亞洲百合品種間雜交后代性狀遺傳分析

亞洲百合品種間雜交后代性狀遺傳分析于洋;王瑞;何祥鳳;趙祥云;王樹棟;王文和期刊名稱】《《沈陽農(nóng)業(yè)大學學報》》年(卷),期】2019(050)005【總頁數(shù)】7頁(P522-528)關鍵詞】百合;雜交;性狀;遺傳變異作者】于洋;王瑞;何祥鳳;趙祥云;王樹棟;王文和【作者單位】北京農(nóng)學院園林學院北京102206;北京林果業(yè)生態(tài)環(huán)境功能提升協(xié)同創(chuàng)新中心北京102206正文語種】中文中圖分類】S682.2.9百合(Liliumspp.)是單子葉植物亞綱百合科(Liliaceae)百合屬(Lilium)的多年生球根花卉［1］。百合花朵碩大，花色艷麗豐富，花姿優(yōu)美，既可用于切花、盆栽和庭院裝飾，又有較高的食用和藥用價值，深受人們的喜愛。培育具有高觀賞價值的新品種一直是百合育種的研究熱點。雜交育種是目前培育百合新品種的主要途徑，因此，探索百合雜交后代性狀的遺傳規(guī)律，對百合新品種的選育具有重要意義。百合基因雜合性高，遺傳多樣性豐富，不同種(品種)間雜交后代性狀差異顯著。不同類型的百合在花朵的著色模式和著色位置上有著較大的差別，主要表現(xiàn)為雙色、斑點等［2］。根據(jù)著色位置的不同及形態(tài)的不同將斑點分為突起型斑點、潑濺型斑點和刷狀斑點3類［3］，其中突起型和潑濺型斑點間的遺傳是相互獨立的［4］。在亞洲百合品種間的雜交中，株高、外輪花被片長和寬等表現(xiàn)出一定的正向雜交優(yōu)勢，花冠直徑、內(nèi)輪花被片長和寬、花絲長、花柱長等呈現(xiàn)負向優(yōu)勢或趨中變異［5］。盡管已有一些對百合雜交遺傳規(guī)律的研究報道，但不同雜交組合間性狀遺傳規(guī)律也有一定差異，因此有進一步進行相關研究的必要。亞洲百合品種多樣、花色豐富、花朵直立向上且抗逆性較強［6］，非常適合在北方園林綠化中應用。本研究以表型差異較大的2個亞洲百合品種EasyDance和PearlCarolina分別為母本和父本雜交獲得的161株后代個體為研究對象，對雜交后代的主要觀賞性狀進行統(tǒng)計分析，探討雜交性狀的遺傳規(guī)律及變異特點，為亞洲百合新品種的選育及重要觀賞性狀的進一步開發(fā)利用提供參考。1材料與方法材料2016年以亞洲百合品種EasyDance為母本，PearlCarolina為父本雜交獲得種子，12月將雜交種子播種于北京農(nóng)學院園林植物實驗教學基地溫室，經(jīng)過2年精心養(yǎng)護和管理，于2018年8月至12月從后代中選擇了161個開花的個體進行主要觀賞性狀觀測。方法用直尺和卷尺測量雜交后代植株的株高（X1）、花冠直徑（X2）、內(nèi)輪花被片長（X3）、內(nèi)輪花被片寬（X4）、外輪花被片長（X5）、外輪花被片寬（X6）、花絲長度（X7）、花柱長度（X8）、子房長度（X9），每個性狀重復測量3次，計算各性狀平均值。使用英國皇家園藝學會比色卡比色（RHSCC）觀測每株的花色，根據(jù)斑點的不同將后代的斑點類型分為有兩種斑點、只有刷狀斑點、只有突起型斑點和無斑點4類，統(tǒng)計每種類型的個體數(shù)。數(shù)據(jù)分析方法用MicrosoftExcel2016計算親本及子代各性狀的平均值、變異幅度、偏度、峰度等值。利用SPSS24.0計算性狀間的Pearson相關系數(shù)，并進行顯著性檢驗。雜種優(yōu)勢分析由中親優(yōu)勢（Hm）、中親優(yōu)勢率（RHm）、超親優(yōu)勢（Hb）、超親優(yōu)勢率（RHb）表示［7］。中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢分別為雜交后代中某一性狀的平均值與雙親平均值（中親值，MPV）和雙親中較高值（高親值，BPV）之差。其中：2結(jié)果與分析雜交后代表型性狀變異分析對雜交后代的9個表型性狀的分析結(jié)果表明（表1），雜交后代性狀分離較為廣泛雜交后代群體中各性狀的變異系數(shù)為10.64%~26.20%，其中變異系數(shù)最大的是花絲長度，最小的是外輪花被片長。株高、花冠直徑、內(nèi)輪花被片長、外輪花被片寬、子房長度、花柱長度等6個性狀的變異系數(shù)大于或接近15%，說明這些性狀在個體間表型的變異較大。花絲長度的變異系數(shù)為26.20%，大于20%，說明雜交后代個體間花絲長度變異極顯著，具有很大的遺傳改良潛力。從表1中的偏度和峰度與雜交后代各表型性狀的頻率分布可以看出（圖1），所有性狀都表現(xiàn)出連續(xù)性較好的正態(tài)分布趨勢，表明9個性狀均屬于多基因控制的數(shù)量性狀。