番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳規(guī)律分析

張 寧，劉文超，李毅豐，王 帥，曹 霞，毛秀杰

（河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院，河北省特色園藝種質(zhì)挖掘與創(chuàng)新利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河北秦皇島 066004）

番茄（Solanum lycopersicumL.）為茄科茄屬植物，營養(yǎng)豐富，用途廣[1]，且含有豐富的番茄紅素，因此是世界上最重要的蔬菜之一。在生產(chǎn)過程中，受多種環(huán)境因素的影響，番茄苗期極易徒長(zhǎng)[2]，表現(xiàn)為植株細(xì)高、節(jié)間長(zhǎng)[3]。明確番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳規(guī)律是解決番茄苗期徒長(zhǎng)問題的關(guān)鍵[4]。

目前研究者對(duì)多種植物的株型和節(jié)間長(zhǎng)度做了遺傳分析研究，如甜瓜[4]、西葫蘆[5]等植物的株型、節(jié)間長(zhǎng)度是受兩對(duì)主基因的控制，而黃瓜[6]、不結(jié)球白菜[7]的節(jié)間長(zhǎng)度遵循主基因遺傳模型。Sun 等[8]研究發(fā)現(xiàn)，野生番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度可能受1 對(duì)或2 對(duì)主基因控制。雖然前人報(bào)道了番茄節(jié)間長(zhǎng)度差異的現(xiàn)象，但未對(duì)番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳規(guī)律做深入研究。因此，研究短節(jié)間番茄育種材料的遺傳表達(dá)，對(duì)培育豐產(chǎn)新品種、抗徒長(zhǎng)番茄資源創(chuàng)新具有重要指導(dǎo)作用。為了獲得番茄短節(jié)間的遺傳規(guī)律，本文以長(zhǎng)節(jié)間‘大黃’DH 番茄和短節(jié)間‘串黃’CH 番茄為親本，同時(shí)構(gòu)建6 個(gè)世代群體（P1、P2、F1、B1、B2、F2），分別對(duì)兩個(gè)番茄品系苗期、結(jié)果期的主要形態(tài)進(jìn)行調(diào)查及測(cè)定，并利用主基因＋多基因進(jìn)行番茄節(jié)間長(zhǎng)度遺傳規(guī)律的分析，為深入解析番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳機(jī)理提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

長(zhǎng)節(jié)間‘大黃’DH番茄和短節(jié)間‘串黃’CH 番茄，河北科技師范學(xué)院園藝科技學(xué)院番茄組提供。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以長(zhǎng)節(jié)間‘大黃’DH 番茄和短節(jié)間‘串黃’CH 番茄為親本，構(gòu)建番茄6 個(gè)世代群體（P1、P2、F1、F2、B1、B2），其中B1為P1與F1回交，B2為P2與F1回交，F(xiàn)2為F1的自交。供試的P1、P2、F1、F2、B1、B2群體分別為131、107、102、694、156、220 株。2019 年1 月在日光溫室中播種。

1.3 形態(tài)指標(biāo)測(cè)定方法

兩個(gè)品系采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，第1 片真葉出現(xiàn)后測(cè)定上胚軸長(zhǎng)度（即從子葉到第一片真葉的間距），每隔6 d測(cè)定1 次，連續(xù)測(cè)定5 次，每次測(cè)量3 株，重復(fù)3 次。4～5片真葉展開時(shí)測(cè)定6 個(gè)世代的節(jié)間長(zhǎng)度。植株高度為植株在自然狀態(tài)下，其最高點(diǎn)至地面的垂直距離[9]。根據(jù)公式（1）計(jì)算節(jié)間長(zhǎng)度。

1.4 統(tǒng)計(jì)與評(píng)價(jià)方法

通過極大似然法和IECM算法對(duì)番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳參數(shù)做出估計(jì)，然后對(duì)番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳模型進(jìn)行測(cè)驗(yàn)：（均勻性測(cè)驗(yàn)），nW2（Smirnov 檢驗(yàn)）和Dn（Kolmogorov 檢驗(yàn)），從而選擇番茄節(jié)間長(zhǎng)度的最優(yōu)遺傳模型，并估計(jì)主基因和多基因效應(yīng)值、方差等遺傳參數(shù)[10]。

