基于多世代群体的甜瓜果实色泽和外形性状的遗传分析

梁长志 李静 白若宇 陈艳丽 李永财 徐文静 牛旭旭 胡建斌

摘    要：探讨甜瓜果实色泽和外形性状的遗传规律，为甜瓜重要商品性的遗传改良提供理论依据。以薄皮甜瓜‘HB74和厚皮甜瓜‘HNA24为亲本构建F1、F2和BC1群体，春秋两季对各群体的甜瓜果实皮色、果肉颜色、种皮颜色、果实形状、果面沟、果脐等6个性状进行统计分析。结果表明，果实皮色、果肉颜色和种皮颜色在F2和BC1群体中的分离比约为3∶1和1∶1，为一对基因控制的质量性状，深绿果皮、白果肉和浅黄种皮为显性;果实形状偏向共显性遗传，果面沟偏向显性遗传，而果脐偏向隐性遗传，但这3个性状的分离不完全符合单基因遗传。对重组性状的统计结果发现，果实皮色和果肉颜色呈连锁关系，而与种皮颜色独立。

关键词：甜瓜;分离群体;果实色泽;果实外形

Abstract：The present research pursue the genetic law of melon fruit color and external properties with the aim to offer a theoretical basis for the improvement of melon commercial characters.  The thin-skinned melon ‘HB74 and thick-skinned melon ‘HNA24 were used as parents to establish F1， F2 and BC1 generations. Statistic analysis was performed on the six characters， i.e.， skin color， flesh color， seed coat color， fruit shape， surface groove， and navel， based on the generations in spring and autumn. The results showed that separation ratios of skin color， flesh color and seed coat color in F2 and BC1 generations were 3∶1 and 1∶1 respectively， indicating a single gene-controlled qualitative character for those traits. The dark green， white flesh and yellowish seed coat showed dominant inheritance. Fruit shape tended to codominantly inherit， fruit surface groove to codominantly inherit， and fruit navel to recessively inherit. Whereas the separation of three characters did not conform to a single gene-controlled inheritance. Statistic of recombinant characters in the two F2 generations showed that fruit skin color was linked to flesh color but independent to seed coat color.

Key words： Melon; Separation population; Fruit color; Fruit external

甜瓜（Cucumis melo L.）是葫蘆科蔓生植物，其果实以香甜的口感和多样的外观深受市民的喜爱。作为世界十大水果之一，甜瓜的栽培已遍及全球各地，已经成为中国、伊朗、土耳其等世界甜瓜生产大国出口创汇的重要农作物之一[1]。一直以来我国甜瓜的栽培面积和总产量均居世界首位，甜瓜已经从夏季“消暑水果”转变为周年供应的“四季水果”，其中，色泽鲜艳、外观优美的品种更是受到市场的青睐。

作为栽培甜瓜的重要起源地之一，我国甜瓜种质资源十分丰富[2]。本课题组前期研究表明，我国甜瓜种质表型多样性丰富，种质类型在地域间的差异明显，涵盖了Pitrat分类标准[3]下厚皮亚种（ssp. melo）的大部分变种（var. cantalupensis，var. reticulatus，var. chandalak，var. ameri，var. inodorus，var. flexuosus和var. dudaim）和薄皮亚种（ssp. agresits）下所有变种（var. conomon，var. acidulus，var. chinensis，var. makuwa和var. momordica）[4]，为甜瓜重要农艺性状的遗传研究提供了充实的材料。在众多的表型性状中，甜瓜果实形状、皮色、覆纹、网纹等是重要的外形性状，果肉颜色、质地、糖酸含量、种子颜色等则是内在品质性状，这些性状都是甜瓜商品性的重要组成部分[5]。甜瓜果实性状的形成不仅受遗传基因的控制，还受环境条件、发育阶段的影响[6]。因此，对这些重要性状遗传规律的进行研究，不仅可以丰富甜瓜果实发育的相关机制，而且对甜瓜育种还重要的指导意义。

前期，笔者课题组以遗传差异相对较大的两个甜瓜高代自交系为亲本配制了一个杂交组合。在此基础上，笔者通过配制多个世代群体，研究重要的色泽性状和外形性状的遗传规律。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为薄皮甜瓜种质‘HB74（P1）和厚皮甜瓜自交系‘HNA24（P2），及其杂交衍生的F1、F2、BC1等群体（表1）。‘HB74选自国家西瓜甜瓜种质中期库（中国农业科学院郑州果树研究所），果形指数1.6，深绿皮色，10条果面沟，有果脐，黄果肉，红色种皮;‘HNA24是从商品种‘白金玉中自交分离所得，果形指数1.1，白皮白肉，无果面沟，无果脐，浅黄种皮（图1）。