雜交后代表型性狀的遺傳變異分析2.2.1株高對雜交后代的株高進行統(tǒng)計分析（表2），雜交后代的株高平均值相當于中親值的148.09%，絕大多數(shù)的雜交后代株高超過高親個體，所占比例為83.85%，介于雙親之間的個體數(shù)占14.91%，小于低親的個體僅占1.24%。表1亞洲百合EasyDance與PearlCarolina雜交后代群體植株表型性狀特征值Table1ThephenotypictraitsinhybridprogeniesfromthecrossoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolina性狀Traits株高（X1）Plantheight/cm花冠直徑(X2)Corolladiameter/cm內(nèi)輪花被片長(X3)Innerperianthlength/cm內(nèi)輪花被片寬(X4)Innerperianthwidth/cm夕卜輪花被片長(X5)Outerperianthlength/cm夕卜輪花被片寬(X6)0uterperianthwidth/cm花絲長度(X7)Filamentlength/cm子房長度(X8)0varylength/cm花柱長度(X9)Stylelength/cm最小值Minimum29.008.805.702.005.801.702.401.202.50最大值Maximum135.6018.0010.805.2011.103.808.102.856.50極差Range106.609.205.103.205.302.105.701.654.00平均值Mean80.3012.718.503.738.672.735.141.874.12標準差SD15.001.860.900.740.930.421.350.310.73變異系數(shù)/%CV18.6914.6610.6419.8510.6815.2126.2016.7517.67偏度Skewness-0.170.25-0.190.03-0.310.030.050.490.48峰度Kurtosis0.99-0.340.02-1.140.12-0.64-1.140.290.07圖1亞洲百合EasyDance與PearlCarolina雜交后代表型性狀的頻率分布Figure1FrequencydistributionofphenotypictraitsinhybridprogeniesfromthecrossoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolina2.2.2花色及斑點由圖2可知，母本EasyDance和父本PearlCarolina分別為黃色花和橙色花。其中EasyDance在花瓣中部有潑濺狀及突起型斑點，PearlCarolina花瓣無斑點。雜交后代花色呈現(xiàn)出偏向母本、偏向父本和中間色系，表現(xiàn)為不完全顯性。斑點的遺傳則較為復雜，潑濺型斑點在雜交后代群體中消失，分離產(chǎn)生了親本中沒有的刷狀斑點，根據(jù)斑點種類將雜交后代的斑點分布分為4種。其中，有刷狀和突起型兩種斑點：只有刷狀斑點：只有突起型斑點：沒有斑點=10:3:2:1,沒有表現(xiàn)出符合孟德爾遺傳定律的分離比。圖2亞洲百合EasyDance和PearlCarolina及部分雜交后代的花Figure2TheflowersofsomehybridprogeniesfromthecrossoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolinaA?潑濺型斑點；B,C.無斑點；D,E.刷狀斑點；F,G.突起型斑點；H—L.突起型和刷狀斑點A.Splatters;B,C.Nospot;D,E.Brushmarks;F,G.Raisedspots;HL.Raisedspotsandbrushmarks2.2.3花冠直徑對雜交后代的花冠直徑進行統(tǒng)計分析發(fā)現(xiàn)（表2），后代群體中沒有小于低親的個體，表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢?；ü谥睆降目偲骄迪喈斢谥杏H值的121.97%，介于雙親之間的個體占42.86%，大于高親的個體占57.14%。