黄瓜黑斑病抗性遗传分析

王惠哲 李淑菊 杨瑞环 管炜

摘 要： 以感黑斑病自交系L63和抗黑斑病自交系L9为亲本建立了6个世代联合群体（P1、P2、F1、BC1S、BC1R、F2），采用植物数量性状主基因■多基因混合遗传模型对群体的黑斑病抗性进行多世代联合分析。结果表明，黄瓜抗黑斑病性状符合D-2遗传模型，受1对加性主基因■加性■显性多基因控制；BC1S、BC1R、F2的主基因遗传率分别为60.23%、60.23%、75.18%，多基因遗传率均为0。说明控制黄瓜黑斑病的抗性为主基因遗传，并且遗传稳定，环境方差占表型方差的比例大于24.82%、小于39.77%，也受到外界环境的影响。

关键词： 黄瓜； 黑斑病； 遗传； 主基因■多基因

Genetic Analysis of Resistance to Alternaria Leaf Spot in Cucumber

WANG Hui-zhe， LI Shu-ju， YANG Rui-huan， GUAN Wei

（Tianjin Kernel Cucumber Research Institute， Tianjin 300192， China）

Abstract： Two inbred lines with different resistance of Alternaria leaf spot were used as parents and developed 5 populations （P1，P2，F1，BC1S，BC1R，F2）for this study. Using the model of major gene plus polygene of quantitative traits，a joint analysis of the five populations was carried out to investigate the inheritance of Alternaria leaf spot resistance in cucumber. The results showed that the inheritance of Alternaria leaf spot resistance fitted to the model D-2，controlled by an additive major gene and additive dominant polygenes. Heritability of the major genes in BC1S，BC1R，F2 were 60.23%，60.23%，75.18%，respectively，and 0 for polygenes. The resistance is mainly governed by the major gene，and its heritability is stable. Variance of environment，24.82%-39.77%，is high in total variance.

Key words： Cucumber； Alternaria leaf spot； Genetic； Major gene plus polygene

黄瓜黑斑病（Cucumber alternaria leaf spot， Alternaria cucumerina）是近几年发展起来的一种由瓜链格孢菌引起、危害严重的真菌性病害，保护地、露地栽培均可发生[1]。俗称烤叶病、烧叶病，幼苗、成株均可发病。主要危害叶片，一般先从黄瓜的中、下部叶片开始发生，而后逐渐向上蔓延，最后仅剩下顶端几片绿叶，病株似火烤状。病斑多数沿叶脉两侧的叶肉组织发展，主脉一般不受害。发病严重时多个病斑连成一片，叶肉组织枯死，叶缘向上卷起，叶子焦枯，但不脱落。一般在4月中旬至5月上、中旬发生，发病率在60% 以上，减产10%～20%[2]。结瓜期发病，如果防治不及时，会造成绝产，给种植户造成巨大经济损失。因此，黄瓜的抗黑斑病遗传研究对于指导育种实践具有非常重要的意义，本试验应用盖均镒等[3]的数量性状分析方法对黄瓜黑斑病抗性加以分析，为科学制定黄瓜抗黑斑病育种选择策略和利用抗黑斑病资源提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

感黑斑病母本L63，抗黑斑病父本L9，及其F1、F2和BC1群体，均由天津科润黄瓜研究所育种一室提供。供试病菌：试验采用从田间样本上分离鉴定、纯化并保存的086菌株。接种前，将该菌株转接到PDA平板上，置26 ℃ 温箱中培养5～7 d，加适量无菌水洗下分生孢子，纱布滤去菌丝后，配成分生孢子浓度为1×107个·mL-1的悬浮液用于接种。

