烟草长柄分泌型腺毛的遗传分析

李雪君，王召军，李耀宇，平文丽，孙 焕，马彩娟，陈 飞，孙计平

(1.河南省农业科学院 烟草研究所/黄淮烟区烟草病虫害绿色防控重点实验室,河南 许昌 461000;2.河南农业大学，河南 郑州 450002; 3.河南省烟草公司许昌市公司，河南 许昌 461000)

普通烟草(Nicotianatabacum)腺毛由表皮细胞分化而来，其中，长柄分泌型腺毛是主要的分泌场所，可以分泌萜类、糖脂类、酮类等多种化学物质[1]，而长柄非分泌型腺毛为多细胞矛状结构，不具备分泌能力。

烟草长柄分泌型腺毛分泌物主要由双萜化合物类西柏三烯二醇、顺-冷杉醇、赖百当二醇及糖脂类等组分构成，可达叶片干质量的10%以上[2]。这些组分是烟叶中香气物质的重要前体，对烟叶品质具有重要影响[3]；而且，腺毛分泌物中的萜类物质对蚜虫有显著的抵抗作用，可以有效降低虫害及病毒病的发生[4]。普通烟草品种中长柄分泌型和长柄非分泌型腺毛同时存在，但不同品种中2种腺毛类型所占比例不同[5]，长柄分泌型腺毛比例较高的品种叶面分泌物含量较高，品质较好[6]。因此，提高长柄分泌型腺毛的比例和密度，是改良烟叶品质及提高烟株抗性的手段之一。近年来，国内多个烟草育种单位开始以腺毛分泌物含量为育种目标开展相关育种研究，然而，烤烟育种中可有效利用的高腺毛分泌物种质资源较少[7]。前人研究发现了一些烟草腺毛突变体材料，如T.I.1068，长柄腺毛纯粹由分泌型组成，缺乏非分泌型腺毛，而且长柄分泌型腺毛密度高，分泌物能在腺毛头部形成分泌囊，分泌旺盛，属于高分泌型烟草突变材料[8]，是进行腺毛遗传改良的重要种质资源。

烟草腺毛的发生受到许多因素的调控，例如土壤、肥料、光照、温度、水分等诸多环境因素均会影响烟草的腺毛密度[9-11]，但遗传因素在腺毛发生过程中起着决定性作用，不同烟草品种[6]及叶片不同发育时期[12]，腺毛密度及分泌物均有较大差异。由于烟草长柄腺毛分泌物对烟叶品质的影响较大，因此，对长柄分泌型和长柄非分泌型腺毛之间的相对比例进行研究，能够更加准确地描述腺毛密度的遗传规律。然而，目前针对烟草长柄分泌型和长柄非分泌型腺毛相对比例遗传特性的研究较少，严重制约了烟草腺毛遗传改良工作。鉴于此，以2种不同腺毛类型的烟草材料T.I.1068和T.I.1112为亲本，构建多世代群体并统计2种腺毛在不同世代的表型比例，进行遗传分析，明确长柄分泌型和长柄非分泌型腺毛相对比例的遗传模式，为解析2种腺毛类型发生的内在调控机制，促进腺毛类型和密度的遗传改良提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

长柄纯分泌型腺毛烟草材料T.I.1068和长柄纯非分泌型腺毛烟草材料T.I.1112，均由国家烟草种质资源库提供。

利用上述2份烟草材料配制杂交组合(T.I.1068×T.I.1112)，分别获得P1、P2和F1、F2、BC1、BC26个世代群体，播种于河南省农业科学院烟草研究所试验基地。采用漂浮方式育苗，每盘200株。P1、P2各播种0.5盘，F1、F2、BC1、BC2各播2盘。

1.2 试验方法

腺毛类型鉴定：成苗期(7～8叶)分别对6个世代群体的腺毛类型进行观察。选取10 cm长的叶片，用 2 g/L罗丹明水溶液染色10～15 min，将染色后的叶片分别在装有清水的 4 个烧杯中依次浸泡5 s，去除未结合罗丹明，通风条件下自然晾干。在叶片中部沿主脉2侧1 cm处剪取 6 mm×8 mm 组织块，叶面朝上置于 VHX-5000 超景深显微镜下(日本基恩士公司)进行叶片上表面腺毛形态观察和腺毛密度统计。采用移动镜台对叶片进行扫描，每片连续扫描3个视野进行腺毛计数，取3个观察值的平均数作为每个样品的腺毛密度值。

为了便于分析，根据调查结果，把长柄分泌型腺毛占长柄腺毛总数的比例分为0～10%(即≥0且<10%,下同)、10%～25%、25%～50%、50%～75%、75%～90%、90%～100% 6个类别。

1.3 遗传分析

2 结果与分析

2.1 烟草材料 T.I.1068和T.I.1112叶片的腺毛观察

成苗期对T.I.1068和T.I.1112叶片腺毛进行比较观察，由图1可以看出，T.I.1068叶片表面只有长柄分泌型和短柄分泌型2种腺毛，而T.I.1112表面只有短柄分泌型和长柄非分泌型2种腺毛。

a.长柄分泌型腺毛；b.短柄分泌型腺毛；c.长柄非分泌型腺毛

2.2 烟草腺毛类型的遗传分析

2.2.1 不同世代腺毛类型的比例分布 对6个世代单株叶片长柄分泌型腺毛所占比例进行调查，不同比例的株数如图2所示。从图2可以看出，F1代中，11%的植株腺毛表型为纯长柄分泌型，89%的植株为长柄混合型，无长柄纯非分泌型，即表现为亲本T.I.1068的性状，说明长柄腺毛类型受显性基因控制。F2代群体的长柄分泌型腺毛表型呈现较鲜明的双峰偏态分布，主基因特征的长柄分泌型在遗传中显现出来，同时该性状还受多基因控制，即长柄分泌型腺毛显现为主基因+多基因的遗传特性。

