苦瓜3种不同遗传距离与产量杂种优势的关系研究

熊俏+刘政国

摘 要：以14个苦瓜（白苦瓜、绿苦瓜和广西野生苦瓜）高世代自交系，配制出14个杂交组合，进行了苦瓜数量性状、蛋白质和ISSR分子标记3种遗传距离分析以及3种遗传距离与杂种优势之间关系的分析。结果表明：数量性状与蛋白质、ISSR分子标记遗传距离之间相关系数分别为0.8340和0.4532；蛋白质遗传距离与ISSR分子标记遗传距离的相关系数为0.5940；数量性状与蛋白质遗传距离与产量杂种优势之间均呈极显著直线回归关系；而ISSR分子标记遗传距离与产量杂种优势之间呈显著直线回归关系。

关键词：苦瓜 数量性状 蛋白质 分子标记 遗传距离 杂种优势

苦瓜已是家喻户晓的蔬菜，深受广大家庭的喜欢，它不但可以食用，还可用来做保健品，美容等功效。生物界普遍存在杂种优势，苦瓜也不例外。从Rao学者研究距离的方法以来 [1]，结果不一致。现在生物界中杂种优势的表现有2类情况：一类是常出现在某些远缘杂交子代中的杂种优势只表现为个体或某些器官的增大，可是它的生存和繁殖能力并没有提高，所以某些研究生物进化的学者把它称为假杂种优势。另一类杂种优势表现为杂种的生存和繁殖能力的提高，但在个体生长上不一定超过亲本，这类杂种优势才有进化上的适应意义，所以被看成是真正的杂种优势。在极少数生物中还可以遇到杂种的生存能力反而比亲本减退的现象，这种现象称为杂种劣势。

至今为止，国内外学者对遗传距离和杂种优势之间的关系进行了一系列的研究，遗传距离与产量杂种优势之间的关系能否在苦瓜上建立，这不仅对苦瓜的优势育种，而且对其他植物的优势育种都具有非常重要的理论和应用价值。张菊平等学者对苦瓜体系优化进行了初步RAPD分析研究 [2]，邓俭英等学者对不同性别类型苦瓜进行了RAPD标记研究，结果表明，全雌性品种稳定地扩增出特异性条带 [3]，这些学者的研究，为有关分子标记方面的进一步研究奠定了一定的技术基础。从现有研究来看，分子遗传距离与数量性状遗传距离有相关和不相关，2个遗传距离和杂种优势之间的关系也不完全一致。S.J.Kwon等研究了‘Tongil型水稻分子遗传距离与杂种优势之间的关系，结果表明，遗传距离与杂种优势之间关系大多不显著。他们觉得要选择与产量QTLS连锁的DNA标记和其他与产量有关联的性状研究遗传距离与杂种优势之间的关系会得出较好结果 [4]。试验在根据国内外学者的一些研究成果的基础上，将用3种不同的遗传距离（数量性状、蛋白质遗和ISSR分子标记）来研究苦瓜遗传距离与杂种优势之间的关系，更进一步的为苦瓜优势育种的亲本选择选配提供充分的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

苦瓜高世代自交系（7代以上自交）14个，编号为1到14号。除8、9、11和13为白苦瓜，14为野生苦瓜，其他的编号为绿苦瓜，1×4，2×10，2×3，2×13，3×11，3×12，3×8，4×10，5×10，6×10，3×9，7×14，6×14和5×14共14个杂交组合于2011年9月配制。每个杂交组合获得5～8个杂交果实。

1.2 田间试验设计

试验于2012年春季进行。14个亲本和杂种的苦瓜种子，都经过浸种催芽后，2月6日播于营养杯育苗，3月1日定植于大田。1.5 m的畦宽（连沟），每畦种植2行，0.50 m的株距。采用随机区组设计，重复3次，试验小区共84个，每小区种20株。4周设保护行，田间栽培管理同于一般大田生产。

1.3 数据收集

在14个亲本中，共观测记录8个数量性状。记载全小区的20个单株在第1雌花节位；每株取第19、20、21片叶测值于生长盛期的叶长；测19～21节的长度；生长盛期的茎粗测19、20和21节中间位置粗度。叶长、节间长和茎粗测全小区的20个单株。以上3个性状测完后均计算小区平均值。

