西瓜果实可溶性糖含量的遗传分析

栾非时，王凤娇，高鹏，刘识，刘阳

（1.东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030；2.齐齐哈尔市建华机械有限公司农业分公司，黑龙江齐齐哈尔 161006）

西瓜果实可溶性糖含量的遗传分析

栾非时1，王凤娇1，高鹏1，刘识1，刘阳2

（1.东北农业大学园艺学院，哈尔滨 150030；2.齐齐哈尔市建华机械有限公司农业分公司，黑龙江齐齐哈尔 161006）

以高糖西瓜品系“花园母本”和低糖西瓜品系“LSW-177”为亲本材料配制杂交组合，测定各世代西瓜果实边缘及中心部分蔗糖、果糖及葡萄糖含量，利用主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析法，对获得六世代群体（P1，P2，F1，F2，BC1P1，BC1P2）的各可溶性糖含量在西瓜果实边缘和中心部位的遗传特点进行分析。结果表明，西瓜果实不同可溶性糖含量遗传模型不同，不同部位同一种糖含量遗传模型不一定相同。边缘蔗糖、中心蔗糖、边缘果糖、中心果糖、边缘葡萄糖和中心葡萄糖的遗传模型分别为D-1、E-4、C-0、C-0、D-2、E-3，均为主基因+多基因的数量性状遗传模型。

西瓜；葡萄糖；果糖；蔗糖；遗传

2011年我国西瓜产量为6 889万t，占世界总产量60%以上，位居世界第一[1]。糖分含量是衡量果实品质的一项重要指标，蔗糖、果糖、葡萄糖是西瓜中主要的可溶性固形物[2]。西瓜果实中3种糖分含量比例决定西瓜品质、甜度及口感。通过培育低糖品种，特别是低蔗糖和葡萄糖品种，可以满足糖尿病病人的特殊需求[3]。

常尚连等研究发现，果实发育前期糖缓慢积累，生长中期蔗糖迅速积累，果糖和葡萄糖下降；进入生长后期蔗糖下降，果糖和葡萄糖略有回升[4]。万学闪等通过对不同种质、倍性西瓜品种、西瓜果实不同部位糖含量进行测定，结果表明，不同种质、不同无籽西瓜品种及西瓜果实不同部位果糖、蔗糖、葡萄糖和总糖含量差异明显[5-7]。

本文采用主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析法[8]，研究花园母本与LSW-177组合果实中各单糖含量遗传特点，为培育高甜度、高品质西瓜品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材料

由高糖西瓜品系“花园母本”（由东北农业大学园艺学院西甜瓜分子育种研究室提供）、低糖西瓜品系“LSW-177”（由美国农业部农业研究署西南农业试验站，Angela R.Davis博士提供）配制P1、P2、F1、BC1P1、BC1P2、F2六个世代。不分离群体P1、P2、F1各种植20株，回交世代BC1P1、BC1P2各种植20株，分离世代F2种植200株。株行距80 cm× 50 cm，吊蔓栽培，双蔓整枝；灌水，施肥及病虫害等管理均按常规生产进行。

1.2 糖含量测定

称取西瓜样品5 g加入10 mL 80%乙醇充分研磨成浆，80℃水浴40 min后，加入2 g活性炭脱色，10 000 r·min-1离心30 min，取上清液定容至25 mL备用。蔗糖、果糖及葡萄糖测量方法参照万学闪等[6]、张莉[9]方法，具体方法有如下改动。

①蔗糖含量测定：取0.1 mL稀释液（0.2 mL提取液稀释至4 mL），加入3 mL蒽酮，室温下避光放置2 h，在620 nm波长下测定吸光值。蔗糖含量根据公式计算：

蔗糖含量（g·kg-1FW）=（11.36A-0.15）×f

其中，A为吸光值，f为稀释倍数。

②果糖含量测定：取0.1 mL稀释液（0.1 mL提取液稀释至0.2 mL），加入0.1 mL 30%KOH溶液，沸水浴10 min，冷却至室温后加入3 mL蒽酮，40℃水浴15 min，在620 nm波长下测定吸光值。果糖含量根据公式计算：

果糖含量（g·kg-1FW）=（5.93A-0.123）×f

其中，A为吸光值，f为稀释倍数。

③葡萄糖含量测定：取0.5 mL稀释液（0.1 mL提取液稀释至1.2 mL），加入1 mL 3,5-二硝基水杨酸，沸水浴2 mL，冷却后加入4.5 mL H2O，在540 nm波长下测定吸光值。葡萄糖含量根据公式计算：

