薛其勤別 茹常宇涵邢 明楊 會(huì)張 昆劉風(fēng)珍*萬勇善*

(1. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,山東 泰安 271018;

2. 濰坊科技學(xué)院,山東 壽光 262700)

花生(ArachishypogaeaL.)是重要的蛋白和食用油原料,也可用作制皂和生發(fā)油等化妝品的原料[1]。根據(jù)花生籽仁外種皮顏色不同,可劃分為粉色、紅色、紫色、黑色、紫黑、紫紅、紅白、彩粒等,有色花生近年來更是備受人民喜愛,種植面積不斷擴(kuò)大。花生種皮顏色差異與花青素含量有關(guān)[2],花青素也稱為花色素、花色苷,屬于生物類黃酮物質(zhì),是一類廣泛存在于植物花、果實(shí)、種子或莖葉中的水溶性色素,是植物的一種次生代謝產(chǎn)物,參與植物自身一些重要的生理過程,保護(hù)植物免受紫外線損傷和病原體攻擊[3-4]。作為一種天然色素,花青素的營(yíng)養(yǎng)保健價(jià)值極高,具有抗氧化能力,可以清除人體內(nèi)致病的自由基,減緩細(xì)胞死亡和細(xì)胞膜變性,降低膽固醇水平,預(yù)防和治療心血管疾病,延緩衰老[5-6]?；ㄇ嗨乜乖錾涂雇蛔兊奶匦?能夠阻止腫瘤細(xì)胞擴(kuò)散,治療癌癥[7-8]。此外,花青素還可用作食品加工的著色劑。

前人利用遺傳模型對(duì)花生的遺傳分析主要是進(jìn)行品質(zhì)性狀[9-10]、農(nóng)藝性狀[11-12]及產(chǎn)量性狀[13]等方面的研究,對(duì)于花生種皮性狀的主基因+多基因遺傳分析鮮有研究。

本試驗(yàn)擬對(duì)花生種皮顏色遺傳規(guī)律、種皮顏色和花青素含量的遺傳關(guān)系進(jìn)行研究,為揭示花生種子花青素形成機(jī)理提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)以大粒、淺粉色種皮的花生品種山花15號(hào)和小粒、深紅色種皮的品種中花12號(hào)為雜交組合,自F2經(jīng)單粒傳法(Single-seed descent,SSD),多代自交后獲得由302個(gè)家系組成的F9代RIL群體花生家系為試驗(yàn)材料,對(duì)302個(gè)RIL家系的種皮顏色和花青素含量進(jìn)行測(cè)定,分析其遺傳規(guī)律。

1.2 種皮顏色三原色量化評(píng)價(jià)與種皮花青素含量測(cè)定

采用紫光掃描儀對(duì)親本及RIL群體的花生種子進(jìn)行顏色掃描,采用萬深SC-G自動(dòng)考種分析系統(tǒng)對(duì)種皮顏色紅色、綠色和藍(lán)色三原色(RGB值)進(jìn)行量化評(píng)價(jià)。每個(gè)家系和親本測(cè)定3次重復(fù),每次檢測(cè)10?；ㄉ??；ㄉN皮總花青素含量提取方法參照Pang[14],略有改動(dòng)。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)分析采用Excel 2010進(jìn)行,利用軟件SPSS 20.0進(jìn)行數(shù)據(jù)的相關(guān)性分析、差異顯著性及遺傳變異分析。RGB值和花青素含量遺傳分析采用G3DH軟件進(jìn)行,根據(jù)AIC值最小原則確定其遺傳模型,并對(duì)備選模型進(jìn)行適合性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 花生種皮顏色與花青素含量的關(guān)系

對(duì)RIL家系的花生種皮掃描發(fā)現(xiàn),深紅色家系的RGB值明顯低于淺粉色樣品;302個(gè)花生樣品種皮花青苷含量的測(cè)定結(jié)果顯示深紅色樣品的花青苷含量明顯高于淺粉色樣品(表1)。

