枣JMS2×交城5号F1代果实性状遗传分析与优系筛选

潘依玲1,鲍荆凯1,陈万年1,吴翠云1,王玖瑞2,刘孟军2,闫芬芬1*

1南疆特色果树高效优质栽培与深加工技术国家地方联合工程实验室·塔里木大学园艺与林学学院,新疆 阿拉尔 843300;2河北农业大学中国枣研究中心,河北 保定 071000)

摘 要:【目的】探究杂交F1代果实性状的分离特点和遗传变异,为枣杂交育种和品种选育提供理论依据。【方法】以枣JMS2×交城5号的F1代140个单株及亲本为试材,对果实成熟期、果实外观和内在品质等26个描述型和数值型性状进行调查测定,并进行遗传变异分析和相关性分析,利用灰色关联度法进行果实品质综合评价。【结果】F1代果实的成熟期表现出分离,36.26%的F1株系成熟期多数在9月下旬。F1代13个果实的描述型性状均出现不同的性状分离,其中果实形状出现了6个变异类型,子代果形倾向父本的倒卵圆形占比最高为35.85%,子代果形倾向母本的卵圆形占比为17.92%;果实质地出现4个变异类型,其中46.23%表现出果肉致密。果肩形状和柱头状态,分离比例依次为3∶1、1∶2∶1,符合孟德尔遗传分离规律。F1代果实大小和果实内在品质指标等13个性状均呈现连续变异,且符合正态分布或偏正态分布,具有多基因控制的数量性状特征。果实大小、果核大小以及可食率等性状的变异系数在0.85%~32.27%之间,其中单果质量变异系数最大;果实内在品质性状变异系数在11.29%~24.44%之间,其中有机酸含量的变异系数最大。可溶性固形物含量和单核质量2个数值型性状表现趋高遗传,单果质量、果实纵径、果实横径等11个数值型性状均表现趋低遗传。果实大小与果核大小性状间存在极显著正相关;可食率与果实大小性状呈极显著正相关,与果核大小呈极显著负相关;可溶性糖与有机酸含量呈显著正相关,与可溶性固形物含量呈极显著正相关。【结论】杂交F1代果实成熟期倾向父本遗传,且果实形状、果实颜色、果实质地等8个描述型性状倾向父本遗传,果肩形状和柱头状态两性状均可能是受一对和少数几对基因控制的质量性状,果实大小、果核大小、可食率及内在品质指标等13个数值型性状为多基因控制的数量性状,初步筛选出5个综合品质表现优良的株系。

关键词:枣;杂交后代;果实性状;遗传变异;评价

枣(Ziziphus jujuba Mill.)为鼠李科枣属植物,是起源于中国的特色优势果树,亦是栽培历史最为悠久的“五果”之一[1]。枣树适应性强,耐干旱、耐盐碱、易管理[2],具有较高的经济和生态价值。枣果实风味独特、营养价值高,具有鲜食、制干、观赏、加工[3]、药用[4]等多方面用途,深受消费者青睐。据统计中国枣树种植面积已达200万hm2,产量达900多万t,年产值约1000亿元人民币,有近2000万人口以枣业为主要经济来源[5]

果树性状遗传变异规律是进行果树杂交育种的前提和基础,而杂交群体是果树性状遗传研究的基础。枣树花小,人工杂交难度大,且坐果率低,种仁败育严重,致使枣树有性杂交困难[6],杂交育种进程仍缓慢,有关枣树杂交群体构建和研究的报道与其他果树树种相比较少[7-8]。目前枣树遗传变异规律已在枣花[9]、叶片[10-11]、针刺[12]、果实大小[13]、果实营养品质[14]等性状展开研究,但不同亲本构建的杂交群体间性状遗传规律存在差异。枣果实性状是反映品种优劣的重要指标,也是枣杂交育种关注的重要性状指标。目前有关枣杂交群体的果实性状研究主要集中在果实大小、可溶性糖含量、可滴定酸含量等[13-16]性状上,品质指标系统性和全面性还有待加强。

笔者以雄性不育系材料JMS2作为母本[17],交城5号(简称J5)高抗枣疯病的骏枣优系[18]作为父本,杂交获得的140 株F1代杂交后代及亲本作为研究材料,对果实成熟期、果实外观和内在品质等26 个描述型性和数值型性状进行调查与研究,探讨遗传变异特点和分离规律,同时利用灰色关联度分析法对F1代果实性状进行综合评价,筛选出果实品质优良的株系,以期为枣的杂交育种、品种选育及果实品质性状的QTL定位等研究奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

