4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系比重的比較

李瑩，呂文河，白雅梅，李文霞，徐學譜

（1．東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省煙草公司哈爾濱煙葉公司，黑龍江哈爾濱150001；3.東北農業大學資源與環境學院，黑龍江哈爾濱150030；4.大興安嶺地區農業林業科學研究院，黑龍江加格達奇165000）

遺傳育種

4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系比重的比較

李瑩1,2，呂文河1*，白雅梅3，李文霞1，徐學譜4

（1．東北農業大學農學院，黑龍江哈爾濱150030；2.黑龍江省煙草公司哈爾濱煙葉公司，黑龍江哈爾濱150001；3.東北農業大學資源與環境學院，黑龍江哈爾濱150030；4.大興安嶺地區農業林業科學研究院，黑龍江加格達奇165000）

馬鈴薯的比重是加工企業要考慮的一個重要性狀。本研究的目的是比較4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系的比重，試圖利用單向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉育高比重基因。四倍體親本為品種或高世代選系，二倍體親本是普通馬鈴薯栽培種（Solanum tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S.phureja）雜種的互交后代，或經輪回選擇適應長日照的S.phureja-S.stenotomum雜種后代。從4x-4x和4x-2x組合各選出17個高世代無性系，以‘克新18號’（鮮食）和‘夏坡地’（薯條加工）為對照，采用隨機區組設計，2011～2012年在黑龍江省的加格達奇評價了4x-4x和4x-2x高世代選系比重的表現。4x-2x和4x-4x后代高世代選系比重平均為1.0727和1.0659，二者差異極顯著。但是，4x-2x內和4x-4x內無性系的差異仍達極顯著水平。4x-2x四倍體后代HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19以及HJ04-15-36比重高于對照品種‘夏坡地’，并和其有顯著差異。結果表明，和4x-4x組合相比，4x-2x組合后代含有較高的比重。

馬鈴薯；二倍體；4x-2x雜交；比重

馬鈴薯（Solanum tuberosum L.）的干物質含量是加工企業要考慮的一個重要性狀。如果塊莖干物質含量較高，單位重量的原料薯出品率就會較高，如淀粉、全粉。對油炸產品而言，可是生產出挺拔、外焦里嫩的薯條，酥脆可口的薯片，另外還可以起到省油、節能的作用。一般來說，適合薯條加工的塊莖干物質含量為21.7%（19.7%～24.1%），適合薯片加工的塊莖干物質含量為22.7%（21.7%～25.1%），而適合脫水制品加工的塊莖干物質含量則為21.7%（20.7%～24.1%）。在生產實踐中，馬鈴薯的干物質含量一般通過測量比重間接獲得，因為二者存在著很好的線性關系[1]。培育高比重的馬鈴薯品種一直是育種家所追逐的目標之一。然而，由于馬鈴薯遺傳基礎的狹窄[2]，限制了對馬鈴薯品種的進一步改良。Plaisted和Peterson[3]報道，在美國四倍體馬鈴薯資源材料中進行輪回選擇比重提高甚微，一個選擇周期平均只增長了0.0004。Douches等[4]在研究了一百多年來推廣的主栽品種后得出結論，認為這一期間馬鈴薯品種的產量改良進展緩慢，而比重和炸片色澤卻得到改善。但應該注意的是，美國育出的炸片品種之間多有親緣關系，高比重的來源都可追溯到一個品種‘Lenape’（B5141-6）。因此，有必要尋找新的高比重資源，擴大馬鈴薯的遺傳基礎。二倍體馬鈴薯栽培種富利亞（S.phureja）比重高[5,6]，另外，經過輪回選擇適應長日照的原始二倍體栽培種富利亞和窄刀薯（S.phureja-S.stenotomum(PHU-STN)）雜種群體也具有高比重特性[7-12]。本研究的目的是從育種實踐的角度，比較4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系的比重，試圖利用單向有性多倍化（Unilateral sexual polyploidization,USP）的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉育高比重基因。

1 材料與方法

1.1 材料

2004年種植實生苗世代。4x-4x和4x-2x組合各10個（表1），四倍體親本為品種或高世代選系，二倍體無性系056和057是普通馬鈴薯栽培種（S. tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S. phureja）雜種的互交后代，L系列是經輪回選擇適應長日照的PHU-STN雜種后代。二倍體親本經鑒定產生至少5%2n花粉。2004年3月12日將實生種子放于保溫杯中浸種催芽，每個組合播種約100粒。3月16日播種于東北農業大學溫室的育苗盤中，3月20日開始出苗。4月20日將實生苗移到小營養缽（上口直徑×高×下口直徑為8 cm×8 cm×6 cm）中，置于冷床內，晚間覆膜保溫，進行苗期抗性鍛煉。5月30移入大營養缽（上口直徑×高×下口直徑為13 cm×12 cm×10 cm）中，置于東北農業大學馬鈴薯研究所的網室內，2004年9月29日按組合單株收獲。

