番石榴杂交F1代基于SRAP标记的鉴定及果实性状的遗传倾向分析

黄婉莉1,张冬敏1,符喜喜2,陈心怡2,张朝坤1*

1漳州市农业科学研究所,福建 漳州 363005;2福建农林大学,福州 350002)

摘 要:【目的】通过鉴定番石榴杂交F1代真实性以及探究其果实主要性状的遗传倾向,丰富番石榴遗传规律研究,以期为番石榴杂交育种亲本选配提供参考依据。【方法】以母本红香1号番石榴、父本帝王番石榴及其104个杂交F1代单株为研究材料,应用SRAP分子标记鉴定杂种的真实性,并对亲本与F1代群体遗传多样性、遗传关系和果实品质的遗传倾向进行分析。【结果】利用SRAP标记对杂交F1代群体进行鉴定,真杂种率为98.08%。聚类分析图谱显示,在0.90阈值处可将父母本及杂交F1代群体分为6类;杂交F1代单果质量、果实纵径、横径、果形指数、果心直径、果肉厚度、果实可滴定酸(TA)含量和可溶性固形物(TSS)含量等8个性状都表现为较典型的正态分布,属于由多个基因控制的数量性状;杂交F1代单果质量、果实纵径、横径、果形指数和TSS含量呈增大变异的遗传趋势,果实TA含量呈现趋小变异的遗传趋势;杂交F1代果实6个质量性状果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色、果肉质地以及果实香气离散幅度较大,多样性指数较高。6种质量性状受不同的基因控制,其中果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色受父本影响较大,果肉质地和果实香气主要受母本影响。【结论】番石榴8个数量性状中,单果质量、果实纵径、横径和果形指数超亲优势明显,表明番石榴果实大小的遗传受加性效应的影响;番石榴6个质量性状中,果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色受父本影响较大,果肉质地和果实香气主要受母本影响。

关键词:番石榴;杂交后代;SRAP分子标记;果实品质;遗传规律

番石榴(Psidium guava)在分类上属桃金娘科(Myricaceae)、番石榴属(Psidium)植物,俗称芭乐、鸡屎(矢)果、那拔等,原产热带美洲,番石榴传入中国种植已有数百年历史[1-2],主要种植在福建、台湾、广东、广西、云南、四川等地。番石榴果实营养价值丰富[3-4],每100 g果肉含总糖5.0~10.3 g,蛋白质0.9~1.4 g,维生素A 60~75 μg,维生素C 210~305 mg。番石榴植株适应性强、早结丰产、种植效益高,既可作为新鲜水果食用,也可加工成各种增值产品,是少数药食同源的水果之一,其在食品、保健、医药领域都具有独特的应用[5-7]。中国番石榴生产仍然面临主栽品种单一、栽培管理模式落后、品种退化等问题,因此提高番石榴栽培育种水平、选育出特色优良品种、调整品种结构、树立品牌意识是促进番石榴产业稳健发展的重要任务。

在果树杂交育种过程中,杂交后代的性状受父母本性状影响,研究亲本的性状遗传规律可以指导正确选择和选配亲本,提高育种效率。果树品种的优良特征主要体现在其果实品质上,番石榴果实的品质性状主要包含果实纵横径、质量、果肉颜色、香气、硬度、可溶性固形物含量、可滴定酸含量等,研究番石榴果实品质性状遗传倾向对杂交亲本选配具有重要的指导意义。前人对梨、苹果、枇杷、枣等[8-11]果实性状遗传规律进行了大量的研究,而关于番石榴果实性状遗传方面暂未有报道。番石榴为多年生木本植物,生长世代长,果实种子多,其杂交育种工作繁杂,对其后代性状遗传规律进行积极的探索,不仅能够为杂交后代早期选择提供参考从而提高育种效率,同时还可为番石榴进一步杂交育种科学选配亲本提供依据。

