀進行了遺傳多樣性及相關性分析，發現新疆野蘋果果實相關性狀的多樣性指數(Diversity Index)H′高，變異幅度大。王憲璞等[7]對新疆野蘋果果實主要性狀進行的遺傳多樣性分析結果表明，果實大小及形態的遺傳多樣性最為突出，符合Forsline和Aldwinckle[8]調查結果。新疆紅肉蘋果和白肉蘋果雜交后代的遺傳多樣性分析報道尚少。

本研究用新疆紅肉蘋果‘紅勛1號’(Hongxun No.1)花粉給白肉蘋果‘金冠’(Golden Delicious)授粉，獲得雜交F1代群體。以雜交群體為試材，從群體遺傳學角度對紅肉蘋果雜交群體的若干性狀進行多樣性分析，為紅肉蘋果在蘋果育種應用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

‘紅勛1號’是課題組從新疆收集的紅肉蘋果，‘金冠’是傳統的栽培品種，二者在花、葉和果實方面的性狀(見圖1)表觀差異顯著。

2012年4月下旬，在青島農業大學膠州現代農業示范園，以‘金冠’為母本，人工授‘紅勛1號’花粉后套袋，正常管理。秋季收獲雜交種子，冰箱層積兩個月左右，2013年3月中旬播種于大棚穴盤中，獲得實生苗。2014年春將雜種實生苗嫁接到‘八棱海棠’砧木上，每棵砧木在東西對稱位置上嫁接相同兩芽。2015年春季進行統計，共嫁接成活164株系(相同兩芽為一個株系)。2018年和2019年春秋兩季對雜種后代的各表觀性狀進行觀察并拍照，隨后進行科學統計并采集試樣分析。夏末季節采集葉樣品，采集原則是取當年生枝條上端完全伸展的第5～7片葉子，成熟果實樣品采集原則是在果樹四周距地面1.2～1.7 m處取無病蟲害果子，保存于冷庫中。

1.2 測定項目與方法

1.2.1 描述型性狀測定

采用直接觀察法評定與雜交群體的花、葉、枝相關的描述型性狀，具體包括花期、花色、葉色和枝色。

1.2.2 數值型性狀測定

對13個數值型性狀采用常規測量法測量并計算，包括單果重、果實縱徑、橫徑、果形指數、洼深、梗長、果實硬度、可溶性固形物、可滴定酸、糖酸比、花青苷共11個與果實相關的性狀及葉長、葉寬2個與葉片相關的性狀。使用電子天平(TD5001C)稱量果實單果重；游標卡尺(SLKC)測量果實洼深、梗長、果實縱徑、果實橫徑和葉片長度、寬度，并計算果形指數；使用硬度儀(GY-J-4)測定果實硬度；使用糖酸檢測儀(PAL-BX/ACID 5)測定果實可溶性固形物、總酸，并計算糖酸比；使用pH計(DOUBLE JUNCTION)測定果實pH值；參照孫曉紅等[9]花青苷提取方法，利用紫外分光光度計(UV-5100)測定雜交果實花青苷含量[10]。其中：單果重每株隨機取20個果實進行測量；果實縱經、橫經、洼深、梗長每株隨機取10個果實進行測量；果實硬度、可溶性固形物、可滴定酸、糖酸比、花青苷每株系取5個果實進行測定；葉長、葉寬每株取20片葉子進行測量。每株的測量或測定結果取平均值進行統計。

1.3 數據統計與處理

試驗數據利用Excel和DPS進行統計處理。數值型性狀的遺傳多樣性采用標準差(standard deviation，SD)、變異系數(Coefficient of Variation, CV)、H′等表示，其中H′每0.5 SD為一個等級，統計各性狀在每級出現的組中值及頻率，采用Shannon-Wiener多樣性指數衡量其遺傳多樣性，計算公式為：H′=-∑PilnPi，Pi為某一性狀第i個類型出現的頻率；對描述型性狀予以賦值，同樣采用H′以反映各性狀的遺傳多樣性水平。

