闕遠慧， 喻奇?zhèn)ィ?熊 晶， 梁 婷， 賈傛吏，舒彥淇， 莫澤君， 段麗麗， 劉仁祥

(1.貴州大學(xué)煙草學(xué)院/貴州省煙草品質(zhì)研究重點實驗室， 貴陽 550025；2.貴州省煙草公司畢節(jié)市公司， 貴州 畢節(jié) 551700)

煙葉含梗率是指煙梗占煙葉重量的百分率[1-2]。煙梗在煙葉中主要起支撐和物質(zhì)運輸作用，煙梗主要成分是纖維素、木質(zhì)素等，加工成卷煙燃燒后產(chǎn)生大量灼熱粗糙的煙氣和刺嗆的氣味，嚴重影響卷煙感官質(zhì)量[3-4]。同時，煙梗的組織結(jié)構(gòu)致密，在卷煙加工中難以利用，往往作為廢棄物燃燒或丟棄，對環(huán)境造成污染，也嚴重影響卷煙的加工質(zhì)量、成本和效益[5-6]，因此，降低煙葉含梗率成為煙葉生產(chǎn)中的研究熱點[7-12]。煙葉含梗率受多種因素的影響，尹啟生等[13]研究表明，我國中部煙葉含梗率呈現(xiàn)南高北低現(xiàn)象；錢進等[14]研究表明，煙葉含梗率隨海拔高度的增加而增加；金哲等[15]研究表明，常規(guī)耕作起壟+壟下深松+聚丙烯酰胺處理的煙葉含梗率低；高旭等[16]研究結(jié)果顯，含梗率隨銨態(tài)氮比例增加而增大；任婷婷等[17]研究認為，施用復(fù)合肥的煙葉含梗率高于配施有機肥的處理。作物性狀的表現(xiàn)是基因和環(huán)境共同作用的結(jié)果，本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，煙葉含梗率有很高的遺傳率，并表現(xiàn)出明顯的雜種優(yōu)勢[18]，然而有關(guān)煙葉含梗率遺傳規(guī)律未見報道。為此，本研究選用低含梗率品種NC 82和高含梗率品種韭菜坪2號為親本，構(gòu)建P1、P2、F1、F2、BC1和BC2六個世代遺傳分析群體，采用植物數(shù)量性狀“主基因+多基因”混合遺傳模型對煙葉含梗率性狀進行遺傳分析，以期確定煙葉含梗率的遺傳模型，揭其遺傳機制，為采用分子標記輔助選擇來選育低含梗率品種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

以低含梗率烤煙品種NC 82為母本，高含梗率烤煙品種韭菜坪2號為父本，于2019—2020年在貴州大學(xué)煙草科研基地構(gòu)建了正反交F1、F2、BC1(F1×NC 82)和BC2(F1×韭菜坪2號)。材料由貴州大學(xué)煙草品質(zhì)重點研究實驗室提供。

1.2 田間試驗設(shè)計

田間種植NC 82、韭菜坪2號、正反交F1、F2、BC1和BC2等遺傳研究材料。NC 82、韭菜坪2號、正反交F1的田間試驗采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，3次重復(fù)，4行區(qū)，每行15株；F2、BC1和BC2采用不設(shè)重復(fù)的小區(qū)種植，F(xiàn)2種植1 640株，BC1和BC2各種90株。試驗地四周設(shè)置保護行，每行首株和末株不參與數(shù)據(jù)測定，施肥及田間管理均按當(dāng)?shù)貎?yōu)質(zhì)烤煙栽培技術(shù)實施。

1.3 含梗率的測定

中部煙葉成熟時，P1、P2和正反交F1按小區(qū)分別選擇代表性煙株5株，取中部9～11葉； F2、BC1和BC2按單株取樣，取中部9～11葉。所有葉片采用105 ℃殺青30 min、75 ℃烘干后，按照屈劍波等[2]的方法測定煙葉含梗率。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Excel 2010軟件整理含梗率數(shù)據(jù)；利用DPS 5.0軟件分別對親本和正反交雜種F1的平均含梗率進行差異顯著性分析以判斷含梗率的遺傳類型；利用Origin 2017軟件繪制雜種F2含梗率分離群體頻次分布圖，并檢驗正態(tài)分布情況和描述性統(tǒng)計分析；用R語言運行植物數(shù)量性狀主基因+多基因遺傳分析SEA軟件，選用SEA遺傳分析軟件的六個世代G6F2(P1、P2、F1、F2、BC1、BC2)聯(lián)合分析模型，對煙葉含梗率進行遺傳模型選擇、檢驗及遺傳效應(yīng)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 含梗率遺傳類型分析

