棗雜交后代果實性狀遺傳分析

謝 歡，王中堂，李明玥，李新崗

（1. 西北農林科技大學 a. 林學院；b. 陜西省林業綜合實驗室，陜西 咸陽 712100；2. 山東省果樹研究所，山東 泰安 271000）

棗Ziziphus jujuba是我國傳統特色經濟林木，栽培歷史悠久，果實營養豐富，有制干、鮮食等品種類別[1]。我國棗品種選育歷史悠久，但雜交育種發展緩慢，要提高定向培育新品種的進程，就應加快雜交遺傳研究和育種技術創新[2-3]。

目前，有關其他果樹雜交后代果實性狀的遺傳變異規律已有較多研究報道，如桃[4]、梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、龍眼[9]等，有關棗雜交后代葉片[10-11]、針刺[12-13]、果實大小[14]等性狀遺傳的研究也有諸多報道。提高棗果實品質一直是品種選育的重要目標，但關于棗雜交后代果核、可食率、含仁率、營養成分等性狀遺傳的研究報道較少。

‘冬棗’是我國栽培面積最大、品質最好的鮮食棗品種，有雄性不育和自交不親和的特性，坐果難，果實中等大小、近圓形[15]?！鸾z4 號’是優質的干鮮兼用品種，豐產性好，抗裂果、抗病性強，果實品質優、近長柱形[16-17]。利用‘冬棗’自交不親和與雄性不育特征，及與‘金絲4 號’親緣關系相對較遠的特點[18]，配置‘冬棗’ב金絲4 號’雜交組合，建立雜交后代群體，目的是獲得品質優、抗性強、豐產性好的新種質。本研究中以‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代103 個株系為研究對象，針對單果質量、果實縱徑、果實橫徑、果形指數、單核質量、果核縱徑、果核橫徑、核形指數、可食率、含仁率、可溶性糖含量、有機酸含量、維生素C 含量、總黃酮含量等14 個性狀，分析雜交后代果實性狀的遺傳特性，通過綜合比較和評價，篩選優良單株，旨在為棗優良品種選育提供參考。

1 材料與方法

1.1 試 材

2015 年，在山東省果樹研究所泰東干果試驗基地建立‘冬棗’ב金絲4 號’的F1雜交群體，基于SSR 多態性標記鑒定出103 株雜交后代[2]，株行距1.0 m×4.0 m。2016 年雜交后代開始結果，2019 年普遍結果。

2019—2020 年連續2 年的8—10 月，對親本及F1雜交群體中結果單株進行果實采樣。在樹冠外圍中上部不同方位選擇發育良好、無病蟲害、初紅期（果面近1/3 著色）一致的果實，單株采集果實數量不少于30。15 個以上果實用于表型性狀調查，采集后將果實置于冰盒中存放，帶回實驗室低溫（-4 ℃）保存，在72 h 內完成表型指標測定。另外10 ～15 個果實用于營養成分指標測定，采樣當天在果實著色、未著色2 個區域，縱向切取果實的1/4 月牙形果肉至貼近果核處，完整取下并裝入離心管后在液氮中凍存，帶回實驗室放入-80 ℃冰箱中保存備用。

1.2 果實性狀指標測定

使用電子天平測定果實質量、果核質量；使用游標卡尺測量果實縱橫徑、果核縱橫徑，果實縱徑比橫徑即果形指數，果核縱徑比橫徑即核形指數[15]；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量[19]；采用酸堿滴定法測定可滴定酸含量后，計算有機酸含量[20]；采用高效液相色譜法（HPLC）測定維生素C 含量[21]；采用氯化鋁比色法測定總黃酮含量[22]。

1.3 數據統計處理

使用Excel 2016 軟件進行數據整理，計算各性狀的遺傳規律；使用IBM SPSS Statistics 22.0 軟件進行正態檢驗，繪制頻次分布直方圖，進行相關性分析和主成分分析[6-8]。