母本为雄性不育JMS2,父本为骏枣优系交城5号,父母本于2013年统一高枝嫁接,砧木为灰枣,株行距1 m×2 m,树体大小一致,留枝量相同。于2015—2016年连续2年采用罩网控制蜜蜂授粉技术开展控制杂交,罩网材料为网眼50目的白色蚊帐布网纱,每网室罩亲本10~12 株。于每年现蕾期(5 月上旬)搭架罩网隔离双亲,去除网室内已开的花朵,初花期(5月中下旬)向网内放置蜂箱饲养蜜蜂辅助授粉。每网室放置1 个蜂箱,每蜂箱放置2 个巢脾,放蜂期间每隔5~7 d 更换清水和糖水饲养蜜蜂。花期每10 d 喷施1 次0.3% K2HPO4+0.2%硼酸叶面肥增加坐果量,于当9年月中下旬采收果实冷藏处理,翌年1月份播种。苗期对杂交后代选用差异互补引物JSSR 311 进行杂种鉴定。2017 获得杂交后代株系,2018 年优选出140 株F1代及亲本试材高接于新疆生产建设兵团第一师十团七连果园中,砧木均为多年生骏枣,肥水管理良好,树体管理水平中等。2021年树体果实性状稳定后开展果实相关性状调查分析。于2021 年9 月1 日—10 月20 日,每隔2~4 d,观察果实成熟情况,在树整体的果实全红占比为90%以上时进行采摘,采摘枣吊中部大小相近、且无病虫害的果实,带回实验室放4 ℃冰箱待测。当天对果实外观品质进行调查与测量,后对其果实进行混样(每个样品包含10 个果以上),再将其放到-80 ℃备用。

1.2 果实性状的测定

参考《中国枣种质资源》对果形、果色、果肩形状、果顶形状、果点大小、果点密度、萼片状态、柱头状态、果实光滑度、果皮厚度、果实质地、果实颜色、果实汁液、果肉粗细等描述型性状进行评定(表1);评价标准参照鲜食枣果实评价标准[16],其中综合口感评分指标包含果皮厚度、果实质地、果实汁液、果肉粗细(表2)。果实成熟期以全红期采样时间作为成熟期标准。

表1 果实性状分离类型及赋值表
Table 1 Fruit traits separation type and assignment table

性状Traits果实形状Fruit shape果实颜色Fruit color果肩形状Shape of fruit shoulder果顶形状Shape of fruit top果点大小Size of fruit dot果点密度Density of fruit dot柱头状态Stigma state果实光滑度Lubricity of fruit skin果皮厚度Thickness of fruit skin果实质地Texture of fruit flesh果肉颜色Color of fruit flesh果实汁液Juice of fruit flesh果肉粗细Coarseness of fruit flesh 1 2 3 4 5 6卵圆形Ovoid浅红Light red平Flat凹Concave小Small疏Sparse宿存Keep光滑Smooth薄Thin疏松Loose白色White少Lack细Delicate长圆形Oblong globose红Red凸Convex平Flat中Intermediate中Intermediate残存Remnant有隆起Rised中Intermediate酥脆Crisp浅绿色Light green中Medium中Intermediate倒卵圆形Obovate紫红Mauve圆柱形Cylinder赭红Reddish brown圆锥形Coniform葫芦形Gourd尖Tine密Dense脱落Desquamate厚Thick较致密Intermediate绿色Green多Rich粗Coarse致密Compact

表2 综合口感评分表
Table 2 Comprehensive taste score table

性状Traits果皮厚度Thickness of fruit skin果实质地Texture of fruit flesh果实汁液Juice of fruit flesh果肉粗细Coarseness of fruit flesh评分Score薄Thin 20酥脆Crisp 30多Rich 30细Delicate 20中Intermediate 10疏松Loose 10中Medium 15中Intermediate 10厚Thick 0较致密Intermediate 15少Lack 0粗Coarse 0致密Compact 0

单果质量使用电子天平对随机选取30 个果进行称质量,计算其平均值,单位为g,精确到0.01 g;果实纵径、果实横径利用游标卡尺测量,单位为mm,精确到0.01 mm;果形指数是果实纵径比果实横径;可食率利用单果质量和单核质量计算得出,计算公式:可食率(%)=(果实质量-果核质量)/果实质量×100。

果实可溶性固形物含量测定:将已混匀的果肉,利用挤汁装置将枣汁挤出,用手持折光仪测定可溶性固形物含量。可溶性糖含量采用蒽酮比色法[19]测定;可滴定酸含量采用酸碱中和法[19]测定;维生素C含量采用钼酸铵比色法[20]测定。

单核质量使用电子天平进行称质量,计算其平均值,单位为g,精确到0.01 g;果核纵径、果核横径利用游标卡尺测量,单位为mm,精确到0.01 mm;核形指数是果核纵径比果核横径。

1.3 数据处理方法

利用Excle 2019 和SPSS 26.0 对调查所得数据进行整理分析,并计算其平均值(Mean)、标准差(SD)、偏度(Skewness)、峰度(Kurtosis)、变异系数(CV)、遗传传递力(Ta)、超高亲率(HH)、低低亲率(L)、中亲值(VMP)和中亲优势率(RHm)等描述型分析参数,观察遗传变异情况;利用SPSS 26.0 绘制其相应频数分布直方图并进行正态分布检测;同时利用SPSS 26.0 进行性状间的相关性分析;最后利用Excle 2019 计算等权和加权灰色关联度对其后代果实品质进行初步综合评价[21],筛选果实品质优良的杂交F1代株系。

2 结果与分析

2.1 果实性状遗传分析

2.1.1 果实成熟期性状遗传分析 通过对母本JMS2 和父本交城5 号及其F1代的成熟期调查发现(表3),母本JMS2成熟期为9月中旬,父本成熟期在9月下旬。F1代群体中9月上旬成熟的植株有10株,占比为10.99%;9 月中旬成熟的植株有24 株,占比为26.37%;9 月下旬成熟的植株有33 株,占比为36.26%;10 月上旬成熟的植株有24 株,占比为26.37%。其中F1代多数植株与两亲本成熟期相近,在9 月中旬和下旬,但主要集中在9 月下旬成熟,成熟期倾向父本遗传。

