苦瓜亲本配合力、遗传距离与杂种优势的相关性分析

吴立东，刘亚婷，钟金仙，林淑婷，罗 英

(三明市农业科学研究院，三明 365509)

杂种优势是指遗传组成不同的两个亲本通过杂交产生的杂交种在生长势、抗逆性、适应性和产量等方面优于其亲本的现象[1]。利用杂种优势选育优良品种是苦瓜育种的一种有效方法。周微波等[2]最早利用杂种优势选育出丰产、早熟、抗病的苦瓜杂种一代。以往的研究表明，苦瓜存在着明显的杂种优势[3-4]。育种工作者相继培育出了‘湘苦瓜1号’[5]、‘大肉1号苦瓜’[6]、‘桂农科一号’和‘桂农科二号’[7]等综合性状优良的苦瓜杂交品种。但是，并不是所有亲本组配的杂交种均存在杂种优势，因此，在选育杂交品种的过程中，选择优良亲本组配成强优势组合是杂种优势育种的关键。

目前，主要通过配合力测定和遗传距离分析进行亲本的选配和杂种优势的预测。国内外学者已开展了大量关于配合力和杂种优势方面的研究，发现配合力可以预测杂种优势[8]，杂种优势受亲本一般配合力(general combining ability，GCA)和杂交组合间特殊配合力(specific combining ability，SCA)的影响[9]。随着DNA分子标记的迅速发展，利用DNA分子标记技术可以准确地估算亲本间的遗传距离，进而预测杂种优势。DNA分子标记已被广泛应用于玉米[10]、水稻[11]、小麦[12]等作物的遗传距离和杂种优势的相关研究中，但研究结论并不一致。有些研究表明，遗传距离与杂种优势存在不同程度的相关性，可以预测杂交后代的杂种优势[13]；但也有研究发现，遗传距离与杂种优势的相关性较弱或无相关性[14]。因此，需进一步深入研究遗传距离与杂种优势的相关关系，为今后杂种优势的有效利用提供科学依据。苦瓜为异花授粉作物，杂种优势明显，但有关遗传距离与杂种优势相关性的研究鲜有报道。本试验选取10个苦瓜亲本材料，按5×5不完全双列进行杂交，利用SRAP标记检测亲本间的遗传距离，分析苦瓜亲本配合力、遗传距离和杂种优势的相关性，以期为选配亲本和杂种优势预测提供有效的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验选取10个苦瓜亲本材料，其中母本为K1(KP4，福建)、K2(KT1，湖南)、K3(KJ38，福建)、K4(K20，山东)、K5(KY1,江西)，父本为G1(KJ18，福建)、G2(K21,山东)、G3(KT34，福建)、G4(KY36，福建)、G5(KT6，广东)，按不完全双列杂交设计(5×5)配制25个杂交组合。所有材料均由三明市农业科学研究院蔬菜所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验设计

10个亲本、25个杂交组合材料于2017年在三明市沙县凤岗街道西霞村试验基地种植。试验采用随机区组设计，3次重复，单行种植，株距0.8m，每小区种植30株，田间管理同一般大田生产。

1.2.2 数据收集

在苦瓜的采收期，每小区采摘10个商品性成熟的苦瓜，按《苦瓜种质资源描述规范和数据标准》考查第一雌花节位、瓜纵径、瓜横径、瓜肉厚、单瓜重、单瓜种子数、单株产量等性状。

1.2.3 SRAP标记

采用改良的CTAB法提取全基因组DNA，用1%琼脂糖凝胶电泳检测DNA质量。根据Li等[15]公布的SRAP引物(包括13条上游引物和9条下游引物)，共合成117对引物组合，从中筛选出多态性好、条带清晰的22对引物组合用于遗传距离的分析。PCR扩增反应体系(20 μL)为：50 ng模板DNA，200 μmol/L dNTPs，Taq聚合酶0.2 U，上下游引物各50 ng，10×buffer，用ddH2O补充至20 μL。PCR扩增反应程序为：94℃预变性5min，94℃变性1min，35℃复性1min，72℃延伸1min，5个循环；94℃变性1min，50℃复性1min，72℃延伸1min，35个循环；72℃延伸10min，4℃保存备用。采用6%聚丙烯酰胺凝胶进行电泳，用银染法检测。

1.3 数据分析

杂种优势以中亲杂种优势(H)表示，计算公式为：H=[F1-(P1+P2)/2]/[(P1+P2)/2]×100%。利用DPS 7.05软件进行配合力分析。根据PCR扩增产物结果，观察扩增条带的有无，在相同迁移位置上有条带记为“1”，无条带记为“0”。利用NTSYS-pc Version 2.10e软件计算亲本材料间的遗传距离(GD)。采用SPSS 19.0软件进行相关性分析。