2 結果與分析

2.1 描述型性狀的遺傳多樣性分析

蘋果是高度雜合的二倍體，雜交后代性狀分離明顯。雜交群體在花期、花色、葉色和枝色上均出現了明顯的分離。對供試雜交群體的4個描述型性狀進行遺傳多樣性分析(表1)，可以看出雜交群體描述型性狀多樣性指數的變化范圍為0.68～1.75，大小順序是花色>花期>葉色>枝色；分析4個描述型性狀在兩個雜交群體后代中的分布頻率發現，相較于綠色枝條，紅色枝條占比較大，相較于綠色葉片，紫色葉片占比較大；雜交群體紫紅色花瓣所占比例相對淺色花瓣高，占比為47.56%；此外，雜交群體中同一時間處于盛花期的花朵在一半以上，一定程度上說明雜交群體均具有花期提前的特點，表明紅肉蘋果‘紅勛1號’對雜交后代花期的改變具有較大貢獻。

表1 雜交群體描述型性狀分布頻率和多樣性

2.2 數值型性狀的遺傳多樣性分析

采用具體測量法對兩個紅肉蘋果雜交群體的13個數值型性狀分別進行測定，計算各性狀的平均值、變異幅度、SD、CV和H′，分析雜交群體在各個數值型性狀上的分離情況。

雜交群體11個果實相關性狀及2個葉片性狀的測定結果見表2。由表2可以看出雜交群體各性狀的多樣性差異均很大，CV的變化范圍是0.08～1.72，H′的變化范圍是0.56～2.14。在上述兩個雜交群體中，果形指數的變化范圍為0.72～1.14，平均值為0.899，其CV最小，H′也較小，而花青苷含量的變異幅度較大，其CV最大，表明‘紅勛1號’和‘金冠’雜交的后代果實的果形為近圓形且變異較小，分離程度低，但在花青苷含量性狀上分離明顯；CV處于中間水平的性狀包括葉長、葉寬、洼深、果實硬度和果梗長，分析上述性狀的H′發現葉寬在雜交群體中均有最高的遺傳多樣性，同時果實硬度也表現出豐富的遺傳多樣性；此外，單果重和糖酸比也具有較高CV，表明在雜交群體后代中對以上2個性狀做進一步選擇的潛力較大，有利于從中選擇大小合適且風味佳的優系做進一步評價。

表2 雜交群體數值型性狀的變異統計分析

綜合比較雜交群體數值型性狀的CV和H′發現，以上13個性狀中的8個CV值大于0.20，最大CV值是花青苷含量，為1.72，其次是糖酸比CV值，最小是果形指數CV值，為0.08；遺傳多樣性指數H′值中，除單果重和糖酸比偏低，其余11個性狀的H′值均在1.20以上，具有豐富的多樣性。

2.3 數值型性狀的分布頻率

雜交群體各數值型性狀的分級數值及分布頻率統計情況分別見表3。如表3所示，上述雜交群體各數值型性狀中大多數性狀存在不同程度的趨中傾向，其中，果實硬度、洼深、果形指數、pH值、花青苷含量和葉長在雜交群體中有明顯的趨中傾向。

單果重是衡量果實大小的重要指標，雜交群體單果重分布于第1～3級(29.83～65.10 g)的比例高達82.24 %，分布于第8～10級(165.35～194.73 g)的比例為5.11 %。由此可見，單果重在雜交群體中表現出明顯的趨極現象，而且較之兩個親本更趨向于小果型親本‘紅勛1號’，呈衰退趨勢。

糖酸比是評價果實風味品質的一個重要指標，本試驗所用親本‘金冠’的糖酸比為6.61，‘紅勛1號’為6.81。雜交群體糖酸比的中親值為6.71，平均糖酸比(16.6)高于中親值和最優親本值，具有中親優勢和超親優勢的比例分別占147.39%和143.76%，分析其在各等級的分布情況發現糖酸比分布在第1級(<6.52)的占比高達66.37 %，而且同樣存在中親優勢(175.36%)和超親優勢(123.20%)，表明雜交群體的糖酸比受父本‘紅勛1號’的影響較大，但仍存在高糖酸比的果實，具有進一步篩選獲得高糖酸比優株的潛力。