随着生物分子技术日益完善,分子标记技术以准确、科学的特点已被应用于植物育种研究中。SRAP 标记(相关序列扩增多态性,sequence-related amplified polymorphism)是建立在PCR(polymerase chain reaction)基础之上的DNA分子标记系统,可利用特定引物设计对整个未知序列的基因组进行扩增,因其高效、稳定、多态性丰富、操作简单而被广泛应用于植物遗传育种、遗传多样性和亲缘分析等方面[12-14]。目前,SRAP标记已经被成功应用在金柑[15]、椰子[16]、樱桃[17]等果树遗传多样性、遗传图谱等研究领域。笔者在本试验中以软肉浓香型番石榴红香1号(H1)为母本、硬肉淡香型番石榴帝王(DW)为父本,进行田间杂交,对番石榴亲本及其104株杂交F1代群体进行亲缘关系鉴定及遗传多样性分析,并对其果实经济性状遗传倾向进行系统分析,以此丰富番石榴遗传规律研究,进一步总结育种经验,为培育番石榴新品种奠定基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为漳州市农业科学研究所热带水果种质资源圃中的番石榴植株,番石榴亲本为3年生植株,亲本分别为红香1 号(母本)和帝王(父本)。红香1 号果实卵圆形,平均单果质量222.65 g,成熟果实果皮黄绿色,果面较光滑,果肉果心均为红色,肉质软绵细腻,香气浓郁。帝王果实椭圆形,平均单果质量241.90 g,成熟果实果皮绿色,果面光滑程度中等,果心果肉均为白色,肉质脆爽,淡香。于2021年4月进行人工杂交授粉,2021年9月收集杂交果实并播种,播种后约20 d种子萌发,获得杂交F1代104株(编号为HD1-HD104),2021年10 月对杂交F1代进行移栽,试验材料在资源圃中采用统一方法进行肥水管理、整形修剪和病虫害防治,植株长势一致且生长良好。2023年3月采集番石榴亲本和杂交F1代无病虫害幼叶,洗净并晾干叶片上的水分保存于-80 ℃冰箱备用。2023年4月上旬番石榴亲本及杂交F1代开花,2023年7月下旬果实陆续成熟,收集亲本和杂交F1代的果实样品进行品质测定。

1.2 试验方法

1.2.1 果实品质指标测定 用T1000型电子天平测定番石榴亲本与杂交F1代的单个果实质量;用游标卡尺测量果实最大处纵径和横径,计算果实纵径和横径的比值,即为果形指数;将果实对半切开,用直尺测定果心最宽处距离即为果心直径和果心边缘至外果皮最宽处的果肉厚度;采用酸碱滴定法(以柠檬酸计)测定果实中的可滴定酸(TA)含量;利用SWEVY 型号数显折射仪测定果实的可溶性固形物(TSS)含量。

参考《热带作物种质资源描述规范番石榴》[18],采用观测法对番石榴果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色、果肉质地、果实香气6 个质量性状进行调查(表1)。

表1 番石榴果实质量性状描述
Table 1 Description of quality traits of guava fruit

果实形状Fruit shape扁圆形Flat circular shape卵圆形Oval shape椭圆形Ellipse长椭圆形Long elliptical shape梨形Pear shaped果面质地Fruit surface texture光滑Smooth中等Moderate粗糙Rough果肉质地Fruit texture嫩滑Tender and smooth疏松Loose酥脆Crispy果实香气Fruit aroma无Nothing淡Light浓Strong赋值Assignment--果皮颜色Skin color淡黄色Pale yellow黄绿色Yellow green绿色Green浅红色Light red红紫色Red Purple果肉颜色Fruit flesh color白色White淡黄色Pale yellow黄色Yellow浅红色Light red红色Red----12345

1.2.2 基因组DNA提取与检测 使用基因组DNA提取试剂盒(生工生物工程股份有限公司),以番石榴新鲜健康、无病虫害叶片为材料,提取基因组DNA,用1×TAE 电泳缓冲液、1.5%琼脂糖凝胶电泳进行定性分析,用BiophotoMEtre 型核酸蛋白仪检测其浓度并将待检测样品DNA保存于-20 ℃备用。

1.2.3 SRAP引物的筛选及PCR扩增 根据杨祥燕等[19]优化番石榴SRAP 反应体系中的引物信息,选择本试验SRAP 分子标记引物由8 个正向引物和8个反向引物两两组合成64 对引物组合,以亲本H1和DW 基因组DNA 为模板,对64 对引物进行筛选,每对引物2次重复,筛选出多态性好、条带稳定且具有父本特异条带的引物组合用于杂交F1代鉴定。SRAP-PCR反应体系总体积为20 μL,10×PCR Buffer(含25 mmol·L-1的Mg2+)2 μL,上下引物各0.1 μL(10 μmol·L-1),dNTP(均10 mmol·L-1)0.4 μL,基因组DNA模板1 μL,Taq Plus DNA Polymerase(5 U·μL-1)0.5 μL,ddH2O 15.9 μL。扩增程序为:95 ℃预变性5 min;95 ℃变性30 s、35~45 ℃退火15 s、72 ℃延伸30 s,5 个循环;95 ℃变性30 s,40~50 ℃退火30 s,72 ℃延伸60 s,35个循环,循环结束后于72 ℃延伸5 min,12 ℃保存。