在每个小区中，采收20个比较老熟的果实进行留种，并测出种子的千粒重和厚度，测定种子厚在每个小区中随机取50 粒种子。

播种—始花天数为每小区播种到有一半植株（15株）开放第1朵雌花的天数。

杂种和亲本各14个，测每个小区全部商品果实的产量。

1.4 统计分析方法

全部性状以小区平均值为单位进行统计分析。8个性状经方差分析，材料间差异均达1 %显著水平。

对以上8个性状进行两两之间的协方差分析，计算出所有性状之间的遗传相关系数，构成遗传相关系数矩阵R。用Jacobi旋转相似变换求解矩阵R的特征根λ和相应的特征向量。按刘来福提出的公式D2ij=∑（gik-gjk）2计算主成分遗传距离 [5]，主成分累计贡献率取70 %～85 %。按[F1-1/2（P1+P2）]/[1/2（P1+P2）]×100 %计算产量杂种优势。

1.5 种子蛋白质距离分析

从14个苦瓜亲本中各取1粒种子，并剥除种皮，然后用研钵磨碎，采用不同的提取液提取不同的种子贮藏蛋白。每份材料应重复7次。

醇溶性蛋白：按颜启传的方法电泳和染色 [6]，采用25 %的2-氯乙醇+0.05 %甲基氯提取。

碱溶性蛋白：按孙雁等的方法电泳和染色 [7]，采用0.05 %甲基氯+0.2 %NaOH提取。

酸溶性蛋白：按张文玲等的方法电泳和染色 [8]，采用0.1 %～1 %的冰乙酸提取。

水溶性蛋白；采用汪沛洪等方法电泳和染色 [9]。

遗传距离系数的分析采用“0-1”系统记录谱带位置，确定带的有无，并逐一转化成2项数据，有带为1，无带为0。按Nei的方法计算品种间相似系数（GS），遗传差异（GD）=1-GS [10]。

1.6 ISSR分子标记遗传距离

1.6.1 材料准备

采用14个自交系的种子，并浸种10 h后进行催芽，等到发芽后再移至预备好的苗床上，培养成5～6片叶的正常幼苗。

1.6.2 DNA的提取

取苦瓜嫩叶，在液氮冷冻条件下，用研钵将叶片磨碎。采用改良的CTAB法，提取苦瓜叶片中DNA [2]。

1.6.3 ISSR扩增

参照邱英雄 [11]、钱剑林 [12]等的反应总体系，反应程序，进行退火时间、延伸时间及循环次数等的优化，以获得最佳结果。

1.6.4 电泳及染色

经过筛选后，得到的引物分别以所有苦瓜品种的DNA为模板，进行PCR反应。反应结束后在1.5 %～2.0 %琼脂糖凝胶中进行电泳，电泳结束后要在1 μg/mL的EB液中浸染10 min。

1.6.5 数据处理和统计方法

采用QuantityOne6.0分析软件，并结合人工方法读带，通过ISSR扩增出的电泳图谱的每1条清晰且能重复出现的带，均为1个分子标记Marker，有带用1表示，无带用0表示。按Nei的方法计算品种间相似系数（GS），遗传差异（GD）=1-GS [10]。

2 结果与分析

2.1 苦瓜产量杂种优势

从表1中看出，14个组合中有13个组合均表现为正向杂种优势，仅6×10一个组合表现较小的负向杂种优势（-1.8583 %），组合间杂种优势相差很大，最小的是2×10（2.138 %），组合2×3（18.2671 %）、3×11 （16.621 %）、3×8 （22.0333 %）、4×10（21.2333 %）、5×10（31.9823 %）和3×9（17.6416 %）表现出较大的杂种优势。组合7×14（107.5194 %）、6×14（112.0482 %）和5×14（174.8011 %）表现出极强的杂种优势，以上3个组合都是不同栽培苦瓜与广西野生苦瓜（14）之间的杂种1代。

2.2 苦瓜3种不同遗传距离之间的相互关系

从表2 可看出，各栽培苦瓜自交系之间遗传距离在1.7419～14.1788，绿苦瓜和白苦瓜之间（如2×13、3×11和3×8）的遗传距离并没有明显大于绿苦瓜和绿苦瓜之间（2×3和6×10等）的遗传距离，说明生产上对绿苦瓜和白苦瓜的划分在数量性状的遗传距离上找不到依据。广西野生苦瓜与栽培苦瓜之间的遗传距离很大，组合7×14、6×14和5×14分别达到21.3026、16.9267和41.5708，说明广西野生苦瓜在植株形态上与栽培苦瓜相差甚远，苦瓜数量性状遗传距离不同组合之间差异很大。