1.2 方法

田间试验于 2016年和2017于河南农业大学毛庄科教园区进行。2016年春季在日光温室对‘HB74‘HNA24进行播种、育苗，并配制杂交一代F1。秋季在遮阳棚中对‘HB74‘HNA24及其F1进行播种、育苗，并自交配制F2，回交配制BC1。2017年春季对亲本及其衍生群体进行田间种植，并进行性状统计，2017年秋季种植相同的群体，并重复统计1次。春秋两季苗龄分别为32 d、18 d，于塑料大棚中定植，株行距40 cm×50 cm，一垄双行定植。亲本及F1保苗30株，分离群体F2、BC1保苗至少150株。单蔓整枝，每株留2～3个瓜，按常规方法进行水肥管理。

1.3 数据统计

在授粉后35 d，依据《甜瓜种质资源描述规范和数据标准》[7]调查亲本及其衍生群体单株的果实形状、果实皮色、果面沟、果脐、果肉颜色和种皮颜色，统计各单位性状的分离比例，并采用DPS 7.05软件进行χ2测验。为了准确考察果实形状，采用游标卡尺测量果实的纵径和横径，并计算果形指数（纵径与横径之比）。

为了进一步明确各性状的连锁关系，对表现为简单显隐关系的性状分别进行两两组合，在F2群体中调查亲本性状和重组性状出现的单株数，进行χ2测验，并计算连锁性状的重组率。

2 结果与分析

2.1 果实色泽性状的遗传分析

2017年春季F2、BC1P1和BC1P2群体的种植规模分别是165株、216株和215株，对这两个群体的果实皮色、果肉颜色、种皮颜色等3个性状分别进行统计分析，结果见表2。在F2群体中，果实皮色分离出深绿、白两种颜色，其单株数分别为125株和40株;果肉颜色分离出白、黄两种颜色，其单株数分别是122株和43株;种皮颜色分离出浅黄、红两种颜色，其单株数分别是124株和42株。这3种色泽性状的分离比约为3∶1，经卡方测验表明，其卡方值均小于χ[20.05]=3.841，即符合理论比3∶1。在BC1群体中，这3种色泽性状的分离约为1∶1，其卡方值也均小于χ[20.05]，符合理论比1∶1。秋季的试验结果与春季一致，3个性状的分离均符合理论比（数据略）。综合3个群体春秋两季的统计结果表明，果实皮色、果肉颜色、种皮颜色均符合简单的孟德尔遗传规律，为一对基因控制的质量性状。其中，深绿果皮、白果肉、浅黄种皮为显性性状。

2.2 果实外形性状的遗传分析

利用2017年春、秋两季的F2群体（均为165株）对果实性状、果面沟和果脐3个性状的变异进行统计，结果见表3。果实形状采用果形指数（shape index SI）进行衡量，F2群体中除了父本（SI ≤ 1.1）、母本（SI ≥ 1.6）的表型外，还存在中间类型（1.1 < SI < 1.6），其分离比趋向1∶2∶1，但中间类型偏多。经卡方测验，春季符合理论比，但秋季不符合，说明果实形状偏向共显性遗传，但表现出数量性状的特点。F2群体的果面沟只出现父本（无）、母本（有）两种分离，但其卡方值大于χ[20.05]，春秋两季的试验结果均不符合理论比1∶3，具有母本性状的单株偏多，说明果面沟偏向显性遗传，但受环境条件或发育阶段影响较大。F2群体中大部分单株果实没有果脐，春秋两季具有果脐的单株分别占10.91%和13.33%，均不符合理论比3∶1，说明果脐偏向隐性遗传，但受环境条件或发育阶段影响很大。