式中：RE為可食率；m果為單果質量；m核為單核質量。

式中：RK為含仁率；n仁為含種仁數量；n果為果實總數量。

式中：PM為親中值；P1、P2為雙親值。

式中：CV為變異系數；σ為標準差；F為雜交后代的平均值。

式中：Ta為遺傳傳遞力；Ha為優勢率。

式中：RH為超高親比例；RL為低低親比例；NH為高于高親表型值的單株數量；NL為低于低親表型值的單株數量；N總為雜交后代植株總數量。

2 結果與分析

2.1 雜交后代果實性狀遺傳分析

2.1.1 果實表型性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果實表型性狀遺傳分析結果見表1。由表1 可知，雜交后代單果質量、果實縱徑、果實橫徑、果形指數的平均值均小于親中值，變異系數為9.65%～34.26%，其中單果質量、果實縱徑、果實橫徑均呈現趨低親遺傳，低低親比例分別為63.08%、81.54%和36.92%。果形指數的平均值（1.09）與親中值（1.13）接近，超高親比例和低低親比例分別為4.62%和9.23%。母本‘冬棗’果形指數為0.97，呈圓形；父本‘金絲4 號’果形指數為1.30，呈長柱形；后代果形指數多數介于親本之間，說明果實形狀呈現趨中親變異。單果質量、果實縱徑、果實橫徑、果形指數的遺傳傳遞力分別為81.67%、87.75%、91.49%和96.45%，優勢率均為負值，后代雜種優勢不明顯。

表1‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實表型性狀遺傳分析結果Table 1 Genetic analysis of fruit phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

雜交F1代果實表型性狀遺傳趨勢如圖1 所示。由圖1 可知，果實表型性狀均呈現連續變異，其中果實縱徑、橫徑服從正態分布，均屬數量性狀遺傳。

2.1.2 果核表型性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果核表型性狀遺傳分析結果見表2。由表2 可知，雜交后代果核性狀的變異系數為12.53%～23.63%，果核縱徑、果核橫徑、核形指數的平均值小于親中值，單核質量平均值（0.412）與親中值（0.409）接近，其中果核縱徑、核形指數呈現趨低親遺傳，低低親比例分別為81.54%和35.38%，單核質量、果核橫徑呈現趨中遺傳。單核質量、果核縱徑、果核橫徑、核形指數的遺傳傳遞力分別為100.74%、87.70%、97.77%和88.53%，優勢率均較小，后代優勢不明顯。

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代果核表型性狀遺傳趨勢如圖2 所示。由圖2 可知，果核表型性狀也呈現連續變異的特點，其中單核質量服從正態分布。

2.1.3 果實可食率和含仁率性狀

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代果實可食率和含仁率性狀遺傳分析結果見表3。由表3 可知，可食率為91.36%～97.81%，平均值為96.63%，與親中值以及親本的可食率均接近。雜交親本‘冬棗’和‘金絲4 號’的含仁率分別為108.33%和110.34%，親中值為109.34%，與后代含仁率平均值（106.70%）接近，變異范圍0 ～150.00%，變異系數為24.70%。

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代可食率和含仁率性狀遺傳趨勢如圖3 所示。由圖3 可知：F1代可食率多集中在94.5%～97.5%，符合正態分布，且后代可食率變異系數最小，性狀比較穩定；雜交后代含仁率多集中在100%～140%。

2.1.4 果實營養成分性狀

棗果實富含糖、有機酸、維生素、多酚類等營養物質?！瑮棥痢鸾z4 號’雜交后代果實營養成分性狀遺傳分析結果見表4。由表4可知，后代棗果實營養成分性狀的變異系數為18.33%～37.94%，可溶性糖質量分數的平均值小于親中值，有機酸、維生素C、總黃酮的質量分數的平均值大于親中值。其中可溶性糖質量分數呈現趨低親遺傳變異，低低親比例為36.51%，有機酸、維生素C、總黃酮的質量分數呈現趨高親遺傳變異，超高親比例分別為93.65%、76.19%和47.62%?？扇苄蕴?、有機酸、維生素C、總黃酮的質量分數遺傳傳遞力分別為88.71%、138.19%、234.92%和124.05%，維生素C、有機酸、總黃酮的質量分數的優勢率均較大，分別為134.92%、38.19%和24.05%，后代優勢明顯。

表2‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果核表型性狀遺傳分析結果Table 2 Genetic analysis of the phenotypic traits of the fruit kernel in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代果實營養成分性狀遺傳趨勢如圖4 所示。由圖4 可見，果實各營養品質性狀均呈現連續變異，屬于數量性狀遺傳，其中可溶性糖、有機酸、總黃酮的質量分數服從正態分布。