苦瓜醇溶性蛋白、碱溶性蛋白和酸溶性蛋白分别电泳出11条、18条和7条带，部分品种间存在谱带差异。苦瓜水溶性蛋白共电泳出8条带，仅14（广西野生苦瓜）缺少了第3、4、5和第7条带，其他13个自交系之间完全一样。用全部4种蛋白的45条带计算组合间遗传相似系数和遗传距离系数，组合间差异稍小，仅广西野生苦瓜与栽培苦瓜之间表现出较大的距离系数，有5个组合距离系数为0，说明栽培苦瓜品种间种子蛋白质差异较小。

从100条ISSR引物中筛选出10条引物。它们能在14个苦瓜自交系中扩增出清晰的条带，并且稳定性和多态性均较好。这10条有效的ISSR引物在14个苦瓜品种中共扩增出101条DNA带，条带大小为50～3200 bp。引物836扩增出的清晰条带最多，为16条；引物895的扩增条带数最少，仅有5条。其他8条引物的带在7～14条之间。用全部10条引物的101条带计算组合间遗传相似系数和遗传距离系数，苦瓜ISSR分子标记遗传距离组合间差异也较大，最小0.076，最大的高达0.3809。

从实验结果中的相互关系来看，数量性状遗传距离与ISSR分子标记遗传距离之间的相关系数为0.4532，没有达到显著水平。数量性状遗传距离与蛋白质遗传距离之间相关系数0.8340，达到极显著水平；蛋白质遗传距离与ISSR分子标记遗传距离的相关系数为0.5940，达到显著水平但未达到极显著水平

2.3 苦瓜不同遗传距离与杂种优势之间的直线回归

用3种不同的遗传距离与产量杂种优势之间进行了直线回归分析，结果如表3，表明3种不同遗传距离（数量性状、蛋白质、ISSR分子）与杂种优势之间的相关系数分别为0.9510**、0.9420**和0.5352*。数量性状遗传距离与产量杂种优势之间呈极显著直线回归关系；蛋白质遗传距离与产量杂种优势之间也呈极显著直线回归关系；而ISSR分子标记遗传距离与产量杂种优势之间呈显著直线回归关系但达不到极显著水平。

4 讨论与小结

通过以上3种遗传距离实验分析，数量性状、蛋白质2种遗传距离都和产量杂种优势之间呈极显著直线回归关系，但栽培的苦瓜品种之间蛋白质遗传距离较小，蛋白质遗传距离被限制了在优势育种上的实际应用价值，而在苦瓜优势育种上数量性状遗传距离应有较大的利用价值。

刘政国学者曾采用苦瓜自交系按不完全双列杂交设计配制杂交组合，结果表明：产量杂种优势与遗传距离之间分别为弱的直线关系 [13]，为了进一步确定数量性状遗传距离与产量杂种优势之间的关系，又用苦瓜高世代自交系分成2组进行了相关实验，结果表明，回归方程达到极显著水平 [14]。本研究在刘政国学者研究基础上，利用亲缘关系更大的14个苦瓜高世代自交系（白苦瓜、绿苦瓜和广西野生苦瓜），配制出14个杂交组合，并在刘政国学者以前的研究结果上选择8个性状在累计贡献率70 %～85 %时进行了苦瓜数量性状遗传距离与产量杂种优势之间关系的研究，结果表明遗传距离与产量杂种优势之间还是呈极显著线性关系。

自从DNA分子标记技术出来后，很多学者对其进行了遗传距离与杂种优势关系研究，结果都不统一，如Heathcliffe Riday等用AFLP和 SSR标记研究1种饲料Medicago，发现遗传距离与产量杂种优势之间没有相关关系，而用17个饲料品质性状和农艺性状计算出的遗传距离与杂种优势之间显著相关 [15]。Yu.C.Y.等在油菜上进行了分子标记研究，结果表明3组遗传距离之间没有显著相关关系 [16]，这与本研究结果不完全一致。实验中苦瓜ISSR分子标记遗传距离与杂种优势之间仅表现为弱的直线回归，而数量性状遗传距离与产量杂种优势之间呈极显著直线回归关系。由此可看出，数量性状遗传距离对苦瓜亲本的选配有很好的依据。但通过本实验，以后可以进一步对苦瓜分子标记的位点进行筛选，在能够较全面覆盖苦瓜DNA的条件下进行分子标记遗传距离与杂种优势之间的关系的研究，相信能获得更为理想的结果。

参考文献

[1] Rao.C.R. Advanced statistical methods in biometrical research[M]. John Wiley and Sona Znc.，New York，1952.