表3 亲本及其F1代群体成熟期调查
Table 3 Survey of the maturity of the parents and their F1 generation population

亲本及F1群体Parents and F1 group成熟期Mature period 9月上旬Early September 10月上旬Early October亲本Parents F1群体F1 group 株数No.of plants占比Percentage/%10 10.99 9月中旬Mid-September JMS2(♀)24 26.37 9月下旬Late September J5(♂)33 36.26 24 26.37

2.1.2 果实描述型性状遗传分析 通过对JMS2×交城5号及其F1代的果实形状、果实颜色、果肩性状、果顶性状、果点大小、果点密度、柱头状态、果面光滑度、果皮厚度、果实质地、果肉颜色、果实汁液、果肉粗细等果实描述型性状进行调查分析(表4),结果显示13个果实描述型性状出现了40个性状分离。

表4 F1代果实描述型性状分离及变异
Table 4 Fruit descriptive trait segregation and variation in F1 generation

性状Traits果实形状Fruit shape果实颜色Fruit color果肩形状Shape of fruit shoulder果顶形状Shape of fruit top果点大小Size of fruit dot果点密度Density of fruit dot柱头状态Stigma state果面光滑度Lubricity of fruit skin果皮厚度Thickness of fruit skin果实质地Texture of fruit flesh果肉颜色Color of fruit flesh果实汁液Juice of fruit flesh果肉粗细Coarseness of fruit flesh亲本Parents JMS2卵圆形Ovoid浅红Light red凸Convex尖Tine中Intermediate中Intermediate残存Remnant光滑Smooth中Intermediate较致密Intermediate浅绿Light green中Intermediate中Intermediate J5倒卵圆形Obovate红Red平Flat平Flat中Intermediate密Dense残存Remnant光滑Smooth中Intermediate致密Compact浅绿Light green中Intermediate中Intermediate F1代各级所占比例Percentage of F1/%1 17.92 2 3 4 5 6 18.87 35.85 10.38 7.55 0.94 32.08 55.66 12.26 23.58 76.42 32.08 58.49 9.43 40.57 59.43 2.83 32.08 65.09 22.64 55.66 21.70 96.23 3.77 16.98 72.64 10.38 3.77 16.98 33.02 46.23 8.49 90.57 0.94 20.75 77.36 1.89 26.42 67.92 5.66

果实外观性状中果实形状变异类型最多,有6个变异类型,母本JMS2 表现为卵圆形、父本交城5号表现为倒卵圆形,F1代主要分离的性状表现为卵圆形、长圆形、倒卵圆形,依次占比17.92%、18.87%、35.85%。F1代中果实颜色的3 个表型中以红为主,占比55.66%;果肩形状的2 个表型中以平为主,占比76.42%;果顶形状的3 个表型中以平为主,占比58.49%;果点密度主要表现为密,占比65.09%;果点大小主要表现为中,占比59.43%;柱头状态主要表现为残存,占比55.66%;果面光滑度主要表现为光滑,占比96.23%。

果实内在性状中果实质地,母本JMS2 表现为酥脆、父本交城5号表现为致密,F1代出现4个变异类型,质地致密占比46.23%。F1代中的果皮厚度主要表现为中,占比72.64%;果肉颜色主要表现为浅绿,占比90.57%;果实汁液主要表现为中,占比77.36%;果肉粗细主要表现为中,占比67.92%。

在上述性状中,父母本的果肩形状表现为凸和平,F1代分离出凸和平2个表型,且分离比例接近于3∶1,对其进行卡平方检验的结果显示χ2(df=1)=0.113,p=0.737>0.05;父母本的柱头状态均表现为残存,F1代中分离出脱落、残存、宿存等3 个表型,分离比例接近于1∶2∶1,对其进行卡平方检验的结果显示χ2(df=2)=1.377,p=0.502>0.05,果肩形状和柱头状态2个果实性状均符合孟德尔遗传规律中等位基因调控的分离情况,推测该性状可能是受一对或少数几对基因调控的质量性状。

2.1.3 果实大小性状及可食率遗传分析 通过对果实大小和可食率性状的频数分布直方图(图1)分析,结果表明其性状呈连续变异,符合正态分布,具有典型的数量性状遗传特征,属于微效多基因控制的数量性状。偏度是度量正态分布偏向某一侧的指标,偏度越接近0,对称越均匀;偏度为正,表明数据分布在右侧更为扩展。偏度为负,表明数据分布在左侧更为扩展[22]。单果质量和可食率的偏度值较大(表5),结合正态分布图可以看出单果质量出现明显的右偏分布,可食率出现明显的左偏分布。

图1 F1代果实大小性状和可食率频数分布直方图
Fig.1 Histogram of frequency distribution of fruit size traits and edibility rate in F1 generation

表5 F1代果实大小性状的遗传变异分析
Table 5 Genetic variation analysis of fruit size traits in the F1 generation

