4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系比重的比较

李莹，吕文河，白雅梅，李文霞，徐学谱

（1．东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030；2.黑龙江省烟草公司哈尔滨烟叶公司，黑龙江哈尔滨150001；3.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨150030；4.大兴安岭地区农业林业科学研究院，黑龙江加格达奇165000）

遗传育种

4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系比重的比较

李莹1,2，吕文河1*，白雅梅3，李文霞1，徐学谱4

（1．东北农业大学农学院，黑龙江哈尔滨150030；2.黑龙江省烟草公司哈尔滨烟叶公司，黑龙江哈尔滨150001；3.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨150030；4.大兴安岭地区农业林业科学研究院，黑龙江加格达奇165000）

马铃薯的比重是加工企业要考虑的一个重要性状。本研究的目的是比较4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系的比重，试图利用单向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法从二倍体栽培种向四倍体普通栽培种转育高比重基因。四倍体亲本为品种或高世代选系，二倍体亲本是普通马铃薯栽培种（Solanum tuberosum）双单倍体与二倍体栽培种富利亚（S.phureja）杂种的互交后代，或经轮回选择适应长日照的S.phureja-S.stenotomum杂种后代。从4x-4x和4x-2x组合各选出17个高世代无性系，以‘克新18号’（鲜食）和‘夏坡地’（薯条加工）为对照，采用随机区组设计，2011～2012年在黑龙江省的加格达奇评价了4x-4x和4x-2x高世代选系比重的表现。4x-2x和4x-4x后代高世代选系比重平均为1.0727和1.0659，二者差异极显著。但是，4x-2x内和4x-4x内无性系的差异仍达极显著水平。4x-2x四倍体后代HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19以及HJ04-15-36比重高于对照品种‘夏坡地’，并和其有显著差异。结果表明，和4x-4x组合相比，4x-2x组合后代含有较高的比重。

马铃薯；二倍体；4x-2x杂交；比重

马铃薯（Solanum tuberosum L.）的干物质含量是加工企业要考虑的一个重要性状。如果块茎干物质含量较高，单位重量的原料薯出品率就会较高，如淀粉、全粉。对油炸产品而言，可是生产出挺拔、外焦里嫩的薯条，酥脆可口的薯片，另外还可以起到省油、节能的作用。一般来说，适合薯条加工的块茎干物质含量为21.7%（19.7%～24.1%），适合薯片加工的块茎干物质含量为22.7%（21.7%～25.1%），而适合脱水制品加工的块茎干物质含量则为21.7%（20.7%～24.1%）。在生产实践中，马铃薯的干物质含量一般通过测量比重间接获得，因为二者存在着很好的线性关系[1]。培育高比重的马铃薯品种一直是育种家所追逐的目标之一。然而，由于马铃薯遗传基础的狭窄[2]，限制了对马铃薯品种的进一步改良。Plaisted和Peterson[3]报道，在美国四倍体马铃薯资源材料中进行轮回选择比重提高甚微，一个选择周期平均只增长了0.0004。Douches等[4]在研究了一百多年来推广的主栽品种后得出结论，认为这一期间马铃薯品种的产量改良进展缓慢，而比重和炸片色泽却得到改善。但应该注意的是，美国育出的炸片品种之间多有亲缘关系，高比重的来源都可追溯到一个品种‘Lenape’（B5141-6）。因此，有必要寻找新的高比重资源，扩大马铃薯的遗传基础。二倍体马铃薯栽培种富利亚（S.phureja）比重高[5,6]，另外，经过轮回选择适应长日照的原始二倍体栽培种富利亚和窄刀薯（S.phureja-S.stenotomum(PHU-STN)）杂种群体也具有高比重特性[7-12]。本研究的目的是从育种实践的角度，比较4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系的比重，试图利用单向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法从二倍体栽培种向四倍体普通栽培种转育高比重基因。

1 材料与方法

1.1 材料

2004年种植实生苗世代。4x-4x和4x-2x组合各10个（表1），四倍体亲本为品种或高世代选系，二倍体无性系056和057是普通马铃薯栽培种（S. tuberosum）双单倍体与二倍体栽培种富利亚（S. phureja）杂种的互交后代，L系列是经轮回选择适应长日照的PHU-STN杂种后代。二倍体亲本经鉴定产生至少5%2n花粉。2004年3月12日将实生种子放于保温杯中浸种催芽，每个组合播种约100粒。3月16日播种于东北农业大学温室的育苗盘中，3月20日开始出苗。4月20日将实生苗移到小营养钵（上口直径×高×下口直径为8 cm×8 cm×6 cm）中，置于冷床内，晚间覆膜保温，进行苗期抗性锻炼。5月30移入大营养钵（上口直径×高×下口直径为13 cm×12 cm×10 cm）中，置于东北农业大学马铃薯研究所的网室内，2004年9月29日按组合单株收获。