图2 双亲及F1、F2长柄分泌性腺毛所占比例分布

2.2.2 主基因+多基因的遗传性分析 利用IECM方法计算，对6个世代的长柄分泌型腺毛的比例进行遗传分析，得到5类24种模型的极大似然值和AIC值(表1)。依据AIC准则，选择AIC值相对较小的5个模型MX2-ADI-ADI、MX2-AD-AD、MX2-AED-AD、MX2-ADI-AD、MX1-AD-ADI为遗传模型的备选模型。对得到的5个遗传模型进一步进行适合性检验，如表2所示。比较各个模型的统计量，发现MX2-ADI-ADI模型数值中有11个差异达到显著水平，其他模型达到显著水平的数值均大于或等于12个，故将MX2-ADI-ADI模型作为长柄分泌型腺毛的最优遗传模型，即2对加性-显性上位性主基因+加性-显性上位性多基因模型。

表1 不同遗传模型的 MLV值和AIC值

表2 遗传模型的适合性检验

2.2.3 遗传效应分析 针对最优遗传模型MX2-ADI-ADI进一步进行参数估计分析(表3)，由表3可知，第1对主基因的加性效应值和显性效应值基本接近，表明第1对主基因的加性效应和显性效应基本相当；第2对主基因的加性效应值明显大于显性效应值，表明第2对主基因以加性效应为主。2对主基因间显性×显性互作效应值为-74.346 3，说明这2对主基因之间的互作以显性效应为主且为负效应。基因的加性、显性之间的互作均为负值，说明在进行腺毛类型选择时应该考虑到基因间互作作用的影响。

表3 遗传参数估计

BC1、BC2和F2世代长柄分泌型腺毛主基因的遗传率分别为80.05%、97.88%和96.50%，主基因遗传率很大，可以在杂交分离早代进行长柄腺毛种类的选择，BC1、BC2和F2世代中多基因的遗传率分别为16.15%、1.55%、2.75%，BC2和F2世代多基因的遗传率较小，基本不予考虑，BC1代要考虑到多基因的影响。

3 结论与讨论

烟草腺毛分泌物不仅可以增强烟株对蚜虫的抗性[17]，同时也能有效提高烟叶品质，因此，选育高腺毛分泌物含量的烟草品种具有重要的应用价值。对腺毛发生遗传规律进行深入研究，进一步定位控制长柄分泌型腺毛发生的基因，开发与之紧密连锁的分子标记并用以辅助选择育种，将有效促进高腺毛分泌物含量烟草品种的选育。BURK等[18]利用T.I.1112与2个烤烟品种构建的遗传群体进行研究，认为长柄分泌型腺毛的发生受3对基因调控，JOHNSON等[19]利用T.I.1112与具有不同腺毛特征的3份烟草材料构建的遗传群体进行研究，也发现长柄分泌型腺毛的发生受3对基因的调控。然而，上述研究只是分析了长柄分泌型腺毛发生的遗传规律，分析得到的主效基因只是影响腺毛密度的一个影响因素。由于烟草表面同时存在多种类型的腺毛，因此，长柄分泌型腺毛的发生不可避免地会受到其他类型腺毛的影响，以不同腺毛类型之间的相对比例为切入点开展研究，能够从不同角度描述腺毛类型的遗传规律。

采用主基因+多基因混合遗传模型分析，根据表型就能初步判定遗传模型，可以为后期的基因定位提供依据，同时对于育种亲本选择也有一定理论意义。目前，该方法在烟草抗病性(白粉病、青枯病、赤星病和黑胫病)[20-23]、植物学性状的叶数[24]、株高[25]、烟碱含量[26]、烘烤特性[27]等重要性状的遗传研究上已有相关报道，但在烟草腺毛类型的遗传研究上较少。

本研究利用2份不同腺毛类型的烟草突变体T.I.1068和T.I.1112为亲本，构建了自交和回交群体，对长柄分泌型和长柄非分泌型腺毛的遗传规律进行分析，结果发现，烟草长柄分泌型腺毛所占比例的遗传是由2对加性-显性上位性主基因+加性-显性上位性多基因模型控制。这与JOHNSON等[19]得出的3对主效基因模型不一致，可能是由于基因紧密连锁等原因使得一些微效基因的效应累加，表现出了主效基因的效应；另外，本研究以长柄分泌型腺毛的占比作为研究对象，而前人以长柄分泌型腺毛的发生作为研究对象，二者的调控基因也可能存在差异，从而造成研究结果不一致，这还需要进一步的研究。

本研究发现，影响腺毛类型的主基因遗传率很高，在BC1、BC2和F2世代中分别为80.05%、97.88%和96.50%，说明其受环境影响较小，适合在早代进行选择。值得注意的是，2对主效基因之间的互作存在着负效应，JOHNSON等[19]研究也发现了该现象，因此在进行品种选育时需要考虑其影响。

综上，采用主基因+多基因混合遗传模型对分泌型烟草T.I.1068 和非分泌型烟草T.I.1112的长柄腺毛的遗传特性进行分析，最终确定，长柄分泌型腺毛与非分泌型腺毛的相对比例受2对加性-显性上位性主基因+加性-显性上位性多基因控制，且以主基因效应为主，同时受基因间互作的影响。