苦瓜苗期耐热性遗传规律研究

陈中钐，许端祥，杜文丽，徐同伟，林碧英，高 山

（1.福建农林大学园艺学院，福建 福州 350002；2.福州市蔬菜科学研究所，福建 福州 350111）

0 引言

【研究意义】苦瓜（Momordica charantia L.）起源于东南亚热带地区，广泛分布于热带、亚热带及温带地区，苦瓜性喜温暖，较耐热不耐寒，植株在24～27 ℃内生长迅速，在28～35 ℃内容易获得高产[1]。然而在苦瓜生长的夏秋时节，正午前后气温通常高于30 ℃，有时甚至达到38～40 ℃，持续高温天气伴随极端气候的频发，造成苦瓜抗性减弱、生长受阻、商品率降低，严重制约苦瓜增产、农民增收。因此，探讨苦瓜耐热性遗传规律，对提高育种效率，培育耐热苦瓜新品种，以及进一步开展相关分子生物学研究都具有十分重要的意义。【前人研究进展】目前，耐热性遗传分析在小麦[2]、菜豆[3]、黄瓜[4]、甘蓝[5]、大白菜[6]等作物中已有相关报道，于栓仓等[4]研究发现，黄瓜耐热性遗传符合加性-显性模型，以加性效应为主，显性效应不显著，广义遗传力和狭义遗传力均较高。康俊根等[5]研究认为甘蓝耐热性遗传符合加性-显性-上位性遗传模型，以加性效应为主，兼有上位性效应，显性效应不显著。大白菜耐热性遗传符合加性-显性-上位性模型，其中加性效应占主导地位，上位性效应次之，显性效应不明显[6]。【本研究切入点】近年来，针对苦瓜重要性状遗传规律的研究主要涉及第一雌花节位[7]、强雌性[8-9]、瓜瘤形状[10]、种子颜色[11]、果色[12]、白粉病[13]、枯萎病[14]等方面，已先后育成多个耐热苦瓜新品种[15-18]，但目前针对苦瓜耐热性方面的研究仅涉及高温生理[19]、耐热性评价[20-21]等方面，苦瓜耐热性遗传规律的研究尚未见报道。【拟解决的关键问题】本研究以耐热苦瓜自交系‘0974’为母本，不耐热苦瓜自交系‘1590’为父本，构建P1、P2、F1、F2、B1、B2共6 个世代遗传群体，运用植物数量性状分离分析软件研究苦瓜苗期耐热性遗传规律，以期为苦瓜耐热种质资源的创新及育成耐热苦瓜新品种提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为经多年田间鉴定，耐热性差异显著的苦瓜稳定自交系20 份，均由福州市蔬菜科学研究所苦瓜课题组提供，20 份苦瓜自交系来源和主要特征特性见表1。

1.2 试验方法

1.2.1 群体构建 6 个世代遗传群体构建均在福州市蔬菜科学研究所试验地进行。2018 年春，对20 份苦瓜自交系进行苗期耐热性鉴定，选出热害指数最高和最低的材料作为构建6 个世代遗传群体的亲本材料，2018 年秋，以热害指数最低的材料（P1）为母本，热害指数最高的材料（P2）为父本杂交获得F1（P1×P2），2019 年春季将F1自交获得F2，同时以F1为母本回交双亲获得B1（F1×P1）和B2（F1×P2）。

表1 20 份苦瓜自交系来源及主要特征特性Table 1 Sources and main characteristics of 20 inbred bitter gourd lines

1.2.2 试验处理 2018 年4 月，将20 份苦瓜自交系播种于直径8 cm 的营养钵内，每个营养钵点播1 粒种子，基质土按草炭∶蛭石∶珍珠岩=7∶2∶1 进行配比，置于人工气候室育苗，设置昼夜温度28℃/18℃，光照强度5 000 lx，光周期12 h，相对湿度70%，待苗长至3 叶1 心时，每份材料选取30 株，参照《苦瓜种质资源描述规范和数据标准》[22]中苦瓜苗期耐热性鉴定设置的胁迫温度（胁迫时间略有调整），置于人工气候室38℃恒温胁迫，设置光照强度5 000 lx，光周期12 h，相对湿度70%，于每天上午浇1 次清水，每次每株浇水80 mL，胁迫5 d 后计算热害指数。