2.2 雜交后代果實性狀間相關性分析

‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代各果實性狀指標的相關系數見表5。由表5 可知：F1代群體果實的單果質量與果實縱橫徑、果形指數、單核質量、果核縱徑、可食率極顯著正相關，與果核橫徑顯著正相關；果實縱徑與果實橫徑、果形指數、單核質量、果核縱橫徑、核形指數、可食率極顯著正相關，與有機酸質量分數顯著負相關，與總黃酮質量分數顯著正相關；果實橫徑與單核質量、果核縱橫徑、可食率極顯著正相關，與含仁率顯著正相關；果形指數與果核縱徑、核形指數極顯著正相關，與有機酸質量分數顯著負相關；單核質量與果核縱橫徑、含仁率極顯著正相關，與核形指數、可食率極顯著負相關；果核縱徑與果核橫徑、核形指數極顯著正相關，與總黃酮質量分數顯著正相關；果核橫徑與核形指數、可食率極顯著負相關，與含仁率極顯著正相關。值得關注的是：雜交后代群體的核形指數與可食率極顯著正相關，相關系數為0.411，與含仁率極顯著負相關，相關系數為-0.370，與總黃酮質量分數顯著正相關；可食率與含仁率極顯著負相關，相關系數為-0.350；維生素C 質量分數與總黃酮質量分數顯著正相關。

圖2‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果核表型性狀遺傳趨勢Fig. 2 The genetic trend of fruit core phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表3‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實可食率和含仁率性狀遺傳分析結果Table 3 Genetic analysis of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ %

圖3‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代可食率和含仁率性狀遺傳趨勢Fig. 3 Genetic trend of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表4‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實營養成分性狀遺傳分析結果Table 4 Genetic analysis of fruit nutrient composition traits of F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

2.3 雜交后代果實性狀綜合評價

對‘冬棗’ב金絲4 號’雜交F1代的14 個果實性狀進行主成分分析，根據方差累計貢獻率不小于85%的標準選取主成分，有6個主成分入選，累計貢獻率達86.36%，結果見表6。由表6 可知：第1 主成分的貢獻率為31.45%，其中果實大?。ü麑嵖v徑、單果質量、果實橫徑）有較大的正系數，分別為0.938、0.831 和0.799，說明棗果的基本表型性狀是果實品質評價的第一要素；第2 主成分的貢獻率為20.08%，其中核形指數、可食率的系數較大，分別為0.867 和0.686；第3 主成分的貢獻率為10.89%，其中維生素C 質量分數有較大的正系數，為0.739；第4 主成分的貢獻率為9.18%，其中有機酸質量分數的系數較大，為0.561；第5主成分的貢獻率為8.67%，其中可溶性糖質量分數有較大的正系數，為0.739；第6 主成分的貢獻率為6.09%，其中總黃酮質量分數有較大的正系數，為0.548。

因此，可將6 個主成分歸納為4 個綜合性狀，即果實大小、核形指數、可食率、果實營養成分，這4 個綜合性狀是雜交后代果實品質的主要性狀，可作為雜交后代棗果實品質評價的指標。

根據各主成分的貢獻率，按照主成分綜合得分公式分別計算6 個主成分的貢獻得分（Pi），然后計算綜合得分，優選得分較高的單株。各主成分得分是相應的因子得分乘以相應的特征值算術平方根，主成分綜合得分（P）是以各主成分的貢獻率對各主成分得分進行加權平均，即

式中：R為方差貢獻率，RC為累計方差貢獻率。

經計算，F1群體單株的綜合得分排名前5 位的單株編號分別為J-48、J-26、J-23、J-47、J-2，綜合得分分別為2.52、1.95、1.83、1.75、1.56，均在1.5 以上?！瑮棥痢鸾z4 號’雜交F1代優株及親本的果實性狀指標見表7。由表7 可知，選定的5 個株系在果實大小、可食率、核形指數、營養成分含量方面均相對優于親本?！瑮棥痢鸾z4 號’雜交F1代優株和親本的果實外觀如圖5所示。