表2亞洲百合EasyDance和PearlCarolina雜交后代各性狀遺傳變異分析Table2HeredityofphenotypictraitsinhybridprogeniesfromthecrossoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolin性狀TraitsXIX2X3X4X5X6X7X8X9母本Female40.638.466.632.325.742.184.171.522.父本Male67.8112.388.263.528.763.326.361.473.中4親值MPV54.2210.427.452.927.252.755.271.503.3平均值Mean80.3012.718.503.738.672.735.141.874.12示準差SD15.001.860.900.740.930.421.350.310.平均值占中親值的百分比/%Mean/Mediumvalue148.09121.97114.12127.59119.5999.2397.62124.99122.09V低親/%<Lowparentvalue1.240.000.620.008.0727.959.322.4雙親之間/%Betweenparentvalue14.9137.8945.9647.8384.4747.206.2137.2^高親/%>Highparentvalue83.8557.1460.2553.4252.177.4524.8484.4760.252.2.4花部性狀由表2可知，雜交后代的外輪花被片的寬相比于親本有所下降，平均值占中親值的99.23%，其中84.47%的外輪花被片寬介于雙親之間，8.07%的個體低于低親，僅有7.45%的個體高于高親，是所有性狀中最少的。除此之外，內(nèi)輪花被片的長、寬都有明顯的增加，分別僅有1.86%和0.62%的個體低于低親，沒有出現(xiàn)外輪花被片長低于低親的個體，并且分別有60.25%、53.42%、52.17%的個體高于高親。雜交后代的花絲長度平均值占中親值97.62%，有27.95%的個體小于低親，47.20%介于雙親之間，24.84%大于高親。子房長度和花柱長度的平均值分別占中親值的124.99%和122.09%，分別有84.47%和60.25%的個體高于高親，都表現(xiàn)出了較強的雜種優(yōu)勢。雜交后代雜種優(yōu)勢分析由表3可知，9個表型性狀在雜交后代的中親優(yōu)勢率為-0.77%~48.09%。T檢測表明株高、花冠直徑、內(nèi)輪花被片長、外輪花被片長、子房長度、花柱長度的中親優(yōu)勢值均達到極顯著水平(pv0.01)，內(nèi)輪花被片寬的中親優(yōu)勢值達到顯著水平(pvO.O5)。雜交后代表型中外花被片寬和花絲長度的中親優(yōu)勢值分別為-0.02和-0.13，說明這2個性狀的雜種優(yōu)勢在后代群體中呈下降趨勢，但下降程度不大結(jié)合表2、表3和圖1可以看出，雜交后代中的9個表型性狀在正負2個方向均有超出或低于親本的植株，這表明超親分離現(xiàn)象在雜交后代中普遍存在。除外花被片寬、花絲長度、子房長度外，其他6個性狀超親優(yōu)勢值均為正值，且雜交后代中各性狀廣泛分布在親本正負2個方向，說明這種超親分離現(xiàn)象形成了超親優(yōu)勢。表3亞洲百合EasyDance和PearlCarolina雜交后代表型性狀的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)Table3HeterosisofphenotypictraitsinhybridprogeniesfromthecrossoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolina性狀Traits中親優(yōu)勢率/%超親優(yōu)勢率/%母本Female40.638.466.632.325.742.184.171.522.91父本Male67.8112.388.263.528.763.326.361.473.84中親值MPV54.2210.427.452.927.252.755.271.503.38中親優(yōu)勢Hm26.08**2.29**1.05**0.81*1.42**-0.02-0.130.37**0.75**RHmRHbX1X2X3X4X5X6X7X8X948.0921.9714.1227.5919.59-0.77-2.3824.9922.09超親優(yōu)勢Hb12.490.330.240.21-0.09-0.59-1.220.350.2818.412.662.865.84-1.02-17.81-19.1922.947.30雜交后代各性狀間的相關性分析后代群體的9個表型性狀的Pearson相關性分析結(jié)果表明(表4),9個表型性狀產(chǎn)生的36對相關性中，分別有20對達到極顯著相關(pv0.01)和3對達顯著性相關(pv0.05)，且全部呈現(xiàn)顯著正相關。