J5 F1 JMS2平均值Mean 11.53性状Traits中亲值VMP单果质量Single fruit mass/g果实纵径Fruit length/mm果实横径Fruit diameter/mm果形指数Fruit shape index可食率Edible rate/%18.33 14.93平均值±标准差Mean±SD 11.31±3.65最小值Min 4.89最大值Max 23.58变异系数CV/%32.27超高亲率HH/%5.49低低亲率L/%59.34中亲优势率RHm/%-24.26遗传传递力Ta/%76.86峰度Kurtosis 0.88偏度Skewness 0.87 35.95 45.16 40.56 36.19±5.27 25.82 47.48 14.55 8.79 51.65-10.74 89.86-0.48 0.28 25.01 27.88 26.44 24.49±3.14 17.20 32.78 12.80 14.29 59.34-7.38 92.86 0.03 0.22 1.44 1.62 1.53 1.49±0.20 1.06 2.15 13.32 20.88 40.66-2.68 97.68 0.93 0.58 98.17 98.31 98.24 97.42±0.83 94.51 99.02 0.85 12.09 81.32-0.83 99.17 0.99-0.72

对JMS2×交城5 号杂交F1代单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数、可食率等5 个果实性状进行调查分析(表5)。结果表明果实大小性状和可食率在子代中的变异系数在0.85%~32.27%,说明果实大小性状在子代个体中存在较为广泛的分离。其中单果质量变异系数最大,为32.27%;可食率变异系数最小,为0.85%。单果质量、果实纵径、果实横径、可食率的中亲优势率均为负值,F1代平均值均小于亲中值,故推测单果质量、果实纵径、果实横径、可食率在子代中趋低遗传。但在F1代群体中果实大小性状及可食率等5个性状均有超高亲植株出现,其中果形指数的超高亲率最高,为20.88%,其性状在F1代中具有明显的杂种优势;而单果质量的超高亲率最低,为5.49%,其性状在F1代中的杂种优势不明显。

2.1.4 果实营养性状的遗传变异分析 通过对果实营养性状的频数分布直方图(图2)分析,结果表明其性状呈连续变异,符合正态分布,具有典型的数量性状遗传特征,属于微效多基因控制的数量性状。可溶性固形物和维生素C 含量的偏度值较大(表6),结合正态分布图可以看出可溶性固形物含量出现明显的左偏分布;维生素C 含量出现明显的右偏分布。

图2 F1代果实营养性状频数分布直方图
Fig.2 Histogram of frequency distribution of nutritional traits in F1 generation fruits

表6 F1代果实营养性状的遗传变异分析
Table 6 Genetic variation analysis of nutritional traits in F1 generation fruits

平均值Mean F1性状Traits中亲值JMS2J5 VMP可溶性糖含量Soluble sugar content/%有机酸含量Organic acid content/%可溶性固形物含量Soluble olid substance content/%维生素C含量Vitamin C content/(mg·g-1)2.40 25.5134.26 29.88平均值±标准差Mean±SD 29.33±4.30最小值Min 18.70最大值Max 37.41变异系数CV/%14.66超高亲率HH/%16.67低低亲率L/%17.95中亲优势率RHm/%-1.86遗传传递力Ta/%98.14峰度Kurtosis-0.48偏度Skewness-0.13 0.36 0.68 0.52 0.47±0.120.28 0.78 24.44 3.8519.23-9.89 90.11-0.30 0.41 27.8739.67 33.77 35.64±4.0224.07 44.33 11.2916.67 3.85 5.56 105.56 0.31-0.45 4.40 3.40 3.17±0.711.84 5.00 22.45 5.1311.54-6.67 93.33-0.35 0.45

对JMS2×交城5 号杂交F1 代可溶性糖、有机酸、可溶性固形物、维生素C 含量等4 个果实营养性状进行调查分析(表6),结果表明果实营养性状在子代中的变异系数在11.29%~22.44%,说明果实营养性状在F1代个体中存在较为广泛的分离。其中有机酸含量变异系数最大,为22.44%;可溶性固形物含量变异系数最小,为11.29%。除可溶性固形物含量杂种优势率表现出正值;可溶性糖、有机酸、维生素C 含量均为负值,子代平均值均小于亲中值,故推测可溶性糖、有机酸、维生素C 含量在子代中趋低遗传。但在F1代群体中果实营养性状有超高亲植株出现,其中可溶性糖和可溶性固形物含量的超高亲率最高,均为16.67%,其性状在F1代具有明显的杂种优势;而有机酸含量的超高亲率最低,为3.85%,其性状在F1代的杂种优势不明显。

2.1.5 果核大小性状的遗传变异分析 通过对果核大小性状的频数分布直方图(图3)分析,结果表明其性状呈连续变异,符合正态分布,具有典型的数量性状遗传特征,属于微效多基因控制的数量性状。核形指数的偏度值较大(表7),结合正态分布图可以看出核形指数出现明显的右偏分布。

图3 F1代果核性状频数分布直方图
Fig.3 Histogram of frequency distribution of F1 generation kernel traits

表7 F1代果核大小的遗传变异分析
Table 7 Analysis of genetic variation in kernel size of F1 generation