1.2.4 数据统计与分析 运用Excel 2019对数据进行整理和绘制图表,使用IBM SPSS Statistics 19.0对数据进行频率分析、相关性分析和多样性指数分析等。变异系数、遗传传递率等计算方法参考赵爽等[20]的研究方法。

利用SoteGenetics GeneMarker 3.0.0 软件将每对引物扩增的等位基因位点进行统一标记,以“1”或“0”表示相同位置上电泳条带的有或无,并转换成0/1 矩阵。利用软件NTSYS-pc2.10 按Nei&Li 方法计算遗传距离(D),采用类平均聚类方法(UPGMA)构建番石榴聚类树状图,用PopGene 软件对得到的相关数据进行遗传分析。

多样性指数采用Shannon-Weinner 指数(H′),,s 为表型分类数,Pi为该性状第i 类的表现频率;

变异系数(CV,%)=(S·F-1)×100;

遗传传递力(Ta,%)=(F·MP-1)×100;

超高亲率(Hq,%)=(F1代群体表型高于亲本的单株数/F1代单株总数)×100;

低低亲率(La,%)=(F1代群体表型低于亲本的单株数/F1代单株总数)×100;

优势率(P,%)=[(F-MP)·MP-1]×100;

公式中S表示杂交F1植株数据的标准差,F表示杂交F1植株数据的平均值,MP表示亲本平均值(中亲值)。

2 结果与分析

2.1 SRAP引物筛选及杂交F1代鉴定

如图1所示,64对SRAP引物按标准反应体系,取亲本(H1、DW)为样本进行PCR 筛选,50 ℃的PCR 退火条件,电泳检测,筛选出7 对扩增效果较好,且在亲本间质检有多态性的引物。根据杂交F1代中有无父本特征条带,进而从7 对引物中再筛选出1 对(M6E4)SRAP 引物用于父本帝王、母本红香1号与杂交F1代亲缘关系的鉴定。应用筛选出来的SRAP 引物(M6E4)对杂交F1代群体进行真假杂种鉴定,对特定引物M6E4的扩增产物进行检测,发现4条父本特征条带(图2),在杂交F1代株系中仅2株未检测到父本特征性条带,剩余102 株杂交F1代株系含有父本特征性条带,真杂种率达到98.08%。

图1 亲本间多态性SRAP 引物筛选结果
Fig.1 Screening results of polymorphic SRAP primers between parents

引物编号注释在每对引物对应的条带上方,左侧为母本红香1 号,右侧为父本帝王;箭头指示引物(M6E4)为特异性引物。
The primer number annotation is above the corresponding band of each pair of primers,with the female parent Hongxiang No.1 on the left and the male parent Emperor on the right;The arrow indicates that the primer(M6E4)in a specific primer.

图2 M6E4 引物番石榴亲本与杂交F1代植株的扩增结果
Fig.2 Amplification results of M6E4 primer on pomegranate parents and hybrid F1 plants

1~104.杂交F1 代群体;♀.母本红香1 号;♂.父本帝王。箭头所指为父本特征性条带。
1-104. Hybridized F1 generation population; ♀. The female parent is Hongxiang No.1;♂. The male parent is Emperor. The arrows point to the characteristic bands of the male parent.

2.2 杂交F1代与亲本的聚类分析

利用特异性引物(M6E4)对番石榴杂交母本红香1号、父本帝王及其杂交F1代群体进行PCR基因组序列扩增,获得多态性丰富的带型,产物片段大小在200~5000 bp 之间,共获得17 个位点,利用软件NTSYS-pc2.10 按Nei&Li 方法计算番石榴亲本与后代之间的相似系数,采用类平均聚类方法(UPGMA)构建番石榴聚类树状图。结果表明,母本红香1号和父本帝王遗传相似系数为0.82,杂交父母本相似度为中等水平。杂交F1代群体的遗传相似系数在0.522~1.000之间,其中HD81与HD95植株之间的遗传相似系数最小,为0.522。大部分杂交F1代植株间的相似系数在0.700~0.938之间。母本红香1号与杂交F1代HD14 和HD81 植株间遗传相似系数最小,为0.700,与HD17、HD40、HD66、HD70、HD80 等相似系数最大,为1.000。父本帝王与HD81 相似系数最小(0.609),与HD1、HD3、HD4、HD5、HD6、HD7、HD9、HD12、HD20、HD21、HD23、HD87、HD93、HD94 等14株杂交F1代植株间遗传相似系数最大(0.970)。