葡萄糖含量（g·kg-1FW）=（19.23A-0.342）×f其中，A为吸光值，f为稀释倍数。

1.3 统计分析

采用盖钧镒等多世代联合分析软件[8]对试验数据进行分析，通过极大似然法和IECM（Iterated ex⁃pectation and conditional maximization）估计各世代、各成分分布的参数，然后通过AIC（Akaike's information criterion）值选择供选的相对最佳模型，同时进行一组适合性检验，包括Smirnov检验（nW2），Kolmogorov检验（Dn），选择最优模型。

2 结果与分析

2.1 蔗糖、果糖和葡萄糖含量在不同世代群体果实中的比较

由表1可知，F1代中心及边缘各单糖含量均介于亲本之间，并更接近高值亲本，BC1P1世代各单糖中心及边缘含量均接近于P1，BC1P2世代各单糖含量均接近于P2。

表1 蔗糖、果糖、葡萄糖含量在不同世代果实中的平均值Table 1 Average of sucrose,fructose,glucose content in different generations(g·kg-1FW)

2.2 F2世代果实蔗糖、果糖及葡萄糖含量的次数分布

从F2世代果实蔗糖、果糖及葡萄糖含量的次数分布来看（见图1），边缘蔗糖含量呈偏态分布，中心蔗糖含量呈连续分布，边缘果糖含量呈双峰分布，中心果糖含量呈偏态分布，边缘葡萄糖含量呈正态分布，中心葡萄糖含量呈双峰分布，表现出主基因与多基因共同控制的数量性状遗传特征。

2.3 最优遗传模型选择检验

根据联合分析原则，最优遗传模型从AIC值较小的模型中选出，同时有几个模型AIC值较小且差异不大时，通过适合性检验，选择参数达到显著差异数最小的模型为最优模型。

边缘蔗糖对应的A-2、A-3、A-4、B-1、B-2、 B-3、B-4、B-5、B-6模型AIC值空白，表明该群体内边缘蔗糖不存在这些模型对应的基因效应；中心蔗糖对应的A-2、A-3、A-4、B-1、B-2、B-3、B-4、B-5、B-6模型AIC值空白，表明该群体内中心蔗糖不存在这些模型对应的基因效应；边缘葡萄糖对应的B-5、B-6、E-6模型AIC值空白，表明该群体内边缘葡萄糖不存在这些模型对应的基因效应。

图1 F2代果实各单糖含量次数分布Fig.1 Frequency distribution of the monosaccharide content in F2generation

表2 各遗传模型AIC值Table 2 AIC estimation of different genetic models

边缘蔗糖含量中，D-1、D-3与D-4模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：D-1、D-3和D-4模型分别有0，1和1个统计量达到显著差异。D-1模型的AIC值相对最小，且达到显著差异的统计量最少，所以，D-1模型（一对加性-显性主基因+加性-显性多基因混合遗传模型）为最优模型。

中心蔗糖含量中，E-1、E-4模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：E-1、E-4模型分别有3、0个统计量达显著差异。E-4模型的AIC值相对最小，且达到显著差异统计量最少。所以，E-4模型（两对等价性主基因+加性-显性多基因模型）为最优模型。

边缘果糖含量中，C-0、D-1模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：C-0、D-1模型均有1个统计量达到显著差异。而C-0的AIC值较D-1小，因此，C-0模型（加性-显性-上位性多基因遗传模型）为最优模型。

中心果糖含量中，C-0、D-2模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：C-0、D-2模型分别有3，5个统计量达到显著差异。C-0模型的AIC值相对最小，且达到显著差异的统计量最少，所以，C-0模型（加性-显性-上位性多基因遗传模型）为最优模型。

边缘葡萄糖含量中，C-0、D-0、D-2、E-0模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：C-0、D-0、D-2、E-0模型分别有3、5、2、2个统计量达到显著差异。因此，选择D-2或E-0模型较好。而D-2的AIC值比E-0低，所以，D-2模型（一对加性主基因+加性-显性多基因模型）为最优模型。

中心葡萄糖含量中，D-2、D-3、D-4、E-1、E-3模型的AIC值较小（见表2），为备选模型。进一步适合性检验结果表明（见表3）：D-2、D-3、D-4、E-1、E-3模型分别有1、2、2、2、0个统计量达到显著差异。E-3模型的AIC值相对较小，且达到显著差异的统计量最少，所以，E-3模型（两对加性主基因+加性-显性多基因模型）为最优模型。

