雪茄外包皮烟叶片重要性状的遗传分析

宋健 刘国祥 程立锐 佟英 张兴伟 戴培刚

摘要：为研究雪茄外包皮烟叶重要性状的遗传规律，应用“主基因+多基因”混合遺传模型的4个世代联合分离分析方法，对雪茄烟品种Beinhartl000-1x鹤峰把把烟组合3个不同生育时期的叶面褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角3个叶片重要性状进行了分析。结果表明，控制3个性状的遗传模型和基因互作效应在各个时期存在着差异。叶面褶皱度的遗传率在团棵期和现蕾期分别为42.70%、57.71%，叶片厚薄在现蕾期和中心花开放期的遗传率分别为64.44%、50.62%，主侧脉夹角在现蕾期主基因遗传率达90.93%，在中心花开放期多基因遗传率为42.55%。可以看出，同一性状在不同生育时期的遗传效应存在差异，会因环境影响而表现出不同，所以雪茄烟品种培育过程中应注意基因效应与外界环境的相互作用。

关键词：雪茄外包皮烟：叶面褶皱度：叶片厚薄：主侧脉夹角：主基因+多基因：遗传分析

雪茄是一类特殊的烟草制品，是全部由烟叶构成的圆或方柱形烟支，最里面的是芯叶，包卷在芯叶外的是内包皮叶，卷覆在最外面的是外包皮叶。雪茄外包皮烟叶要求叶片薄、完整度好、组织细致、质地光滑、弹性好、拉力强、燃烧均匀且完全，而对香气、吃味无特殊要求：主侧脉夹角以45°为宜。雪茄外包皮烟叶片的许多重要性状属数量性状。“主基因+多基因”混合遗传模型是植物数量性状的通用模型，主要包括以下几种模型：一对主基因（A）、两对主基因（B）、多基因（C）、一对主基因+多基因（D）、两对主基因+多基因（E）、三对主基因（F）、三对主基因+多基因（G）、四对主基因（H）、四对主基因+多基因（I）等。广泛应用于小麦、玉米、水稻、大豆、黄瓜等多种作物中，在烟草的株高、叶数、叶面积、鲜叶重、叶绿素含量、茄尼醇含量、青枯病抗性、黑胫病抗性、易烤性等数量性状也开展过许多研究。

本文报道了雪茄外包皮烟叶片褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角3个重要性状在各生育期的遗传规律和遗传效应，分析性状表现的动态过程和遗传信息表达过程，以期为选育优质雪茄外包皮烟品种提供理论指导。

1材料与方法

1.1供试材料

供试材料选取雪茄烟叶片性状差异显著的Beinhartl000-1（P₁）和鹤峰把把烟（P₂）品种做为亲本，种子来源于国家烟草种质资源子平台。

1.2试验方法

试验地点在中国农业科学院烟草研究所即墨试验基地。2016年8月，Beinhart1000-1和鹤峰把把烟杂交，获得F₁代种子：2016年10月，将F₁于温室种植套袋自交加代，获得F₂种子：2017年将P₁、F₁、P₂和F₂全部材料进行田间种植。亲本（P₁、P₂）种植1行区共25株，F₁种植2行区共50株，F₂种植10行区共250株。

分别在团棵期（移栽后30 d左右）、现蕾期（移栽后50d左右）、中心花开放期（移栽后60d左右）3个时期，利用表面粗糙度仪、叶片厚度测量仪YH-1、高精度量角器，对P₁、F₁、P₂和F₂群体的全部单株进行叶面褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角性状的调查：主侧脉夹角的调查部位：中部最大叶的叶尖第二条主支脉交接处、中部主支脉交接处、叶基第二主支脉交接处。

1.3数据分析

采用植物数量性状主基因+多基因混合遗传模型多世代联合分析方法，对P₁、F₁、P₂和F₂群体3个生育期的叶面褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角进行遗传效应分析。通过极大似然法和IECM算法估计各世代、各成分的分布参数，然后通过AIC值选择最佳模型，同时进行一组适合性检验，包括均匀性U₂、U₂和U₂检验，Smimov检验（nw2）和Kolmogorov检验（D_n），根据检验结果选择最优遗传模型。采用最小二乘法从最优遗传模型的各成分分布参数估计各基因效应参数，分析组合的遗传效应。

