花椰菜幼苗下胚轴紫色性状的遗传分析

朱世杨,张小玲,刘 庆,罗天宽,唐 征,荆赞革,徐 谦,裘波音

(温州市农业科学研究院,温州科技职业学院,浙南作物育种重点实验室,温州325006)

花椰菜(Brassica oleraceavar.botrytisL.,2n=18,CC)属于十字花科芸薹属甘蓝种[1]。花椰菜以花球为食用器官,营养丰富、味道鲜美,具有防癌之功效,深受广大消费者喜爱[2]。根据世界粮农组织(FAO)2014年数据,中国花椰菜种植面积约47.8万hm2,总产量约936.6万t,分别占全球花椰菜的34.6%和38.7%,位居世界第一。

种子纯度是种子质量分级的主要标准,关系到农业的稳产增产和农民的切身利益。植物器官特殊的颜色容易目测识别,可以作为杂交制种中生物学混杂、机械混杂以及杂交种F1纯度鉴定的标记性状。徐小万等[3]研究发现,辣椒子叶颜色受2对核基因控制,绿色对紫色为显性,且存在互补效应。洪彦彬等[4]研究发现,花生深紫色种皮颜色受一对不完全显性主效基因控制。申晓青等[5]研究发现,黄瓜嫩果果皮颜色性状由2对主基因控制。王华忠等[6]对甜菜下胚轴颜色进行遗传学分析认为,红色基因R为显性,绿色基因r为隐性,同时也有修饰基因在起作用,每个甜菜群体下胚轴红色浓度呈现不同程度的淡红到紫红,下胚轴绿色呈现不同程度的黄白到淡绿。沈圣泉等[7]开展了水稻实用转绿型叶色标记不育系白丰A的应用研究,利用叶色标记一次去杂就将种子纯度从90.0%提高到了97.3%。徐海等[8]研究认为,普通丝瓜杂交制种中可利用白色种子作为标记性状进行F1种子纯度检测。

关于花椰菜相关性状的遗传分析,前人也进行了研究报道[9-12]。李光庆等[9]研究发现,花球成熟期、毛花率、球高和内叶盖球度性状受加性基因效应影响明显,而球径、单球重等性状受非加性基因控制;杨加付等[10]研究发现,单球重、球径、球高、可溶性固形物、蛋白质、总糖及VC含量等性状遗传以加性效应为主,株高、株幅和叶片数等性状遗传以显性效应为主。花椰菜下胚轴一般有黄绿、浅绿、绿、深绿、浅紫、紫等颜色[13],是种子纯度检测的理想性状之一。目前,有关花椰菜幼苗下胚轴颜色的遗传研究较少。蒋先明[14]对花椰菜‘山农1号’、‘澄海早’及其正反交杂种子代进行分析,发现花椰菜胚轴紫色对无紫为显性遗传。应用SSR[15]、SRAP[16]、EST-SSR[17]等分子标记能够鉴定花椰菜种子纯度,但是花椰菜分子标记开发成本高,且需要经过大量筛选才能获得相关性状的特异性分子标记。本试验对花椰菜下胚轴颜色的遗传规律进行研究,以期为种子纯度鉴定提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验所用的花椰菜亲本材料是下胚轴为紫色的自交系Y1和下胚轴为绿色的自交系Y24(图1),均由温州市农业科学研究院花椰菜课题组提供。

图1 下胚轴紫色(Y1)和下胚轴绿色(Y24)花椰菜自交系幼苗Fig.1 The cauliflower inbred lines with purple hypocotyl(Y1)and green hypocotyl(Y24)

1.2 试验方法

1.2.1 群体构建

2013年春季,在温州市农业科学研究院藤桥基地将下胚轴紫色自交系Y1(P1)和下胚轴绿色自交系Y24(P2)正反杂交获得F1(Y1×Y24、Y24×Y1);2014年春季,将F1(Y1×Y24)与亲本P1、P2分别回交获得B1、B2群体,自交获得F2群体。杂交时,用镊子将母本花朵的花药小心剔除,将父本花朵的花粉轻轻涂抹在人工去雄后的母本柱头上。回交时,用相同方法将供体亲本的花粉轻轻涂抹在经过人工去雄的杂种F1花朵的柱头上。自交时,选择健壮花枝套袋隔离强迫自交。

