花生百仁质量和含油量的遗传分析

张胜忠，焦 坤，胡晓辉，苗华荣，陈 静

(山东省花生研究所，山东 青岛 266100)

花生是世界范围内广泛栽培和利用的重要经济作物，是食用型植物油脂的重要来源。我国花生总产量一直稳居世界首位，其中55%用于榨油[1]。但是目前我国花生油年生产量和消费量存在约30%缺口，预计到2020年，花生油供给矛盾将进一步加剧[2]。目前，我国生产上推广的主要花生品种平均含油量仅为51.4%，而少数含油量超55%的高油花生品种一般都属珍珠豆型，籽仁较小，产量潜力低[3]。因此，利用优良品种杂交技术，培育大籽粒且高油脂含量的花生新品种，对保障我国粮油产业健康发展具有重要意义。

花生产量和含油量是影响花生油脂产量的两个决定性因素。籽仁质量是影响花生产量的重要因素之一。郑国栋等对9个花生农艺性状和产量进行灰色关联度分析，发现百仁质量对花生产量影响最大[4]。籽仁含油量对油脂产量的影响更大，据测算花生榨油原料中含油量每提高1%，相当于产量提高2%[3, 5]。花生籽仁质量和含油量属于数量性状，其遗传机制仍不明确。前人研究表明，对不同亲本组合、不同世代花生进行遗传分析，其遗传规律并不相同，这将对后续数量性状位点(quantitative trait locus, QTL)定位和新品种培育产生重大影响[1, 6-10]。

本研究以大花生品种花育36号和高油品系高油613构建了一个重组自交系(recombination inbred line, RIL)群体，并对该群体百仁质量和含油量进行了遗传分析，为深入了解花生籽仁质量和含油量遗传机制、定位相关QTL位点、培育高油大花生新品种奠定了重要基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究以花育36号×高油613构建的重组自交系群体RIL为试验材料。该群体包含169个家系。母本花育36号为山东省花生研究所育成高产优质抗逆大花生品种，通过了山东省农作物品种审定委员会审定和国家鉴定；父本高油613为山东省花生研究所育成的高油品系。2017年将RIL群体和亲本种植于山东省花生研究所试验站，收获后晾干备用。

1.2 试验方法

1.2.1 田间种植

将RIL群体(F2:6)和亲本种植在山东省花生研究所莱西试验站，种植方式为起垄双行单粒播种，行距40 cm，株距16.7 cm，每个家系种植10株，进行覆膜。播种期在4月底至5月初，成熟期收获晾晒后直接进行含油量检测。田间水肥管理等同于常规大田，及时进行病虫害防治。

1.2.2 花生百仁质量和含油量测定

每个家系选择成熟饱满的种子100粒，利用电子天平进行测定，每个家系至少测量3次。利用索氏提取法测定花生种子含油量。准确称取粉碎至40目的5 g花生种子粉，放入用滤纸做成的小袋中，按要求装好索氏提取器，将小袋放入抽提器，加入60～90 ℃的石油醚30 mL，在67～68 ℃条件下回流提取6 h，减压蒸发回收溶剂，得到花生油。试验设置3次重复，取平均值。

花生种子含油量/%=提取的花生油质量/花生种子粉质量×100

1.2.3 数据分析方法

根据盖钧镒等数量性状主基因+多基因混合遗传模型的联合分离分析方法，对花生种子含油量进行遗传分析，根据最大熵信息准则(Akaike' s information criterion, AIC)最小、适合性检验，包括均匀性检验(U12、U22、U32)、Smimov检验(nW2)和Kolmogorov检验(Dn)、亲本与杂种后代的表现选择最优遗传模型。获得最优遗传模型后，按最小二乘法计算出成分分布参数，由成份分布参数估计遗传参数[11-14]。

主基因遗传率：hmg2/%=σmg2/σp2，多基因遗传率：hpg2/%=σpg2/σp2。其中σp2为群体表型方差，σmg2为主基因遗传方差，σpg2为多基因遗传方差，σe2为多环境遗传方差。各遗传方差间的关系可表示为σp2=σmg2+σpg2+σe2。利用Excel软件统计分析RIL群体各个表型统计值，包括均值、标准差、最小值、最大值、变异系数、偏度、峰度、相关系数 [ρ=CORREL(array1, array2)]。

2 试验结果

2.1 百仁质量和含油量表现

母本花育36号百仁质量为107.82±0.52 g，含油量为52.48±1.38 %，父本高油613百仁质量为52.49±0.45 g，含油量为60.33±1.53%(图1)。对RIL群体百仁质量和含油量统计，结果表明RIL群体存在广泛的变异和超亲现象(表1)。RIL群体百仁质量变异幅度为43.11～136.43 g，群体平均值为88.99 g，偏向高值亲本，变异系数为0.32。RIL群体含油量变异幅度为48.37%～65.98%，群体平均值为58.18%，偏向高值亲本，变异系数为0.06。RIL群体各个家系百仁质量和含油量表现为一定程度负相关，相关系数-0.22(表1)。RIL群体百仁质量和含油量的峰度和偏度符合数量性状分布规律，次数分布图表现为连续分布，表明花生百仁质量和含油量可能存在多基因控制。RIL群体家系之间性状差异达到显著水平，适合进一步开展相关遗传分析。