圖4‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實營養成分性狀遺傳趨勢Fig. 4 Genetic trend of fruits nutrient composition traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表5‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代各果實性狀指標的相關系數?Table 5 Correlation analysis of fruit traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表6‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代果實性狀主成分分析結果Table 6 Eigenvectors and contribution rate of principal components of traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表7‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代優株及親本的果實性狀指標Table 7 Traits of outstanding sexual progenies in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parents

圖5‘冬棗’ב金絲4號’雜交F1代優株和親本的果實外觀Fig. 5 Fruits of some excellent plants in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parent fruits

3 結論與討論

雜交育種是聚合優良性狀的重要途徑[15]，雜交后代會出現由雙親控制目標性狀的優良基因結合的單株，但易受雙親基因加性效應和雜交過程非加性效應解體的影響，大部分后代的性狀會出現廣泛分離且趨于負向變異[23]。本研究中調查了‘冬棗’ב金絲4 號’F1群體的103 個后代，果實大小、果核大小等表現出衰退現象，是由于雜交后代存在非加性效應解體現象，其中果實縱橫徑、單果質量、果核縱徑、可食率趨低親遺傳，但子代產生新的累加效應組合，使得仍有部分超親后代出現。梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、歐李[24]等果樹的雜交后代的經濟性狀也表現出退化和趨低親遺傳變異現象。種仁被認為是棗樹有性雜交育種的基礎，本研究中雜交后代的含仁率性狀比較穩定，超親比例和低親比例相近，無明顯的趨向雙親變異現象。劉政海等[8]在對釀酒葡萄雜交組合后代的糖酸分析中發現，后代果實可溶性固形物和可滴定酸含量呈現較廣泛的分離，表現為連續分布，且出現趨向于高酸和低糖的遺傳變異，這與本研究中F1代果實可溶性糖和有機酸含量的變異結果一致。維生素C 和總黃酮含量表現出超高親遺傳，說明性狀遺傳以加性效應為主，并且存在正向的非加性效應[6]。另外，酸棗中維生素C含量較高，這也可能與雜交后代大部分趨于其野生類型酸棗性狀相關[25]。

本研究結果表明，‘冬棗’ב金絲4 號’雜交后代的果實縱徑、果實橫徑、單核質量、可溶性糖含量、有機酸含量、總黃酮含量均符合正態分布，說明這些性狀均屬多基因控制的數量性狀[26]，單果質量、果形指數、果核縱橫徑、核形指數、可食率、含仁率、維生素C 含量均呈現出不同程度的偏正態分布，可能是在雜交和栽培過程中受到不同的選擇壓力[27]，出現極端樣本數據，而雜交后代群體中性狀的集散性可以為選擇確定適宜的淘汰比例提供依據[25]。

果實品質是多基因控制的數量性狀和多種因素相互作用的結果，因此果實品質性狀間存在相關性。本研究結果表明，果實大小與果核大小間的相關性較強，果形較大的情況下果核也相對較大。并且，核形指數、可食率與含仁率極顯著負相關，說明果核大小與含仁率有一定的關系，這與對棗實生群體的調查結果一致[28]。

利用獲得的性狀指標對雜交子代果實品質性狀進行評價，不能反映果實的整體品質，評價結果會因信息重疊而出現偏差。采用主成分分析法可以將多個性狀指標經正交變換轉化為較少的綜合指標，這些綜合指標既互不相關，又能綜合反映原來多個性狀指標的主要信息，并且所提取的幾個主成分能體現原來變量絕大部分的變異[7]。本研究中對雜交后代群體的14 個果實性狀進行了主成分分析，提取出6 個主成分，并歸為4 個綜合成分，即果實大小、核形指數、可食率、果實營養成分，保留了原始成分86.36%的貢獻率，可較為客觀地反映各性狀之間的關系，根據綜合得分對該群體的單株進行排名，篩選出綜合性狀優良的5 個單株。

本研究中僅選擇了14 個果實性狀來研究雜交后代的遺傳特性，并篩選優良株系，然而影響棗果實品質的性狀還有很多。為了掌握棗雜交后代的遺傳規律，加快新品種選育進程，下一步將增加性狀評價指標，對研究群體進行多年度深度評價。