北方白菜型冬油菜花器特性及农艺性状与含油量的相关性

白 静，孙万仓，马 骊，武军艳，蒲媛媛，何辉立，许德蓉，剡江梅，常 瑜，徐春梅，方 彦，李学才，牛早霞 ,盘荣德

(甘肃省油菜工程技术研究中心 甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室 甘肃省干旱生境作物学重点实验室甘肃农业大学农学院，甘肃 兰州 730070)

含油量是油菜重要品质性状之一，并与其经济性状及植物学性状有关。因此研究与含油量相关的花器等植物学特征特性及农艺性状，对培育高含油量油菜品种、提高油菜含油量具有重要意义[1]。近年来，作物花器研究受到广泛关注，水稻[2-4]、油菜[5]、辣椒[6-8]、大丽花[9]和大豆[10]等作物花器性状的遗传研究已有大量报道。张冬青等[5]研究表明，甘蓝型油菜花器大小与角果长、每角粒数呈极显著正相关，与单株有效角果数呈显著负相关。王国槐等[11]研究表明，甘蓝型油菜每角粒数与花瓣宽呈极显著正相关，与花瓣长呈显著正相关。刘后利[12]研究表明，油菜含油量与种子大小和种皮色泽的深浅及厚度呈极显著正相关。曹颖妮等[10]研究表明，大豆花柱长度与底荚高、株高呈显著负相关。同时，研究表明mf6(多聚半乳糖醛酸酶基因)为与花粉生长发育密切相关的基因[13]，apetala为萼片和花瓣发育的调控基因[14]，myb为调控花器官发育的转录因子[15]，在植株花发育过程中均起到重要作用。黄荣仙等[13]对mf6定量表达分析结果表明，mf6基因不仅与油菜育性密切相关，可能也与花丝的伸长生长有关。戚晓利等[16]通过对apetala1原位杂交研究表明，其仅在花中表达并受AG抑制来决定萼片和花瓣发育。

白菜型冬油菜是我国北方重要油料作物，但关于白菜型冬油菜花器性状与农艺性状、含油量及蛋白质含量的相关性研究未见报道。本研究选用20份不同的白菜型冬油菜为研究材料，对其花器性状间、花器性状与农艺性状、农艺性状与含油量及蛋白质含量的相关性进行分析，并对花器差异表达基因mf6、apetala和myb进行了实时荧光定量PCR分析,以探讨白菜型冬油菜花冠与千粒重及含油量间的关系，为培育高含油量白菜型冬油菜提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

供试材料为20份花冠直径大小不同的白菜型冬油菜(表1)。

1.2 试验设计

供试材料于2016年8月15日播种在兰州新区上川试验基地，年均气温5.9℃，最冷月平均最低温约-10℃，极端低温-28℃左右，冬季负积温-570℃；年平均日照时数为2 659 h，无霜期为142 d；年降水量327 mm。试验地前茬冬小麦，播前结合翻耕整地施尿素150 kg·hm-2、磷酸二铵150 kg·hm-2作基肥，其他管理同大田生产。试验小区6 m2(2 m×3 m)，重复3次。2017年5月23日测定花器性状，以天油4号大花(突变体)为供试材料对花器差异表达基因mf6、apetala和myb进行实时荧光定量PCR分析。2017年7月10日收获后，进行农艺性状、含油量及蛋白质含量的测定。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 花器测定项目 包括花冠直径，花瓣长，花瓣宽,花萼长,花萼宽,雄蕊长(长),雄蕊长(短),雌蕊长,雌蕊直径,单位均为mm。

1.3.2 经济性状测定[17]包括株高(cm),分枝部位(cm),一次分枝数,二次分枝数,主花序长度(cm),角果长度(cm)，主花序结角数，全株结角数，千粒重(g)，单株产量(g),角粒数(粒)。

1.3.3 品质测定 采用丹麦福斯(FOSS)近红外品质分析仪测定蛋白质含量(%)和含油量(%)。

1.3.4mf6、apetala、myb表达量测定 根据Tiangen试剂盒(DP419)说明书提取花器总RNA，按照TaKaRa cDNA(RR036A)说明书进行反转录，以cDNA为模板、MF6-PF：5′-TATTGGAGACGGGACGAG-3′，MF6-PR：5′- CAGTGTTTATGAGGGTGG -3′; APETALA-PF：5′- TTTCCTCGGTCTCACTGG -3′，APETALA-PR：5′-GTAAAACGTAACGCCTCT -3′; MYB- PF: 5′-GAAAAATGTTTGGATGCC -3′， MYB- PR: 5′-AATTGATGACGATGCTGG -3′为检测引物，按照Tiangen试剂盒(FP205)说明书进行实时荧光定量PCR分析。