2019 年6 月，将获得的6 个世代苦瓜材料进行苗期耐热性鉴定，苦瓜育苗及高温胁迫方法同上，调查每株苦瓜幼苗热害等级，计算各个世代苗期热害指数，其中P1、P2、F1各30 株，F2123 株，B165株，B265 株。

1.2.3 性状调查 参照《苦瓜种质资源描述规范和数据标准》[22]中热害等级分级标准和耐热性等级分级标准进行分级，并稍加改进，其中，热害等级根据苦瓜幼苗的热害症状分为5 级，分级标准为：无热害症状为0 级；1 片叶片出现1/3 以上面积变黄或萎蔫为1 级；2 片叶片出现1/3 以上面积变黄或萎蔫为2 级；3 片叶片出现1/3 以上面积变黄或萎蔫为3 级；整株枯死为4 级。

根据调查结果计算苦瓜各个世代苗期热害指数[22]：

热害指数=∑［（各热害级值×各级对应热害株数）/（最高热害级数×调查总株数）］×100%

苦瓜苗期耐热性等级根据热害指数分为3 级，分级标准为：强（热害指数＜35%），中（35%≤热害指数＜65%），弱（热害指数≥65%）。

1.3 统计分析

采用Microsoft Office Excel 2010 进行数据整理与绘图，应用曹锡文等[23]研制的植物数量性状分离分析软件（Windows SEA-G6），对苦瓜苗期耐热性进行遗传分析，计算A-1 至A-4、B-1 至B-6、C-0 和C-1、D-0 至D-4、E-0 至E-6 共5 类24 种遗传模型的极大似然函数值和Akaike 信息准则值（AIC），根据遗传模型选取原则，选择AIC 值最小及与其最接近的1 个或多个模型作为备选模型，通过适合性测验筛选得到最适遗传模型，运用最小二乘法估计最适模型的一阶和二阶遗传参数，同时估计各基因效应值和遗传率。

2 结果与分析

2.1 苦瓜自交系耐热性鉴定

从表2 可以看出，20 份苦瓜自交系热害指数在8.45～72.74，其中8 份自交系耐热性评价为强，8 份自交系耐热性评价为中，4 份自交系耐热性评价为弱，其中，0974 热害指数最低（8.45），耐热性最强，1590 热害指数最高（72.74），耐热性最弱，因此将这2 份材料作为本试验遗传群体构建的亲本材料。

表2 20 份苦瓜自交系耐热性评价Table 2 Heat tolerance of 20 inbred bitter gourd lines

2.2 各世代热害等级次数分布

以0974 为母本，1590 为父本构建苦瓜耐热性6 个世代遗传群体并进行苗期耐热性鉴定。由表3 可知，6 个世代群体在高温胁迫下的热害指数由高到低排序分别为P2＞B2＞F2＞F1＞B1＞P1，其中P2热害指数为74.17，表现为耐热性弱，B2、F2热害指数分别为62.31、54.07，均表现为耐热性中；F1、B1、P1热害指数分别16.67、12.31 和7.50，均表现为耐热性强，F1热害指数介于两亲本之间，更偏向于耐热性强的亲本P1。热害指数在3 个分离世代（B1、B2、F2）中表现为单峰偏态且连续性分布（图1），表现出数量性状遗传的特征。

表3 6 个世代群体热害等级的次数分布Table 3 Frequency distribution of heat injury levels on 6 generations of plants

图1 B1、B2、F2 群体热害等级次数分布Fig.1 Frequency distribution of heat injury levels in B1, B2 and F2 populations

2.3 遗传模型的选择与适合性检测

运用植物数量性状分离分析软件（Windows SEA-G6），分别计算5 类24 种遗传模型的极大对数似然函数值（MLV）和AIC 值（表4）。根据遗传模型选取原则，选择AIC 值最小及与其最接近的遗传模型列入备选模型。结果表明，E-1 的AIC 值最小（813.794 7），B-1（860.1）和E-0（867.603 6）次之，3 者均列入备选模型。

对列入备选的B-1、E-0、E-1 模型进行适合性检验，选择检验统计量达到显著或极显著水平个数最少的模型作为苦瓜苗期耐热性最适遗传模型，结果表明，B-1、E-0 和E-1 模型检验统计量达到显著或极显著水平的数量分别为12、12、13 个（表5），在统计量达到显著或极显著水平数量相同的情况下，因为B-1 模型的AIC 值较E-0 模型小，所以选择B-1 模型作为最适遗传模型，表明苦瓜苗期耐热性的遗传是受2 对主基因控制，表现为主基因加性-显性-上位性效应。