由表1可知，兩親本P1和P2煙株含梗率分別為17.97%和 23.97%，差異極顯著，差異幅度達到33.39%，說明選用NC 82、韭菜坪2號作為煙葉含梗率遺傳分析的親本較為適宜。正反交F1的煙葉含梗率相差0.72個百分點，差異不顯著，說明煙葉含梗率是受細胞核基因控制的性狀。

表1 親本、F1含梗率平均值統(tǒng)計Table 1 Statistics of average stem ratio of parents and F1

2.2 F2分離群體的含梗率分離規(guī)律分析

對F2單株煙葉含梗率進行分組檢驗，結(jié)果(圖1)顯，F(xiàn)2分離群體的含梗率分離次數(shù)分布呈連續(xù)型分布，變幅為7%～ 41%，平均數(shù)為19.86%。其中，低于低親含梗率的煙株共 692株，占總?cè)后w 42.19%；高于高親含梗率的煙株共377 株，占總?cè)后w 22.99%，說明F2分離群體的含梗率離散性較大，具有非常豐富的遺傳變異。

對F2分離群體的煙葉含梗率進行數(shù)據(jù)特征分析，含梗率的平均值(19.86%)>中位數(shù)(19.95%)>眾數(shù)(13.21%)，峰度值(0.07)>0，偏度值(0.55)>0。結(jié)合F2分離群體的次數(shù)分布正態(tài)檢驗結(jié)果(圖1)可看出，F(xiàn)2分離呈單峰曲線，表明F2代分離群體的煙葉含梗率呈右偏正態(tài)連續(xù)性分布，推測煙葉含梗率是數(shù)量性狀，可能是由主基因和多基因控制，宜采用主基因和多基因混合遺傳模型做進一步分析。

圖1 F2分離群體含梗率的次數(shù)分布Fig.1 Frequency distribution of stem ratio in F2 segregation population

2.3 煙葉含梗率主基因和多基因混合遺傳分析

2.3.1遺傳模型的選擇

采用植物數(shù)量性狀主基因+多基因混合遺傳模型分析方法對煙草六個世代的含梗率進行分析，獲得 5 類24 種遺傳模型及其MLV和AIC值(見表2)，其中A表1 對主基因、B表2 對主基因、C表多基因、D表1 對主基因+多基因、E表 2 對主基因+多基因。根據(jù)遺傳模型AIC最小準則，從中選擇出 5個AIC值最小的模型作為備選模型，分別為 E-0、E-1、B-1、B-2和D-4，其AIC值分別為11 366.68、11 405.74、11 407.25、11 435.27和11 436.33。

表2 煙葉含梗率遺傳模型及其MLV值和AIC值Table 2 Genetic model of stem ratio and its MLV and AIC values

2.3.2最優(yōu)遺傳模型的篩選

對煙葉含梗率的5個備選模型進行均勻性和適合性檢驗，分別獲得U12、U22、U32、nW2、Dn等統(tǒng)計量及其P值(表3)，以統(tǒng)計量達到顯著水平的個數(shù)最少且AIC值最小的原則作為最優(yōu)模型的選擇標準。備選模型達到顯著差異的個數(shù)分別為： E-0有4個達到顯著差異，E-1 有5個達到顯著差異，B-1有 9 個達到顯著差異，B-2有 11個達到顯著差異，D-4模型有6個達到顯著水平；且E-0的AIC值最小。因此，煙葉含梗率性狀的最優(yōu)模型為E-0 (MX 2-ADI-ADI)，即煙葉含梗率的遺傳符合2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因相等的遺傳模型。

表3 E-0、E-1、B-1、B-2、D-4適合性檢驗Table 3 E-0、E-1、B-1、B-2、D-4 suitability test

2.3.3煙葉含梗率最優(yōu)遺傳模型的成分分布及其權(quán)重分析

根據(jù)最優(yōu)模型，BC1群體的含梗率存在4個成分分布，分布比例為1∶1∶1∶1，BC2群體的含梗率也存在4個成分分布，分布比例為1∶1∶1∶1，F(xiàn)2群體的含梗率存在9個成分分布，分布比例為1∶2∶1∶2∶4∶2∶1∶2∶1(表 4)，觀察值與理論值基本相符，進一步說明煙葉含梗率的遺傳符合受 2 對主效基因的控制。

表4 煙葉含梗率最優(yōu)模型的成分分布及其權(quán)重Table 4 Component distribution and weight of optimal model for tobacco stem ratio