[2] 张菊平，巩振辉，张长远，等. 苦瓜RAPD分析体系的优化研究[J]. 河南农业大学学报，2003（1）：49-53.

[3] 邓俭英，王绪，方锋学，等. 不同性别类型苦瓜基因组DNA提取及RAPD标记初步研究[J].广西农业科学，2007，38（3）：223-226.

[4] S.J.Kwon，W.G.Ha，H.G.Hwang，et al. Relationship between heterosis and Gentic divergence in‘Tngil-type rice[J]. Plant breeding， 2002，121：487-492.

[5] 刘来福. 作物数量性状的遗传距离测定[J]. 遗传学报，1979，6（1）：349-355.

[6] 颜启传. 种子检验原理和技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2001.

[7] 孙雁，冯锐，段利琴. 杂交玉米及亲本种子碱溶蛋白电泳鉴定[J]. 种子，2000，111（5）：17-18.

[8] 张文玲，徐献军. 酸溶蛋白质电泳方法鉴定小麦种子纯度[J]. 种子，2005，24（2）：94-96.

[9] 汪沛洪. 基础生物化学实验指导[M]. 西安：陕西科学技术出版社，1986.

[10] Nei M.Analysis of gene diversity in subdivided populations[J]. Proc.Nat1.Acad Sei.，1973，70：3321-3323.

[11] 邱英雄，傅承新，孔航恢. 杨梅不同品种的ISSR分析[J]. 农业生物技术学报，2002，10（4）：343-346.

[12] 钱剑林，俞文生，王化坤，等. 江浙地区杨梅主要品种的ISSR分析[J]. 植物资源与环境学报，2006，15（3）：17-20.

[13] 刘政国，王先裕，肖喜祝，等. 主成分累计贡献率和性状选择对苦瓜遗传距离与产量杂种优势关系的影响[J]. 广西农业生物科学，2007，26（1）：55-59.

[14] 刘政国，韦娇青，肖喜祝，等. 苦瓜数量性状遗传距离与杂种优势关系的研究[J]. 中国农学通报，2004，20（5）：199-202.

[15] Heathcliffe Riday，E.Charles Brummer. Comparisions of genetic and morphological distance with heterosis between Medicago sativa subsp. Sativa and subsp.falcate[J]. Euphtica Netherlands Journal of Plant Breeding，2003，131（1）：37-45.

[16] Yu.C.Y.，Hu.S.W.，Zhao.H.X.，et al. Genetic distances revealed by morphological characters，iszymes，proteins and RAPD markers and their relationships with hybrid performance in oilseed rape（Brassica napus l.）[J]. Theoretical and Applied genetics，2005， 110（3）：511-518.

参考文献

[1] Rao.C.R. Advanced statistical methods in biometrical research[M]. John Wiley and Sona Znc.，New York，1952.

[2] 张菊平，巩振辉，张长远，等. 苦瓜RAPD分析体系的优化研究[J]. 河南农业大学学报，2003（1）：49-53.

[3] 邓俭英，王绪，方锋学，等. 不同性别类型苦瓜基因组DNA提取及RAPD标记初步研究[J].广西农业科学，2007，38（3）：223-226.

[4] S.J.Kwon，W.G.Ha，H.G.Hwang，et al. Relationship between heterosis and Gentic divergence in‘Tngil-type rice[J]. Plant breeding， 2002，121：487-492.

[5] 刘来福. 作物数量性状的遗传距离测定[J]. 遗传学报，1979，6（1）：349-355.

[6] 颜启传. 种子检验原理和技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2001.

[7] 孙雁，冯锐，段利琴. 杂交玉米及亲本种子碱溶蛋白电泳鉴定[J]. 种子，2000，111（5）：17-18.

[8] 张文玲，徐献军. 酸溶蛋白质电泳方法鉴定小麦种子纯度[J]. 种子，2005，24（2）：94-96.

[9] 汪沛洪. 基础生物化学实验指导[M]. 西安：陕西科学技术出版社，1986.

