栽培種花生RIL群體莢果及籽仁性狀遺傳變異分析

劉佳琪+李英杰+楊會+劉風珍+萬勇善+張昆+呂玉英+張秀榮

摘要：以花生栽培品種山花15號與中花12號雜交，經(jīng)多代自交獲得的包含441個家系的F5-7重組自交系群體為材料，分別在2014—2016年3個環(huán)境條件下（E1、E2和E3）種植，對莢果及籽仁的6個產(chǎn)量相關性狀進行遺傳變異分析。結果表明，花生果寬、單果重、單仁重和果殼厚度主要受3對主基因控制，表現(xiàn)為完全等加性效應或加性上位性效應，主基因遺傳率分別為88.11%、87.58%、78.12%和87.31%；果長主要受2對或3對主基因控制，基因間存在加性上位性或隱性上位性效應，主基因遺傳率為90.29%。以上5個性狀除單仁重外，在不同環(huán)境中遺傳率均表現(xiàn)穩(wěn)定，適合在早期世代進行選擇。單株生產(chǎn)力在3個環(huán)境中受主基因和多基因共同控制，主基因遺傳率平均為22.49%，多基因遺傳率平均為 71.24%。

關鍵詞：花生；RIL群體；莢果和籽仁性狀；遺傳分析

中圖分類號：S565.201文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2017）11-0013-07

Genetic Variation Analysis of Pod and Kernel Traits

in Cultivated Peanut RIL Population

Liu Jiaqi， Li Yingjie， Yang Hui， Liu Fengzhen， Wan Yongshan，Zhang Kun， Lü Yuying， Zhang Xiurong

（College of Agronomy， Shandong Agricultural University/State Key Laboratory of Crop Biology/

Key Laboratory of Crop Biology of Shandong Province， Taian 271018， China）

AbstractThe F5-7 RIL population consisting of 441 stable families was obtained after successive inbreeding from F2 generation of the cross of peanut cultivar Shanhua 15 and Zhonghua 12. The genetic variation analysis was performed in 6 yield-related traits of pods and seed kernels. The RIL population was planted under 3 environmental conditions （E1， E2 and E3） in 2014-2016. The results showed that the pod width （PW）， single pod weight （SPW）， single-seed weight （SSW）and pod shell thickness （PST） were controlled by 3 pairs of major genes， which showed complete additive or additive-epistatic effects. The major gene heritability of PW， SPW， SSW and PST were 88.11%， 87.58%， 78.12% and 87.31% respectively. The pod length （PL） was controlled by 2 or 3 pairs of major genes， which showed additive-epistatic or recessive-epistatic effects， and its major gene heritability was 90.29%. Except SSW， the above 5 traits all showed stable heritability in different environments， so they were suitable for selection in the early generations. The total pod weight per plant was controlled by major genes plus polygenes in the 3 environments， and its major gene heritability was averagely 22.49%， while its polygene heritability was 71.24%.

KeywordsPeanut； Recombinant inbred line （RIL） population； Pod and kernel traits； Genetic analysis

花生是熱帶和亞熱帶地區(qū)廣泛種植的經(jīng)濟和油料作物，2016年產(chǎn)量約為4 600萬噸[1]。我國是世界上重要的花生生產(chǎn)、消費和出口大國。2015年我國花生播種面積為461.57萬公頃，總產(chǎn)1 643.97萬噸（中國種植業(yè)信息網(wǎng)，2015）。因逐年增加的消費需求，目前花生育種工作的主攻方向仍是高產(chǎn)育種。前人利用主基因+多基因混合遺傳模型分析方法對數(shù)量性狀的表型特征進行過描述，可在一定程度上認識花生復雜數(shù)量性狀的遺傳規(guī)律[2，3]，并主要集中于花生的品質性狀[4-6]和農(nóng)藝性狀[7，8]。本研究以包含441個家系的重組自交系群體為研究材料，利用章元明教授提供的G3DH.exe模型軟件對花生果長、果寬、果殼厚度、單果重、單仁重和單株生產(chǎn)力6個與產(chǎn)量相關的性狀進行遺傳分析，以確定該6個性狀的最適遺傳模型及基因間的作用方式，并通過估計基因的遺傳率大小，判斷莢果及籽仁性狀的基因型效應和環(huán)境效應。endprint