表3 雜交群體數值型性狀的分組數值和分布頻率

續表3

花青苷類物質是紅肉蘋果中的重要營養成分，具保健價值。本試驗雜交群體果實中花青苷含量的性狀分離廣泛，花青苷含量的H′為1.44，平均含量為0.16 mg/g，而鮮果中花青苷含量分布于第1～5級(≤0.06 mg/g)的占比高達75.45%，以上結果表明紅肉蘋果‘紅勛1號’與白肉蘋果雜交后代中大部分果實花青苷含量低于紅肉親本的花青苷含量(0.07 mg/g)，但仍存在超親優勢。

3 討論

本研究所用的母本‘金冠’是中晚熟蘋果品種，果面金黃色，風味酸甜適度，肉質細脆，具濃郁芳香，適于鮮食；父本‘紅勛1號’平均單果重28.8 g，果實含酸量高，總酸為17.32 g/kg，出汁率為78.35%，可溶性固形物含量為13.5%，富含花青苷[11-12]。

植物表型多樣性是遺傳多樣性和環境多樣性的綜合體現，對表型性狀的研究可以從整體上了解研究對象的多樣性程度[13-14]。馮濤等[15]發現新疆野蘋果果實形態性狀中單果重的變異幅度較大，CV高達0.297，在本試驗中，‘金冠’ב紅勛1號’雜交群體單果重的CV在0.5以上，進一步選擇的潛力很大。此外，單果重在本試驗中雜交群體均明顯的趨向于小果型親本，表現出明顯的衰退現象，與前人研究結果一致[16]。研究發現花青苷在上述雜交群體中的分離廣泛，雜交群體中H′較高，這一結果也與陳學森等[17]的研究結果一致。閆鵬等[6]研究新疆野蘋果可溶性固形物含量的CV為0.20，H′為1.997，王憲璞等[7]的研究結果顯示新疆野蘋果可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量的CV分別為0.13、0.18和0.38，這些結果表明糖酸組分存在豐富的遺傳變異。本試驗中對雜交群體pH值和可溶性固形物含量的分析結果顯示，二者的CV低于0.20，其遺傳多樣性與新疆野蘋果存在一定差異。雜交群體果實可溶性固形物和pH值的CV雖較小，但糖酸比的CV大，故推測上述雜交群體果實中存在部分高糖低酸或低糖高酸的果實。雜交群體糖酸比分布在第1級(<6.52)的占比在55%以上，且具有超親優勢，表明上述雜交群體中確實存在大量高糖低酸的果實。此外，雜交群體糖酸比的H′較小，與CV趨勢相反，而且該現象普遍存在[18]，上述差異可能是因為糖酸比存在趨極現象，均勻度低。

綜上所述，‘金冠’ב紅勛1號’雜交群體中各個性狀均存在一定程度的分離，其中糖酸比和花青苷含量的變異程度較大，分別為1.72和1.13。在遺傳多樣性方面除單果重和糖酸比外其他性狀的H′均在1.2以上，表現出豐富的遺傳多樣性，單果重在雜交群體中均表現出衰退趨勢，而糖酸比具有超親優勢。在果實內在品質方面，花青苷含量的變異程度最高 ，糖酸比的變異程度次之，所以，雜交群體可為紅肉蘋果的營養和風味品質遺傳改良提供豐富的種質資源，可據此選育富含花青苷且糖酸適中的功能型蘋果優株。綜上所述，紅肉蘋果‘紅勛1號’雜交群體對于選擇富含花青苷和高糖酸比的果品具有資源優勢，但對于生產大果型紅肉蘋果可能需要進一步回交。