2 结果与分析

2.1 杂种优势

苦瓜25个杂交组合的杂种优势结果显示，不同组合间各性状的杂种优势差异较大，其中第一雌花节位的杂种优势变异幅度最大，为-40.57%—107.85%，K1×G3在第一雌花节位上杂种优势最高，为 107.85%；K1×G5在瓜纵径上杂种优势最高，为23.94%；瓜横径的杂种优势变异幅度为-14.27%—9.05%，平均为-1.09%，为最小，其中K5×G3的杂种优势最高，为9.05%；K2×G4在瓜肉厚和单株产量上的杂种优势最高，分别为24.55%和94.00%；K4×G1在单瓜重上杂种优势最高，为63.76%。

2.2 配合力分析

苦瓜各性状的配合力方差分析(表2)表明：区组间除单株产量差异显著外，其余性状在区组间均无差异，而组合间的各个性状均呈极显著差异，说明组合间的基因效应存在极显著差异，可进一步作父本、母本的一般配合力(GCA)以及杂交组合间的特殊配合力(SCA)分析。

对P1(母本)和P2(父本)的GCA方差以及P1×P2的SCA方差进行F测验发现，P1的瓜纵径、瓜横径、单瓜重、单株产量4个性状均达到极显著或显著水平，P2除瓜横径达到显著水平外，其余性状均未达到显著水平，而P1×P2的SCA方差分析中各性状均达到了极显著水平。由此可见，瓜纵径、瓜横径、单瓜重、单株产量4个性状的遗传可能受加性和非加性基因共同控制，而第一雌花节位、瓜肉厚、单瓜种子数主要受非加性基因控制。

表2 苦瓜各性状的配合力方差分析

注：*表示在0.05水平差异显著；**表示在0.01水平差异极显著

从表3可以看出，GCA效应值在同一个亲本不同性状间以及同一个性状在不同亲本间存在着明显差异，表明不同的亲本材料在不同性状上加性效应的大小是不同的。苦瓜各性状的配合力方差分析结果表明，亲本的GCA方差在瓜纵径、瓜横径、单瓜重、单株产量4个性状上存在极显著或显著差异。母本差异表现在瓜纵径、瓜横径、单瓜重、单株产量4个性状。在今后育种工作中，如果以瓜纵径、单瓜重为选育目标，应选择K5作为亲本；如果以瓜横径、单株产量为选育目标，应选择K4作为亲本。父本差异表现在对瓜横径的影响，G5的GCA效应值最高，可以作为选育瓜横径的亲本材料。

表3 苦瓜各亲本的一般配合力效应值

从表2可知，苦瓜各杂交组合间7个性状的SCA方差均存在极显著差异。同一亲本不同杂交组合间以及同一杂交组合不同性状间的SCA效应值存在较大差异(表4)。在苦瓜的7个性状中，SCA最好的组合为：第一雌花节位K1×G3，瓜纵径K1×G5，瓜横径K4×G1，瓜肉厚K2×G4，单瓜重K4×G1，单瓜种子数K4×G3，单株产量K2×G4。其中K4×G4的7个性状SCA均为正效应值，综合性状表现优良。结合苦瓜各亲本及杂交组合的GCA、SCA以及杂种优势发现，高SCA的杂交组合中至少有1个具有高GCA或中GCA的亲本材料，而SCA较高的杂交组合杂种优势较为明显。

表4 苦瓜杂交组合间的特殊配合力效应值

对苦瓜各组合7个性状的配合力基因型进行方差分析(表5)发现，瓜纵径、瓜横径的一般配合力方差(Vg)高于特殊配合力方差(Vs)，表明在这2个性状中，是亲本间的加性效应对杂交后代起主导作用；而第一雌花节位、瓜肉厚、单瓜重、单瓜种子数的特殊配合力方差(Vs)高于一般配合力方差(Vg)，表明这些性状的遗传变异主要受亲本间的非加性基因控制；单株产量的一般配合力和特殊配合力所占比例均约为50%，说明其同时受加性基因和非加性基因控制，选择这个性状时要同时考虑一般配合力和特殊配合力。7个性状的广义遗传力(hB2)均达到了70%以上，说明这些性状的表型变异主要受基因型控制，受环境影响较小，可以对这些性状进行早期选择。瓜纵径、瓜横径的狭义遗传力(hN2)达到了50%以上，表明这2个性状主要是基因间的加性效应起作用，能较稳定地遗传给后代。

表5 配合力基因型方差及各性状的遗传力

2.3 亲本间的遗传距离分析

利用筛选出的多态性好、条带清晰的22对SRAP引物对10个亲本材料进行PCR扩增，每对引物扩增出的位点数为2—16个不等，共扩增出152个位点，平均每对引物扩增出6.91个位点，其中多态性位点142个，多态位点百分率(PPL)为93.42%。利用NTsys 2.01软件计算10个亲本间的遗传距离(表6)，结果显示：10个亲本间的遗传距离变异幅度为0.118—0.401，平均遗传距离为0.228，其中K2×G4的遗传距离最大，为0.401。统计表明，25个遗传距离中，有10个遗传距离大于平均距离，表明这10个亲本材料间的遗传差异较大。