2005年種植無性一代，地點在加格達奇大興安嶺地區農業林業科學研究院馬鈴薯試驗地。按組合單株種植，株行距為0.60 m×0.70 m。2005年5月25日播種，按當地栽培馬鈴薯方式采用常規田間管理，9月10日人工單株收獲。收貨時按常規育種程序根據塊莖性狀進行選擇。

2006～2010 年種植無性二～六代，地點亦為加格達奇大興安嶺地區農業林業科學研究院馬鈴薯試驗地。株行距為0.30 m×0.70 m，均采用常規的田間管理，秋收時根據塊莖表現（塊莖性狀，塊莖產量）進行選擇。2010年秋從4x-4x和4x-2x組合各選出17個無性系供試驗用。

表1 試驗所用4x-4x和4x-2x組合Table 1 4x-4x and 4x-2x crosses used in this experiment

1.2 方法

2011～2012 年在加格達奇大興安嶺地區農業林業科學研究院馬鈴薯試驗地進行4x-4x和4x-2x雜種后代高世代選系比重的比較試驗。隨機區組設計，3次重復，單行區，行長6 m，壟距0.80 m，株距0.30 m。以‘克新18號’（鮮食）和‘夏坡地’（薯條加工）為對照。2011年5月16日播種，9月12日收獲；2012年5月11日播種，9月14日收獲。

在收獲后的兩周之內，用中等大小的塊莖在空氣中的重量/（空氣中的重量-水中的重量）的方法[13]測定塊莖的比重。

1.3 統計分析

聯合方差分析采用品種、年份固定，隨機區組模型[14]，按照Gomez和Gomez[15]的方法進行組間比較（Between-group comparison）和組內比較（Withingroup comparison）。

2 結果與分析

2011年比重平均1.0701，2012年比重平均1.0684，兩年比重差異不顯著（表2，圖1）。兩個對照品種‘克新18號’和‘夏坡地’比重兩年平均1.0659和1.0707，二者差異不顯著（表2）。4x-2x和4x-4x后代高世代選系比重平均為1.0727和1.0659，二者差異極顯著（表2，圖2）。但應該指出的是，4x-2x內和4x-4x內的差異仍達極顯著水平（表2）。4x-2x后代高世代選系比重變化范圍1.0578～1.0906，4x-4x后代高世代選系比重變化范圍1.0489～1.0767。試驗沒有發現比重的品種和年份互作現象（表2）。

表2 4x-4x和4x-2x組合高世代選系比重的聯合方差分析Table 2 Combined analysis of variance for specific gravity of advanced clones from 4x-4x and 4x-2x crosses

圖1 2011年和2012年馬鈴薯的比重Figure 1 Specific gravity of potato of 2011 and 2012

圖2 4x-2x和4x-4x組合高世代選系比重Figure 2 Specific gravity ofadvanced selections from4x-2x and 4x-4x crosses

從兩年的平均值來看（表3），比重在1.080以上的高世代選系有4個（HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19，HJ04-15-36），他們均來自4x-2x組合，而且表現穩定性良好。如果以‘夏坡地’為對照，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和HJ04-15-36比重都高于‘夏坡地’，并和其有顯著差異，其中，HJ04-18-17，HJ04-27-41，HJ04-22-19和‘夏坡地’有極顯著差異。比重和‘夏坡地’沒有顯著差異的高世代選系有22個（包括‘克新18號’），其中來自4x-2x組合的高世代選系有11個，來自4x-4x組合的高世代選系有10個。比重顯著低于‘夏坡地’的高世代選系有9個，其中來自4x-2x組合的2個，來自4x-4x組合的7個（表3）。以上結果說明，和4x-4x組合相比，4x-2x組合后代含有較高的比重。

表3 4x-4x和4x-2x組合高世代選系及對照比重表現及穩定性參數Table 3 Specific gravity and stable parameter of 4x-4x and 4x-2x advanced selections and control cultivars

(續表3)