表1 花生種皮顏色RGB值及花青素含量Table 1 RGB value of peanut testa color and anthocyanin content

根據(jù)RIL家系種皮RGB值與花青素含量相關(guān)性可知,花青素含量與RGB值呈顯著負(fù)相關(guān),相關(guān)系數(shù)分別為-0.855、-0.822、-0.811(表2),說明花青素含量與花生種皮顏色深淺呈現(xiàn)顯著的正相關(guān),花生種皮顏色越深,花青素含量就越高。RIL群體中花生種皮顏色RGB值變異系數(shù)均在20%以上,RGB值的變異系數(shù)分別為26.17%、40.31%、33.19%;花生種皮花青素含量變異系數(shù)為58.29% (表3)。

表2 花生種皮顏色與花青素含量相關(guān)系數(shù)Table 2 Correlation coefficient between peanut pesta color and anthocyanin content

表3 花生種皮顏色和花青素含量性狀的變異分析Table 3 Variation analysis of peanut testa color and anthocyanin content

由RGB值和花青素含量的頻次分布圖(圖2)可看出,在RIL群體中種皮顏色RGB值與花青素含量分布是間斷的,呈非正態(tài)分布,說明該性狀有可能是由一對(duì)或少數(shù)幾對(duì)基因控制,可以進(jìn)行進(jìn)一步的相關(guān)遺傳研究。

圖2 花生RIL群體種皮顏色和花青素含量性狀頻次分布圖Fig.2 Distribution map of testa color and anthocyanin content in peanut RIL population

2.2 種皮顏色相關(guān)性狀最適遺傳模型分析

利用G3DH軟件對(duì)花生種皮顏色RGB值和種皮花青素含量的表型數(shù)據(jù)運(yùn)算,得到不同遺傳模型包括AIC值在內(nèi)的一系列參數(shù),并根據(jù)AIC值最小原則選出相應(yīng)的備選遺傳模型(表4)。

表4 RIL群體種皮顏色RGB值及花青素含量模型、AIC值及適合性檢驗(yàn)Table 4 The model, AIC and suitability test of RGB value and anthocyanin content in RIL population

種皮顏色R值的遺傳模型中,模型MX2-AIA的AIC值最小,種皮顏色紅色值的遺傳為2對(duì)具有加性—上位性的主基因控制。種皮顏色綠色值(G值)的最適遺傳模型為MX3-AI-A,說明綠色值的遺傳表現(xiàn)為3對(duì)具有加性—上位性效應(yīng)的主基因控制。種皮顏色藍(lán)色值B值的最適模型為MX3-AI-A,說明藍(lán)色值的遺傳表現(xiàn)為3對(duì)具有加性—上位效應(yīng)的主基因控制。種皮花青素含量與種皮顏色R值的最適遺傳模型相同,均為MX2-AI-A模型,說明花青素含量同樣為2對(duì)具有加性—上位性的主基因控制。

2.3 最適遺傳模型的遺傳參數(shù)估計(jì)

根據(jù)選定的性狀最適模型,對(duì)花生種皮顏色和花青素含量進(jìn)行了遺傳參數(shù)估計(jì)(表5)。

種皮顏色R值的2個(gè)主基因加性效應(yīng)值分別為-32.7398、-11.7514,主基因遺傳率95.06%。G值的3個(gè)主基因加性效應(yīng)值分別為-10.4945、-5.5642、-6.9514,主基因遺傳率97.61%。B值的3個(gè)主基因加性效應(yīng)值為-9.5155、-2.0329、-3.4334,主基因遺傳率為96.46%。因此,RGB值的主基因遺傳率較高,說明種皮顏色可穩(wěn)定遺傳,受環(huán)境影響較小。種皮花青素含量的2對(duì)主基因加性效應(yīng)值為1.8684、-2.5234;主基因遺傳率為96.48%。遺傳率較高,表明花青素含量可以穩(wěn)定遺傳,受環(huán)境影響較小。