2.4 遗传参数的估计

根据苦瓜苗期耐热性遗传模型参数获得的极大似然估计值，估计B-1 模型一阶、二阶遗传参数。由表6 可知，控制苦瓜苗期耐热性的2 对主基因加性效应da和db分别为-0.846 8、-0.503 3，表现为负向减效，表明2 对主基因的加性效应能降低热害指数，提高苦瓜耐热性；2 对主基因显性效应ha和hb分别为0.099 2、-0.451 7，2 对主基因加性效应的绝对值均高于显性效应绝对值，表明苦瓜耐热性遗传主要受2 对主基因加性效应控制；2 对主基因的上位性效应估计结果表明，加性×加性、显性×显性、加性×显性互作效应分别为-0.522 9、-1.089 8、-0.616 1，均表现为负向减效，有利于苦瓜耐热性的提高，显性×加性互作效应为0.550 4，表现为正向加效。由二阶参数可知，B1、B2、F2世代中主基因遗传率分别为65.71%、61.20%、71.58%，主基因遗传率较高，表明苦瓜苗期耐热性遗传主要受主基因控制，但同时在一定程度上还受到环境因素的影响。

表4 各遗传模型的极大对数似然值和AIC 值Table 4 Maximum logarithm likelihood values and AICs for each genetic model

表5 B-1、E-0 和E-1 模型的适合性检验Table 5 Fitting B-1, E-0.and E-1 models

表6 B-1 模型一阶和二阶遗传参数估计Table 6 Estimated 1st and 2nd genetic parameters by B-1 model

3 讨论与结论

作物耐热性相关领域的研究中，耐热性遗传规律的研究较为滞后，传统育种仍然是当前改良作物耐热性的主要手段[24]。大多数学者认为，耐热性遗传受多对基因控制且表现出数量遗传特点，具有较高的遗传力，以加性效应为主。易金鑫等[25]研究表明，茄子耐热性遗传由2 对以上基因控制，加性效应大于显性效应。徐强等[26]研究认为，黄瓜耐热性遗传是受2 对加性-显性-上位性主基因与加性-显性多基因控制，2 对主基因及多基因的加性效应均高于显性效应。而辣椒耐热性是多基因控制的数量遗传，以加性效应为主[27]。本研究结果表明苦瓜苗期耐热性的遗传是受2 对加性-显性-上位性主基因控制，控制苦瓜苗期耐热性的2 对主基因以加性遗传效应为主，加性效应分别为-0.846 8、-0.503 3，2 对主基因的显性效应分别为0.099 2 和-0.451 7，上位性效应中以显性×显性互作效应为主，这与前人研究得出的耐热性遗传由多对基因控制，且以加性遗传效应为主的结果基本一致。

遗传率的高低决定选择世代的早晚[28]。本研究结果表明，苦瓜苗期耐热性主基因遗传率在B1、B2、F2世代中分别为65.71%、61.20%、71.58%，主基因遗传率较高，但仍在一定程度上受环境因素影响，因此，为避免主基因过早丢失，分离材料应在早期世代进行人工定向选择，选择过程中要严格控制小区环境的一致性，降低环境影响。开展组合评比，应尽可能模拟目标地区特定的气候环境，以明确品种适应性，减少育种盲目性。

本研究以苦瓜苗期热害指数作为评价苦瓜苗期耐热性的指标，相关研究认为，虽然植株耐热性与苗期热害指数显著相关，但成株结果后与耐热性相关的农艺性状表现更能反映植株的耐热性[16]，本研究中2 个亲本材料（0974、1590）的2 次热害指数调查结果前后数据略有不同，可能是在调查苦瓜幼苗热害等级过程中存在观察误差，因此，为提高遗传分析结果的准确度和可靠性，进一步发掘与主基因效应紧密连锁的分子标记，今后还需运用分子标记方法对苦瓜耐热性状进行QTL 定位，将获得的QTL 定位结果与遗传分析结果相比较，以验证主基因+多基因遗传分析结果的准确性[29]，从分子水平上进一步阐明其遗传效应，实现苦瓜耐热性状的分子标记辅助育种。