黃 松，李文龍，梁曉雪，李 瓊，胡建斌

（1.信陽農(nóng)林學院 河南 信陽 464001； 2.河南農(nóng)業(yè)大學園藝學院 鄭州 450002）

甜瓜（L.）為葫蘆科一年生蔓生植物，其多樣性僅次于同科植物南瓜。近期進化研究表明，栽培甜瓜歷史上經(jīng)歷了三次獨立馴化，第一次發(fā)生在非洲，隨后的兩次發(fā)生在亞洲，整個亞洲及地中海沿岸的北非和南歐等廣大地區(qū)都有可能是栽培甜瓜的馴化地。甜瓜豐富的多樣性主要表現(xiàn)在果實性狀上，其變異類型眾多，包括果實形狀、果皮底色、果面覆蓋物（網(wǎng)紋、覆紋、果皮毛）、果面特征（溝、棱、皺紋）、果肉厚度、果肉顏色、果肉品質（糖、酸、維生素C 含量及香氣和質地等）等性狀的變異。據(jù)此，Pitrat建議將栽培甜瓜分為長毛亞種（ssp.）和短毛亞種（ssp.）及其下屬的16個變種。其中，長毛亞種和短毛亞種分別對應生產(chǎn)上的厚皮甜瓜類型和薄皮甜瓜類型。果實形狀（或果形指數(shù)）是甜瓜重要的外觀性狀，也是甜瓜變異最明顯的性狀之一，主要有圓形、蘋果形、卵形、橢圓形、圓柱形、棒形等6 種類型。生產(chǎn)上推廣應用的厚皮甜瓜品種多以圓形和橢圓形為主，薄皮甜瓜品種以蘋果形和卵形為主。相關性研究表明，決定果實形狀的主要因素是細胞的縱向分裂速率，即果實長度。因此，探明甜瓜果實長度的遺傳基礎，對果實外觀性狀的遺傳改良具有重要意義。

早期Wall認為，甜瓜長果形對圓果形是顯性遺傳。林碧英等對薄皮×厚皮甜瓜雜交后代進行分析發(fā)現(xiàn)，長果形或橢圓形對圓球形均為顯性遺傳。然而更多的研究表明，甜瓜果實長度是典型的數(shù)量性狀，無論是在自然群體還是在特定分離群體中，果實長度都會出現(xiàn)連續(xù)變異。目前，在甜瓜的12 條染色體上均發(fā)現(xiàn)有控制果實長度或果形指數(shù)的QTL，大約有130 個，但在不同的遺傳背景下，其定位結果不盡相同。其中，報道的第8 染色體QTL最多，達26 個，而第5 染色體僅有2 個QTL。這些研究結果表明，調控甜瓜果實長度的基因遍布整個基因組，且其效應大小不一，遺傳基礎十分復雜。主基因＋多基因混合遺傳模型是解析復雜數(shù)量性狀遺傳基礎的有效方法，該方法通過分析特定群體的性狀表型，以檢測影響目的性狀的主基因和多基因數(shù)目，并評估其遺傳效應，進而揭示目的性狀的遺傳規(guī)律，已經(jīng)用于茄子、西葫蘆、黃瓜等果實形狀的遺傳分析。

筆者以果實長度差異明顯的2 份甜瓜材料構建6 個世代群體，采用主基因+多基因混合遺傳模型分析方法，對春秋兩季甜瓜果實長度進行遺傳分析，以期明確果實長度所屬的遺傳模型及其基因效應，為甜瓜果實形狀遺傳改良提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

試驗材料為圓果形自交系H581（P）和長果形H906（P），其果形指數(shù)分別為1.0 和12.0，花期子房長度差異也十分明顯（圖1），兩份材料均選自前期構建的甜瓜核心種質。2017 年秋季雜交配制F，2018 年春季自交獲得F，秋季回交獲得回交1 代B（F×P）和B（F×P）。為了準確統(tǒng)計分離群體單株的果實表型，將B、B和F群體各單株分別自交構建其家系（B、B和F）。

圖1 親本材料H906 和H581 的果實和開花當天的子房表型

1.2 方法

2019 年春季（3—7 月）和秋季（7—10 月）在河南農(nóng)業(yè)大學毛莊科教園區(qū)試驗基地進行甜瓜各世代群體的育苗和田間種植。春季于日光溫室中育苗，秋季于塑料大棚中遮陽育苗。幼苗長至2 葉1心時定植，非分離群體P、P和F分別種植30 株，分離群體B、B和F分別種植96 個、110 個和140 個家系，每個家系包括7～10 個單株。每株在11～15 節(jié)選留1 個瓜，除去其他雌花及側枝，其他田間管理同常規(guī)。待果實成熟時采用直尺（最小刻度1 mm）測量果實長度。

