普通丝瓜果皮颜色性状的遗传研究

黄树苹，谈 杰，陈 霞，张洪源，张 敏

（武汉市农业科学院蔬菜科学研究所，武汉430065）

0 引言

丝瓜为葫芦科丝瓜属一年生攀援植物，果肉细腻鲜美，含有丰富的营养，是一种药膳兼备的瓜类蔬菜[1-2]。国内丝瓜有普通丝瓜(Luffa cylindrical)和有棱丝瓜(Luffa acutangula)2个栽培种，其中有棱丝瓜主要在华南地区栽培，普通丝瓜在国内大部分省市均有栽培[3-4]。普通丝瓜以幼嫩果实为主要的食用器官，果实性状是丝瓜育种中最主要的研究方面[5-7]。果皮颜色是茄果类蔬菜主要的商品性状之一，也是人们选择摄入更多营养价值的参考标准[8]，在当前育种目标转向专用化和多元化的过程中，果皮色的研究引起越来越多学者的关注[9-10]。普通丝瓜幼嫩果实的果皮颜色多为绿色，白色果皮类型丝瓜较为少见。随着人们消费习惯的变化，对白皮类型丝瓜的需求量增大[11]，同时有研究报道白皮丝瓜果肉的褐变程度低于绿皮丝瓜[12]，由此加大丝瓜多元化育种，丰富市场上丝瓜品种类型，满足消费者高品质的生活需要成为丝瓜育种当下需解决的问题，而果皮颜色的遗传规律研究对丝瓜种质资源创新和开发利用及多样性育种具有重要的指导意义。

目前有关普通丝瓜果皮颜色的遗传规律未见报道。林明宝[13]对有棱丝瓜深绿果色自交系与赤麻果色自交系的杂交后代果皮颜色的遗传表现进行研究。何志俊[14]对3个普通丝瓜杂交组合的6个世代群体的主要经济性状进行了综合分析，将普通丝瓜的果皮颜色作为质量性状进行研究，但没有对遗传规律进行准确的描述。植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型分析方法可以鉴别主基因，检测多基因效应，还能检测基因间的交互作用和上位性，并涉及基因与环境间的互作[15]，该方法已经在黄瓜[16]、甜瓜[17]、辣椒[18-19]、番茄[20]和茄子[21]等作物的果皮颜色遗传规律分析上得到了应用。

本试验以绿皮丝瓜材料YX014为母本，以白皮丝瓜材料LJ-01为父本，配制6个世代群体 P1、P2、F1、F2、BC1、BC2，利用主基因+多基因多世代联合分析方法对普通丝瓜果皮颜色进行遗传分析，估测主基因的遗传效应和遗传力，以期为丝瓜育种的世代选择提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

从丝瓜高代自交系材料中选择具有代表性的绿果皮丝瓜材料YX014(P1)和白果皮高代自交系丝瓜材料LJ-01(P2)为亲本，杂交获得F1，分别与P1、P2回交得到B1和B2群体，F1自交得到F2群体。试验材料由武汉市农业科学院蔬菜研究所茄果研究室提供。

2018年春季将6个世代群体定植于武汉市农业科学院北部园区试验地，采用露地棚架栽培，田间管理同于一般常规。其中 P1、P2、F1各种植20株，B1、B2各种植120株，F2种植200株。6月下旬选择雌花节位（第12节位）相近的植株，雌花开放当天挂牌，开花后第9天选择无病虫危害的商品果进行取样[12]，每株取1个果实。

1.2 果皮颜色的测定与分级

通过调查各群体后代果实皮色的分离表现，尽可能覆盖所有皮色表现类型，根据白色果皮在果实表面所占比例，最终确定皮色分类标准。（各世代丝瓜果脐和瓜蒂处均为绿色，在分类标准中不再描述）1级，绿色；2级，绿色，果实下部间杂不规则白色斑点；3级，果实上部绿色，绿色条纹延伸至果顶且间杂白色条纹和不规则白色斑块；4级，瓜蒂至果长1/4处为绿色，绿条纹延伸至果长1/2～2/3处，果实中下部为白色；5级，瓜蒂处绿色，绿条纹延伸至果长1/3处，果脐至中上部为白色；6级，瓜蒂处绿色，其他部位为白色（图1）。