平均值Mean F1性状Traits JMS2 J5中亲值VMP单核质量Single kernel mass/g果核纵径Kernel length/mm果核横径Kernel diameter/mm核形指数Kernel shape index 0.12 0.31 0.22平均值±标准差Mean±SD 0.28±0.09最小值Min 0.10最大值Max 0.51变异系数CV/%31.53超高亲率HH/%34.07低低亲率L/%3.30中亲优势率RHm/%28.81遗传传递力Ta/%128.81峰度Kurtosis-0.14偏度Skewness 0.27 20.39 26.86 23.62 22.72±3.2915.93 31.70 14.52 9.89 24.18-3.81 96.22 0.17 0.29 5.99 5.78 5.89 5.81±0.89 4.14 7.69 15.25 45.05 50.55-1.29 98.71-0.55 0.10 3.40 4.65 4.03 3.99±0.77 2.60 6.53 19.39 17.58 24.18-0.98 99.02 1.23 0.86

对JMS2×交城5 号杂交F1代单核质量、果核纵径、果核横径、核形指数等4个果核性状进行调查分析(表7)。结果表明果核性状在子代中的变异系数在14.52%~31.53%之间,说明果核大小性状在F1代个体中存在较为广泛的分离。其中单核质量变异系数最大,为31.53%;果核纵径变异系数最小,为14.52%。单核质量的中亲优势率是正值,果核纵径、果核横径的中亲优势率均为负值,F1代平均值均小于亲中值,故推测果核纵径、果核横径在子代中趋低遗传。但在F1代群体中果核性状有超高亲植株出现,其中单核质量的超高亲率最高,为34.07%,其性状在F1代具有明显的杂种优势;而果核纵径的超高亲率最低,为9.89%,其性状在F1代的杂种优势不明显。

2.2 F1代果实性状的相关性分析

JMS2×交城5 号杂交F1代果实和果核大小及果实可食率等9 个性状的相关性分析结果(表8)表明,单果质量与果实纵径、果实横径存在极显著的正相关关系,且相关系数均在0.700 以上,说明以上性状具有较强相关性;果实纵径与果实横径、果形指数具有显著的正相关关系,而果实横径与果形指数具有极显著的负相关关系。在果核大小性状的相关性分析结果中看出,单核质量与果核纵径、果核横径存在极显著的正相关关系;果核纵径与核形指数存在极显著的正相关关系,而果核纵径与核形指数存在极显著的负相关关系。在果实大小与果核大小性状相关性分析结果中看出,果实的单果质量、果实纵径、果实横径分别与单核质量、果核纵径、果核横径存在极显著的正相关关系,其中果实纵径与果核纵径的相关系数最高,为0.677;果形指数与果核纵径、核形指数具有极显著的正相关关系,同时核形指数与果实纵径也存在极显著的正相关关系。在可食率与果实大小、果核大小性状相关性的分析结果中看出,可食率与单果质量、果实纵径、果实横径存在极显著正相关关系,而与单核质量、果核纵径、核形指数存在极显著负相关关系。

表8 F1代果实和果核大小及果实可食率性状的相关性分析
Table 8 Correlation analysis of fruit and kernel size and fruit edibility traits in F1 generation

注:**在0.01 级别(双尾),相关性显著;*在0.05 级别(双尾),相关性显著。SFW.单果质量;FL.果实纵径;FD.果实横径;FSI.果形指数;SKW.单核质量;KL.果核纵径;KD.果核横径;KSI.核形指数;ER.可食率。
Note: ** Significant correlation at the 0.01 level (two-tailed); * Significant correlation at the 0.05 level (two-tailed).SFW.Single fruit mass;FL.Fruit length;FD.Fruit diam;FSI.Fruit shape index;SKW.Single kernel weight;KL.Kernel length;KD.Kernel diam;ER.Edible rate.

性状Traits SFW FL FD FSI SKW KL KD KSI ER SFW 1.000 0.761**0.884**-0.021 0.480**0.571**0.372**0.165 0.473**FL FD FSI SKW KL KD KSI ER 1.000 0.538**0.578**0.447**0.677**0.217*0.350**0.332**1.000-0.371**0.405**0.446**0.367**0.069 0.463**1.000 0.092 0.304**-0.114 0.313**-0.076 1.000 0.518**0.755**-0.223*-0.455**1.000 0.185 0.618**0.063 1.000-0.644**-0.357**1.000 0.344**1.000

从F1代果实营养性状相关性分析结果(表9)可以看出,果实的可溶性糖与有机酸含量存在显著正相关关系;可溶性糖与可溶性固形物含量存在极显著正相关关系;可溶性固形物与维生素C 含量存在显著正相关关系。

表9 F1代果实营养指标的相关性
Table 9 Correlation of nutritional indicators of F1 generation fruits

注:**.在0.01 级别(双尾),相关性显著;*.在0.05 级别(双尾),相关性显著。SSR.可溶性糖含量;OA.有机酸含量;SSS.可溶性固形物含量;Vc:维生素C 含量。
Note:**.Significant correlation at the 0.01 level(two-tailed);*.Significant correlation at the 0.05 level (two-tailed).SSR.Soluble sugar content;OA.Organic acid content;SSS.Soluble solids content;Vc.Vitamin C content.