1.3 數(shù)據(jù)分析

非分離群體（P、P和F）各單株的果長實測值為其表型值，分離群體（B、B和F）各單株的果實表型值以其對應的家系單株實測值的平均值代替。

2 結果與分析

2.1 果實長度的變異分析

春秋兩季對甜瓜6 個世代群體的果實長度進行統(tǒng)計，結果見表1。春季非分離群體P、P和F果實長度均值分別為10.2、110.9、43.4 cm，秋季果實長度均值分別為和9.7、98.8、39.4 cm，且群體內變異較?。ǎ?7%）。春季果實長度平均值普遍高于秋季，可能是春季果實生長發(fā)育時期比秋季長的緣故。F均值處于P和P之間，但無論是在春季還是秋季，其均值明顯偏向圓果親本P。分離群體（B、B和F）的果實長度變異較大，春季＞25%，秋季＞40%，秋季果實長度變異更明顯。無論是春季還是秋季，B果實長度均值最小，B果實長度均值最大，F(xiàn)果實長度均值介于二者之間。各分離群體的峰度均為負值，說明存在主效基因的作用。果實長度在3 個分離群體中呈現(xiàn)連續(xù)分布，春秋兩季B和F果實長度偏向圓果親本P，B偏向長果親本P2，且均呈現(xiàn)單偏峰分布（B和F偏度均為正值，B偏度為負值）（圖2），符合主基因+多基因表型變異的基本特征。

圖2 甜瓜果實長度在分離群體中的頻次分布

表1 甜瓜果實長度表型統(tǒng)計

2.2 遺傳模型的選擇和檢驗

采用主基因+多基因混合遺傳模型對6 個世代群體果實長度表型值進行遺傳分析，分別計算24種模型MLV 值和AIC 值，結果見表2。根據(jù)AIC值最小原則，選取最小AIC 值及與之差異不大的遺傳模型作為備選模型。春季3 個最小AIC 值分別為2 188.243、2 192.339 和2 184.243，所對應的模型分別為C-0、D-0 和E-1，秋季3 個最小AIC 值分別為867.288、859.539 和860.129，所對應的模型也是C-0、D-0 和E-1，即這3 種模型為春秋兩季所共有，均可作為果實長度的備選模型。C-0 對應PG-ADI，為加性-顯性-上位多基因模型，無主基因效應；D-0和E-1 分別對應MX1-AD-ADI 和MX2-ADI-AD，受1 對或2 對主效基因控制，也受多種效應的多基因影響。由此可見，備選的3 種遺傳模型存在一定的差異，特別是C-0 與D-0、E-1 的差異較大，需要進一步檢驗，以確定最適遺傳模型。

表2 各遺傳模型的MLV 及AIC 值

對3 個備選模型進行適合性檢驗，結果見表3。C-0 模型在春秋兩季共出現(xiàn)7 個顯著性統(tǒng)計量，D-0模型在兩季共有3 個顯著性統(tǒng)計量，而E-1 模型在兩季未出現(xiàn)顯著性統(tǒng)計量。根據(jù)顯著性統(tǒng)計量數(shù)最少原則，E-1 模型可認為是最適遺傳模型，即2 對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性多基因模型。因此，甜瓜果實長度由主基因和多基因聯(lián)合調控，主基因的遺傳效應包括加性、顯性和上位性效應。

表3 備選模型C-0、D-0 和E-1 的適合性檢驗

2.3 E-1模型遺傳參數(shù)的估測

基于最適遺傳模型E-1，各類參數(shù)估算結果見表4。一階參數(shù)估算表明，控制果實長度的主基因有2 對（、），其加性效應（）在春秋兩季均為正值，但效應值的差異較大。第1 對主基因（）的效應值較大（春季12.22，秋季9.74），第2 對主基因（）的效應值相對較?。ù杭?.06，秋季1.69），均能增加果實的長度。兩對主基因的顯性作用（）均為負向，能減少果實長度，但效應值差異明顯?；虼杭撅@性效應最強（-12.08），秋季則較弱（-3.67），基因在春秋兩季的顯性效應不同，但效應值均較低（||＜2），說明顯性效應受環(huán)境影響較大。由此可知，基因的加性和顯性效應明顯強于基因，且在春季的作用更為明顯，說明基因在春季能更好地發(fā)揮其育種價值。

表4 最適模型E-1 的一階和二階參數(shù)估算

注：：群體均方；、：第一、二主基因的加性效應；、：第一、二主基因的顯性效應；：兩主基因間的加性×加性互作效應；：兩主基因之間的加性×顯性互作效應；：兩主基因之間的顯性×加性互作效應；：兩主基因之間的顯性×顯性互作效應；：多基因方差；：主基因方差；：主基因遺傳率；：多基因遺傳率。

2 對主基因存在多種互作效應，其中加性×加性互作效應（）較強，秋季（14.11）高于春季（5.98），可用于增加果實長度。盡管2 對主基因的加性-顯性互作效應（和）和顯性-顯性互作效應（）均能被檢測到，但其效應值均很低（||、||和||均小于5），且不同季節(jié)的作用方向不同，說明互作效應對表型的貢獻甚微，且易受環(huán)境影響，難以用于果實長度的遺傳改良。