1.4 统计方法

利用Excel 2010和SPSS19软件对获得的数据进行统计，并进行相关性及主成分分析。

表1 白菜型冬油菜材料来源及特性

注: 表中材料均由甘肃省油菜工程技术研究中心选育。

Notes: The materials in table were all selected by Gansu Provincial Engineering Reasearch Center of Rapeseed.

采用SYBR Green I染料法进行实时荧光定量PCR，数据处理采用内参基因的dCT法，

计算公式[18]:

Ratio(reference/target)=2CT(reference )-CT(target)

2 结果与分析

2.1 参试材料花器性状变化

参试材料间花冠直径及其他花器性状均存在显著差异(图1)。参试材料中，花冠直径在16.22～21.27 mm之间，其中在16.0～17.2 mm和18.4～19.6 mm之间居多，各占35%，17.2～18.4 mm次之，占25%(图2A)；花瓣长在10.18～12.90 mm之间，10.7～11.4 mm居多(图2B)，占40%； 花瓣宽6.35～8.43 mm，35%材料在6.6～7.2 mm之间(图2C)；花萼长5.66～7.82 mm，35%在6.2～6.8 mm之间(图2D)；花萼宽1.57～1.89 mm，65%材料在1.6～1.8 mm之间(图2E)；雄蕊长(长)6.40～8.03 mm，40%材料在7.0～7.5 mm之间(图2F)；雄蕊长(短)4.71～6.39 mm，40%在5.0～5.5 mm之间(图2G)；雌蕊长6.48～8.73 mm，35%材料在7.2～7.8 mm之间(图2H)；雌蕊直径0.59～0.83 mm，65%材料在0.7～0.9 mm之间(图2I)。

图1 20份白菜型冬油菜材料花冠直径Fig.1 Corolla diagram of 20 winter rapeseed(Brassica rapa L.) materials

图2 参试材料主要花器性状频数分布直方图Fig.2 The histogram of the main floral organ character frequency distribution of the participants

从20份白菜型冬油菜花器性状主成分分析结果中提取了3个主成分，累计贡献率为66.916%，其中第一主成分贡献最大，为41.026%，第二、三主成分贡献率分别为14.854%和11.036%(表2)。

3个主成分各因子的特征向量(表3)表明，10个花器性状中花冠直径特征值最大，为0.488。在第一主成分的特征向量中，特征值较大且为正的有花冠直径、花瓣长、花萼长、雄蕊长(长)、雄蕊长(短)和雌蕊长。因此第一主成分可综合为花器各性状长度相关性状。第二主成分中特征值较大且为正的有雌蕊直径，特征值为负且绝对值较大的有雄蕊长(长)。第二主成分主要反映了雌蕊直径。第三主成分中特征值较大且为正的有花瓣宽和花萼宽。第三主成分可综合为花器各性状宽度相关性状。

主成分分析结果，花冠直径特征值最大，因此以花冠直径为指示性状，对20份供试材料进行聚类分析，在相对距离为5处，将来源地相同、品种不同的20份白菜型冬油菜花冠直径分为3类(图3)，第Ⅰ类群为17QX47，花冠直径21.27 mm。第Ⅱ类群包括天油4号、PZ20、12PⅡ-12、天油258、天油178、17GL63、17QX167、17QX292和17RTS10，花冠直径18.11(17GL63)～19.29 mm(17RTS10)。第Ⅲ类群包括17PX14、17PX17、17PX31、17PX37、17QX91、17QX94、17QX125、17OX160、17QX199和17QX283，花冠直径16.22(17PX31)～17.41 mm(17QX91)。

表2 花器性状3个主要主成分的特征值及方差贡献率

表3 花器性状主要主成分各因子的特征向量

2.2 花冠直径与各花器性状回归分析

花冠直径与花瓣长、花瓣宽、花萼长、花萼宽、雄蕊长(长)、雄蕊长(短)和雌蕊直径正相关，与雌蕊长呈负相关，回归方程分别为y=0.7069x+9.7913；y=1.2881x+8.3915；y=0.8538x+12.314；y=3.5985x+11.659；y=0.4415x+14.8；y=0.4457x+15.602；y=11.486x+9.6485；y=-0.1258x+18.883(图4)。说明花冠直径大小与花器各性状的大小密切相关，尤其受雌蕊直径影响较大。