图1 普通丝瓜果皮调查中的分级标准

根据以上分类标准，调查P1、P2、F1植株果实皮色的稳定性，对B1、B2和F2分离群体各单株进行分级。

1.3 统计分析

应用盖钧镒等[22]多世代联合的数量性状分离分析Ⅱ——P1、P2、F1、B1、B2和F2联合分析方法，对各世代的果皮颜色级值进行分析，通过极大似然法和IECM(iterated expectation and conditional maximization)算法对混合分布中的有关成分分布参数做出估计，获得24种遗传模型的AIC值和MLV值（极大似然函数值），从中选择AIC值较小的若干模型初步作为适合模型，然后对适合模型做适合性检验，从中选择最佳遗传模型，并由此估计出最佳遗传模型下的有关遗传参数。

2 结果与分析

2.1 6个世代丝瓜果皮颜色的次数分布

由表1和图2可以看出，亲本P1和P2的果皮颜色级值差异显著，F1群体的果色级值的平均值介于2个亲本之间且明显倾向与高值亲本，目测观察F1代群体果实除果柄下为绿色及延伸的较短的绿色条纹，果身其他部位为白色。由此推测，普通丝瓜白色果皮对绿色果皮为不完全显性。

图2 亲本及F1果皮色表现

表1 6个世代果皮颜色的基本参数

2.2 F2群体及B1和B2褐变级值植株数量分布

B1、B2和F2群体果皮色次数分布（图3）表明，B1和B2表现为偏态性连续分布，B1偏向于绿皮亲本P1，B2偏向于白皮亲本P2，F2世代的果皮色呈双峰分布，表明普通丝瓜果皮颜色属于数量性状，控制果皮颜色性状的基因属于核基因。目测观察，F2群体少数为亲本颜色，多数果皮色为白、绿相间且白色部分面积较大，表明普通丝瓜白色果皮对绿色果皮为不完全显性，而非完全显性的质量性状。

图3 B1、B2及F2群体的果皮颜色级值次数分布图

2.3 最佳遗传模型的选择和检验

以P1、P2、F1、B1、B2和F2各世代的果色级值为基础，利用盖钧镒等提出的植物数量性状主基因+多基因遗传模型6世代联合分析方法，对各世代材料的果皮色遗传进行分析，共得到包括1对主基因（A类模型）、2对主基因（B类模型）、无主基因（C类模型）、1对主基因+多基因（D类模型）和2对主基因+多基因（E类模型）共21个遗传模型的AIC值和MLV值（表2）。从AIC值较小的模型中选出最优遗传模型，如果几个模型的AIC值较小且差异不大，需要做适合性测验，选择参数达到显著差异数量最少的模型为最佳模型，并估计相应的主基因和多基因效应值、方差等遗传参数。

由表2可以看出，21个遗传模型中B-1模型和B-2模型的AIC值较小且差异不大。对上述2个遗传模型进行适合性检验（表3）可知，B-1模型的统计量中有19项达到显著或极显著差异，B-2模型有20项达到显著或极显著差异。由此可见，B-1模型较B-2模型有较少的适合性检验统计量与分布群体不一致。因此，B-1模型应为最适遗传模型，即普通丝瓜果皮色性状符合模型加性-显性-上位性遗传模型。

表2 各遗传模型的AIC值和MLV值

表3 遗传模型的适合性检验

2.4 最适模型的遗传参数估计

上述分析表明，普通丝瓜果皮色性状是由2对主效基因控制，并表现主基因加性-显性-上位性遗传（B-1模型）。普通丝瓜组合YX014×LJ-01估算B-1遗传模型的一阶和二阶遗传参数见表4。由遗传参数的估计值可以看出，第一主效基因和第二主效基因的加性效应分别是-2.50和0.00，说明第一对主基因在加性效应中占主导地位，且为负向效应；第一主基因的显性效应和显性度分别为0.50和-0.20，第二主基因的显性效应和显性度分别为0.48和-5.67，表明2对主基因均有显性效应，第一主基因为部分显性，第二主基因的显性效应明显，表现为负向超显性；在上位性作用中，2个主基因的加性-显性效应(jab)和显性-加性效应(jba)分别为1.00和-1.00，2个主基因的加性-加性互作效应(i)和显性-显性互作效应(l)分别为0.00和0.10，表明2个主基因的加性-显性互作效应和显性-加性互作效应较大，而加性互作效应和显性互作效应小。由表4中的二阶遗传参数可知，组合YX014×LJ-01果皮色性状在B-1遗传模型中的B1、B2和F2主基因遗传率分别是96.4%、99.1%、99.4%，说明普通丝瓜组合YX014×LJ-01的果皮颜色主要受主基因控制，皮色遗传改良可以在早期分离的世代中选择。