2.4 最适模型的遗传参数估计

利用软件分析结果得到边缘蔗糖含量模型（D-1）、中心蔗糖含量模型（E-4）、边缘果糖含量模型（C-0）、中心果糖含量模型（C-0）、边缘葡萄糖含量模型（D-2）、中心葡萄糖含量模型（E-3）的分布参数估计一阶遗传参数值（见表4），并进一步估计二阶参数（见表5）。

由表4可知，边缘蔗糖含量（D-1模型）主基因的加性效应为正向，多基因效应为1.46，显性效应为2.05。中心果糖含量（E-4模型）两对主基因为等加性，加性效应为正向，多基因效应为6.01，显性效应为2.41。边缘葡萄糖含量（D-2模型）主基因的加性效应为正向，多基因效应为7.47，显性效应为0.83。中心葡萄糖含量（E-3模型）两对主基因的加性效应均为正向，分别为22.19和2.32，说明第1对主基因的加性作用比第2对主基因大，其加性效应以第1对主基因为主，两对主基因的显性效应相等，多基因效应为9.36，显性效应为0.83。

表3 可溶性糖含量遗传模型的适合性检验Table 3 Test of goodness-of-fit about genetic model in soluble sugar content

续表3

续表3

由表5可知，在F2代群体中，边缘蔗糖、中心蔗糖、边缘葡萄糖和中心葡萄糖含量的主基因遗传率分别为14.89%、87.23%、22.95%、20.99%，多基因遗传率分别为83.02%、12.36%、0.70%、 62.35%。边缘蔗糖与中心葡萄糖含量的多基因遗传率明显高于主基因遗传率，而中心蔗糖与边缘葡萄糖则明显低于主基因遗传率。同时，边缘葡萄糖含量受环境影响很大。

表4 各模型一阶遗传参数估值Table 4 Estimates of first order genetic parameters of models

表5 各单糖含量二阶遗传参数估计值Table 5 Estimates of second order parameters of soluble sugar content

3 讨论与结论

混合遗传模型主基因+多基因多世代联合分析法应用在大豆[10-11]、水稻[12-13]、小麦[14-15]、黄瓜[16-19]、油菜[20]等作物数量性状遗传研究中，对数量性状遗传方式与表达效果均进行了较好诠释。本研究利用主基因+多基因模型混合遗传模型的多世代联合分析法，对六世代（P1、P2、F1、BC1P1、BC1P2、F2）西瓜果实边缘与中心部分的蔗糖、果糖、葡萄糖含量进行遗传分析。结果表明西瓜果实边缘蔗糖含量由一对加性-显性主基因+加性-显性多基因控制，区分了主基因和多基因效应，并计算得F2代主基因遗传率为14.98%，多基因遗传率为83.02%，多基因遗传相对较高，起主导作用。中心蔗糖含量由两对等加性主基因+加性-显性多基因控制，区分了主基因和多基因效应，并计算得F2代主基因遗传率为87.23%，多基因遗传率为12.36%，主基因遗传起主导作用。边缘果糖含量与中心果糖含量均由加性-显性+上位性多基因控制，由于F2代表型为单一正态分布，因此可能存在效应小的多基因，且数量较多，多基因存在连锁与互作。边缘葡萄糖含量由一对加性主基因+加性-显性多基因控制，区分了主基因和多基因的遗传效应，并计算得F2代主基因遗传率为22.95%，多基因遗传率为0.70%，主基因遗传起主导作用，同时说明环境对边缘葡萄糖含量也有一定影响。中心葡萄糖由两对加性主基因+加性-显性多基因控制，区分了主基因与多基因效应，并计算得F2代主基因遗传率为30.99%，多基因遗传率为62.35%，多基因遗传相对较高，起主导作用。

本研究利用主基因+多基因混合遗传模型的多世代联合分析法对西瓜果实边缘与中心部分的蔗糖、果糖、葡萄糖含量进行遗传分析，明确西瓜不同部位可溶性糖含量的遗传机制，为构建西瓜高密度遗传连锁图谱，进行西瓜各可溶性糖QTL定位、精细基因定位和分子标记辅助选择育种和转基因育种奠定基础。

[1]王琛,张琳,赵姜,等.中国西瓜市场形势分析与展望[J].农业展望,2013(4):28-30.

[2]郭尚,田如霞,王宇楠.西瓜果实糖分积累研究综述[J].中国农学通报,2010,26(20):271-274.

[3]万学闪,刘文革,阎志红,等.无籽西瓜果实不同部位糖含量测定[J].中国瓜菜,2009(5):10-14.

[4]常尚连,于贤昌,于喜艳.西瓜果实发育过程中糖分积累与相关酶活性的变化[J].西北农业学报,2006,15(3):138-141.