1材料與方法

1.1試驗材料

本研究以山東農(nóng)業(yè)大學培育的大花生新品種山花15號（P1）為母本，以中國農(nóng)業(yè)科學院油料作物研究所選育的小花生品種中花12號（P2）為父本配制雜交組合，自F2 經(jīng)單粒傳法，多代自交后獲得由441個分離家系組成的F5-7代重組自交系群體。

1.2試驗方法

田間試驗采用完全隨機區(qū)組設計，分別在2014、2015、2016年3個環(huán)境條件下將供試材料種植于山東農(nóng)業(yè)大學農(nóng)學試驗站（泰安），每份材料種植一行，單粒播種，行長為280 cm，行距40 cm。每行14穴，每穴播種3粒種子、定單株苗。田間管理同大田栽培。

收獲時每個家系隨機選取5株，單獨收獲（避免邊緣效應）。種子風干后進行室內考種，依據(jù)《花生種質資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準》[9]調查果長、果寬、果殼厚度、單果重、單仁重、單株生產(chǎn)力6個花生產(chǎn)量性狀?？挤N設5個重復，取其平均值。

1.3數(shù)據(jù)分析

利用軟件SPSS 20.0對數(shù)據(jù)進行方差及遺傳變異分析。采用蓋鈞鎰、章元明等[10-12]提出的數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型分離分析方法對2014—2016三年親本及RIL群體的6個產(chǎn)量相關性狀進行遺傳分析。

運用G3DH.exe軟件，通過迭代ECM算法進行遺傳分析。根據(jù)AIC最小原則，AIC值最小的模型為相對最佳模型，同時進行一組適合性檢驗，包括均勻性檢驗（U21、U22、U23）、Smirnov檢驗、Kolmogorov檢驗，根據(jù)模型適合性的概率，從備選模型中選擇統(tǒng)計量達到顯著水平個數(shù)最少的模型作為最適模型。由最適模型的各成分分布參數(shù)估算主基因及多基因的相關遺傳參數(shù)，采用最小二乘法估計各基因效應值、遺傳方差等。

2結果與分析

2.1花生親本及RIL群體產(chǎn)量相關性狀的遺傳變異

3個年度種植環(huán)境的調查結果顯示，雙親間6個花生產(chǎn)量性狀差異均達到顯著或極顯著水平（表1～表3）；RIL群體6個性狀的最大值和最小值均存在超親類型；由綜合標準差和變異系數(shù)可看出，群體變異類型豐富，變異系數(shù)均大于10%；偏度絕對值均小于1，表現(xiàn)為連續(xù)性變異，呈正態(tài)分布，具有典型的數(shù)量性狀特征。因此，該RIL群體適合進行下一步產(chǎn)量性狀相關的遺傳模型分析。