1.2 试验方法

1.2.1 黄瓜黑斑病苗期人工接种抗病性鉴定 （1）育苗和管理：于温室播种P1、P2、F1、BC1R、BC1S、F2 6个世代分析群体，高度感病亲本P1种植36株，高度抗病亲本P2种植57株，F2种植266株，F1种植72株，BC1S种植74株，BC1R种植90株。播种前黄瓜种子用0.1% 升汞消毒10 min，清水冲洗干净后45～50 ℃ 温水浸种4～6 h后于28～29 ℃ 恒温箱内催芽，出芽后播于盛有灭菌蛭石的营养钵内，夜间薄膜覆盖，出苗后常规管理，于出苗后浇1次营养液。（2）接种方法：采用苗期喷雾接种法，待第1片真叶充分展开时用手持喷雾器喷雾接种分生孢子浓度为1×107个·mL-1的悬浮液，以叶面不形成水滴为度。接种后幼苗置于培养箱或室内，前48 h温度为20～22 ℃，黑暗，RH为100%；以后仅夜间保湿，白天25～30 ℃、夜间20 ℃ 左右，13 h光照/11 h黑暗；5～10 d调查发病情况[4-6]。

1.2.2 黑斑病抗性遗传效应分析 参照盖均镒等[3]的方法，应用植物数量性状主基因■多基因混合遗传分析模型对6个世代的抗黑斑病性状进行遗传效应分析，通过极大似然法和IECM（Iterated expectation and conditional maximization）算法估计各世代、各有关成分分布的参数，然后根据AIC（Akaikes information criterion，AIC）准则计算24种模型的 AIC值并进行比较，选择候选模型，再对候选模型进行一组适合性测验，包括均匀性检验（U12，U22，U32），Smirnov检验（nW2），Kolmogorov检验（Dn），选择最优模型，并估计主基因和多基因效应值。

2 结果与分析

2.1 各世代黑斑病抗性的次数分布

由表1可以看出，高感黑斑病亲本P1的平均病情级别为4.94，高抗黑斑病亲本P2的平均病情级别为0.40，是两个极端。对两亲本抗病性进行t测验分析后可知两亲本间的抗病性差异达到极显著水平，说明亲本间存在真实而显著的遗传差异。因此，可以对黄瓜各世代的抗黑斑病性状进行进一步的遗传模型分析及相关遗传参数估计。

F1的平均病情级别为2.83，其最大值为5，偏向于高感黑斑病黄瓜亲本P1。F2代的平均病情级别为2.77，呈现中等抗性，但群体中个体差异比较大，最小值为0，表现为极高抗单株；最大值为5，表现为极高感单株。由F2世代的次数分布图可知，F2世代的分布呈偏正态分布。BC1S偏向易感亲本P1，BC1R偏向高抗亲本P2，表明主基因控制该组合抗病性的表现（图1～3）。

2.2 黄瓜黑斑病抗性的主基因■多基因遗传分析

2.2.1 候选遗传模型的选择和适合性检验 用植物数量性状主基因■多基因遗传模型的多世代联合分析方法对L63×L9黄瓜组合的6个世代群体抗黑斑病性状进行联合分析，获得1对主基因（A），2对主基因（B），多基因（C），1对主基因■多基因（D）和2对主基因+多基因（E）等5类24种遗传模型的极大似然函数值和AIC值（表2）。根据AIC准则，在备选遗传模型中，AIC值最小者为最优模型。比较模型所得的AIC值，其中D_2模型的AIC值最小，为1 868.18。AIC值较低的是D_1模型、B_1模型、E_3模型、E模型，分别为1 870.18、1 879.70、1 883.88、 1 888.61。由于这5个模型的AIC值在所有模型中较低，因此，初步选取这5个模型作为黄瓜6世代群体抗黑斑病性状遗传的候选模型。其中D_2为1对加性主基因■加性■显性多基因遗传，D_1为1对加性■显性主基因■加性■显性多基因遗传，B_1为加性■显性■上位性两对主基因遗传，E_3为2对加性主基因■加性■显性多基因遗传，E为2对加性■显性■上位性主基因■加性■显性■上位性多基因遗传。