其中，花冠直徑與內(nèi)花被片長、花冠直徑與外花被片長、花冠直徑與外花被片寬、內(nèi)花被片長與外花被片長、內(nèi)花被片長與外花被片寬、內(nèi)花被片長與花絲長度、外花被片長與外花被片寬、外花被片長與花絲長度和外花被片寬與花絲長度的相關系數(shù)分別為0.579，0.619，0.529，0.966，0.722，0.616，0.722，0.579和0.727，均大于0.5，表明這9對性狀間相關緊密。表4亞洲百合EasyDance和PearlCarolina雜交后代表型性狀的相關性分析Table4CorrelationcoefficientcharactersinhybridprogeniesoflilycultivarsEasyDanceandPearlCarolina注：*表示在0.05水平顯著相關，**表示在0.01水平顯著相關。Note:*indicatessignificantcorrelationatpv0.05,**indicatesextremelysignificantcorrelationatpv0.01.性狀TraitsX1X2X3X4X5X6X7X8X9X1X2X3X4X5X6X7X8X910.202*0.480**0.1160.455**0.331**0.322**0.380**0.01410.579**0.1070.619**0.529**0.420**0.0810.12710.1450.966**0.722**0.616**0.382**0.13010.1270.263**0.249**0.0200.05610.722**0.579**0.362**0.12510.727**0.258**0.08110.165*0.155*1-0.06713討論與結(jié)論雜交是轉(zhuǎn)移優(yōu)良性狀或基因的重要技術手段，是獲得植物新類型和選育有價值的新品種的有效方法之一［8］。雜交后代在表型特征、細胞結(jié)構(gòu)及分子水平上表現(xiàn)一定的差異。這些差異可以通過形態(tài)學性狀描述、細胞學觀察、分子標記等方法進行檢測，形態(tài)學描述可以簡單、快捷的對雜交群體的表型性狀多樣性和變異程度進行了解和掌握，因此在雜交育種中被大量的應用。本研究結(jié)果表明：亞洲百合品種EasyDance與PearlCarolina雜交產(chǎn)生的后代性狀分離較為廣泛，并表現(xiàn)出了不同程度的雜交優(yōu)勢，可以從雜種后代中選擇出性狀優(yōu)良的單株。雜交后代中株高表現(xiàn)出明顯的超親優(yōu)勢，有大量的超高親個體產(chǎn)生，可以用來篩選株高較高的后代。雜交后代中花冠直徑也表現(xiàn)出增大的趨勢，沒有出現(xiàn)小于低親的個體，可能由于雜交中發(fā)生了基因加性效應［9］。另外，花冠直徑的大小與花被片的大小有一定的關系，雜交后代中除外輪花被片寬表現(xiàn)出較小程度的減少，內(nèi)輪花被片長、寬和外輪花被片長都表現(xiàn)出一定程度的增加。在相關性分析中，花冠直徑與內(nèi)輪花被片長和外輪花被片長、寬呈極顯著相關，與內(nèi)輪花被片寬不相關，說明主要是花被片的長決定了花冠直徑的大小，與花被片寬關系不大?；ńz長度表現(xiàn)出衰退的趨勢，且與其他8個主要性狀均表現(xiàn)出不同程度的相關性，表明花絲長度的遺傳受多因素影響?；ㄖL度表現(xiàn)出增加的趨勢，且與株高、內(nèi)輪花被片長和外輪花被片長、寬呈極顯著相關，這與YAMAGISHI等［4］在其他亞洲百合中的研究結(jié)果不同，可能是由于品種的差異導致的?；ㄉc斑點是百合重要的觀賞性狀，也是培育觀賞百合優(yōu)良品種中重要的目標性狀。已有的研究表明，亞洲百合中黃色和橙色花的主要花色成分是類胡蘿卜素［10-11］，品種間花色色相的差異是花青苷含量不同導致的［12］。斑點的主要著色成分則是花青苷［13］，不同類型斑點的形成是由不同的轉(zhuǎn)錄因子調(diào)控的［14-15］。本研究中黃色潑濺狀和突起型斑點的母本與橙色無斑點的父本雜交后代中出現(xiàn)了花色和斑點性狀的分離，花色大部分表現(xiàn)為不同程度的橙色，僅有少數(shù)個體表現(xiàn)為黃色，表現(xiàn)為偏父系遺傳的特征，與王秀剛［16］亞洲百合花色遺傳表現(xiàn)為偏母系遺傳的研究結(jié)果不同?；ㄉ蛛x與SUZUKI等［17］的研究結(jié)果一致，沒有表現(xiàn)出符合孟德爾定律的分離比，說明花色是多基因控制的數(shù)量性狀。