烟草根系柠檬酸分泌特性的遗传规律分析

张占军 李洪臣

摘要[目的]改善烟草根系对土壤钾的活化能力，提高对钾的吸收效率。[方法]以农大202、中烟101、NC628、K358、NX232共5个烟草品种为亲本，采用双列杂交试验研究了烟草根系柠檬酸分泌特性的遗传规律。[结果]不同品种间烟草根系柠檬酸分泌特性存在显著差异。在柠檬酸分泌特性上，农大202的一般配合力效应值和农大202×NC628特殊配合力效应值均为正，对改善后代钾吸收效率有较高的利用价值。烟草根系柠檬分泌酸特性的遗传规律符合“加性-显性”遗传模型。缺钾敏感性不符合“加性-显性”遗传模型。[结论]该研究为进一步研究烟草根系柠檬酸分泌特性奠定了理论基础。

关键词烟草；柠檬酸；分泌特性；遗传规律

中图分类号S572文献标识码A文章编号0517-6611（2017）05-0024-03

Abstract[Objective] To improve the activation of tobacco root on soil potassium， and to enhance the absorption efficiency on potassium. [Method] With Nongda 202， Zhongyan 101， NC628， K358， NX232 as the parents， diallel crossing test was used to study genetic regularity of citric acid secretion characteristics in tobacco root.[Result]There were significant differences in citric acid secretion characteristic between different cultivars.General combining ability （GCA） values of Nongda 202 and specific combining ability （SCA） values of Nongda 202×NC628 were positive in citric acid secretion characteristics， and the results had high use value to improve the offspring potassium uptake efficiency.Genetic regularity of citric acid secretion characteristic in tobacco root accorded with “additivedominant” genetic model， but sensitivity to potassium deficiency did not accord with “additivedominant” genetic model. [Conclusion] This research lays theoretical basis for the further research on citric acid secretion characteristics of tobacco root..

Key wordsTobacco； Citric acid； Secreting characteristic； Genetic regularity

基金项目河南省烟草公司科技攻关项目（HYKJ201103）。

作者简介张占军（1967—），男，河南三门峡人，助理农艺师，从事烟叶生产研究。〖KG-*2〗*通讯作者，农艺师，硕士，从事烟草品种选育研究。

收稿日期2016-12-13

我国土壤钾含量较丰富，但大部分钾是矿物态钾，很难在短期内被吸收利用，因此我国烟田土壤呈缺钾或严重缺钾状态[1]。研究结果显示，缺钾环境会诱导植物根系大量分泌柠檬酸、草酸、苹果酸等低分子量有机酸[2-4]，这些有机酸释放到土壤，通过酸化、配位交换和还原作用活化土壤矿物态钾[5-7]，促进钾的有效释放及植物对钾的吸收[8]。缺钾胁迫下，烟草根系柠檬酸分泌量会显著增加，在活化土壤钾、提高烟叶钾含量方面起到重要的作用。鉴于此，该试验研究了烟草根系柠檬酸分泌特性的遗传规律，以期改善烟草后代根系对土壤矿物态钾的活化能力、提高钾的吸收效率。

1材料与方法

1.1试验材料采用农大202、中烟101、NC628、K358、NX232作为亲本进行双列杂交，获得10个杂交种和5个自交种，见表1。

1.2试验设计

采用盆栽试验，按钾肥用量分为正常供钾和缺钾2个处理。其中，正常处理N、P、K的用量分别为013、0.13和0.39 g/kg，缺钾处理N、P、K的用量分别为013、0.13和0 g/kg，肥料分3次施入，时间为移栽时、移栽后7 d、移栽后14 d，3次施肥比例为2〖DK〗∶1〖DK〗∶1，常规水分管理，生长至移栽后30 d，收集根系分泌物样品。

1.3取样与测定

将烟株根系土壤洗净，放入装有800 mL蒸馏水的烧杯中，根部黑暗处理。正常生长条件下，收集根系分泌物混合物4 h。将根系分泌物过XAD-4树脂柱，甲醇洗脱后用冷冻干燥机除去甲醇，加超纯水50 mL溶解干燥后的根系分泌物，得到根系分泌的有机酸样品。

每个样品中准确加入40 mL 5%硫酸-甲醇溶液和200 μL己二酸内标溶液，振荡48 h。然后每次用10 mL二氯甲烷萃取，萃取3次，合并萃取液，采用气相色谱-质谱测定柠檬酸。

1.4数据统计

采用SPSS 17.0統计分析软件进行方差分析。参照刘来福[9]方法，按照Griffing II的固定模型计算配合力效应；按Hayman方法进行遗传参数估算。

2结果与分析

2.1不同品种烟草柠檬酸分泌特性的比较

5个烟草亲本自交系及其10个双列杂交组合的柠檬酸分泌特性（以柠檬酸分泌量来表示）和缺钾敏感性（以柠檬酸分泌量增加比例来表示）见表2。分析可知，正常供钾、缺钾胁迫柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性变异系数分别为1.138%、0.563%、1.806%。方差分析可知，柠檬酸分泌特性上，组合间差异均达显著水平，而重复间的差异不显著，说明不同品种间存在显著差异，供试品种间的遗传基础存在显著差异。