按照UPGMA 方法进行聚类分析,构建了亲本及102 株后代的聚类树状图(图3),结果显示,以相似系数为0.900为标准,可将父母本及102株杂交F1代群体植株划分为6 类。其中,第Ⅰ类仅有杂交F1代植株1 株,为HD97,与其他后代以及亲本亲缘关系较远,主要表现为叶片为紫红色,果皮果肉均为紫红色,硬果淡香,果实形状为卵圆形;第Ⅱ类共有杂交F1代植株14 株,主要表现为叶片为浅绿色,果皮绿色,果肉白色,软果浓香,果实形状为梨圆形;第Ⅲ类共有杂交F1代植株5 株,主要表现为叶片为浅绿色,果皮绿色,果肉红色,硬果淡香,果实形状为扁圆形;第Ⅳ类共有杂交F1代4株,主要表现为叶片为深绿色,果皮绿色,果肉白色,硬果淡香,果实形状为椭圆形;第Ⅴ类与父本帝王聚在一起,共有杂交F1代植株18株,主要表现为叶片为浅绿色,果皮绿色,果肉白色,硬果淡香,果实形状为长椭圆形;第Ⅵ类与母本红香1号聚在一起,共有杂交F1代植株60株,主要表现为叶片为深绿色,果皮绿色,果肉红色,软果浓香,果实形状为长椭圆形。

图3 杂交F1代与父母本关系的聚类分析
Fig.3 Cluster analysis of the relationship among hybrid F1 generation and parents

2.3 果实数量性状遗传分析

由表2可知,红香1号和帝王杂交F1代单果质量为285.96 g,高于中亲值,性状分离范围为121.75~574.68 g,单果质量性状表现出较广泛的分离,其变异系数、遗传传递力和优势率均高于其他数量性状,分别为31.48%、111.92%和11.92%,超高亲率较高(53.98%)。单果质量正态分布曲线的峰度和偏度分别为1.51 和0.97,同时结合图4-A1、A2 的正态分布频率直方图和Q-Q图可知,杂交F1代群体的单果质量表现为标准的正态分布,总体呈增大变异的遗传倾向,由于其性状分离范围较大,超高亲率较高,因此能够为培育大果的番石榴品种提供育种材料;杂交F1代果实纵径高于中亲值,分离范围为6.20~12.30 cm,变异系数为15.17%,遗传传递力为109.97%,优势率为9.97%,超高亲率为60.18%,低低亲率为25.66%。如图4-B1、B2所示,杂交F1代群体果实纵径为标准的正态分布,属于由多基因共同控制的数量性状,总体呈趋于增大的遗传倾向;杂交F1代群体果实横径为10.79 cm,高于中亲值,其性状分离范围为5.70~10.00 g,表现出广泛的分离。果实横径变异系数、遗传传递力、超高亲率和优势率均低于果实纵径,分别为10.79%、104.47%、51.33%和4.47%。根据分布曲线的峰度和偏度,再结合图4-C1、C2 可知,杂交F1代的果实横径表现为标准的正态分布,是典型的由多个基因控制的数量性状,遗传倾向总体呈增大趋势,变异系数较小;杂交F1代果形指数高于中亲值,分离范围为0.78~1.57,变异系数为14.61%,遗传传递力为105.39%,优势率为5.39%,超高亲率为50.44%,低低亲率为37.17%。图4-D1、D2 显示杂交F1代的果形指数呈正态分布,总体呈增大变异的遗传倾向;杂交F1代果心直径高于中亲值,分离范围为2.00~6.30 cm,变异系数为21.77%,遗传传递力为102.80%,优势率为2.80%,超高亲率为34.51%,低低亲率为22.12%。根据图5可知,杂交F1代的果心直径呈标准的正态分布,总体呈趋中遗传的变异趋势(图5-A1、A2);杂交F1代果肉厚度低于母本红香1号但高于中亲值,性状分离范围为1.00~3.40 cm,表现出广泛的分离。其变异系数为20.50%,仅次于单果质量,遗传传递力、超高亲率和优势率处于中等水平,分别为103.86%、25.66%和3.86%。杂交F1代果肉厚度分布曲线的峰度和偏度分别为1.43和0.67,同时结合图5-B1、B2可知,杂交F1代的果肉厚度表现为标准的正态分布,典型的由多个基因控制的数量性状,总体遗传表现为趋中倾向,变异系数较小;杂交F1代果肉可滴定酸(TA)含量低于中亲值,分离范围为0.11%~0.26%,变异系数为15.41%,遗传传递力为93.06%,优势率为-6.94%,超高亲率为6.19%,低低亲率为26.55%。根据图5的频率直方图以及正态Q-Q图可知,杂交F1代的TA含量正态分布,总体遗传倾向表现为较强的趋小变异,性状衰退表现较明显(图5-C1、C2);杂交F1代果肉可溶性固形物(TSS)含量为8.18%高于中亲值,性状分离范围为6.00%~12.00%,表现出广泛的分离。其变异系数、遗传传递力、超高亲率和优势率均处于中等水平,分别为15.54%、103.3%、39.82%和3.30%。根据果实TSS 含量正态曲线的峰度和偏度,同时结合图5-D1、D2可知,杂交F1代的TSS含量呈正态分布,总体遗传倾向表现为趋大变异。