指标Item SSR OA SSS Vc SSR 1.000 0.226*0.523**0.189 OA SSS Vc 1.000 0.031-0.087 1.000 0.271*1.000

2.3 F1代果实品质的综合评价

笔者在本研究中利用等权和加权灰色关联度分析法对果实的单果质量、可溶性糖含量、有机酸含量、维生素C含量、可食率以及综合口感6个重要性状进行初步综合评价。在选取的果实品质性状中有机酸含量采用平均值,其他性状均采用最高值作为果实品质的“理想类型”构造数据。根据不同性状的重要程度以及变异程度分别给予权重值,依次是0.20、0.25、0.15、0.10、0.05、0.25。在F1代中筛选出了性状表现优良的5 个优系(表10),分别是J20、J47、J52、J56、J93,其加权关联度依次是1.297、0.842、0.989、0.681、0.717。加权关联度结合筛选出F1代的5个优株果实品质性状的表现见表11,可以看出J20作为鲜食优系时,果实的综合品质表现要优于父母本和其他子代,筛选出的优系果实见图4。

图4 F1代优选单株及父母本果实
Fig.4 Preferred single in F1 generation and parental fruits

表10 F1代的优株果实灰色关联加权系数
Table 10 Grey correlation weighting coefficients of fruit of superior plants fruit in F1 generation

品种名称Breed name J20 J47 J52 J56 J93单果质量Single fruit mass 0.067 0.117 0.078 0.103 0.073可溶性糖含量Soluble sugar content 0.302 0.523 0.754 0.106 0.397有机酸含量Organic acid content 0.103 0.120 0.099 0.112 0.137维生素C含量Vitamin C content 0.054 0.017 0.016 0.302 0.018可食率Edible rate 0.754 0.039 0.035 0.041 0.073口感Taste 0.017 0.027 0.007 0.017 0.019加权关联度Weighted correlation 1.297 0.842 0.989 0.681 0.717排序Rank 1 3 2 5 4

表11 F1代的优株及亲本果实性状指标
Table 11 Indexes of fruit traits of superior plants and parents of F1 generation

品种名称Breed name 口感Taste J20单果质量Single fruit mass/g 4.89 w(可溶性糖)Soluble sugar content/%36.11 w(有机酸)Organic acid content/%0.60 w(维生素C)Vitamin C content/(mg·g-1)4.36可食率Edible rate/%97.68 J47 16.89 37.02 0.54 2.62 98.19 J52 8.90 37.41 0.33 2.56 95.62 J56 14.83 32.09 0.37 5.00 97.71 J93 7.42 36.62 0.50 2.84 97.79 JMS2(母本)(Female parent)J5(父本)(Male parent)11.53 25.51 0.36 2.40 98.17 18.33 34.26 0.68 4.40 98.31酥脆、汁液多、果肉细、味酸甜Crisp,Juicy,Delicate,Sweet and sour taste致密、汁液少、果肉中、味甜Compact,Less juice,Intermediate,Sweet taste致密、汁液少、果肉中、味甜Compact,Less juice,Intermediate,Sweet taste较致密、汁液中、果肉中、味酸甜Intermediate,Juice medium,Intermediate,Sweet and sour taste较致密、汁液中、果肉细、味酸甜Intermediate,Juice medium,Delicate,Sweet and sour taste酥脆、汁液中、果肉细、味甜Crisp,Juice medium,Delicate,Sweet taste较致密、汁液中、果肉中、味酸甜Intermediate,Juice medium,Intermediate,Sweet and sour taste

3 讨 论

3.1 F1代果实成熟期与描述型性状的遗传变异分析

果实外观和口感是影响消费者购买的主要因素,研究果实外观和内在的描述型性状遗传特点,对于选育外观好、口感佳、商业价值高的优良品系具有重大意义,因此笔者对JMS2×交城5 号的F1代果实外观和内在的描述型性状进行遗传变异分析,调查发现13个果实描述型性状出现了40个性状分离,说明杂交F1代描述型性状变异丰富,具有选育优良枣种质的潜力。其中F1代的果实形状、果实颜色、果肩形状、果顶形状、果点密度、柱头状态、果面光滑度、果实质地8个描述型性状占比最多的表型与父本的表型一致,推测该性状更倾向于父本遗传。而果点大小、果皮厚度、果肉颜色、果实汁液、果肉粗细等5个描述型性状占比最多的表型同两亲本表型一致,表明这些性状呈现的分离比例较低,F1代性状表现多与亲本一致。果实成熟期是果实性状的重要指标,本研究发现,F1代群体果实的成熟期多数接近两亲本,这一研究结果与刘振中等[23]在苹果上研究结果相似,但就两亲本而言,F1代植株主要与父本成熟期相近,果实成熟期倾向父本遗传,推测在枣树上父本的果实成熟期具有较强的遗传力,但还需不同枣群体进一步验证。

研究发现枣F1代果实描述型性状及成熟期会出现不同程度分离,但多数性状出现明显的偏父本遗传,父本的性状对杂交F1群体影响更大,因此,在今后的枣杂交育种亲本选配工作中,应加强父本的选择和选配,选择果实大小、果实形状、果实质地和果面光滑度等性状优良的父本进行选配,进而获得符合选育目标的大量变异类型,提高育种工作效率。

同时,研究中发现F1代枣果实的果肩形状和柱头状态2个描述型性状的分离比例符合孟德尔遗传规律,推测可能是受一对或少数几对基因控制的质量性状。结合柱头状态在父母本上的表现型和在子代中的分离情况进一步推测,该性状在受显隐性基因控制的杂合体中柱头状态表现为残存,完全显性或隐性基因的柱头状态表现为宿存或脱落,但具体是显性还是隐性基因控制还有待进一步研究。