2.2 遗传模型分析

利用盖钧镒[11]主基因+多基因混合遗传模型的多世代联合分析方法，对P1、P2、RIL群体的籽仁质量和含油量进行遗传分析。通过程序计算得到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)、3对主基因(F)和3对主基因+多基因(G)、4对主基因+多基因(H)和4对主基因+多基因(I)共9类65个遗传模型的极大对数似然函数值和AIC值(表2)。根据AIC值最小原则选择较适宜的备选遗传模型。由表2可知，对于百仁质量性状，模型I_9、I_10、I_8为备选遗传模型；对于含油量性状，模型E_1_2、E_1_9、E_1_7为备选遗传模型。

分别对2个性状的备选模型进行适合性检测，以确定最适合的遗传模型(表3)。由表3所示，对于百仁质量，备选模型I_9、I_10、I_8均有2个统计量达到显著水平；由于模型I_9的AIC值最小，因此模型I_9适合性更高，即模型I_9是RIL群体百仁质量性状的最适模型，即4对主基因加性效应+多基因加性上位性模型，其中3对主基因加性效应相等。对于含油量，备选模型E_1_2、E_1_9、E_1_7分别有2、1、3个统计量达到显著水平，因此模型E_1_9是RIL群体含油量性状的最适合模型。因此RIL群体籽仁含油量遗传规律符合E_1_9模型，即满足2对主基因+加性多基因遗传，主基因存在抑制作用。

图1 亲本百仁质量和含油量表型变异 Fig.1 100 seed mass and seed oil content variation of the parents

性状Trait群体均值Mean标准差SD极小值Min极大值Max变异系数CV偏度Skew峰度Kurt相关系数Correlation 百仁质量100 seed mass88.99 28.47 43.11 136.43 0.32 -0.12-0.56-0.22含油量 Oil content58.18 3.39 48.3765.98 0.06 -0.10-0.47-0.22

图2 RIL群体百仁质量和含油量性状次数分布 Fig.2 Frequency distributions for 100 seed mass and seed oil content of RIL population

模型Model AIC值 AIC value百仁质量100 seed mass含油量Oil content 模型Model AIC值 AIC value百仁质量100 seed mass含油量Oil content 模型Model AIC值 AIC value百仁质量100 seed mass含油量Oil content A_1 3023.691896.84D_111324.472334.11F_325006.054677.39A_211322.472529.41D_211249.122332.11F_436266.996515.89B_1_127373.365332.00E_1_17850.441760.42G_18210.371750.64B_1_224150.314168.40E_1_27882.731445.01G_26246.911980.89B_1_318147.933215.60E_1_3 152222.3219047.07G_36167.601606.22B_1_416704.103506.88E_1_46962.431628.70G_46928.501577.47B_1_522480.343356.41E_1_56343.161642.93H_12268.512414.75B_1_622372.653823.04E_1_66337.761623.17H_22327.432195.80B_1_711411.252525.41E_1_76099.791515.45H_333664.845703.05B_1_811411.252525.41E_1_86100.081515.45H_42155.612644.75B_1_911242.072330.11E_1_96136.701515.45H_52220.802294.75B_2_128401.754142.29E_2_131813.849037.09I_12177.071932.01B_2_222347.984235.61E_2_231818.369373.44I_22182.861953.60B_2_316330.493214.60E_2_321129.956101.15I_32193.661958.82B_2_416332.493388.48E_2_422349.037064.90I_42207.265966.54B_2_518148.933825.04E_2_522349.036803.75I_532339.075978.54B_2_616873.553244.15E_2_620897.815951.09I_634323.095481.35B_2_711413.252527.41E_2_712661.483584.34I_72150.781837.57B_2_811413.252527.41E_2_812720.373584.34I_82144.731864.52B_2_911320.472527.41E_2_912720.373584.65I_92137.328713.00C_13025.691898.85F_12171.697883.36I_102143.818085.78C_23023.691896.85F_22158.068490.72/ / /

表3 遗传模型的适合性检验

注：U12、U22、U32：均匀性检验；nW2：Smimov检验；Dn：Kolmogorov检验。

Note:U12,U22,U32, Equality test；nW2, Smimov test;Dn, Kolmogorov test.