表4 B-1模型的遗传参数估计值

3 结论与讨论

3.1 果皮色的测定方法与分级

果皮颜色是瓜果类蔬菜重要的外观性状，受到很多学者和育种工作者的关注[23-25]。目前果皮颜色的测定方法主要包括目测法[17,26-27]、色素含量测定[28-29]、色差仪测定[18]、色素含量与色差仪结合[10]及目测与色差仪结合[8,21]。其中，目测法在测定过程中不需要任何仪器设备，简捷、快速，所测数据能够直接反映普通大众的直观感觉，缺点是试验结果易受调查者主观因素影响。色素含量测定和色差仪测定需要借助仪器设备测定，获得系列数据客观反映果皮颜色，适合测定果皮颜色均匀且表面平滑的试验材料。色差仪能够测出颜色的深浅和光泽的差异[18]，适合表面光滑、色泽均匀的果皮色测定。本研究原计划采用色差仪测定果皮色，在预试验中发现普通丝瓜绿皮与白皮丝瓜杂交后的分离群体果皮色白、绿相间，果皮颜色分布不均匀，色差仪测定小面积果皮颜色的色泽参数不能反映白、绿相间的果皮特征，本试验最终采用目测法进行分级。结合预备试验和本试验分离群体果色性状的表现，原计划是制定7级标准，其中发现一个级别存在果皮色不同于其他分类群体，表现为白绿色，且果实表面明显的绿色细纹，由于出现单株极少，最终将其并入相近级别，最终制定的分类级别为6级。

3.2 环境对果皮色的影响

果皮颜色的表现受色素的组成和含量[30-31]、调控基因等内在因素影响[32-33]，此外还受环境因素如温度、光照的影响[8,34-35]。笔者在丝瓜育种和栽培工作中发现，有绿皮遗传背景的白皮丝瓜杂交组合和创新材料，果皮颜色在不同的环境下表现不同，如早春和秋季栽培果皮绿色面积比例大于夏季高温环境栽培的丝瓜，环境对果皮色表现的作用机理还有待下一步研究。据报道，有棱丝瓜同一深绿果皮的品种，春秋季栽培果皮较夏季颜色深[13]，由此推测环境因素对丝瓜的果皮颜色表现有一定影响，这可能与控制果皮色的基因在某些环境下表现不稳定有关。夏季是湖北地区丝瓜的主栽季节，为了增加试验结果的可靠性，本研究果皮色调查时间安排在夏季的6月下旬和7月上旬，尽量减少环境影响造成的误差。笔者只做了2018年夏季的丝瓜果皮色试验，不同生产年份和栽培季节的果皮色的影响，还需要进一步进行试验补充和验证。

3.3 果皮色的遗传规律

果皮颜色性状的研究起始于对果皮色遗传规律的分析[10]，主基因+多基因多世代联合分析法在葫芦科作物的数量性状遗传上得到了广泛应用[36-38]。本试验利用主基因+多基因多世代联合分析法对绿皮丝瓜和白皮丝瓜遗传规律进行研究，发现普通丝瓜果皮色性状符合加性-显性-上位性遗传模型（B-1模型），这一结果与深绿皮黄瓜和黄白皮黄瓜的遗传模型相同[39]；但从其后代果皮色表现来看，丝瓜 F1、B1、B2和F2世代群体的果皮色出现白色和绿色镶嵌遗传，这一遗传类型在印度南瓜[40]的和美洲南瓜[41]中也有出现，但不同于黄瓜分离世代单株嫩果果皮颜色均匀一致分布的表现形式。胡明宝[13]以深绿色材料与赤麻色材料为亲本，研究有棱丝瓜的果色遗传表现，发现在有棱丝瓜中赤麻果色的遗传受一对显性核基因控制；段颖[10]在南瓜果皮的遗传规律中指出，较浅色性状相对于较深色性状表现为上位效应，如白色对于其他颜色均为上位效应。在本试验中也发现普通丝瓜的果皮色受核基因控制，且白色果皮对绿色果皮表现为不完全显性。本研究获得的遗传模型仅为理论性结果，不能确定控制果皮颜色相关基因的染色体定位，后续研究需要借助分子生物学技术对控制丝瓜皮色的基因进行定位，挖掘相关调控基因并开发连锁标记，为选育不同皮色的丝瓜品种提供理论指导。