对上述5个备选模型进行一组（U12、U22、U32、nW2、Dn）适合性检验后，选择统计量达到显著水平个数较少的模型作为最优模型。检验结果表明：通过适合性测验之后，发现D_2和D_1模型在6个世代的30个统计量中，有11个统计量达到显著水平（表3），B_1模型、E_3模型、E模型分别有13、16、13个统计量达到显著水平。D_2模型的适合性检验效果最佳，且AIC值也最小，因此，综合以上分析，确定该模型为最适模型，即黄瓜抗黑斑病性状的遗传受1对加性主基因■加性■显性多基因控制。查阅相关文献，尚未见有关黄瓜黑斑病抗性基因的相关命名，根据病原将该基因暂且命名为Acu。

2.2.2 最适模型下的遗传参数估计 利用软件分析结果得到黄瓜黑斑病抗性D_2模型的分布参数估计1阶参数值，并进一步估计2阶参数（表4）。由表可知，主基因加性效应d为1.859 4，多基因加性效应[d]为0.420 3，且│d│>│[d]│，说明以1对主基因加性效应为主；主基因显性效应h为0，主基因显性度为0；多基因显性效应[h]为0.123 6，多基因显性度为0.294 1小于1，说明多基因的遗传以加性效应为主。BC1S、BC1R、F2的主基因遗传率分别为60.23%、60.23%、75.18%，多基因遗传率均为0；环境效应方差分别占总表型方差的39.77%、39.77%、24.82%，说明在控制黄瓜抗黑斑病性状的遗传上以1对主基因作用为主，尚有24.82%～39.77%是由环境因素决定。

表4 D_2模型下相关遗传参数的估计

[注] m，6个世代群体平均值；d，主基因加性效应值；h，主基因显性效应值；[d]，多基因加性效应值；[h]，多基因显性效应值；h/d，显性度。

3 结论与讨论

近年来，许多学者采用多世代群体开展了不同性状的遗传分析，广泛应用于甜瓜[8]、黄瓜[9-10]、丝瓜[11]、胡萝卜[12]、白菜[13]、西葫芦[14-15]等园艺作物。

有关黄瓜黑斑病抗性遗传研究除本文作者外[7]，尚未见相关报道。本试验利用6世代（P1、P2、F1、BC1R、BC1S、F2）群体主基因■多基因模型分析法对黄瓜黑斑病抗性的遗传特点进行了研究，不仅检测了多基因效应，还鉴别了主基因的存在并估计其遗传效应。结果表明，在L63×L9的遗传背景下，黄瓜黑斑病抗性由1对加性主基因■加性■显性多基因共同控制（D_2模型），并且主基因遗传率明显高于多基因遗传率，这与前期本实验室采用BSA法获得的研究结果相一致[7]，进一步证实了黄瓜黑斑病抗性遗传受1对效应较大的主基因控制，这一试验结果将更有利于目标基因的定位。在分离世代中环境方差占一定的比例，说明环境对黄瓜抗黑斑病也有一定的影响。此外，还发现F2群体的主基因遗传率较高（75.18%），多基因遗传率为0，因此，对黄瓜黑斑病抗性的遗传改良应在早代进行选择，可选择高度抗病材料，通过杂交、回交手段转育主基因，达到选育高抗黑斑病材料的目的。黄瓜黑斑病感病性相对于抗病性为完全显性作用，因此要配制高抗黑斑病品种，应选择双亲均为高抗黑斑病的品系。

本研究中用的是F2群体，其优点是易于配制，缺点是一经自交或近交其遗传组成就会发生变化，无法永久使用，由F2单株提供的材料有限，难以进行持续性研究，也不能满足不同学者对同一材料合作研究的需要。不如永久性分离群体理想，其分离单位是株系，不同株系之间存在基因型的差异，而株系内个体间的基因型是相同的（纯合），自交不分离，如重组自交系、双单倍体和近等基因系。其优点是：可以连续不断地提供大量的试验材料，可以持续研究，还不影响后续的基因定位等深入研究，但获得该群体需要的时间较长，工作量也较大。

参考文献

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