2.2最適遺傳模型研究

運用模型分析軟件G3DH.exe對6個產(chǎn)量相關性狀表型數(shù)據(jù)進行運算，選取AIC值最小及與之較接近的模型為備選模型。果長在環(huán)境E1和E2中最適模型均為G-1，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型，環(huán)境E3中的最適模型為E-1-5，即2對具有隱性上位性的主基因+多基因混合遺傳模型（表4）。果寬在環(huán)境E1和E2中最適模型均為G-1，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型，環(huán)境E3中的最適模型為G-3，即3對具有完全等加性效應的主基因+多基因混合遺傳模型（表5）。果殼厚度在E1環(huán)境中的最適模型為F-1，即3對具有加性上位性效應的主基因遺傳模型；E2和E3環(huán)境的最適模型分別為G-1、G-3，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型和3對具有完全等加性效應的主基因+多基因混合遺傳模型（表6）。單果重在環(huán)境E1、E2和E3中最適遺傳模型分別為G-1、G-1和G-3，即在E1、E2環(huán)境為3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型，E3環(huán)境為3對具有完全等加性效應的主基因+多基因混合遺傳模型（表7）。單仁重在3個環(huán)境中的最適模型分別為G-1、F-1、G-3，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型、3對具有加性上位性效應的主基因遺傳模型和3對具有完全等加性效應的主基因+多基因混合遺傳模型（表8）。單株生產(chǎn)力在3個環(huán)境中均檢測到多基因效應存在，最適模型分別為E-1-1、E-1-3、E-1-1，即2對具有加性上位性的主基因+多基因混合遺傳模型、完全等加性的主基因+多基因混合遺傳模型和2對具有加性上位性的主基因+多基因混合遺傳模型（表9）。

2.3遺傳參數(shù)估計

確定各性狀的最適遺傳模型后，根據(jù)最適模型各個成分分布的均值和權重，估算出各性狀相應的遺傳參數(shù)（表10）。果長在E1和E2環(huán)境中的最適模型均為G-1，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型。在E1環(huán)境中，3個主基因的加性效應值為-8.893、-5.622、-7.126，兩主基因間互作值為-2.985，主基因遺傳率為99.69%；在E2環(huán)境中3個主基因加性效應值為1.163、0.413、0.857，兩主基因間互作值為0.123，主基因遺傳率為99.24%；在E3環(huán)境中的最適模型為E-1-5，即2對具有隱性上位性的主基因+多基因混合遺傳模型，3個主基因加性效應值分別為0.728、0.356、0.570，兩主基因間互作值為-0.093，主基因遺傳率為71.93%?？梢姡ㄉL的遺傳主要受主基因控制，主基因遺傳率平均為90.29%，說明果長遺傳變異主要由遺傳效應決定，受環(huán)境影響較小。

果寬在E1和E2環(huán)境中的最適模型均為G-1，即3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型。在E1環(huán)境中，3個主基因的加性效應為4.495、2.900、3.609，兩基因間互作值為-1.012，主基因遺傳率為99.30%；在E2環(huán)境中3個主基因加性效應值分別為-4.130、-2.367、-3.328，兩主基因間互作值為-1.203，主基因遺傳率為98.80%。E3環(huán)境中3個主基因加性效應值均為1.234，多基因效應值為-0.975，主基因遺傳率為66.22%。在3個環(huán)境中均無多基因效應存在，主要受3對主基因控制，主基因遺傳率平均為88.11%，說明果寬遺傳變異主要由遺傳效應決定，環(huán)境因素影響較小。

果殼厚度在3個環(huán)境中的最適模型分別為F-1、G-1、G-3。E1環(huán)境中表現(xiàn)為3對具有加性上位性效應的主基因遺傳模型，3對主基因效應值為1.021、0.445、0.605，兩基因間互作值為0.041，主基因遺傳率為97.36%，無多基因效應。在E2環(huán)境中，3個主基因效應值為0.618、0.323、0.484，兩基因間互作值為-0.024，主基因遺傳率為96.84%。E3環(huán)境中的3個主基因效應值均為0.199，主基因遺傳率為67.72%。花生果殼厚度在3個環(huán)境中的主基因遺傳率平均為87.31%，說明果殼厚度的遺傳變異主要由遺傳效應決定，受環(huán)境影響較小。endprint