2005年种植无性一代，地点在加格达奇大兴安岭地区农业林业科学研究院马铃薯试验地。按组合单株种植，株行距为0.60 m×0.70 m。2005年5月25日播种，按当地栽培马铃薯方式采用常规田间管理，9月10日人工单株收获。收货时按常规育种程序根据块茎性状进行选择。

2006～2010 年种植无性二～六代，地点亦为加格达奇大兴安岭地区农业林业科学研究院马铃薯试验地。株行距为0.30 m×0.70 m，均采用常规的田间管理，秋收时根据块茎表现（块茎性状，块茎产量）进行选择。2010年秋从4x-4x和4x-2x组合各选出17个无性系供试验用。

表1 试验所用4x-4x和4x-2x组合Table 1 4x-4x and 4x-2x crosses used in this experiment

1.2 方法

2011～2012 年在加格达奇大兴安岭地区农业林业科学研究院马铃薯试验地进行4x-4x和4x-2x杂种后代高世代选系比重的比较试验。随机区组设计，3次重复，单行区，行长6 m，垄距0.80 m，株距0.30 m。以‘克新18号’（鲜食）和‘夏坡地’（薯条加工）为对照。2011年5月16日播种，9月12日收获；2012年5月11日播种，9月14日收获。

在收获后的两周之内，用中等大小的块茎在空气中的重量/（空气中的重量-水中的重量）的方法[13]测定块茎的比重。

1.3 统计分析

联合方差分析采用品种、年份固定，随机区组模型[14]，按照Gomez和Gomez[15]的方法进行组间比较（Between-group comparison）和组内比较（Withingroup comparison）。

2 结果与分析

2011年比重平均1.0701，2012年比重平均1.0684，两年比重差异不显著（表2，图1）。两个对照品种‘克新18号’和‘夏坡地’比重两年平均1.0659和1.0707，二者差异不显著（表2）。4x-2x和4x-4x后代高世代选系比重平均为1.0727和1.0659，二者差异极显著（表2，图2）。但应该指出的是，4x-2x内和4x-4x内的差异仍达极显著水平（表2）。4x-2x后代高世代选系比重变化范围1.0578～1.0906，4x-4x后代高世代选系比重变化范围1.0489～1.0767。试验没有发现比重的品种和年份互作现象（表2）。

表2 4x-4x和4x-2x组合高世代选系比重的联合方差分析Table 2 Combined analysis of variance for specific gravity of advanced clones from 4x-4x and 4x-2x crosses

图1 2011年和2012年马铃薯的比重Figure 1 Specific gravity of potato of 2011 and 2012

图2 4x-2x和4x-4x组合高世代选系比重Figure 2 Specific gravity ofadvanced selections from4x-2x and 4x-4x crosses

从两年的平均值来看（表3），比重在1.080以上的高世代选系有4个（HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19，HJ04-15-36），他们均来自4x-2x组合，而且表现稳定性良好。如果以‘夏坡地’为对照，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和HJ04-15-36比重都高于‘夏坡地’，并和其有显著差异，其中，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和‘夏坡地’有极显著差异。比重和‘夏坡地’没有显著差异的高世代选系有22个（包括‘克新18号’），其中来自4x-2x组合的高世代选系有11个，来自4x-4x组合的高世代选系有10个。比重显著低于‘夏坡地’的高世代选系有9个，其中来自4x-2x组合的2个，来自4x-4x组合的7个（表3）。以上结果说明，和4x-4x组合相比，4x-2x组合后代含有较高的比重。

表3 4x-4x和4x-2x组合高世代选系及对照比重表现及稳定性参数Table 3 Specific gravity and stable parameter of 4x-4x and 4x-2x advanced selections and control cultivars

(续表3)