2.3 花器性状与农艺性状的相关性

花冠直径与株高、分枝部位、一次分枝数、主花序长度、主花序结角数、全株结角数、千粒重、单株产量、角果长度和角粒数呈正相关，其中与千粒重呈极显著正相关，与二次分枝数呈显著负相关，相关系数分别为0.663、0.240(表4)。说明白菜型冬油菜花冠直径主要与千粒重有关，花冠直径越大，千粒重越大、二次分枝数越少。而且花瓣宽、花萼长和雌蕊直径也与千粒重呈极显著正相关。因此，通过改良花器性状提高白菜型冬油菜的千粒重是可行的。

2.4 农艺性状与种子含油量、蛋白质含量的相关性

含油量与株高、分枝部位、主花序长度、千粒重、单株产量、角果长度和角粒数呈正相关，其中与千粒重呈极显著正相关，相关系数0.321，与一次分枝数、主花序结角数和全株结角数呈负相关；蛋白质含量与株高、分枝部位、一次分枝数、主花序结角数、全株结角数和单株产量呈正相关，其中与全株结角数呈显著正相关，相关系数0.280，与主花序长度、千粒重、角果长度和角粒数呈负相关，其中与千粒重呈显著负相关，相关系数-0.232(表5)；本试验也同样证实了含油量与蛋白质含量呈极显著负相关，说明含油量提高时，蛋白质含量降低。

图3 20份白菜型冬油菜材料花冠大小聚类图Fig.3 The corolla size dendrogram of 20 materials of winter rapeseed (Brassica rape L.)

图4 参试材料花冠直径与其他花器性状间的回归分析Fig.4 Regression analysis between Corolla diameter and other floral organ characters of tested materials

农艺性状Agronomic traits花冠直径Corolladiameter花瓣长Petallength花瓣宽Petalwidth花萼长Calyxlong花萼宽Calyxwide雄蕊长(长)Stamenlength(length)雄蕊长(短)Stamenlength(short)雌蕊长Pistillong雌蕊直径Pistildiameter花柄长Budlength株高 Protein content0.199-0.0400.1260.0160.159-0.006-0.034-0.220∗0.164-0.057分枝部位 Branch height0.1110.1000.0530.077-0.0020.1620.1810.1370.1290.045一次分枝数 Primary number0.1030.1070.039-0.0960.0690.0700.0650.0100.0710.008二次分枝数 Secondary number-0.240∗-0.078-0.131-0.1600.083-0.040-0.065-0.1220.005-0.067主花序长度Length of main florescence0.071-0.085-0.1390.0620.0130.008-0.033-0.023-0.149-0.050主花序结角数Siliquae of main florescence0.117-0.1220.0040.0590.238∗-0.065-0.052-0.0570.0970.048全株结角数Siliquae of complete stool0.196∗-0.117-0.1170.257∗0.187-0.016-0.023-0.170-0.035-0.050千粒重 1000-seed weight0.663∗∗0.1150.295∗∗0.292∗∗0.1070.0600.091-0.1450.419∗∗0.092单株产量 Yield per plant0.1230.100-0.0150.0930.288∗∗-0.1090.0580.294∗∗0.1520.102角果长度 Pod length0.042-0.0020.0190.1720.0880.0780.1390.0700.091-0.119角粒数 Grain number per pod0.0290.1310.032-0.0010.1090.2070.157-0.0240.177-0.090

注:“*”表示在P<0.05水平显著相关，“**”表示在P<0.01水平极显著相关。下同。

Notes: “*” indicates that it is significant correlated at theP<0.05 level, and “**” indicates that it is significant correlated at theP<0.01 level. The same below.