表6 苦瓜各亲本间的遗传距离

2.4 杂种优势与配合力、遗传距离的相关性

苦瓜各性状的杂种优势与配合力、遗传距离的相关性分析(表7)表明：只有单瓜重的GCA与杂种优势呈显著正相关，相关系数为0.693，其余6个性状的GCA与杂种优势的相关性均不显著。各性状的SCA与杂种优势均呈极显著的正相关，相关系数达0.690以上。遗传距离与GCA、SCA均无显著的相关性，表明亲本间的遗传距离与各性状的GCA、SCA相关性不高，因此，利用SRAP标记遗传距离预测亲本的配合力还有待于进一步研究。此外，遗传距离与第一雌花节位的杂种优势呈显著的负相关，与其余性状均无显著的相关性，表明通过亲本间遗传距离难以预测到后代的杂种优势。

表7 苦瓜各性状的杂种优势与配合力、遗传距离的相关性

注：*表示在0.05水平差异显著；**表示在0.01水平差异极显著

3 讨论

杂种优势是植物界中普遍存在的一种现象，前人已做了许多关于苦瓜杂种优势的研究。刘政国等[3-4]研究表明，苦瓜产量和第一雌花节位存在着明显的杂种优势。宋晓燕[16]研究发现，苦瓜的果实横径等性状表现出较强的正向杂种优势。余中伟[17]得出了苦瓜的产量、瓜重、采瓜数、瓜长等性状的正向杂种优势较强，果肉厚的正向杂种优势最小的结论。本研究发现，瓜纵径、单瓜重和单株产量的杂种优势明显，有20个以上杂交组合表现为正向杂种优势；而瓜肉厚有14个组合表现出无杂种优势或呈负向优势，正向杂种优势为最小。

配合力分析是亲本组配杂交组合的一种有效方法，有研究认为，GCA高的亲本所组配的杂交组合具有较高的SCA；但也有研究表明，杂交组合SCA高的亲本，其GCA不一定高[18]。本研究表明，GCA高的亲本，其组配的杂交组合SCA不一定高；而GCA低的亲本，其组配的杂交组合SCA不一定低。如第一雌花节位组合K2×G5、瓜纵径组合K5×G1以及单果重组合K5×G4，其亲本的GCA均较高，但这3个组合的SCA均较低。本研究还发现，具有较高SCA的杂交组合，其亲本中至少有一个GCA较高，如瓜肉厚组合K2×G4和单株产量组合K2×G4，而且其杂种优势明显。田树云等[19]、齐建双等[20]得到了相同的结论。因此，在利用苦瓜杂种优势配制杂交组合时，既要考虑亲本的GCA，也要重视杂交组合间的SCA。本研究对苦瓜各组合的配合力基因型进行方差分析表明，瓜纵径、瓜横径主要受加性基因控制，第一雌花节位、瓜肉厚、单瓜重、单瓜种子数主要受非加性基因控制，单株产量同时受加性基因和非加性基因控制，这与前人[21-23]的研究均有所不同，原因可能是所使用的苦瓜亲本材料不同。

两个亲本间的遗传差异是产生杂种优势的基础，在一定范围内，杂种优势的大小主要取决于亲本间的差异及性状互补，亲本间的差异越大，其杂种优势越明显[24]。近年来，利用DNA分子标记测定亲本间的遗传距离，进而预测杂种优势，已做了大量的研究，但其结论并不一致。有的研究认为，利用DNA分子标记遗传距离可以预测杂种优势，如Reif等[25]对SSR标记遗传距离与玉米杂种优势的相关性分析发现，SSR标记可以有效地预测杂种优势；熊俏[26]研究认为，ISSR标记可以预测苦瓜产量的杂种优势。也有学者认为，亲本间的遗传距离不足以预测杂种优势，如赵庆勇等[11]利用SSR标记研究粳稻杂种优势表明，分子标记虽然可以用于杂种优势群的划分，但不足以预测产量杂种优势；Lanza等[27]研究表明，RAPD标记遗传距离与玉米的杂种优势之间不存在相关关系。本研究发现，SRAP标记遗传距离仅与第一雌花节位杂种优势呈显著负相关，这表明用SRAP标记估算遗传距离可以预测第一雌花节位的杂种优势，但难以预测其他性状的杂种优势。产生这一结果可能是因为分子标记遗传距离虽然能反映出亲本间的基因差异，但遗传距离与杂种优势的关系与所选用的亲本材料、所选择的标记以及标记数量、所选用材料亲缘关系的远近等因素有关。因此，要提高分子标记遗传距离对苦瓜杂种优势预测的准确性，还有待于更深入的研究。