單果重在環(huán)境E1中表現(xiàn)為3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型（G-1），主基因的效應值分別為1.163、0.413、0.857，兩主基因間互作值為0.123，主基因遺傳率為97.73%。在環(huán)境E2中，最適模型為G-1，表現(xiàn)為3對具有加性上位性效應的主基因+多基因混合遺傳模型，3個主基因的加性效應值分別為0.728、0.356、0.570，兩主基因間的互作值為-0.093，主基因遺傳率為97.78%。E3環(huán)境中最適遺傳模型為MX3-CEA-A（G-3），即3對具有完全等加性效應的主基因+多基因混合遺傳模型，主基因的效應值均為0.313，主基因遺傳率為67.22%。單果重在3個環(huán)境中主基因遺傳率平均為87.58%，說明單果重遺傳變異主要由遺傳效應決定，受環(huán)境因素影響較小。

單仁重在環(huán)境E1和E3中最適遺傳模型分別為G-1、G-3，即3對主基因+多基因混合遺傳模型；在環(huán)境E2中最適模型表現(xiàn)為3對主基因遺傳模型（F-1）。在環(huán)境E1中3個主基因的加性效應值分別為0.341、0.009、0.195，兩主基因間的互作值為-0.119，主基因遺傳率為98.47%。E2環(huán)境中3個主基因加性效應值為0.283、0.117、0.214，兩主基因間的互作值為-0.011，主基因遺傳率為97.31%。E3環(huán)境中3個主基因的加性效應值均為0.082，主基因遺傳率為38.59%?；ㄉ鷨稳手氐闹骰蜻z傳率平均為78.12%，且在3個環(huán)境中差異較大，表明單仁重的遺傳規(guī)律較復雜，主基因效應可能隨環(huán)境的變化而變化。

單株生產(chǎn)力在3個環(huán)境中的最適模型為E-1-1和E-1-3，即2對具有加性上位性或完全等加性的主基因+多基因混合遺傳模型。在E1環(huán)境中，2個主基因的效應值為-10.429、0.091，多基因效應值為17.119，主基因遺傳率為59.78%，多基因遺傳率為38.98%。E2環(huán)境中，2個主基因效應值均為-9.351，主基因遺傳率為0.26%，多基因遺傳率為88.94%。E3環(huán)境下2個主基因效應值分別為6.150和6.145，兩主基因間互作值為6.144，主基因遺傳率為7.43%，多基因遺傳率為85.79%。單株生產(chǎn)力主基因遺傳率平均為22.49%，且在不同環(huán)境中差異較大，主基因效應可能隨著環(huán)境變化而改變；多基因遺傳率平均為71.24%，且在不同環(huán)境中的差異也較為明顯?？梢?，花生單株生產(chǎn)力除受主基因和多基因共同控制外，環(huán)境對其影響也較為明顯。

3討論

針對重組自交系群體（RIL）進行數(shù)量性狀遺傳分析具有以下優(yōu)點：（1）RIL群體為永久性群體，不易受到環(huán)境影響；（2）家系間純合穩(wěn)定并能準確地估計出主效基因的加性效應值及加性×加性互作值[13]。本研究以山花15號×中花12號為雜交組合，經(jīng)多代自交獲得F5-7重組自交系群體，作為永久性群體進行有重復的比較試驗，適合在多個環(huán)境條件下對莢果及籽仁相關性狀進行遺傳研究。

張新友[7]研究表明，花生單株飽果數(shù)、單株秕果數(shù)、出仁率、百果重、百仁重5個性狀的遺傳符合等加性遺傳模型和加性-顯性上位性遺傳模型；江建華等[13]研究發(fā)現(xiàn)，花生結果枝數(shù)、單株總果數(shù)、百果重3個產(chǎn)量相關性狀的遺傳符合加性-顯性遺傳模型，其中，結果枝數(shù)和單株總果數(shù)受主基因控制，百果重由主基因和多基因共同控制。賴明芳等[15]研究同樣認為，花生產(chǎn)量相關性狀的遺傳效應以加性效應為主。劉華[16]綜合兩個環(huán)境的調查結果表明，結果枝數(shù)、百果重、百仁重、出仁率、單株果重5個性狀受主基因和多基因共同控制。

