南瓜种间杂交后代主要表型性状的遗传变化分析

刘文君　周建辉　陈宝玲　张曼　范爱丽　高忠奎　黄凤婵

摘要 以不同表型的4个印度南瓜自交系为母本，依次与不同表型的2个中国南瓜自交系杂交，分析种间杂交后代叶形、茎粗、节间长度、果形、果实皮色、果重等主要表型性状的遗传变化，探讨种间杂交在杂种优势利用和优异性状基因跨种转移的应用潜力。试验结果表明，不同杂交组合的亲和性存在明显差异，种间杂交存在不亲和性，印度南瓜自交系Y15与中国南瓜杂交的亲和性高于其他印度南瓜亲本材料;杂种F1植株表现出叶片变大、节间变长和单瓜重变大的超亲趋势;杂种F1植株和果实外观兼容了双亲的形态特征，叶上白斑、叶色接近中国南瓜亲本，果实形状及皮色接近印度南瓜亲本。选择亲和性高的亲本材料是杂交成功的关键，杂种后代具有明显的杂种优势，在性状改良和品种创制方面具有重要的应用价值。

关键词 种间杂交;中国南瓜;印度南瓜;表型性状

中图分类号 S642.1文献标识码 A

文章编号 0517-6611（2020）22-0110-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.22.029

Analysis on Genetic Change of Main Phenotypic Characters in the Interspecific Hybrid Cucurbita maxima D.×Cucurbita moshata D.

LIU Wen-jun，ZHOU Jian-hui，CHEN Bao-ling et al （Vegetable Research Institute，Guangxi Academy of Agricultural Sciences，Nanning，Guangxi 530007）

Abstract Four inbred lines of Cucurbita maxima D. with different phenotypes were used as female parents to cross with 2 Cucurbita moschata D. inbred lines with different phenotypes.To analyze the genetic changes of main phenotypic traits such as leaf shape， stem thickness， internode length， fruit shape， fruit skin color， fruit weight， etc. of the offspring of interspecific hybrids， and to explore the application of interspecific hybrids in the utilization of heterosis and the potential of application of cross species transfer of excellent characters.The results showed that there were significant differences in compatibility among different cross combinations， and there was incompatibility in interspecific hybridization.The compatibility of inbred line Y15 of C. maxima was higher than that of other C. moschata parents.The hybrid F1 plants showed the trend of larger leaves， longer internodes and larger single melon weight.The plant and fruit appearance of hybrid F1 were compatible with the morphological characteristics of their parents，the white spot and leaf color on the leaves were close to C. moschata parents， and the fruit shape and skin color were close to C. maxima parents.Therefore， selecting parental materials with high compatibility is the key to successful hybridization. The offspring of hybrids have obvious heterosis and have important application value in character improvement and variety creation.

Key words Interspecific hybridization;C.moschata D.;C.maxima D.;Phenotypic character

基金项目 广西创新驱动发展专项资金项目（桂科AA17204026）;广西自然科学基金项目（2017GXNSFAA198219）。

作者简介 刘文君（1980—），男，山西朔州人，副研究员，硕士，从事南瓜育种与分子生物学研究。*通信作者，研究员，从事瓜类蔬菜育种与栽培研究。

收稿日期 2020-05-09

种间杂交（interspecific hybridization）实现了同属内不同种之间基因的相互交流，在农作物品种改良和新种质创制过程中发挥着重要作用，已广泛应用于水稻、小麦和十字花科蔬菜等作物[1-3]。葫芦科（Cucurbitaceae）南瓜属（Cucurbita）作物种质资源丰富，类型多样，不同种的特征特性差异显著，如野生种抗性强、食用性差，中国南瓜（C.moschata D.）抗性较强、适应性广，印度南瓜（C.maxima D.）品质优良，但抗病性差[4-6]。通过种间杂交方法可以实现优异性状基因的跨种转移，从而达到种质创制和品种改良的目的。此外，通常印度南瓜和中国南瓜杂交后代具有明显的杂种优势，适合用作瓜类蔬菜嫁接砧木[7-8]。种间杂交具有重要的育种价值，科学家们从20世纪60年代开始针对南瓜种间杂交亲和性和优异性状基因转移等内容开展研究工作，结果表明南瓜种间杂交存在不亲和性，主要表现为杂交坐果率低、可育种子数少、杂交后代雄花败育[5，9]，栽培种间的杂交较野生种和栽培种的杂交易取得成功，但是不同栽培种间杂交的亲和性存在差异，如中国南瓜与印度南瓜或美洲南瓜杂交的亲和性较高，而印度南瓜和美洲南瓜的亲和性相对较差[10]，不同亲本选配方式也存在亲和性差异，如中国南瓜和印度南瓜杂交时，印度南瓜更适合用作母本[11-12]。在性状转移方面，刘小俊等[13]將丛生性状从中国南瓜转入印度南瓜，De等[14]成功将中国南瓜PRSV抗性基因渗入到美洲南瓜。由此可见，通过种间杂交实现优良基因的跨种转移是切实可行的，选择优异的亲本材料和适合的杂交配组方式是成功的关键。试验在获得高抗、优质、多样性自交系材料的基础上，选择以印度南瓜为母本、中国南瓜为父本的杂交配组方式，筛选杂交亲和性较高的亲本材料，系统性分析杂交过程中叶片、主蔓和果实等主要表型性状遗传变化规律，探讨杂交F1代的杂种优势及其应用潜力。