斑點的遺傳比較復雜，雜交后代分離產(chǎn)生了親本中沒有的刷狀斑點，這可能是由于雜交導致后代中控制產(chǎn)生不同斑點的基因表達差異較大，導致斑點形狀發(fā)生變化。YAMAGISHI［18］發(fā)現(xiàn)LhMYB18轉(zhuǎn)錄因子與亞洲百合GrandCru中大型斑點的形成有關。雜交后代中大型的潑濺斑點的消失，可能也與相關基因的表達有關。目前，關于斑點的產(chǎn)生是由隱性基因還是顯性基因控制還存在爭論［19-20］，本研究中后代斑點的分離比并沒有表現(xiàn)出一定的規(guī)律，表明斑點的形成很可能是由多個基因調(diào)控的。因此，通過分子標記等方式對控制百合花色、斑點的基因進行定位，對進一步了解其遺傳規(guī)律有重要的意義本研究在形態(tài)學水平上，對亞洲百合雜交后代的主要觀賞性狀遺傳變異進行分析，為亞洲百合雜交親本的選擇和新品種的選育提供了借鑒，為分子標記和遺傳圖譜的構(gòu)建提供了依據(jù)。參考文獻：【相關文獻】趙祥云，王樹棟,陳新霞，等?百合[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社,2000.YAMAGISHIM.Howgenespaintlilyflowers：Regulationofcolourationandpigmentationpatterning[J].ScientiaHorticulturae,2013,163：27-36.孔瀅，竇曉瑩,包放等?百合花色機理研究進展J].園藝學報,2015,42(9):1747-1759.YAMAGISHIM,AKAGIK.MorphologyandheredityoftepalspotsinAsiaticandOrientalhybridlilies(Liliumspp.)[J].Euphytica,2013,194(3)：325-334.王歡,孔瀅,郎利新，等?亞洲百合與大花卷丹雜種F1重要性狀的遺傳分析[J].華北農(nóng)學報,2017,32(4)：114-121.⑹董航，張杰，孫紅梅?亞洲百合新品種引進與篩選J].沈陽農(nóng)業(yè)大學學報,2013,44⑹：816-819.刁松峰，李芳東，段偉，等柿雜交F1代葉表型遺傳多樣性研究[J].中國農(nóng)業(yè)大學學報,2017,22(2):32-44.EECKHAUTT,KEYSERD,HUYLENBROECKV,etal.ApplicationofembryorescueafterinterspecificcrossesinthegenusRhododendron[J].PlantCellTissueandOrganCulture,2009,89：29-35.王秀剛，胡翠平，楊濤，等?百合品種粉美與多安娜雜交F1代主要性狀遺傳分析[J].作物雜志,2012(4)：90-94.YAMAGISHIM,KISHIMOTOS,NAKAYAMAM.CarotenoidcompositionandchangesinexpressionofcarotenoidbiosyntheticgenesintepalsofAsiatichybridlily[J].PlantBreeding,2010,129(1)：100-107.NISHIHARAM,NAKATSUKAT.Geneticengineeringofnovelflowercolorsinfloriculturalplants：Recentadvancesviatransgenicapproaches[M].NewYork：HumanaPress,2010：325-347.YAMAGISHIM,YOSHIDAY,NAKAYAMAM.ThetranscriptionfactorLhMYB12determinesanthocyaninpigmentationinthetepalsofAsiatichybridlilies(Liliumspp.)andregulatespigmentquantity[J].MolecularBreeding,2012,30(2)：913-925.ABEH,NAKANOM,NAKATSUKAA,etal.GeneticanalysisoffloralanthocyaninpigmentationtraitsinAsiatichybridlilyusingmolecularlinkagemaps[J].TheoreticalandAppliedGenetics,2002,105(8)：1175-1182.YAMAGISHIM,TODAS,TASAKIK.Theno