表5 RIL群體種皮顏色RGB值及花青素含量備選模型、AIC值及遺傳參數(shù)Table 5 The alternative model, AIC and genetic parameters of RGB value and anthocyanin content in RIL population

3 討 論

洪彥彬等[15]利用SSR標(biāo)記對(duì)花生種皮顏色性狀進(jìn)行遺傳分析,表明花生深紫色種皮顏色性狀受一對(duì)不完全顯性主效基因控制;李海芬等[2]研究表明種皮顏色的深淺與五個(gè)基因的表達(dá)量有關(guān);Branch[16]通過雜交觀察后代顏色分離發(fā)現(xiàn)兩親本種皮的紅色性狀與深紅色性狀的差異是由兩對(duì)基因控制的。一些研究認(rèn)為花生種皮顏色受一對(duì)基因控制,另一些認(rèn)為受兩對(duì)或三對(duì)基因控制[17-19]。但多數(shù)研究表明深色對(duì)淺色為顯性或者不完全顯性,F2分離世代以深色為主。還有研究表明種皮的深紅色和紫紅色顏色相近,但兩者的遺傳不同,這種情形類似于花生種皮的紅色也有兩種,一種紅色為顯性性狀,另一種紅色為隱性性狀[16]。種皮為白色的花生性狀是由兩對(duì)隱性基因控制還是一對(duì)顯性基因控制的,有關(guān)學(xué)者說法不盡相同[17]?；ㄉ讶史N皮顏色類型豐富,前人進(jìn)行遺傳分析時(shí),主要采用肉眼觀察,具有主觀差異,這也可能是造成同一花生籽仁種皮顏色性狀得出不同的遺傳規(guī)律。本試驗(yàn)采用掃描儀和自動(dòng)考種分析系統(tǒng)對(duì)種皮顏色的RGB值進(jìn)行量化評(píng)價(jià),能夠準(zhǔn)確反映親本及家系種子的真實(shí)顏色,排除主觀誤差。通過遺傳分析,本試驗(yàn)所采用的遺傳群體的種皮三原色G值和B值的最適模型均為3對(duì)主基因控制的加性—上位性遺傳模型;R值的最適模型為2對(duì)主基因控制的具有加性—上位性遺傳模型。

對(duì)于花生種皮花青素的遺傳,李海芬等[2]通過分析四種不同種皮顏色的花生品種表示控制花青素合成的7個(gè)基因在種皮顏色較深的深紅色品種和深紫色的花生品種的表達(dá)量顯著高于白色和粉紅色的花生品種。有關(guān)花生種皮花青素的遺傳分析未見有報(bào)道,本試驗(yàn)首次對(duì)花生種皮花青素的遺傳模型進(jìn)行了分析,花青素含量的最適模型為2對(duì)主基因控制的加性—上位性遺傳模型。

綜上所述,關(guān)于花生種皮顏色的研究較多,但由于花生籽仁種皮色澤多種多樣,研究結(jié)果有較大差異,利用不同種皮顏色的花生群體材料得到的遺傳分析結(jié)果不同。

4 結(jié) 論

以山花15號(hào)與中花12號(hào)為親本構(gòu)建的RIL群體中種皮顏色和種皮花青素含量具有主基因+多基因遺傳特點(diǎn)。根據(jù)RIL家系種皮顏色RGB值與花青素含量相關(guān)性可知,花青素含量與花生種皮顏色深淺呈顯著的正相關(guān)。

本研究初步用G3DH軟件確定了種皮顏色RGB值和花青素含量的遺傳模型:三原色分析中紅色(R值)最適模型為2對(duì)主基因控制的具有加性—上位性遺傳模型,主基因遺傳率為95.06%;綠色(G值)最適模型為3對(duì)主基因控制的加性—上位性遺傳模型,遺傳率為97.61%;藍(lán)色(B值)最適模型為3對(duì)主基因控制的加性—上位性遺傳模型,其遺傳率為96.46%;花青素含量的最適模型為2對(duì)主基因控制的加性—上位性效應(yīng)主基因遺傳模型,主基因遺傳率分別為96.48%。