2.3 遗传参数估计

选定最适遗传模型后，按最小二乘法计算出成分分布参数，由成分分布参数估计主基因和多基因遗传率(表4)。结果所示，百仁质量性状满足4对主基因加性效应+多基因加性上位性遗传，其中主基因遗传率为59.01%，多基因遗传率为40.28%，表明花生百仁质量主要受主基因效应控制，受环境影响较小。含油量性状由2对主基因+加性多基因控制，其中主基因遗传率为64.60%，多基因遗传率为27.18%，表明花生籽仁含油量主要受主基因效应控制，但是多基因效应不能被忽略。

表4 百仁质量和含油量遗传率估计

2.4 高油大花生家系筛选

图2所示，RIL群体中百仁质量超过高值亲本(107.82±0.52 g)的家系有32个，含油量超过高值亲本的家系(60.33±1.53%)有33个，但没发现百仁质量和含油量均超过高值亲本的家系。以百仁质量115 g和含油量58%为标准，共选出6个家系超过该标准，分别是R-8(115.97g，59.93%)、R-12(135.08g，59.97%)、R-35(121.46g，59.92%)、R-38(115.08g，59.16%)、R-115(118.76g，58.51%)、R-146(123.52g，58.67%)(图3)。这些家系的筛选，将为高油大花生品种的培育奠定重要的材料基础。

图3 6个高百仁质量和高含油量家系 Fig.3 6 RIL lines with high 100-seed-mass and oil content

3 讨 论

籽仁质量和含油量是决定花生油脂产量的两个重要因素。众多研究表明，籽仁质量和含油量均为数量性状，遗传机制较为复杂[1, 6, 8, 15]。因此开展籽仁质量和含油量遗传规律研究是实现优质育种的必要前提。

前人研究发现花生百仁质量主要受加性和非加性效应控制，但是以何种效应为主仍存在争议。殷冬梅等研究认为，百仁质量和百果重符合加性-显性遗传，具体表现为完全显性到超显性[6]。杨海棠等认为百仁质量受加性和非加性效应控制，但以加性效应为主。也有研究认为百仁质量、单株果质量、饱果数等性状，非加性基因效应比加性基因效应更重要[8]。目前，关于花生百仁质量主基因+多基因混合遗传分析的研究较少。张新友等利用郑8903/豫花4号RIL群体对10个农艺性状进行遗传分析，认为百仁质量性状符合2对具有加性-显性-上位性连锁主基因+多基因混合遗传模型[15]。王晓帅等以远杂9102/皖花4号F2群体为材料，认为百仁质量受2对主基因控制，主基因表现为显性效应[7]。与之前研究结果不同，本研究发现花育36号/高油613 RIL群体百仁质量符合4对主基因加性效应+多基因加性上位性模型，其中3对主基因加性效应相等，主基因遗传率为59.01%，多基因遗传率为40.28%。该RIL群体百仁质量存在广泛的超亲现象，可能是由于多基因非加性效应所致。

一般认为，花生含油量受多基因控制，但也有一些研究发现存在主基因遗传特性[16]。Zhang等对郑8903/豫花4号RIL家系脂肪含量进行遗传分析，发现含油量受2对加性互补主基因+多基因控制，其中多基因遗传率更高[9]。禹山林等对亲本SPI056/花育17号的F1、F2进行遗传分析，发现该性状受2对加性显性上位性基因+加性显性多基因控制，其中主基因遗传率更高[1]。陈四龙等同时对4个杂交组合后代群体的含油量进行主基因+多基因遗传分析，发现2个组合以主基因遗传为主；而另外2个组合仅受多基因控制[10]。本研究发现花生含油量符合2对主基因+加性多基因模型，主基因存在抑制作用，该结果与廖伯寿等利用远杂9102/中花5号RIL群体进行遗传分析的结果相同[17]。由此可见，含油量遗传基础非常复杂，利用不同组合、不同世代材料进行遗传分析，研究结果可能不尽相同。因此，育种实践中，育种者要根据不同的育种材料、不同组合、不同世代，采用相应的育种方法对相关性状进行遗传改良，从而达到育种目标。

为进一步促进花生油脂生产潜力，培育高油大花生新品种显得尤为必要。本研究所选用亲本的百仁质量和含油量均存在较大差异，且RIL家系存在广泛变异(图1、表1)，百仁质量和含油量呈现负相关，导致没有发现含油量和百仁质量均超高值亲本的家系，推测本材料中控制百仁质量和含油量部分位点可能存在一定程度连锁。张新友等发现控制百仁质量和含油量的部分QTL位于邻近区域[15]。因此，育种实践中育种者需适当扩大分离群体的规模以增加基因重组的概率，从而选择出理想性状的个体。本研究中，我们以百仁质量115 g和含油量58%为标准，共筛选6个家系超过该标准。同时，发现这些家系在多年多点环境下(2017、2018年莱西，2017年海南，2018年东营)，具有良好的产量和适应性表现(数据未发表)。该研究不仅为培育高油脂大花生新品种提供了中间育种材料，同时为定位花生籽仁重量和含油量QTL新位点提供理论基础。