2.5 mf6、apetala和myb基因表达量

选用天油4号大花(突变体)进行实时荧光定量PCR分析，由图5可知，同一基因在大小不同的花器中相对表达量不同且差异显著，mf6在大花材料中相对表达量上调了151.63%，而apetala和myb分别下调了83.80%、72.70%。mf6、apetala和myb在小花中的相对表达量无显著差异性，而在大花中，mf6与apetala和myb差异显著，apetala和myb无显著性差异。

表5 农艺性状与含油量及蛋白质含量的相关系数

注：柱状图上不同字母代表差异达显著水平(P<0.05)。Note: Different letters on the histograms capped represent significant difference at P<0.05.图5 mf6、apetala和myb在花器中的表达量分析Fig.5 Expression Analysis of mf6, apetalaand myb in floral organ

3 讨 论

油菜的花由花柄(花谢后成为果柄)、萼片、花冠、雄蕊、雌蕊和蜜腺等部分组成，本试验显示，不同白菜型冬油菜品种花器性状存在显著差异，其中17QX47的花冠直径达到21.27 mm。20份白菜型冬油菜根据花冠大小划分为3类，第Ⅰ类群17QX47，花冠直径21.27 mm。第Ⅱ类群包括天油4号等9份材料，花冠直径18.11～19.29 mm。第Ⅲ类群包括17PX14等10份材料，花冠直径16.22～17.41 mm。花冠直径与其他各花器性状间的回归分析结果显示，花冠直径与花瓣长、花瓣宽、花萼长、花萼宽、雄蕊长(长)、雄蕊长(短)和雌蕊直径正相关，其中受雌蕊直径影响最大，回归方程为y=11.486x+9.6485。张冬青等[5]研究也表明，花瓣长与花瓣宽和雌蕊长呈极显著正相关。

油菜雌蕊形成角果，受精子房发育膨大发育成果身，花柄形成果柄，柱头和花柱形成果喙，角果的经济性状主要表现在有效角果数，每角粒数，千粒重及种子含油量等方面[19]。本研究表明，北方白菜型冬油菜花瓣长和花瓣宽与每角粒数和千粒重均呈正相关，尤其花冠直径和雌蕊直径与千粒重呈极显著正相关，相关系数达(0.663、0.419)。说明花冠直径和雌蕊直径对改良农艺性状尤其千粒重具有重要作用。王国槐等[11]研究表明，甘蓝型油菜花瓣长与每角粒数呈显著正相关，与千粒重呈负相关，花瓣宽与每角粒数呈极显著正相关，与千粒重呈正相关。张冬青等[5]研究表明，甘蓝型单双低油菜千粒重与花瓣长和雌蕊长呈正相关，与花瓣宽呈负相关，每角粒数与花瓣宽和花瓣长呈极显著正相关。因此在育种上改良花冠和雌蕊直径，利于提高千粒重。

含油量和蛋白质含量是油菜重要品质性状。研究表明，含油量与农艺性状具有相关关系，与蛋白质含量存在显著的负相关关系[20-22]。中国农业科学院油料作物研究所[23]研究表明，种子千粒重在2～4 g范围内，千粒重增加，含油量提高。黄崧[19]也认为油菜大粒种子含油量高于小粒种子。韩继祥[24]研究也发现，油菜蛋白质含量与千粒重呈极显著负相关。本研究结果表明，在北方白菜型冬油菜中农艺性状与含油量也存在这种相关关系，且千粒重与含油量呈极显著正相关(0.321)，与蛋白质含量呈显著负相关(0.232)。因此可以通过改良花冠直径，进而提高白菜型冬油菜的千粒重等农艺性状，从而改良含油量和蛋白质含量。

研究表明，mf6、apetala和myb与其他调控基因相互作用，决定花器官的发育。mf6、apetala和myb基因定量表达分析表明，mf6基因在大花突变体中相对表达量上调了151.63%，而apetala和myb基因分别下调了83.80%、72.70%。AP1过量表达会较好地促进植株开花[25]，而myb基因过表达会导致花器官发育不良，花药不开裂[15]。可见mf6等基因对白菜型冬油菜花冠大小等花器性状发育具有一定调控作用，但其调控机理有待进一步研究。

4 结 论

白菜型冬油菜品种间各花器性状均存在显著差异。以花冠直径为指示性状将20份白菜型冬油菜划分为3类。花冠直径大小与花器各性状的大小具有密切关系，雌蕊直径对花冠直径影响最大。花冠直径与千粒重呈极显著正相关，千粒重与含油量和蛋白质含量呈显著相关。花冠直径的改良优势较大，mf6、apetala和myb基因与油菜花器生长发育密切相关，通过促进或抑制mf6、apetala和myb等基因的表达，改良花冠直径大小，以提高白菜型冬油菜千粒重，进而改良其含油量，培育高含油量白菜型冬油菜品种是可行的。