[10] Nei M.Analysis of gene diversity in subdivided populations[J]. Proc.Nat1.Acad Sei.，1973，70：3321-3323.

[11] 邱英雄，傅承新，孔航恢. 杨梅不同品种的ISSR分析[J]. 农业生物技术学报，2002，10（4）：343-346.

[12] 钱剑林，俞文生，王化坤，等. 江浙地区杨梅主要品种的ISSR分析[J]. 植物资源与环境学报，2006，15（3）：17-20.

[13] 刘政国，王先裕，肖喜祝，等. 主成分累计贡献率和性状选择对苦瓜遗传距离与产量杂种优势关系的影响[J]. 广西农业生物科学，2007，26（1）：55-59.

[14] 刘政国，韦娇青，肖喜祝，等. 苦瓜数量性状遗传距离与杂种优势关系的研究[J]. 中国农学通报，2004，20（5）：199-202.

[15] Heathcliffe Riday，E.Charles Brummer. Comparisions of genetic and morphological distance with heterosis between Medicago sativa subsp. Sativa and subsp.falcate[J]. Euphtica Netherlands Journal of Plant Breeding，2003，131（1）：37-45.

[16] Yu.C.Y.，Hu.S.W.，Zhao.H.X.，et al. Genetic distances revealed by morphological characters，iszymes，proteins and RAPD markers and their relationships with hybrid performance in oilseed rape（Brassica napus l.）[J]. Theoretical and Applied genetics，2005， 110（3）：511-518.

参考文献

[1] Rao.C.R. Advanced statistical methods in biometrical research[M]. John Wiley and Sona Znc.，New York，1952.

[2] 张菊平，巩振辉，张长远，等. 苦瓜RAPD分析体系的优化研究[J]. 河南农业大学学报，2003（1）：49-53.

[3] 邓俭英，王绪，方锋学，等. 不同性别类型苦瓜基因组DNA提取及RAPD标记初步研究[J].广西农业科学，2007，38（3）：223-226.

[4] S.J.Kwon，W.G.Ha，H.G.Hwang，et al. Relationship between heterosis and Gentic divergence in‘Tngil-type rice[J]. Plant breeding， 2002，121：487-492.

[5] 刘来福. 作物数量性状的遗传距离测定[J]. 遗传学报，1979，6（1）：349-355.

[6] 颜启传. 种子检验原理和技术[M]. 杭州：浙江大学出版社，2001.

[7] 孙雁，冯锐，段利琴. 杂交玉米及亲本种子碱溶蛋白电泳鉴定[J]. 种子，2000，111（5）：17-18.

[8] 张文玲，徐献军. 酸溶蛋白质电泳方法鉴定小麦种子纯度[J]. 种子，2005，24（2）：94-96.

[9] 汪沛洪. 基础生物化学实验指导[M]. 西安：陕西科学技术出版社，1986.

[10] Nei M.Analysis of gene diversity in subdivided populations[J]. Proc.Nat1.Acad Sei.，1973，70：3321-3323.

[11] 邱英雄，傅承新，孔航恢. 杨梅不同品种的ISSR分析[J]. 农业生物技术学报，2002，10（4）：343-346.

[12] 钱剑林，俞文生，王化坤，等. 江浙地区杨梅主要品种的ISSR分析[J]. 植物资源与环境学报，2006，15（3）：17-20.

[13] 刘政国，王先裕，肖喜祝，等. 主成分累计贡献率和性状选择对苦瓜遗传距离与产量杂种优势关系的影响[J]. 广西农业生物科学，2007，26（1）：55-59.

[14] 刘政国，韦娇青，肖喜祝，等. 苦瓜数量性状遗传距离与杂种优势关系的研究[J]. 中国农学通报，2004，20（5）：199-202.

[15] Heathcliffe Riday，E.Charles Brummer. Comparisions of genetic and morphological distance with heterosis between Medicago sativa subsp. Sativa and subsp.falcate[J]. Euphtica Netherlands Journal of Plant Breeding，2003，131（1）：37-45.

[16] Yu.C.Y.，Hu.S.W.，Zhao.H.X.，et al. Genetic distances revealed by morphological characters，iszymes，proteins and RAPD markers and their relationships with hybrid performance in oilseed rape（Brassica napus l.）[J]. Theoretical and Applied genetics，2005， 110（3）：511-518.