1.2.2 下胚轴颜色调查

2014年7—8月,分别将6个世代群体(P1、P2、F1、F2、B1和B2)的种子置于垫有2层滤纸的培养皿(Φ=9 cm)中,盖上培养皿盖,置于培养室(25℃,光照∶黑暗=12 h∶12 h)中培养。第6天,目测幼苗下胚轴的颜色,分类进行记载。下胚轴颜色调查过程中不考虑紫色的深浅。

1.3 数据分析

利用Excel 2007软件进行数据处理,参考盖钧镒[18]方法对下胚轴紫色、绿色亲本及其后代下胚轴颜色的遗传分离比例进行χ2的适合性测验。

2 结果与分析

2.1 F1代下胚轴颜色

如表1所示,F1代花椰菜幼苗的下胚轴颜色均表现为紫色,表明花椰菜下胚轴紫色对绿色为显性。正反交F1幼苗的下胚轴颜色均为紫色,表明细胞质对花椰菜下胚轴颜色遗传没有影响,下胚轴颜色完全由细胞核基因控制。

表1 花椰菜亲本及后代下胚轴颜色遗传分离比例Table 1 Segregation of hypocotyl color of parents and their hybrid progenies

2.2 F2代下胚轴颜色

F2代群体幼苗的下胚轴颜色出现紫色、绿色分离,下胚轴紫色幼苗数与下胚轴绿色幼苗数的比例接近3∶1(表1)。经卡平方测验,χ2=1.085,小于,说明花椰菜F2代群体幼苗的下胚轴紫色与绿色的分离比例符合3∶1,花椰菜幼苗的下胚轴颜色受单基因位点控制,紫色对绿色为显性。

2.3 回交世代下胚轴颜色

B1群体下胚轴颜色均表现为紫色;而B2群体下胚轴颜色则发生了紫色、绿色分离,下胚轴紫色幼苗数与下胚轴绿色幼苗数的比例约为1∶1。经卡平方测验,χ2=0.351,小于(表1),说明回交群体B2下胚轴紫色与绿色的分离比例符合1∶1。进一步说明花椰菜幼苗的下胚轴颜色受单基因位点控制,紫色对绿色为显性。

2.4 下胚轴绿色不育系与下胚轴紫色自交系杂交后代下胚轴颜色

以花椰菜下胚轴紫色自交系(Y1、YP-1)为父本,分别与下胚轴绿色不育系(CMS Y-6、CMS FA-7)进行杂交,发现F1幼苗的下胚轴颜色均为紫色,进一步验证了花椰菜下胚轴紫色对绿色为显性。

3 讨论

本研究通过对花椰菜6个世代(P1、P2、F1、F2、B1和B2)群体下胚轴颜色进行分析,发现花椰菜下胚轴颜色由一对细胞核基因控制,紫色对绿色为显性。这与蒋先明[14]认为花椰菜胚轴紫色对无紫为显性的结论一致,也与Hawk[19]认为白菜型油菜绿色下胚轴受一对单隐性基因控制的结论类似。另外,本试验也观察到,紫色下胚轴与绿色下胚轴花椰菜杂交F1幼苗的下胚轴均为紫色,但下胚轴紫色程度要比亲本Y1略浅;F2、B1和B2群体下胚轴紫色程度也不尽一致,其中一部分与下胚轴紫色亲本基本一致、一部分较下胚轴紫色亲本略浅、另外还有一部分呈双亲的中间类型,这与前人认为甜菜群体中下胚轴红色浓度呈现不同程度的淡红到紫红,下胚轴绿色呈现不同程度的黄白到淡绿的梯度变化的观点类似[6]。

本研究表明,花椰菜下胚轴颜色由一对细胞核基因控制,紫色对绿色为显性。因此在花椰菜杂交制种中,采用下胚轴为绿色的不育系作为母本,以下胚轴为紫色的亲本作为父本,根据下胚轴颜色就可鉴别父母本种子的纯度。此外,根据孟德尔遗传规律,下胚轴紫色对绿色为显性,则上述父母本配制的真杂种F1幼苗下胚轴应该全部为紫色,播种时若发现F1幼苗下胚轴有绿色的,则多为假杂种。因此,制种中可以考虑将花椰菜幼苗下胚轴颜色作为父母本种子防伪及杂种F1纯度鉴定的标记性状。这与王华忠等[6]在甜菜研究中的观点基本类似。