2.3.4煙葉含梗率的遺傳參數(shù)估計

根據(jù)最優(yōu)遺傳模型估算煙葉含梗率的一階遺傳參數(shù)和二階遺傳參數(shù)(表5)，在煙葉含梗率性狀的遺傳參數(shù)中，2對主基因遺傳率為56.847 7%，2對主基因的加性效應(yīng)值da=db=4.017 7>0，表明2對主基因加性作用相等，均為正向遺傳效應(yīng)，2對主效基因累加選擇可提高煙葉含梗率。2對主基因顯性效應(yīng)與加性效應(yīng)的比值為0顯性效應(yīng)。雜交育種是改良煙葉含梗率的最佳育種方法，雜種優(yōu)勢利用也可用于煙葉含梗率的遺傳改良。2對主基因顯性效應(yīng)ha=0.08>0和hb=0.092 8>0，表明高含梗率對低含梗率呈部分顯性。F2、BC1和BC2群體中控制含梗率主基因遺傳率和多基因的遺傳率分別為56.847 7%和0、52.687 9%和0、4.347 5%和58.866 1%，表明在BC1和F2群體中含梗率以主基因遺傳為主，在BC2群體中控制含梗率以多基因為主，低含梗率品種NC 82的主基因遺傳增效較大。

表5 最優(yōu)遺傳模型參數(shù)估計Table 5 Optimal genetic model parameter estimation

3 討 論

海拔、氣候、土壤、肥料等環(huán)境因素和品種對煙葉含梗率均有影響，預(yù)著煙葉含梗率可能是由基因和環(huán)境共同調(diào)控的數(shù)量性狀。性狀類型不同和群體不同，遺傳特點的研究方法也不盡相同[22]。質(zhì)量性狀的遺傳特點研究較為簡單，根據(jù)群體的分離比例統(tǒng)計即可判斷性狀的基因型，而數(shù)量性狀往往由多對主基因控制，既有遺傳效應(yīng)較大的主基因控制，也存在效應(yīng)較小的多基因控制，同時也有二者共同控制的性狀[23]。數(shù)量性狀的遺傳研究較為復(fù)雜，需統(tǒng)計群體分離比例、正態(tài)性檢驗及主基因+多基因混合遺傳模型分析來進行遺傳模型選擇和參數(shù)估計[24-25]。植物數(shù)量性狀主基因+多基因遺傳模型代表了數(shù)量性狀遺傳的一般模式，其可以檢測主基因的存在，得到性狀的遺傳組成、各基因的遺傳參數(shù)，為開發(fā)分子標記和進行分子設(shè)計育種提供理論依據(jù)。本研究結(jié)果表明，煙葉含梗率是受2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因控制(MX 2-ADI-ADI)的數(shù)量性狀。

性狀遺傳特點是確定遺傳改良方法和選擇技術(shù)的依據(jù)[26]。煙葉中煙梗含量一般占30%，煙葉含梗率降低1個百分點，將為卷煙企業(yè)節(jié)省超過10億元的原料采購成本[27-29]。本研究對煙葉含梗率最優(yōu)模型的遺傳參數(shù)估計的結(jié)果表明，控制煙葉含梗率性狀的2對主基因遺傳率為56.847 7%，2 對主基因均以加性效應(yīng)為主，也表現(xiàn)出部分顯性效應(yīng)，雜交育種是改良煙葉含梗率的最佳育種方法，雜種優(yōu)勢利用也可用于煙葉含梗率的遺傳改良[18]；2對主基因的加性效應(yīng)相等，均為正向遺傳效應(yīng)，高含梗率對低含梗率呈部分顯性，對2對主效基因進行負向或隱性選擇可降低含梗率。在降低煙葉含梗率的回交改良中，選擇低含梗率品種作為輪回親本，其主基因遺傳增效較大，改良的效果好。

4 結(jié) 論

煙葉含梗率是受細胞核基因控制的數(shù)量性狀，符合2對加性-顯性主基因+加性-顯性多基因的遺傳模型(MX 2-ADI-ADI)，2 對主基因的遺傳率為56.847 7%，均以加性效應(yīng)為主且加性作用相等，也表現(xiàn)出部分顯性效應(yīng)，高含梗率對低含梗率呈部分顯性。本研究結(jié)果表明，雜交育種是改良煙葉含梗率的最佳育種方法，雜種優(yōu)勢利用也可用于煙葉含梗率的遺傳改良，通過對2對主基因進行負向或隱性選擇可降低煙葉含梗率。同時，本研究結(jié)果為煙葉含梗率的分子標記篩選提供了理論依據(jù)，為分子標記輔助選擇與回交技術(shù)相結(jié)合對煙葉含梗率進行定向改良提供了材料保障和技術(shù)支撐。