3 讨论

马铃薯的比重是培育加工型品种需要考虑的一个重要性状。由于现有马铃薯品种之间存在一定的亲缘关系，所以品种间杂交很难进一步改进新品种的比重，这迫切需要引入新的种质资源。本研究所用的二倍体材料一是普通马铃薯栽培种（S. tuberosum）双单倍体与二倍体栽培种富利亚（S. phureja）杂种的互交后代，二是经轮回选择适应长日照的PHU-STN杂种后代，试图利用USP的方法从二倍体栽培种向四倍体普通栽培种转育高比重基因。二倍体亲本可以通过有交换的第一次分裂重组（First-division restitution with crossing over,FDR-CO）或没有交换的第一次分裂重组（First-divisionrestitution withoutcrossing over,FDR-NCO）产生2n花粉[16,17]。通过异常减数分裂，其受突变等位基因ps(‘parallel spindles’)控制，二倍体FDR-CO无性系产生2n花粉可以把大约80%的异质性转递给四倍体后代，保留有大部分的上位（位点间）互作[18,19]。如果两个减数分裂突变等位基因，ps和sy-3（synaptic 3），结合在一起，FDR-NCO配子可以把二倍体亲本中几乎100%的异质性和上位性传递给后代[20]。因此，这两种类型的2n花粉是育种过程中极其有用的工具，他们不仅转递加性效应，而且还可以转递显性和上位性效应[21]。赵明辉[22]估计了PHU-STN群体比重的广义遗传力为0.6938，95%置信区间为（0.5997, 0.7658）；于萌[23]估计了PHU-STN群体干物质含量的广义遗传力为0.6622，95%置信区间为（0.4564, 0.7901）。二者颇为相近，比重（干物质含量）遗传力中等偏上。

Wannamaker和Collins[5]报道，PHU-STN无性系的高比重特性可以很容易通过4x-2x杂交传递给四倍体后代。Sterrett等[24]研究发现，一些以PHU-STN为父本的4x-2x杂种后代即抗热坏死（Internal heat necrosis,IHN），也含有较高的比重。本研究结果表明，可以利用4x-2x组合方式进行USP,把二倍体马铃薯高比重的特性从二倍体转移到四倍体。应该指出的是，该研究结果不是从一定的遗传设计获得，而是从育种实践出发，通过多年对块茎性状、产量性状等进行选择，然后比较4x-2x和4x-4x高世代选系的比重。虽然所用的亲本有一定的局限性，但结果应该还是可信的。

为筛选早熟或淀粉积累早的无性系，试验设在加格达奇。加格达奇位于50°24′N，124°07′E，海拔371.7 m。这里无霜期110 d左右，活动积温1 900～2 100℃。由于加格达奇纬度高，无霜期短，所以马铃薯的比重均较低，这可从对照品种‘夏坡地’的比重只有1.0707看出。

本研究没有发现环境×比重的互作效应，这与宿飞飞等[25]的结论不同。宿飞飞等[25]等的试验在纬度、海拔高度差异较大的环境中进行，而本试验则是在一个地点进行了两年，可能是这两年的环境因素差异不大导致没有发现环境×比重的互作效应。

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Comparison for Specific Gravity of Advanced Clones Selected from 4x-4x and 4x-2x Crosses

LI Ying1,2,LU Wenhe1＊,BAI Yamei3,LI Wenxia1,XU Xuepu4
(1.College of Agronomy,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;2.Harbin Tobacco Leaf Company, Heilongjiang Tobacco Company,Harbin,Heilongjiang 150001,China;3.College of Resources and Environment,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;4.Daxinganling Academy of Agriculture and Forestry, Jiagedaqi,Heilongjiang 165000,China)

Specific gravity is an important character to be considered in potato processing.The purposes of this research were to compare the specific gravity ofadvanced clones selected from4x-4x and 4x-2x crosses and try transferring high specific gravity genes from cultivated diploid species to tetraploid cultivars.Tetraploid parents were cultivars or advanced selections; diploid parents were intercrossing progenies of haploid Tuberosum-Phureja hybrids,or S.phureja-S.stenotomum hybrids undergone currentselection forlong-day adaptation.Seventeen advanced clones were selected outfrom each type of4x-4x and 4x-2x crosses and evaluated for their specific gravity in a randomized complete block design at Jiagedaqi,Heilongjiang in 2011 and 2012,using'Kexin 18'(table potato)and'Shepody'(French fry)as controls.The average of specific gravity of advanced clones from 4x-2x and 4x-4x crosses were 1.0727 and 1.0659,respectively,the difference being significant.However,variations within 4x-2x and 4x-4x crosses were stillhighly significant.HJ04-18-17,HJ04-27-41,HJ04-22-19 and HJ04-15-36,allfrom 4x-2x crosses,were significantly higher in specific gravity than the control cultivar'Shepody'.The results indicated that advanced clones selected from4x-2x crosses hadhigherspecific gravity than thosefrom 4x-4x crosses.

potato;diploid;4x-2x cross;specific gravity

S532

A

1672-3635（2013）04-0193-06

2013-03-16

马铃薯鲜食新品种（系）资源的引进、筛选及评价分析（GA08B102）；东北地区马铃薯标准化、机械化生产技术集成与示范（2012BAD06B02）；高淀粉马铃薯新品种选育与示范（GC12B105）。

李莹（1985-），女，初级政工师，主要从事烟叶的种植和销售。

吕文河，教授，主要从事马铃薯遗传育种以及栽培生理研究，E-mail:luwenhe60@163.com。