图4 番石榴杂交F1 代果实数量性状频率直方图及正态Q-Q 图
Fig. 4 Histogram and normal Q-Q chart of the frequency of quantitative traits in F1 hybrid generation of guava

A. 单果质量;B. 果实纵径;C. 果实横径;D. 果形指数。1. 频率直方图;2. 正态Q-Q 图。
A. Single fruit mass; B. Fruit longitudinal diameter; C. Fruit horizontal diameter; D. Fruit shape index. 1. Frequency histogram; 2. Normal Q-Q diagram.

图5 番石榴杂交F1 代果实数量性状频率直方图及正态Q-Q 图
Fig. 5 Histogram and normal Q-Q chart of the frequency of quantitative traits in F1 hybrid generation of guava

A. 果心直径;B. 果肉厚度;C. 可滴定酸含量;D. 可溶性固形物含量。1. 频率直方图;2. 正态Q-Q。
A. Core diameter; B. Fruit flesh diameter; C. Titratable acid content; D. Soluble solids content. 1. Frequency histogram; 2. Normal Q-Q.

表2 番石榴杂交F1代果实数量性状遗传变异
Table 2 Genetic variation of fruit quantity traits in F1 hybrid generation of guava

指标Index母本Female父本Male中亲值Mesophilic value杂交后代Hybrid progenise分离范围Separation range变异系数CV/%遗传传递力Ta/%超高亲率Hq/%低低亲率La/%优势率P/%峰度Kurtosis偏度Skewness单果质量Fruit mass/g 219.10 241.90 230.50果实纵径Longitudinal/cm 7.38 7.63 7.51果实横径Horizontal/cm 7.07 7.52 7.30果形指数Fruit shape index 1.05 1.01 1.03果心直径Horizontal/cm 3.50 4.00 3.75果肉厚度Thickness/cm 2.00 1.70 1.85 w(可滴定酸)TA content/%0.20 0.23 0.22 w(可溶性固形物)TSS content/%8.06 7.77 7.92 285.96 8.25 7.62 1.09 3.85 1.92 0.20 8.18 121.72~574.68 6.20~12.30 5.70~10.00 0.78~1.57 2.00~6.30 1.00~3.40 0.11~0.26 6.00~12.00 31.48 111.92 53.98 33.63 11.92 1.51 0.97 15.17 109.97 60.18 25.66 9.97 0.65 0.84 10.79 104.47 51.33 21.24 4.47-0.30-0.05 14.61 105.39 50.44 37.17 5.39 1.52 1.09 21.77 102.8 34.51 22.12 2.80 0.34 0.38 20.50 103.86 25.66 24.78 3.86 1.43 0.67 15.41 93.06 6.19 26.55-6.94 0.91-0.83 15.54 103.30 39.82 61.95 3.30 1.32 0.99

由图4、图5、表2可知,杂交F1代的单果质量、果实纵径、横径、果形指数、果心直径、果肉厚度、果实TA 含量和TSS 含量等8 个性状均呈较典型的正态分布,属于由多个基因控制的数量性状。8 个数量性状在杂交F1代中普遍出现较大的性状分离,变异系数为10.79%(果实横径)~31.48%(单果质量),遗传传递力为93.06%(TA 含量)~111.92%(单果质量),优势率为-6.94%(TA 含量)~11.92%(单果质量),其中仅果实TA 含量杂交F1代的平均值低于中亲值,低低亲率为26.55%,杂种优势表现不明显,呈现趋小变异的遗传趋势。单果质量、果实纵径、横径和果形指数等4 个性状超高亲率为50.44%(果形指数)~60.18%(果实纵经),总体呈增大变异的遗传趋势。果心直径和果肉厚度表现出趋中的遗传变异趋势。