3 討論

馬鈴薯的比重是培育加工型品種需要考慮的一個重要性狀。由于現有馬鈴薯品種之間存在一定的親緣關系，所以品種間雜交很難進一步改進新品種的比重，這迫切需要引入新的種質資源。本研究所用的二倍體材料一是普通馬鈴薯栽培種（S. tuberosum）雙單倍體與二倍體栽培種富利亞（S. phureja）雜種的互交后代，二是經輪回選擇適應長日照的PHU-STN雜種后代，試圖利用USP的方法從二倍體栽培種向四倍體普通栽培種轉育高比重基因。二倍體親本可以通過有交換的第一次分裂重組（First-division restitution with crossing over,FDR-CO）或沒有交換的第一次分裂重組（First-divisionrestitution withoutcrossing over,FDR-NCO）產生2n花粉[16,17]。通過異常減數分裂，其受突變等位基因ps(‘parallel spindles’)控制，二倍體FDR-CO無性系產生2n花粉可以把大約80%的異質性轉遞給四倍體后代，保留有大部分的上位（位點間）互作[18,19]。如果兩個減數分裂突變等位基因，ps和sy-3（synaptic 3），結合在一起，FDR-NCO配子可以把二倍體親本中幾乎100%的異質性和上位性傳遞給后代[20]。因此，這兩種類型的2n花粉是育種過程中極其有用的工具，他們不僅轉遞加性效應，而且還可以轉遞顯性和上位性效應[21]。趙明輝[22]估計了PHU-STN群體比重的廣義遺傳力為0.6938，95%置信區間為（0.5997, 0.7658）；于萌[23]估計了PHU-STN群體干物質含量的廣義遺傳力為0.6622，95%置信區間為（0.4564, 0.7901）。二者頗為相近，比重（干物質含量）遺傳力中等偏上。

Wannamaker和Collins[5]報道，PHU-STN無性系的高比重特性可以很容易通過4x-2x雜交傳遞給四倍體后代。Sterrett等[24]研究發現，一些以PHU-STN為父本的4x-2x雜種后代即抗熱壞死（Internal heat necrosis,IHN），也含有較高的比重。本研究結果表明，可以利用4x-2x組合方式進行USP,把二倍體馬鈴薯高比重的特性從二倍體轉移到四倍體。應該指出的是，該研究結果不是從一定的遺傳設計獲得，而是從育種實踐出發，通過多年對塊莖性狀、產量性狀等進行選擇，然后比較4x-2x和4x-4x高世代選系的比重。雖然所用的親本有一定的局限性，但結果應該還是可信的。

為篩選早熟或淀粉積累早的無性系，試驗設在加格達奇。加格達奇位于50°24′N，124°07′E，海拔371.7 m。這里無霜期110 d左右，活動積溫1 900～2 100℃。由于加格達奇緯度高，無霜期短，所以馬鈴薯的比重均較低，這可從對照品種‘夏坡地’的比重只有1.0707看出。

本研究沒有發現環境×比重的互作效應，這與宿飛飛等[25]的結論不同。宿飛飛等[25]等的試驗在緯度、海拔高度差異較大的環境中進行，而本試驗則是在一個地點進行了兩年，可能是這兩年的環境因素差異不大導致沒有發現環境×比重的互作效應。

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Comparison for Specific Gravity of Advanced Clones Selected from 4x-4x and 4x-2x Crosses

LI Ying1,2,LU Wenhe1＊,BAI Yamei3,LI Wenxia1,XU Xuepu4
(1.College of Agronomy,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;2.Harbin Tobacco Leaf Company, Heilongjiang Tobacco Company,Harbin,Heilongjiang 150001,China;3.College of Resources and Environment,Northeast Agricultural University,Harbin,Heilongjiang 150030,China;4.Daxinganling Academy of Agriculture and Forestry, Jiagedaqi,Heilongjiang 165000,China)

Specific gravity is an important character to be considered in potato processing.The purposes of this research were to compare the specific gravity ofadvanced clones selected from4x-4x and 4x-2x crosses and try transferring high specific gravity genes from cultivated diploid species to tetraploid cultivars.Tetraploid parents were cultivars or advanced selections; diploid parents were intercrossing progenies of haploid Tuberosum-Phureja hybrids,or S.phureja-S.stenotomum hybrids undergone currentselection forlong-day adaptation.Seventeen advanced clones were selected outfrom each type of4x-4x and 4x-2x crosses and evaluated for their specific gravity in a randomized complete block design at Jiagedaqi,Heilongjiang in 2011 and 2012,using'Kexin 18'(table potato)and'Shepody'(French fry)as controls.The average of specific gravity of advanced clones from 4x-2x and 4x-4x crosses were 1.0727 and 1.0659,respectively,the difference being significant.However,variations within 4x-2x and 4x-4x crosses were stillhighly significant.HJ04-18-17,HJ04-27-41,HJ04-22-19 and HJ04-15-36,allfrom 4x-2x crosses,were significantly higher in specific gravity than the control cultivar'Shepody'.The results indicated that advanced clones selected from4x-2x crosses hadhigherspecific gravity than thosefrom 4x-4x crosses.

potato;diploid;4x-2x cross;specific gravity

S532

A

1672-3635（2013）04-0193-06

2013-03-16

馬鈴薯鮮食新品種（系）資源的引進、篩選及評價分析（GA08B102）；東北地區馬鈴薯標準化、機械化生產技術集成與示范（2012BAD06B02）；高淀粉馬鈴薯新品種選育與示范（GC12B105）。

李瑩（1985-），女，初級政工師，主要從事煙葉的種植和銷售。

呂文河，教授，主要從事馬鈴薯遺傳育種以及栽培生理研究，E-mail:luwenhe60@163.com。