3.2 F1代果实品质数值型性状的遗传变异分析

枣树遗传背景复杂,基因高度杂合[6],故在杂交后代中,会出现微效多基因分离,也会出现隐性或多微效基因组合,即形成基因的加性和非加性效应,能表现出某些优良性状,但劣变率普遍较高。笔者在本研究中通过对JMS2×交城5 号的F1代枣果实大小、果实可食率、果实营养品质、果核大小等13个数值型果实品质性状调查分析,发现在F1代中均呈现连续变异,表现出多基因控制的数量性状特征,这与谢欢等[15]对冬枣×金丝4 号杂交后代的研究结果相似,且在枇杷[24]、苹果[25]、葡萄[26]等果树上也有相似规律。果实品质性状呈正态分布或偏正态分布,推测可能由于杂交育种过程非加性效应解体,以及栽培过程中气候与环境条件等外界因素的影响。F1代枣果实大小性状、果实可食率、果实营养品质、果核大小等13 个果实性状变异系数在0.85%~32.27%之间,说明其F1代的果实性状能广泛分离,其中单果质量变异系数最大,各性状均表现不同程度的离散分布,部分株系出现超亲极端值,这一现象有利于从杂交F1代群体中筛选出优异种质资源[27-30]。F1代果实的可溶性固形物含量和单核质量的均值高于中亲值,杂种优势率均为正值,分别为5.56%、28.81%;且F1 代均有超高亲植株出现,超高亲率分别为16.67%、34.07%,表现出趋高遗传倾向和较强杂种优势。可溶性固形物含量的趋高变异意味着更容易选育高可溶性固形物含量品种,本研究结果与谢欢等[15]在冬枣×金丝4 号的枣杂交后代中的可溶性固形物含量遗传倾向相同,但单核质量遗传倾向研究结果与之表现出差异,推测是由于不同的杂交群体性状间的遗传规律存在一定相似性和差异性,故仍需要用不同的杂交群体去揭示枣的遗传变异规律。除上述两个性状外,其他果实大小、果实可食率、果实营养品质、果核大小等性状均表现出趋小变异,这一现象主要是由这些性状均受微效多基因控制、亲本品种均具有基因累加效应和互作效应、随着有性过程非加性效应解体而导致的,在其他果树上也有相似的报道[26-27]

3.3 F1代果实性状综合评价与优系筛选

果实品质是由众多果实性状相互作用的结果,而果实性状形成是多基因控制的数量性状和多种因素相互作用的结果。笔者通过对果实大小、果实可食率、果实营养品质、果核大小等果实性状的相关性分析,发现果实大小与果核大小性状间存在极显著正相关性,说明枣果实越大,果核越大;可食率与果实大小性状呈极显著正相关性,与果核大小呈极显著负相关;可溶性糖与有机酸含量显著正相关,与可溶性固形物含量极显著正相关,这一结果与前人研究结果一致[15-16]。利用JMS2×交城5 号的F1代获得的多个果实品质性状指标对其果实品质进行综合评价,评价结果会因信息重叠而出现偏差。而采用灰色关联度分析法对鲜食枣果实品质进行分析,可以摆脱果实品质指标多、选择难的问题,达到全面评价的目的。目前张梅等[31]和李慧等[21]分别对骏枣和鲜食枣种质应用灰色关联分析法进行筛选并取得了较好效果。笔者在本研究中参照枣树鲜食品种的育种目标,利用灰色关联分析法,选取6个对果实品质较为重要的性状指标,筛选出5 个综合性状优良的优系,分别是J20、J47、J52、J56、J93,其中J20鲜食的果实品质表现要明显优于其他子代,可作为鲜食品种选育,而其他4 个优系可以考虑作为干鲜兼制品种选育。笔者通过果实性状评价分析,初步筛选出5个果实品质综合性状表现优良的种质,但影响枣果实品质的性状还有很多,后续将会增加制干品种评价指标和其他影响枣优株综合评价的指标,以期加快新种质筛选进程。

4 结 论

本研究结果表明,杂交F1代果实成熟期倾向父本遗传,且26个果实品质性状均呈现不同程度性状分离。其中果实形状、果实颜色、果实质地等8个描述型性状倾向父本遗传;果肩形状和柱头状态2个性状均可能是受一对或少数几对基因控制的质量性状。果实大小和果核大小、可食率及果实内在品质等13个数值型性状为多基因控制的数量性状。初步筛选出5个综合品质表现优良的株系。

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Genetic analysis of fruit traits and selection of superior lines in F1 generation of jujube JMS2×Jiaocheng 5

PAN Yiling1, BAO Jingkai1, CHEN Wannian1, WU Cuiyun1, WANG Jiurui2, LIU Mengjun2, YAN Fenfen1*

(1The National-Local Joint Engineering Laboratory of High Efficiency and Superior-Quality Cultivation and Fruit Trees/College of Horticulture and Forestry,Tarim University,Alar 843300,Xinjiang,China;2Research Center of Chinese Jujube,Hebei Agricultural University,Baoding 071000,Hebei,China)