2.2柠檬酸分泌特性的配合力比较

由表3可知，柠檬酸分泌特性的一般配合力（GCA）方差和特殊配合力（SCA）方差均达极显著水平，说明这些效应间存在差异。

2.3亲本柠檬酸分泌特性的一般配合力比较

由表4可知，柠檬酸分泌特性的一般配合力效应存在差异。正常供钾亲本柠檬酸分泌特性的一般配合力效应值的变幅为-0.431～0.062，只有农大202的一般配合力效应值為正值。缺钾胁迫亲本柠檬酸分泌特性的一般配合力效应值的变幅为-0.291～0.162，亲本NX2322和农大202一般配合力效应值为正值。缺钾敏感性的一般配合力效应值变幅为-0.014～0.310，亲本NX232、K358、农大202、中烟101的柠檬酸分泌特性的一般配合力效应值为正值。

2.4亲本柠檬酸分泌特性与一般配合力的关系

亲本柠檬酸分泌特性与一般配合力相关系数为正常供钾r=0.937**、缺钾胁迫r=0.932**、缺钾敏性r=0.896**。柠檬酸分泌特性测定结果与一般配合力相关系数达极显著水平，亲本柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性越高，一般配合力效应值越高，柠檬酸分泌特性的测定结果可用来预测亲本一般配合力效应。

2.5杂交组合柠檬酸分泌特性的特殊配合力

特殊配合力方差说明各亲本与其他亲本杂交后，可出现偏离一般配合力效应所估计的极端后代，这种极端后代的多少能反映各亲本间品种非加性作用的大小[10]。柠檬酸分泌特性的特殊配合力以正向效应为优。杂交组合的柠檬酸分泌特性特殊配合力效应值见表5。

10个杂交组合后代中，正常供钾柠檬酸分泌特性正向效应值较高的为K358×NX232，负向效应值较高的为农大202×NX232，正向效应平均值0.252小于负向效应平均值0.387。缺钾胁迫柠檬酸分泌特性正向效应值较高的为中烟101×NC628，负向效应值较高的为农大202×NX232，正向效应平均值0.449小于负向效应平均值0.458。缺钾敏感性正向效应值较高的为农大202×中烟101，负向效应值较高的为中烟101×K358。正向效应平均值0.380大于负向效应平均值0.285。农大202×NC628特殊配合力的效应值均为正值。

2.6柠檬酸分泌特性的遗传规律分析

2.6.1柠檬酸分泌特性及缺钾敏感性的显著性检验。

对正常供钾和缺钾胁迫条件下柠檬酸分泌特性回归分析，进行Hayman显著性检验。由表6可知，正常供钾与缺钾胁迫条件下，柠檬酸分泌特性回归方程的回归系数为0.805和0724，与0差异达极显著水平，与1差异不显著，说明Hayman假设成立，符合“加性-显性”遗传模型。缺钾敏感性回归方程的回归系数0.104与1差异达极显著水平，与0差异不显著，说明Hayman假设不成立，不符合“加性-显性”遗传模型。

2.6.2柠檬酸分泌特性的遗传参数分析。

Hayman法估算分析柠檬酸分泌特性的遗传参数见表7，各参数含义为：D加性效应方差，H显性效应方差，（H/D）1/2平均显性度，R亲本显性基因/隐性基因，r方差与协方差之和 Wr+Vr与亲本测量值Yr相关系数， h2N（%）狭义遗传率，h2B（%）广义遗传率。

正常供钾柠檬酸分泌特性的加性效应方差和显性效应方差均达到极显著水平，显性效应方差大于加性效应方差，缺钾胁迫柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性的加性效应方差不显著，显性效应方差达极显著水平，说明柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性都是显性效应为主。正常供钾和缺钾胁迫柠檬酸分泌特性的方差和协方差之和与亲本柠檬酸分泌特性相关系数分别为0.895和0.725，说明显性方向为减效。缺钾敏感性方差与协方差之和与亲本柠檬酸分泌特性相关系数为-0.293，说明亲本中显性基因较多，显性方向为增效。正常供钾、缺钾胁迫柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性的广义遗传率分别为99.68%、99.71%、99.42%，说明缺钾敏感性组合间差异主要由品种决定，早代选择效果较好，狭义遗传率分别为24.69%、14.85%、44.73%，说明遗传加性效应较小。

3结论

柠檬酸分泌特性越强，其活化土壤中钾的特性就越强，一般配合力效应值越大说明其在柠檬酸分泌特性方面越优良。农大202的柠檬酸分泌特性的一般配合力效应值均为正，在改善后代钾营养效率方面具有较高的利用价值。NC628一般配合力效应值均为负值，改善后代钾营养效率方面利用价值较低。亲本柠檬酸分泌特性和缺钾敏感性越高，一般配合力效应值越高，柠檬酸分泌特性的测定结果可用来预测亲本一般配合力效应。正常供钾和缺钾胁迫条件下，柠檬酸分泌特性符合“加性-显性”遗传模型，遗传显性效应为主，遗传加性效应较小，缺钾敏感性不符合“加性-显性”遗传模型。

参考文献

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