[5]万学闪,刘文革,阎志红,等.不同倍性西瓜果实不同糖含量比较[J].长江蔬菜:学术版,2010(8):19-22.

[6]万学闪,芦金生,刘文革,等.西瓜果实发育过程中不同糖含量的变化[J].中国瓜菜,2011,24(5):5-9.

[7]万学闪,刘文革,阎志红,等.无籽西瓜果实不同部位糖含量测定[J].中国瓜菜,2009(5):10-14.

[8]盖钧镒,章元明,王建康.植物数量性状一传体系[M].北京:科学出版社,2003:351-370.

[9]张莉.西瓜果实含糖量遗传规律及糖分积累与蔗糖代谢酶的关系[D].兰州:甘肃农业大学,2010.

[10]李广军,程利国,张国政,等.大豆对豆卷叶螟抗性的主基因+多基因混合遗传[J].大豆科学,2008,27(1):33-41.

[11]罗庆云,於丙军,刘友良,等.栽培大豆耐盐性的主基因+多基因混合遗传分析[J].大豆科学,2004,23(4):239-244.

[12]杜鹃,曾亚文,杨树明,等.合系35×老来红联合世代耐低磷性状主基因多基因遗传研究[J].云南大学学报:自然科学版, 2008,30(3):308-313.

[13]杜鹃,曾亚文,杨树明,等.云南粳稻耐低磷特性的主基因多基因遗传分析[J].生态研究,2007,16(3):920-925.

[14]张立平,赵昌平,单富华,等.小麦光温敏不育系BS210育性的主基因+多基因混合遗传分析[J].作物学报,2007,33(9): 1553-1557.

[15]侯北伟,窦秉德,章元明,等.小麦雌性育性的主基因+多基因混合遗传分析[J].遗传,2006,28(12):1567-1572.

[16]罗晓梅,司龙亭,尹维娜.黄瓜黄色线与瓜长比的主基因+多基因的遗传分析[J].华北农学报,2008,23(2):88-91.

[17]闫立英,娄丽娜,冯志红等.雌雄同株黄瓜单性结实性主基因+多基因混合遗传分析[J].西北植物学报,2009,29(6):1122-1126.

[18]嵇怡,徐强,陈学好.黄瓜株高性状遗传模型分析[J].扬州大学学报:农业与生命科学版,2009,30(3):75-79.

[19]Martin A,Yeboah,Chen X H,et al.Inheritance of water logging tolerance in cucumber[J].Euphytica,2008,162:145-154.

[20]Zhang S F,Ma C Z,Zhu J C,et al.Genetic analysis of oil content in Brassucanapus L.using mixed model of major-gene and poly⁃gene[J].Act a Genet Sin,2006,33(20):171-180.

Genetic analysis of watermelon fruit soluble sugar contents

LUAN Feishi1, WANG Fengjiao1,GAO Peng1,LIU Shi1,LIU Yang2 (1.School of Horticulture,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Agricultural Branch,Qiqihar Jianhua Machinery Co.,Ltd.,Qiqihar Heilongjiang 161006,China)

With high sugar watermelon strain garden female parent and low sugar watermelon strain LSW-177 cross combinations,for material preparation measure the watermelon fruit edge and center part of sucrose,fructose and glucose levels,using main gene+more hybrid genetic model generation joint analysis method,to obtain six generation group(P1,P2,F1,F2,BC1P1,BC1P2)of the soluble sugar content on the edge of the watermelon fruit and central parts of genetic characteristics.The results showed that the watermelon fruit different soluble sugar content in the genetic model,different parts of the same genetic model of soluble sugar content was not necessarily the same.The genetic models of edge of sucrose,middle of sucrose, edges of fructose,middle of fructose,edge of glucose,middle of glucose were D-1,E-4,C-0,C-0,D-2,E-3, respectively,all give priority to the number of gene+more traits genetic model.

watermelon;glucose;fructose;sucrose;inheritance

S651

A

1005-9369（2014）09-0025-09

2014-02-22

国家西甜瓜产业技术体系-分子育种岗位专家项目（CARS-026-02）

栾非时（1964-），女，教授，博士，博士生导师，研究方向为西甜瓜育种。E-mail：luanfeishi@sina.com

时间2014-9-18 10:48:43[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140918.1048.013.html

栾非时,王凤娇,高鹏,等.西瓜果实可溶性糖含量的遗传分析[J].东北农业大学学报,2014,45(9):25-33.

Luan Feishi,Wang Fengjiao,Gao Peng,et al.Genetic analysis of watermelon fruit soluble sugar contents[J].Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(9):25-33.(in Chinese with English abstract)