Abstract:【Objective】The aim of this experiment is to investigate the segregation characteristics and genetic variation of fruit traits in the F1 generation,so as to provide a theoretical basis for cross breeding and variety selection in jujube.【Methods】The 26 descriptive and numerical traits such as fruit shape,fruit color, shape of fruit shoulder, shape of fruit top, size of fruit dot, density of fruit dot, stigma state,smoothness of fruit skin, thickness of fruit skin, texture of fruit flesh, color of fruit flesh, juice of fruit flesh, coarseness of fruit flesh, single fruit weight, fruit longitudinal diameter, fruit transverse diameter,fruit shape index, edible rate, soluble sugar, organic acid, soluble solids, vitamin C, single core weight,kernel longitudinal diameter, kernel transverse diameter and kernel shape index were described and measured using 140 plants of F1 generation of Jujube JMS2×Jiaocheng 5 and the parents,and the fruit ripening period was investigated.The data obtained from the investigated traits were compiled and analyzed by EXCLE 2019 and SPSS 26.0, and genetic diversity parameters such as mean, standard deviation, skewness, kurtosis, coefficient of variation, genetic transmission power, ultra-high parental rate,low parental rate, pro-median and mid-parental dominance, and correlation analysis were performed to analyze the genetic variation of the investigated traits,and the fruit quality was comprehensively evaluated using the equal-weighted and weighted gray correlation method.【Results】The F1 generation showed a separation in fruit ripening,with 36.26%of the F1 offerspring ripening mostly in late September.In the F1 generation, the 13 descriptive traits including fruit shape, fruit color, shape of fruit shoulder, shape of fruit top,fruit point size, size of fruit dot, density of fruit dot,stigma state,smoothness of fruit skin,thickness of fruit skin,texture of fruit flesh,color of fruit flesh,juice of fruit flesh,coarseness of fruit flesh all showed different trait separation, among which six variant types of fruit shape appeared,and the top three fruit shapes of the offspring were obovoid,oblong and ovoid in that order.The fruit shape tended to be obovoid in the paternal genetic effect, with 35.85% of the offspring, while the fruit shape tended to be ovoid in the maternal genetic effect,with 17.92%of the offspring.Four types of variation in texture of fruit flesh were observed, and the percentage of flesh compact was 46.23%, and their traits tended to be in the paternal genetic effect.Two traits,shape of fruit shoulder and stigma status, were tested by chi-square test (p=0.737>0.05, p=0.502>0.05),and the separation ratios were 3∶1 and 1∶2∶1 in that order, which were in accordance with Mendelian genetic separation law.The 13 numerical fruit traits,including fruit size,kernel size,edibility and intrinsic quality content of the F1 generation group, showed continuous variation and conformed to normal or skew-normal distribution, with the characteristics of quantitative traits controlled by multiple genes.The coefficients of variation for fruit size and edibility ranged from 0.85%to 32.27%,with the largest coefficient of variation for single fruit weight and the smallest coefficient of variation for edibility;the coefficients of variation for kernel size traits ranged from 14.52% to 31.53%, with the largest coefficient of variation for single kernel weight and the smallest coefficient of variation for longitudinal kernel diameter; The coefficients of variation for intrinsic fruit quality traits ranged from 11.29% to 24.44%, with the largest coefficient of variation for organic acid content and the smallest coefficient of variation for soluble solids.The mean values of soluble solids content and single kernel weight, were higher than those of the middle parents,and the heterosis rates were positive, 5.56% and 28.81%, respectively, showing high genetic tendency and strong heterosis advantage;11 traits including single fruit weight,longitudinal fruit diameter,transverse fruit diameter,fruit shape index,edibility,soluble sugar,organic acid,vitamin C,longitudinal kernel diameter, transverse kernel diameter, and kernel shape index, showed low genetic tendency.There were highly significant positive correlations between fruit size and kernel size traits; highly significant positive correlations between edibility and fruit size and other traits,and highly significant negative correlations with kernel size;significant positive correlations between soluble sugars and organic acids contents, and highly significant positive correlations with soluble solids content.【Conclusion】In this study, fruit ripening was mainly affected by paternal genetic and eight descriptive traits, namely fruit shape, fruit color, shape of fruit shoulder, shape of fruit top, density of fruit dot, stigma state, smoothness of fruit skin and coarseness of fruit flesh were found to be affected by maternal genetic factor in the F1 generation.Both traits, fruit shoulder shape and stigma status, may be quality traits one or a fewpairs ofgenes.All 13 numerical traits including fruit size,kernel size,edibility and intrinsic quality content, were quantitative traits controlled by multiple genes.In summary, the traits with a great influence on fruit quality were selected,and five offspring with excellent overall quality performance were initially screened using the equal-weighted and weighted gray correlation method.

Key words:Chinese jujube;Hybrid offspring;Fruits traits;Genetic variation;Evaluation

中图分类号:S665.1

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2023)06-1085-14

DOI:10.13925/j.cnki.gsxb.20220602

收稿日期:2022-11-10

接受日期:2023-01-05

基金项目:国家自然科学基金项目(32060656);南疆重点产业支撑计划项目(2017DB006);塔里木大学研究生科研创新项目(TDGRI202124)

作者简介:潘依玲,女,在读硕士研究生,研究方向为枣种质资源与遗传育种。Tel:17399976469,E-mail:2810421623@qq.com

*通信作者Author for correspondence.E-mail:yanfening@163.com