2.4 果实质量性状遗传变异分析

番石榴杂交F1代果实相关质量性状频度分布如表3所示,番石榴杂交F1代102个单株的果实形状分离广泛,有扁圆形、卵圆形、椭圆形、长椭圆形、梨形,杂交F1代果实形状主要遗传自父母本,其遗传亲本的频度为60.36%,后代植株果实形状与父本相同的频度高于母本,说明后代果实形状受父本影响较大。杂交后代中小部分的植株果实形状发生变异,部分后代果实形状为长椭圆形,为非亲本遗传的主要性状,其频度为28.83%;番石榴杂交F1代果面质地以中等为主,其频度为47.92%,番石榴杂交F1代果面质地遗传自亲本的频度为77.15%,其中后代植株果面质地与父本相同的频度远高于母本,表明后代果面质地主要受父本影响。后代群体中小部分植株果面质地与亲本有所差异,但差异频度为22.85%;番石榴杂交F1代中果皮颜色共出现4 类分别为淡黄色、黄绿色、绿色、浅红色,其中果皮颜色为黄绿色的频度最高(45.95%),杂交F1代中果皮颜色遗传自亲本的频度为72.08%,其中后代果皮颜色与父本相同的频度为45.95%,高于母本,表明其后代果皮颜色主要受父本影响,部分后代植株果皮颜色发生变异,但频度仅为27.92%;番石榴杂交F1代果肉颜色为白色、淡黄色、浅红色和红色4 种,其中白色频度较高(38.74%),其次为红色(35.53%),父本帝王果肉颜色为白色,母本红香1号为红色,表明F1代果肉颜色主要遗传自亲本,后代果肉颜色表现为浅红色,可能受亲本间基因互作的影响,其中小部分单株果肉颜色发生变异,其频度为7.21%;番石榴杂交F1代果肉质地为嫩滑、疏松和酥脆3种,以嫩滑为主,其频度为59.46%,其次为酥脆,其频度为36.94%,母本红香1号果肉质地为嫩滑,父本帝王果肉质地为酥脆。可见果肉质地受母本遗传影响较大;番石榴杂交F1代果实香气主要遗传自父母本,其遗传亲本的频度为95.50%,后代植株果实香气与母本相同的频度高于母本,说明后代果实香气性状受母本影响较大。

表3 番石榴杂交F1代果实质量性状频度分布和多样性指数
Table 3 Frequency distribution and diversity index of fruit quality traits in F1 hybrid generation of guava

质量性状Quality traits果实形状Fruit shape果面质地Fruit surface texture果皮颜色Skin color果肉颜色Fruit flesh color果肉质地Fruit texture果实香气Fruit aroma亲本Parent母本Female 父本Male 2 3 4 5 212413 321232后代频度Offspring frequency/%1 9.01 28.83 31.53 28.83 1.80多样性指数Diversity index,H′1.37 29.23 47.92 22.85 1.06 26.13 45.95 21.62 6.30 0.00 1.21 38.74 7.21 0.00 22.52 31.53 1.26 59.46 3.60 36.94 0.80 4.50 46.85 48.65 0.85

根据番石榴杂交F1代群体果实6个质量性状的Shannon-Weinner 多样性指数(H′)可知,番石榴杂交F1代群体内不同植株果实质量性状表型多样性具有一定的差异,杂交F1代果实质量性状多样性指数H′范围为0.80~1.37,平均值为1.09,其中果实形状多样性指数H′最高,为1.37,表明其后代遗传多样性最丰富,其次为果肉颜色,果肉质地和果实香气均较低,果面质地和果皮颜色的多样性水平处于中等。上述结果表明番石榴果实形状、果实质地、果皮颜色、果肉颜色、果肉质地和果实香气等6个质量性状在杂交F1代群体中均表现出较明显的性状分离,其多样性指数高,离散幅度较大。

3 讨论

杂交育种是获得具有双亲优良特性的新品种的一种最有效的育种手段[21-23]。而番石榴杂交F1代数量较多,对杂交F1代进行杂种鉴定,从中筛选真杂种,从而缩短育种周期、提高育种效率,对番石榴新品种培育具有重要意义。SRAP分子标记技术具有引物设计简单、准确度高等优点,已被广泛应用于植物种质鉴定和分子标记辅助育种中[24-26]。本试验中SRAP分析结果显示,红香1号和帝王杂交F1代中既有兼具双亲特异条带,也存在仅具父本和母本一方的特异条带,同时产生了新的特异条带。笔者推测番石榴杂交F1代新条带的出现可能是因为在番石榴花粉和胚珠结合过程中染色体的不等价交换而产生的新片段,由此说明番石榴杂交F1代既遗传亲本特性也产生新的变异。笔者在本研究中利用SRAP分子标记技术对番石榴杂交组合的104株子代进行鉴定,真杂种率达到98.08%。

