小豆粒色性状遗传的分析

李 明，姚丽珊，万 平，赵 波，杨 凯，李奕松

(1.北京农学院植物科学技术学院，北京农业应用新技术北京市重点实验室，北京102206;2.北京农学院生物科学与工程学院，北京102206)

小豆(Vigna angularis)是一年生草本植物，属于豆科(Leguminosae)蝶形花亚科(Papilionaceae)菜豆族(Phaseolea)豇豆属(Vigna)，起源于中国，是中国古老的栽培作物之一。中国是世界上最大的小豆生产国和出口国。小豆主要种植在东南亚的温带地区。由于中国、日本、韩国种植面积较大，小豆被称作“亚洲作物”［1］。

小豆生长周期较短，适应性较广，对生长环境的要求不高，在改善膳食结构、调整种植业结构和耕作制度、固氮环保、发展出口创汇农业方面有着重要作用［2］。尽管小豆被视为“小作物”，却是中国传统的出口创汇作物，产品销往世界30多个国家和地区。随着食品工业的迅速发展以及市场竞争日趋激烈，消费者对小豆品质的要求越来越严格。一般情况下，谷物的品质首先是由其籽粒大小、粒型以及种皮颜色3个表观性状进行判定。为了提高中国小豆在国际市场上的竞争力，进一步探明小豆粒色遗传规律，有目的地导入优良基因对提高籽粒品质是十分必要的［3］。日本高桥良直［4］首先进行各种粒色小豆的杂交试验，并且推论它们是由7对基因控制，但对所调查的结果没有统计学检验 ;成河等［5］对小豆白粒色、红粒色和灰白粒色的遗传规律进行研究，认为它们由2对基因控制;岛田尚典［6］认为，控制明度指数(L*)、红度指数(a*)和黄度指数(b*)的基因数分别为1～2、4和2个;金文林［7］分析红底黑斑粒色和红粒色遗传规律，认为受一对基因控制，红底黑花粒色对红色粒色为显性;金文林等［8］采用主基因+多基因混合遗传模型分析方法对小豆籽粒颜色进行分析，认为小豆粒色是由2对主基因控制的，且主基因遗传率表现较高;孟龄等［9］也采用主基因+多基因混合遗传模型分析方法对小豆籽粒颜色进行研究，得到的结果与金文林等一致。除了对小豆粒色进行直接研究，还可通过其他与小豆粒色密切相关的表型性状对小豆粒色进行间接研究。濮绍京等［10］认为，在盛荚期选择叶片亮度较暗、绿色浅的植株，获得粒色优良材料的可能性较大。

1 材料与方法

1.1 材料 试验亲本材料由北京农学院小豆创新研究团队提供(表1)。小豆亲本粒色见图1。

表1 供试材料的基本情况

1.2 方法 2010年将试验材料配成AG118×GM285、GM27×GM633 2个组合，2011年获得F1代，通过SSR标记技术鉴定真假杂种［11］，将真杂种种下，2012年收获 F2代，统计F2代的粒色分离情况，并且分析是否符合孟德尔遗传定律［12］。2013年将F2代种下以获得F3家系，并且统计粒色是否还有分离。供试材料都种植于北京农学院小豆试验地。播种行长3 m，行距40 cm，株距5～8 cm。小豆SSR引物ass071在双亲和F1扩增鉴定F1真假见图2。

图1 小豆亲本粒色

图2 小豆SSR引物ass071在双亲和F1扩增鉴定F1真假

2 结果与分析

黑粒色与红粒色杂交F2代收到黑色粒色单株100株、米白粒色单株36株、红粒色单株14株，χ2测验表明，即F2代黑粒色、米白粒色和和红粒色有2对基因控制，符合12∶3∶1的分离比，黑对米白为显性，且黑粒色对米白色表现显性上位性作用，米白对红显性。红粒色与红底黑斑粒色杂交F2代收获红底黑斑粒单株209株，红粒单株72株，χ2测验结果 χ2=0.0581＜ χ20.05，符合 3∶1 一对基因分离规律，红底黑斑由单显性基因控制，红色由隐性基因控制(表2)。

表2 F2代籽粒色的分离比例

基因表示符号，根据不同粒色英文字母设置，AG118×GM285杂交组合中黑粒色由B表示，米黄粒由RW，红粒色由rw表示，AG118、GM28及其 F2代基因型符号见表3。在GM276×GM633杂交组合中，红底黑斑粒色由RB表示，红粒由rb表示(表3)。

表3 父母本及F2群体的基因型

用AG118×GM285的F3家系进一步验证黑粒∶米白粒∶红粒的基因分离比。将150 F2单株种植成F3家系，每行40粒种子，有8个家系没有出苗，对收获种子的129个家系进行粒色统计分析。BBRWRW、2BBRWrw、BB rwrw的F3家系全都为黑色;基因型BbRWrw的F3家系分离比为黑∶米黄=3∶1;基因型BbRWrw的F3家系分离比为黑∶米黄∶红=12∶3∶1;基因型Bb rwrw的F3家系分离比为黑∶红=3∶1;基因型bbRWRW的F3家系全为米黄色;基因型bbRWrw的F3家系分离比为米黄∶红=3∶1;基因型bbrwrw的F3家系全为红色(表4)。χ2检测，χ2，验证了F2代粒色遗传分离比。

表4 AG118×GM285杂交组合F2与F3群体的基因型和粒色分离

3 讨论

研究表明，小豆黑、米黄和红粒色由2对基因控制，黑对米黄显性，米黄对红显性，且黑色具有显性上位性作用。红底黑斑和红粒色由1对基因控制，黑斑为显性。而红色为隐性。这与金文林［7］的研究结果一致。在小豆驯化和演化进程中，人工选出人们喜爱的由隐性基因控制的小豆红色籽粒。研究表明，粒色是由色素的种类所决定的，色素含量间接地以不同粒色表现出来。笹村等［13］认为，产生“小豆粒色”色素是由于有花色素系统的存在。畑井朝子等［14-16］认为，黄酮醇型丹宁、花色素与小豆粒色有关。小豆的基本粒色和明暗、浓淡及均匀程度虽由品种遗传因素决定，但色泽随着生长条件、籽粒生长部位、采收后处理条件的差异发生变化［17］。小豆粒色基因的本质仍不清楚，需进一步通过基因定位和克隆、功能分析来研究确定。

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