用SPSS 21.0、SEA-G6、Excel 2010 和南京農(nóng)業(yè)大學(xué)遺傳模型分析軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[11]。試驗(yàn)共進(jìn)行3 次重復(fù)，根據(jù)Duncan’s 最小顯著差異測(cè)驗(yàn)（P＜0.05），使用方差分析對(duì)每次處理的結(jié)果與平均值之間的差異進(jìn)行顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 番茄上胚軸長(zhǎng)度的生長(zhǎng)變化

由圖1（見下頁）可知，前6 d，番茄DH 上胚軸生長(zhǎng)速度快于CH，第6 天以后2 個(gè)番茄品系的上胚軸長(zhǎng)度增長(zhǎng)速度均比較平緩。在第18 天2 個(gè)品系差異最大，第18 天以后上胚軸長(zhǎng)度變化幅度趨于平緩。在0～24 d，DH 的上胚軸長(zhǎng)度顯著高于CH。

圖1 DH、CH 番茄上胚軸長(zhǎng)度的變化Fig.1 The change of hypocotyl length in DH and CH tomato

通過對(duì)苗期的兩個(gè)番茄上胚軸長(zhǎng)度的t 測(cè)驗(yàn)，由表1（見下頁）可知，在苗期，DH 上胚軸長(zhǎng)度的均值為4.068 mm，CH 上胚軸長(zhǎng)度的均值為2.718 mm，t值為19.28（P=0＜0.01）；DH 的上胚軸長(zhǎng)度極顯著高于CH。

表1 兩個(gè)番茄品系苗期上胚軸長(zhǎng)度的比較Table 1 Comparison of the epicotyl length between two tomato strains at seedling stage

2.2 番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳分析

2.2.1 節(jié)間長(zhǎng)度的變異分析

對(duì)苗期的兩個(gè)番茄品系的平均節(jié)間長(zhǎng)度進(jìn)行t 測(cè)驗(yàn)分析，結(jié)果見表2。由表2 可知，DH 的平均節(jié)間長(zhǎng)度為2.62 cm，CH 的平均節(jié)間長(zhǎng)度為1.86 cm，t值為12.15（P=0.01），DH 的平均節(jié)間長(zhǎng)度顯著高于番茄品系CH 的平均節(jié)間長(zhǎng)度。

表2 兩個(gè)番茄品系苗期平均節(jié)間長(zhǎng)度的比較Table 2 Comparison of average internode length of two tomato strains at seedling stage

由表3 可知，P1、P2、F1、F2、B1、B2的變異系數(shù)分別為2.14%、2.52%、2.54%、0.88%、1.74%、1.59%。6 個(gè)世代遺傳群體，變異系數(shù)比較相近，分離群體B1、B2、F2的節(jié)間長(zhǎng)度呈連續(xù)分布（表3），表現(xiàn)偏正態(tài)分布（圖2），因此，適合進(jìn)行遺傳模型分析。

圖2 B1、B2、F2 苗期節(jié)間長(zhǎng)度的頻率分布Fig.2 Frequency distribution of internode length of B1、B2 and F2 in seedling stages

表3 DH 和CH 番茄6 個(gè)世代苗期節(jié)間長(zhǎng)度的次數(shù)分布Table 3 Frequency distribution of internode length in 6 generations of DH and CH tomato at seedlings stage

2.2.2 節(jié)間長(zhǎng)度遺傳模型分析

對(duì)6 個(gè)世代群體節(jié)間長(zhǎng)度進(jìn)行遺傳模型統(tǒng)計(jì)分析，獲得5 類24 種番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳模型：1MG（1 對(duì)主基因）、2MG（2 對(duì)主基因）、PG（多基因）、MX1（1 對(duì)主基因＋多基因）和MX2（2 對(duì)主基因＋多基因）。

表4 顯示了DH 和CH 番茄6 個(gè)世代節(jié)間長(zhǎng)度的24種模型的極大似然數(shù)值和AIC值。依據(jù)最小AIC值的原則，在表4 中，選擇出3 個(gè)苗期節(jié)間長(zhǎng)度的候選模型：MX1-AD-ADI、MX2-ADI-ADI、MX2-ADI-AD。