SRAP 分子标记常用于遗传多样性分析,孙秀秀等[27]通过SRAP分子标记技术,利用16对引物,将34份果桑种质分为五大类群。郭媛贞等[28]利用形态标记和SRAP分子标记两种方法对22份莱豆资源的26 个数量性状和18 个质量性状进行测定、分析,将其分为三大类群体。周海琪等[29]利用SRAP 分子标记技术对89份香蕉种质资源进行遗传分析,种质间相似系数为0.241~1.000,在相似系数为0.49 时可以将其分成六大类。谢锐等[30]采用SRAP 标记对收集的24 份彩色马铃薯种质资源的遗传多样性进行分析,当相似系数为0.61 时,24 份彩色马铃薯种质被划分为四大类群。笔者在本研究中通过SRAP分子标记技术,对父母本及102 株杂交F1代植株采用聚类分析方法在遗传相似系数0.900处将其分为6类:第Ⅰ类仅有杂交F1代植株1 株,为HD97;第Ⅱ类共有杂交F1代植株14 株;第Ⅲ类共有杂交F1代植株5株;第Ⅳ类共有杂交F1代植株4株;第Ⅴ类与父本帝王聚在一起,共有杂交F1代植株18 株;第Ⅵ类与母本红香1 号聚在一起,共有杂交F1代植株60 株。此结果与田间植株表型、果实性状鉴定基本吻合。

果树杂交育种获得的后代性状分离比较广泛,劣变率也较高,但也会出现超高亲植株[31]。卢明艳等[32]对梨杂交F1代果实性状进行遗传规律研究,发现可溶性固形物含量和果形指数的组合传递力和优势率高,存在超亲分离的现象。Uddin等[33]对杧果杂交F1代株系的农艺性状进行遗传研究,发现杂交F1代中存在单果质量和可溶性固形物含量较高的株系,且超过了亲本中较高的一方,表明这是加性基因的作用或超亲分离的现象。崔悦[34]以不同越橘品种为亲本,配置3 组正反交杂交组合,发现3 组正反交后代可滴定酸含量遗传传递力均大于100%,表现为超亲分离现象。葛聪聪等[35]对柠檬杂交群体子代表型进行分析,发现果形指数、单果质量等13 个性状在杂种后代中符合数量性状遗传特点,各性状中均存在一定比例超亲个体。在本研究中,红香1 号和帝王杂交F1代单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数、果心直径、果肉厚度、果实TA含量和TSS含量等8 个性状都表现为较典型的正态分布,应是属于由多个基因控制的数量性状。8个性状在杂交F1代中普遍出现较大程度的性状分离,其中单果质量、果实纵径、果实横径和果形指数等4 个性状总体呈增大变异的遗传趋势,超亲优势明显,说明番石榴果实大小的遗传受加性效应的影响。这与前人在草莓[36]、柑橘[37]、柿[38]等中的研究结果一致。

在可溶性固形物含量方面,红香1 号和帝王杂交F1代TSS 含量高于中亲值,杂交后代果实中TSS含量倾向于高TSS 亲本,超亲优势明显。笔者在本研究中发现,番石榴果实中TSS 含量的遗传模式与前人在苹果[39]、枣[40]、梨[41]、猕猴桃[42]、樱桃[43]、山楂[44]等果树研究中的结果相似,均属于遗传加性效应,是由微效多基因控制的数量性状遗传。在本研究中,杂交F1代果实中TA含量平均值低于中亲值,杂种优势表现不明显,呈现趋小变异的遗传趋势。这与高磊等[45]、郭修武等[46]在葡萄上研究发现杂交后代果实可滴定酸含量大多数低于亲本平均值、呈低于双亲遗传的特点是相同的。上述试验结果可作为通过杂交方式培育出具有适当固酸比的高品质番石榴品种的前期基础和科学依据。

卢明艳等[32]研究表明梨杂种后代果实质地、风味受母本影响较大。王刚刚[47]研究认为苹果果皮颜色表现为一对基因控制的简单遗传,且受父本影响较大。笔者在本研究中发现番石榴果实6个质量性状果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色、果肉质地以及果实香气在F1代群体中均表现出较明显的性状分离,不同质量性状间的多样性指数不同且均较高,由此表明番石榴果实质量性状间遗传多样性水平具有一定的差异性。同时番石榴6种质量性状受不同的基因控制,其中果实形状、果面质地、果皮颜色和果肉颜色受父本影响较大,果肉质地和果实香气主要受母本影响。