2结果

2.1性状遗传方差分析及世代平均数分析

在3个不同的生育时期，对两个亲本间的叶面褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角性状进行方差分析，结果表明，除了叶片厚薄在团棵期的处理间无显著性差异外，其他性状各生育期的处理间差异达极显著性水平（表1），说明亲本间在重要叶面性状方面存在真实显著的遗传差异，可用来作为研究雪茄外包皮烟叶重要性状遗传规律的材料进行分析。

从表1可以看出，团棵期时叶面褶皱程度，F₁明显低于低值亲本P₁，说明叶面褶皱程度在这一时期表现出明显的负超显性效应：而在现蕾期和中心花开放期表现趋向一致，F₁与低值亲本间无显著性差异，表现一定的负显性效应。现蕾期F₁的叶片厚薄与高值亲本相同，表现出正显性效应：而在中心花开放期，却表现为F₁与低值亲本相同，表现出负显性效应。此外，主侧脉夹角在团棵期表现出一定的正显性效应，在现蕾期F₁处于亲本之间，与两者无显著性差异，中心花开放期则表现出一定的正显性效应。

2.2雪茄外包皮烟叶片重要性状的遗传模型分析

采用植物数量性状主基因+多基因遗传模型对4个世代3个不同时期的3个叶片性状遗传进行分析，通过IECM算法得到5类24个遗传模型的极大似然函数值和AIC值。根据AIC准则，选择AIC值较小、数值接近的模型作为备选模型，对备选模型分别作进一步适合性（U₂、U₂、U₂、uw2和D_n）检验，选择统计量达到显著水平最少的模型为最优模型。

2.2.1叶面褶皱程度的遗传模型

葉面褶皱度在团棵期的备选模型为B1、CO、DO、E0和E1（表2），适合性检验结果表明，备选模型中均有3个统计量达到显著水平，选择AIC值最小的DO为最优模型。在现蕾期备选模型选择为E1、E2和E6，适合性检验表明，E1和E6达到显著水平的有4个统计量，而E2只有3个统计量达到显著水平，故选择E2为叶面褶皱程度在现蕾期的最优模型。在中心花开放期，选择CO、DO、E4和E6为备选模型，对备选模型进行适合性检验，发现E4和E6中均有7个统计量达显著水平，而CO和DO中只有6个，则选择AIC值最小的CO为此时期的最优遗传模型。

2.2.2叶片厚薄的遗传模型

叶片厚薄在现蕾期的备选模型E₀和E₁中（表2），均有1个统计量达到显著水平，则选择AIC值较小的E1作为最优模型。中心花开放期中选择CO、DO和E1为备选模型，在适合性检验中，备选模型均无统计量达到显著水平，故选择AIC值最小的DO为叶片厚薄在中心花开放期的最优遗传模型。

2.2.3

主侧脉夹角的遗传模型

主侧脉夹角在团棵期的备选模型为CO、DO和E1（表2），在适合性检验中，模型CO和DO无统计量达到显著水平，因此，选择AIC值最小的CO为该时期的最优遗传模型。现蕾期的备选模型为E0和E1，适合性检验表明，备选模型均有3个统计量达到显著水平，因此选择AIC值更小的E0为主侧脉夹角在现蕾期的最优模型。在中心花开放期，选择CO、DO、E1和E6为备选模型，只有CO、DO和E1模型均无统计量达到显著水平，综合选择AIC值最小的CO作为最优遗传模型。