表4 DH 和CH 番茄6 個(gè)世代節(jié)間長(zhǎng)度的24 種模型的極大似然數(shù)值和AIC 值Table 4 Maximum likelihood and AIC of 24 models of internode length for 6 generations of DH and CH tomato

2.2.3 節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳模型的適合性檢驗(yàn)

由表5（見上頁）可知，番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度的MX1-AD-ADI 遺傳模型參數(shù)達(dá)到顯著水平的個(gè)數(shù)為2個(gè)，分別為回交群體B1、B2的數(shù)值；MX2-ADI-ADI 遺傳模型參數(shù)達(dá)到顯著水平的個(gè)數(shù)為1 個(gè)，為回交群體B1的U32數(shù)值；MX2-ADI-ADI 模型參數(shù)達(dá)到顯著水平的個(gè)數(shù)為6 個(gè)，回交群體B2的數(shù)值也達(dá)到極顯著水平。依據(jù)模型參數(shù)達(dá)到的顯著水平個(gè)數(shù)最少且AIC值最小為番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度最適模型的原則[11]，確定番茄苗期的節(jié)間長(zhǎng)度的最優(yōu)模型是MX2-ADI-ADI（2 對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因）。

表5 DH 和CH 番茄6 個(gè)世代節(jié)間長(zhǎng)度的適合性檢驗(yàn)Table 5 Suitability test of internode length of 6 generations in DH and CH tomato

2.3.4 節(jié)間長(zhǎng)度遺傳參數(shù)的估計(jì)

由表6 可知，最適模型MX2-ADI-ADI 的一階參數(shù)中，兩對(duì)主基因的加性、顯性效應(yīng)值均相等；加性效應(yīng)高于顯性效應(yīng)；兩個(gè)主基因加性互作效應(yīng)明顯低于2 個(gè)顯性基因互作效應(yīng)。

表6 最適遺傳模型一階遺傳參數(shù)Table 6 Estimation of first-order genetic parameters of optimal genetic model

由表7 可知，最適模型MX2-ADI-ADI 的二階參數(shù)中，B1、B2、F2表型方差分別為0.290 1、0.365 9、0.774 1，環(huán)境方差均為0.290 1，主基因方差分別為0、0.075 8、0.484 0，B1、B2、F2主基因的遺傳率分別為100%、20.72%、62.52%；多基因方差、多基因的遺傳率均為0；分離群體主基因遺傳率均高于多基因遺傳率。

表7 最適遺傳模型二階遺傳參數(shù)估計(jì)值Table 7 Estimation of second-order genetic parameters of optimal genetic model

3 小結(jié)與討論

DH 番茄的上胚軸長(zhǎng)度始終高于CH，第一片真葉出現(xiàn)后第18 天2 個(gè)品系差異最大。經(jīng)t 測(cè)驗(yàn)，DH 上胚軸長(zhǎng)度極顯著高于CH，DH 節(jié)間長(zhǎng)度顯著高于CH。番茄CH的6 個(gè)世代群體的節(jié)間長(zhǎng)度遺傳模型為2 對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因。遺傳群體B1、B2、F2節(jié)間長(zhǎng)度的主基因的遺傳率分別為100%、20.72%、62.52%。

本試驗(yàn)所得出的番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳模型與前人研究結(jié)果不完全相同，如有學(xué)者發(fā)現(xiàn)野生番茄苗期節(jié)間長(zhǎng)度可能受1 對(duì)或2 對(duì)主基因控制[11]，這可能與材料遺傳物質(zhì)、試驗(yàn)測(cè)定時(shí)期、試驗(yàn)栽培環(huán)境等因素不同有關(guān)。在本試驗(yàn)中，利用6 個(gè)世代遺傳群體研究發(fā)現(xiàn)番茄節(jié)間長(zhǎng)度的遺傳受2 對(duì)加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性-上位性多基因控制，為后續(xù)的番茄節(jié)間長(zhǎng)度QTL 定位和分子育種提供了理論基礎(chǔ)。