李蘭周等[14]利用特大果變異品系04D893與其受體79266雜交構建的RIL群體，在兩個環(huán)境對莢果及籽仁相關性狀的遺傳模型分析研究結果表明，花生單果重、單仁重、果殼厚度、果寬、果長和單株生產(chǎn)力6個性狀的遺傳效應以加性效應為主，均屬于2個或3個主基因遺傳模型，且主基因遺傳率高于多基因遺傳率。

本研究同樣對花生莢果和籽仁相關的6個產(chǎn)量相關性狀進行遺傳模型分析，結果表明：花生果寬、單果重、單仁重和果殼厚度主要受3對主基因控制，表現(xiàn)為完全等加性效應或加性上位性效應；其中，果寬、單果重和果殼厚度3個性狀的主基因遺傳率達到80%以上，且在不同環(huán)境中遺傳規(guī)律較穩(wěn)定，適合在早期世代進行選擇。單仁重的主基因遺傳率平均為78.12%，但在不同環(huán)境表現(xiàn)不同的遺傳規(guī)律?；ㄉL主要受2對或3對主基因控制，基因間存在加性上位性或隱性上位性，主基因遺傳率為90.29%，在不同環(huán)境中遺傳規(guī)律穩(wěn)定，同樣適合在早期世代進行選擇。單株生產(chǎn)力受主基因和多基因共同控制，表現(xiàn)為加性上位性或完全等加性效應，多基因遺傳率高于主基因遺傳率，多基因遺傳率平均為71.24%，隨環(huán)境的改變主基因和多基因效應值存在明顯差異。對相同的性狀進行遺傳分析得出與前人研究結果不一致的原因可能為：（1）雜交組合親本間遺傳背景不同；（2）不同的種植環(huán)境中，估算的基因遺傳率也存在較大差異。

4結論

RIL群體的6個產(chǎn)量相關性狀均表現(xiàn)為連續(xù)變異，且變異類型豐富，近似正態(tài)分布，適合進行遺傳模型分析。

本研究初步確定了影響花生產(chǎn)量相關的6個性狀的遺傳模型：果長環(huán)境E1、E2中符合主基因+多基因混合遺傳模型，在環(huán)境E3中符合2對主基因+多基因混合遺傳模型；果寬符合3對主基因+多基因遺傳模型；果殼厚度在E1環(huán)境中符合3對主基因遺傳模型，在E2和E3中符合3對主基因+多基因混合遺傳模型；單果重在3個環(huán)境中符合3對主基因+多基因混合遺傳模型；單仁重在環(huán)境E1、E3中遺傳符合3對主基因+多基因遺傳模型，環(huán)境E2中表現(xiàn)為3對主基因模型；單株生產(chǎn)力符合2對主基因+多基因遺傳模型。

果長、果寬、單果重和果殼厚度的遺傳主要由遺傳效應占主導，主基因遺傳率分別為90.29%、88.11%、87.58%和87.31%。單仁重和單株生產(chǎn)力則受環(huán)境影響較大，單仁重主基因遺傳率平均為78.12%；單株生產(chǎn)力主基因遺傳率平均為22.49%，多基因遺傳率為71.24%。以上結果可為花生高產(chǎn)優(yōu)質育種的產(chǎn)量相關性狀選擇提供參考。endprint

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收稿日期：2017-09-08

基金項目：山東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術體系食用菌創(chuàng)新團隊建設項目（SDAIT-07-01）；新疆自治區(qū)科技支疆項目（201591120）；山東省重點研發(fā)計劃項目“食用菌精準化生產(chǎn)模式集成示范與產(chǎn)業(yè)化應用”（2016ZDJS08A03）

作者簡介：任海霞（1977—），女，副研究員，主要從事農(nóng)業(yè)微生物研究工作。E-mail： sdrenhaixia@163.com

通訊作者：萬魯長（1965—），男，研究員，主要從事食用菌育種及高效栽培技術研究。E-mail： wanluzhang657@163.comendprint