4 结论

利用SRAP标记对番石榴红香1号×帝王杂交F1代104个单株进行真伪鉴定,鉴定出真杂种102 株,真杂种率达到98.08%。在遗传相似系数0.90 阈值处可将番石榴父母本及杂交F1代群体划分为6 类;红香1号和帝王杂交F1代单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数、果心直径、果肉厚度、果实TA含量和TSS 含量等8 个性状都表现为较典型的正态分布,应是属于由多个基因控制的数量性状;杂交F1代单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数和TSS 含量总体呈增大变异的遗传趋势,超亲优势明显。果实TA含量呈现趋小变异的遗传趋势;杂交F1代的果实形状、果面质地、果皮颜色、果肉颜色受父本影响较大,果肉质地和果实香气主要受母本影响。研究结果为番石榴杂交育种亲本科学选配提供了理论依据,同时为后续番石榴杂交育种和分子标记辅助育种奠定了基础。

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Identification by SRAP and genetic tendency analysis of fruit characteristics of hybrids in guava

HUANG Wanli1,ZHANG Dongmin1,FU Xixi2,CHEN Xinyi2,ZHANG Chaokun1*

(1Zhangzhou Institute of Agricultural Sciences, Zhangzhou 363005, Fujian, China;2Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002,Fujian,China)

Abstract: 【Objective】Guava(Psidium guava L.)is a perennial fruit tree.Identification of authentic F1 hybrids and verification of genetic tendency of hybrid population is important for enhancing breeding efficiency in guava.【Methods】104 seedlings derived from a cross between Hongxiang No. 1 and Emperor were used as materials,SRAP markers were used to identify the authenticity of the hybrids.UPGMA clustering method was used to calculate genetic distance using NTSYS-pc 2.10, and cluster analysis was conducted.And the quantitative traits[single fruit quality,fruit longitudinal diameter,transverse diameter, fruit shape index, fruit core diameter, fruit flesh thickness, fruit titratable acid (TA) content and soluble solids (TSS) content] and quality traits (fruit shape, fruit surface texture, fruit skin color,fruit flesh color,fruit flesh texture,and fruit aroma)of mature fruits of the two parent varieties and F1 individuals were measured,and the genetic diversity,genetic relationships,and genetic tendencies of fruit characteristics of the F1 individuals were analyzed.【Results】102 true hybrid plants were identified through SRAP markers, and the true hybrid rate was 98.08%. The clustering analysis showed that at a genetic similarity coefficient of 0.90,the parental and 102 hybrid plants could be divided into 6 categories. The F1 hybrids showed a typical normal distribution of the eight quantitative traits, including the single fruit weight, fruit longitudinal diameter, transverse diameter, fruit shape index, fruit core diameter, fruit flesh thickness, fruit TA content, and TSS content, which should be controlled by the multiple genes. The genetic trend of increasing variation in the single fruit weight, fruit longitudinal diameter,transverse diameter,fruit shape index,and TSS content in F1 generation was evident,with obvious hetrobeltiosis.The TA content in the fruit showed a genetic trend of decreasing variation,while the diameter of the fruit core and the thickness of the fruit flesh showed a genetic trend of decreasing variation.The six quality traits of the fruits in the F1 population, including the fruit shape, fruit surface texture, fruit skin color,fruit flesh color,fruit flesh texture and fruit aroma,showed a significant segregation in the F1 generation, with a large degree of dispersion and a high diversity index. The dispersion characteristics and genetic diversity levels of different fruit quality traits varied, indicating that the six quality traits were controlled by different genes.Among them, fruit shape, fruit surface texture, fruit skin color, and fruit flesh color were greatly influenced by the male parent, while fruit flesh texture and fruit aroma were mainly influenced by the female parent.【Conclusion】The SRAP markers was successfully used to identify the true hybrids in guava.At a genetic similarity coefficient of 0.90, the parent varieties and 102 true hybrid plants were divided into 6 categories. The eight quantitative traits of pomegranate, including the single fruit weight, fruit longitudinal diameter, transverse diameter, and fruit shape index,have significant hetrobeltiosis, indicating that the inheritance of the fruit size in guava would be influenced by additive effects.Among the six quality traits, the fruit shape, surface texture, skin color, and flesh color might be greatly influenced by the male parent,while flesh texture and fruit aroma might be mainly influenced by the female parent.

Key words: Psidium guava;Hybrid offspring;SRAP molecular markers;Fruit quality;Genetic laws

中图分类号:S667.9

文献标志码:A

文章编号:1009-9980(2024)09-1731-15

DOI: 10.13925/j.cnki.gsxb.20240188

收稿日期:2024-04-22

接受日期:2024-06-25

基金项目:福建省科技计划项目(2022N0045)

作者简介:黄婉莉,女,助理研究员,硕士,研究方向为热带亚热带果树遗传育种。E-mail:408644380@qq.com

*通信作者 Author for correspondence.E-mail:1042106808@qq.com