2.3 果实色泽性状的连锁分析

为了明确各性状之间的连锁关系，对表现稳定、呈单基因遗传的3个果实色泽性状进行两两组合，考虑到群体规模相对较小，对春秋两季F2群体进行合并，统计两个性状的重组单株数，结果见表4。对于果实皮色和果肉颜色，母本（绿皮黄肉）、父本（白皮白肉）分别有216株、79株，重组性状绿皮白肉有35株，白皮黄肉单株未出现，显然不符合两对基因独立遗传，两个性状的重组率为11.0%。而对于果实皮色和种皮颜色，母本（绿皮红籽）、父本（白皮黄籽）、重组单株（绿皮黄籽、白皮红籽）分别有64株、62株、187株、17株，经卡方测验，符合孟德尔分离比3∶3∶9∶1，即果皮底色与种皮颜色独立遗传。果肉颜色和种皮颜色两对性状的分离也符合理论比1∶9∶3∶3，也表现为独立遗传。代表性的重组性状的果实见图2。

3 讨论与结论

甜瓜果实形态变异较大，其多样性十分丰富，是甜瓜植物学分类的重要依据。本试验选用的两个亲本（母本‘HB74和父本‘HNA24），按照Pitrat分类标准[3]，分别属于梨瓜变种（var. chinensis）和瓜蛋甜瓜变种（var. chandalak），其果实外形性状和色泽性状差异较大，在分离群体F2和BC1中出现了明显的分离。其中3个果实色泽性状（果皮底色、果肉颜色和种皮颜色）表现为单基因遗传，深绿果皮、白果肉和浅黄种皮表现为显性。

甜瓜果皮颜色种类较多，其中Smiths Perfect cantaloupe成熟果实的深绿果皮对Honeydew的白果皮为显性，这与本研究结果一致，但嫩果白果皮对绿果皮为显性[8]。杨光华等[9-10]的研究表明，甜瓜黄绿果皮对黄果皮为显性，并结合GBS（genotyping-by-sequencing）技术将果皮底色基因定位在4号染色体409 828～835 625 bp区间内。针对甜瓜果肉颜色的遗傳研究存在一定的分歧，有研究者认为果肉颜色由单基因控制，但也有人认为是多基因控制的数量性状[11]。据文献报道，白果肉基因Wf对黄果肉基因Y具有上位性，F2群体分离出白、黄、红3种颜色，其比例为12∶3∶1[12]。杨光华等[9]将橘红/白果肉基因定位在9号染色体20 433 942～20 573 889 bp区段内。Tzuri等[13]在甜瓜第9号染色体CmOr位点中发现了一个“黄金”SNP，该位点调控果肉中β-胡萝卜素的含量，使果肉呈橙黄/浅绿2种颜色。但该位点并不在杨光华等[9]所报道的区段内，说明控制果肉颜色的基因可能不止一个。目前有关种皮颜色的研究较少，张可鑫等[14]研究表明甜瓜白色种皮对黄色种皮为显性，并未见到红色种皮的研究报道，因此本研究中‘HB74的红色种皮可能是一个稀有的突变性状。笔者对‘HB74 × ‘HNA24的F2群体的重组性状单株进行统计发现，果实皮色和果肉颜色呈连锁关系，而与种皮颜色独立。而杨光华等[9]的GBS定位结果表明果实皮色和果肉颜色基因分别位于第4、9号染色体上，这可能由于本研究中所涉及的性状基因不同。要进一步探明本研究中果皮底色和果肉颜色的连锁关系，还需要利用分子标记或GBS技术构建遗传图谱，对这两个性状分别进行精细定位。

果实形状、果面沟和果脐是甜瓜果实的重要外形性状，其遗传机制一直广受育种者的关注，其中果实形状的遗传研究报道较多。林碧英等[15]对薄皮和厚皮甜瓜杂交分离群体的研究表明，长形或椭圆形对圆球形为显性。而多数研究者认为甜瓜果实性状属于数量性状，符合加性-显性遗传模型，而且还受上位性的影响[16-17]。笔者发现甜瓜果实形状趋向共显性遗传，因为分离群体中除父母本性状之外，还出现大量的中间类型，也表现出数量性状遗传特点。前人的分子标记定位结果显示，在甜瓜多个染色体上发现了调控果形指数的QTL[18-21]，其表型贡献率为5.40%～33.20%不等。笔者发现甜瓜果面沟趋向显性遗传，但并不符合孟德尔遗传比例，可能受环境条件或发育阶段影响较大，这需要利用更大的群体在多环境条件下进行验证。最近，王学征等[22]研究表明，果面沟为一对基因控制的显性性状，且与裂果性相关，并利用BSA法将其定位在第11号染色体上。本研究中的果脐趋向隐性遗传，但严重偏离孟德尔分离比例，受环境和发育的影响更大，其遗传机制可能更为复杂，目前还未见到关于甜瓜果脐的遗传研究报道。

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