二階參數(shù)的估算結果表明，春季主基因在B、B和F群體中的遺傳率（）分別為42.67%、69.59%和81.05%，秋季3 個群體的分別為61.03%、70.42%和83.33%，主基因在B和F中表現(xiàn)出高遺傳率，說明B和F世代有利于果實長度的選擇與改良。多基因遺傳率（）相對較低，且僅在部分群體中被檢出。如春季B的最大，也僅為26.57%，其他群體很低（＜14%），秋季B和春秋兩季F的h均為0。由此可見，甜瓜果實長度主要受主基因控制，主基因遺傳率在各世代的比重較高，早期選擇能取得較好的效果。

3 討論與結論

果實長度是決定果實形狀的重要因素，也是果實重要的外觀性狀。作為遺傳多樣性最豐富的葫蘆科植物之一，甜瓜果實形狀變化多樣，不同果形的商業(yè)品種也十分常見，如長果形的羊角蜜，橢圓形的西州密25，圓果形的玉菇。因此，果實長度也是甜瓜重要的商品性狀。甜瓜果實長度除了受遺傳因素調控外，還受光照強度、花期溫度、土壤營養(yǎng)狀況等環(huán)境因素影響。盡管前人已經(jīng)對甜瓜果實形狀（果實長度、果形指數(shù)等）進行了大量遺傳研究，如通過配制各種作圖群體（BC、F、RIL 等），并在可控的條件（如溫室、大棚等）下觀測果實表型性狀以減少環(huán)境影響，但至今仍然未克隆到調控甜瓜果長的關鍵基因，這從側面反映了甜瓜果實長度遺傳基礎的復雜性。

作為剖析復雜數(shù)量性狀遺傳結構的一種有效方法，主基因＋多基因混合遺傳模型已經(jīng)應用于果實形狀的遺傳基礎分析。如甜瓜同屬植物黃瓜，其果實長度符合2 對加性-顯主基因模型（B-2）,主基因遺傳率最高達88.09%。茄子和辣椒的果實長度均符合2 對加性-顯性-上位性主基因+加性-顯性上位性多基因模型（E-1），主基因遺傳率較高（＞50%）。西葫蘆果實長度受1 對加性主基因+加性-顯性多基因（D-2），但主基因遺傳率較低（＜30%）。不同種類植物的果實長度遺傳模型不盡一致，但大多受少數(shù)主基因和多基因聯(lián)合調控，為挖掘果實長度調控基因提供了理論依據(jù)。筆者從前期構建的甜瓜核心種質中鑒定了一份果實極長的種質材料H906，該種質為甜瓜長毛亞種（ssp.）下的蛇瓜變種（var.），是目前所知的甜瓜中果實最長的類型，可能包含了控制果長的關鍵基因。筆者通過主基因+多基因混合遺傳模型分析發(fā)現(xiàn)，甜瓜果實長度符合2 對加性-顯性-上位性主基因＋加性-顯性多基因模型（E-1），受主基因和多基因的聯(lián)合調控，且包含多種遺傳效應，與前人研究結果基本一致。

在本試驗中，E-1 模型中主基因的遺傳效應顯得更為復雜。其中，加性和顯性效應對果實長度起主要調控作用，尤其是春季的作用更明顯，且以第1對主基因（）為主，互作效應影響較?。ǔ有曰プ餍猓Ｓ捎诩有院惋@性效應在育種實踐中有較大的利用價值，因此甜瓜果實長度的遺傳改良可從關鍵的基因入手，在特定季節(jié)（如春季）加強對基因的選擇。由于主基因的遺傳率較高（除春季B外均高于60%），多基因遺傳率較低（除春季B外均低于14%），因此，甜瓜果實長度的遺傳改良可考慮在F、B及其自交后代中開展，在早期世代加強對主基因（特別是基因）的選擇，以便快速獲得所需的單株。同時，考慮到主基因的加性和顯性效應均發(fā)揮重要作用，而顯性效應是不可固定的遺傳變量（隨世代推移可能會消失），遺傳操控難度較大，因而在實際選擇育種過程中，應盡量擴大群體規(guī)模，選擇同時具備加性和顯性效應的基因型單株，從而獲得理想的育種材料。

盡管本試驗探明了甜瓜果實長度所屬的遺傳模型，證實了果實長度具備遺傳改良的潛力，但僅僅通過傳統(tǒng)的田間性狀重組來改良果實長度不可避免的存在盲目性。因此，在明確其遺傳方式的基礎上，借助現(xiàn)代高通量基因分型技術，采用正向遺傳學方法鑒定控制果實長度的主效基因或QTL，通過分子標記輔助選擇可實現(xiàn)果實長度的精準改良。