2.3雪茄外包皮烟叶片重要性状的遗传效应分析和遗传参数估计

2.3.1叶面褶皱度遗传参数估计及遗传效应分析由表3可知，在团棵期，叶面褶皱度最优遗传模型为1对主基因+多基因DO模型，加性效应和显性效应相等，均为-0.068，该生育时期的主基因遗传率较高，达到42.70%。到了现蕾期受2对主基因+多基因混合遗传控制，主基因的加性效应和显性效应分别为-0.084、-0.028，多基因的加性效应和显性效应分别为0.033、0.055，表现为超显性效应，F2主基因遗传率达到了57.71%。而在中心花开放期则由多基因遗传控制，遗传率为0.00%。

2.3.2叶片厚薄遗传参数估计及遗传效应分析由表4可知，在现蕾期，叶片厚薄遗传受到2对主基因+多基因的控制，主基因及多基因的加性效应都大于显性效应，主基因间存在正向加性效应，并且主基因之间表现出一定的互作效应，主基因和多基因的遗传率分别为58.09%、6.35%。在中心花开放期叶片厚薄遗传由1对主基因+多基因遗传控制，主基因的加性效应大于显性效应，主基因的遗传率高达50.62%，多基因遗传效应极其微弱。

2.3.3主侧脉夹角的遗传参数估计及遗传效应分析主侧脉夹角在团棵期受到多基因控制，该时期遗传效应和遗传率为0.00%（表5）。在现蕾期，主侧脉夹角符合2对主基因+多基因E0模型，以加性效应和显性效应为主，2对主基因的加性效应分别为44.352、39.994，显性效应分别为-34.1 88、-34.041，并且主基因间表现出较强的互作效应，主基因的遗传率高达90.93%。主侧脉夹角在中心花开放期也是受多基因控制，多基因遗传率较高，为42.55%。

3讨论

性状的表现是一个动态的过程，从分化发育到完全建成的整个过程中，基因按一定的时空秩序有选择地差异性表达的，不仅有遗传与环境的互作，也还需要一个遗传信息的表达过程。陈小翠等将烤烟4个世代群体植株进行不同生长时期CMV病害鉴定，发现CMV的抗性遗传在不同时间和环境具有一定的差异。姚志敏等对2个组合不同生育时期的烤烟产量性状进行研究，发现在性状建成中发挥调控作用的基因数目与基因效应存在发育阶段性差异。有关雪茄外包衣的研究主要集中在栽培措施及后期的调制方面。叶面褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角属于数量性状，性状的表现与外界的环境条件密切相关，在不同的时期基因的表达也会出现差异，因此研究基因的顺序性表达以及遗传方式对发育遗传的揭示具有重要的意义。

本研究分别在团棵期、现蕾期和中心花开放期调查了Beinhart1000-1（P₁）和鹤峰把把烟（P₂）及其F₁代和F₂代材料的叶片褶皱程度、叶片厚薄和主侧脉夹角。结果发现，叶面褶皱程度在不同时期受1对、2对及多基因控制，这与佟道儒在该性状上提出的观点（NC95中皱叶突变型受显性单基因控制，叶面平整和褶皱决定于两对基因或受更多对基因的支配）是一致的，并且在团棵期和现蕾期的主基因遗传率较高，因此该时期改良要以主基因为主：对于叶面厚度，在现蕾期和中心花开放期的基因遗传率较高，加性效应显著，可以通过这段时期的选择培育更薄叶片的纯系品种：主支脉夹角在现蕾期和中心花开放期存在较高的遗传率，在这两个时期进行选择获得较高的育种效率。同时，我们也发现在不同的发育时期这3个性状在遗传模型、基因效应、基因互作以及遗传率随着雪茄烟的发育都在不断地发生改变。在选育优良的雪茄外包皮烟时应充分考虑不同生育时期环境对基因表达的影响，叶面褶皱程度在中心花开放期时遗传率普遍很低，而叶片厚薄和主侧脉夹角在团棵期基因的表达受环境的影响更为明显。

总之，研究雪茄烟外包皮的叶片重要性状在发育过程中数量基因的动态表达过程，可以为以后数量性状建成过程QTL定位和进行分子标记辅助选择提供理论依据，也可以指导在特定的时期进行相应的田间栽培措施等环境的调节，有利于指导雪茄品种的培育。