1 材料与方法

1.1 材料

6个亲本材料均为本课题组采用系谱选择法获得的高代自交系，Y3、Y15、Y28和Y32为印度南瓜自交系，果实均为扁圆形;G11和G36为中国南瓜自交系，其中G11果实长棒状， G35果实扁圆形。

1.2 方法

试验在广西农业科学院蔬菜研究所试验基地大棚内进行。2018年秋进行亲本的杂交试验，以4个印度南瓜自交系为母本，依次与2个中国南瓜自交系进行杂交，统计坐果率、果腔内种子数和种子发芽率等亲和性指标。2019年春、秋进行种间杂交主要表型性狀的遗传规律分析。春茬2月4日播种，秋茬8月26日播种，叶片大小、茎粗、节间长度、果形指数、白粉病抗性等指标参照李锡香等[4]方法测定。

1.3 统计分析 利用Excel进行基础数据处理，利用DPS软件进行数据方差分析，利用GraphPad Prism软件制图。

2 结果与分析

2.1 杂交亲和性

由表1可知，不同材料和配组方式的杂交亲和性存在显著差异，表现在杂交坐果率、果实内种子数、种子发芽率和单瓜可育种子数差异显著，同时表明种间杂交存在不亲和障碍，如配组方式Y3×G11、Y28×G36、Y32×G11杂交后可以座果，但是果实内种子数或种子发芽率为0，无法获得杂交F1代植株。Y15与中国南瓜杂交的亲和性高于其他印度南瓜自交系，与G11和G36杂交后，单瓜获得可育种子15.9粒和20.9粒。

2.2 叶片性状的遗传变化

2.2.1 叶上白色斑纹和叶色。

由图1可知，印度南瓜和中国南瓜叶上白色斑纹、叶色性状存在明显差异，印度南瓜亲本Y3、Y15、Y28和Y32叶上无白色斑纹，幼苗基部叶色呈黄绿色;中国南瓜亲本G11和G36叶上沿叶脉延伸方向有明显白色斑纹，幼苗基部叶色呈深绿色。以印度南瓜为母本，依次与中国杂交后，获得5个杂交组合的F1代植株叶上白斑和叶色性状均偏向于中国南瓜亲本，叶上白斑明显，幼苗基部叶色呈深绿色。据此推断，叶上有白色斑纹和叶色深绿相对于叶上无白斑和叶色黄绿色为显性性状。

2.2.2 叶片大小。

由图2、3可知，杂种F1代较双亲在叶片长度、叶片宽度方面均发生了不同程度的变化。所有组合F1代植株叶片长度较均双亲呈变大趋势。经方差分析，差异均达到极显著水平，其中组合Y28×G11的变化趋势最大，F1代植株叶片长度较Y28增加95.06%，组合Y15×G36的变化趋势最小，F1代植株叶片长度较Y15增加27.54%。F1代植株叶片总体表现变宽趋势，不同组合的变化程度各不相同，组合Y32×G36的F1叶片宽度较双亲差异达到极显著水平;组合Y3×G36的F1叶片宽度较双亲差异达到显著水平;组合Y15×G36和Y28×G11的F1代与叶片宽度较小亲本差异均达到极显著水平，而与叶片宽度较大亲本差异不显著;组合Y28×G11的F1叶片宽度呈增加趋势，但与亲本差异不显著。由此可见，杂种F1植株叶片长度较双亲呈明显的增大趋势，而叶片宽度较双亲显著增加或变化不显著，杂种F1的叶片大小总体呈现增加趋势。

2.3 主蔓性状的遗传变化

2.3.1 主蔓粗度。

由图4可知，所有组合杂种F1代植株的主蔓粗度均介于双亲之间，更接近粗度较小的亲本，如组合Y3×G36、Y15×G11、Y15×G36、Y32×G36杂种F1代主蔓粗度与较小粗度亲本的差异均未达到显著水平。

2.3.2 节间长度。由图5可知，所有组合F1代植株的节间长度均较双亲呈增长趋势，差异均达到极显著水平，组合Y28×G11增长趋势最为明显，F1代较Y28节间长度增加96.87%，组合Y3×G36的F1节间长度增加最小，较G36增加32.94%。

2.4 果实性状

2.4.1 老熟瓜皮色。由图6可知，Y3老熟瓜皮呈深绿色带纵向白色放射状条纹，Y15老熟瓜皮呈橙红色带大量疑似白色斑纹，Y28老熟瓜皮呈橙红色带纵向白色放射状条纹，Y32老熟瓜皮呈灰绿色带大量绿色斑点，G11老熟瓜皮呈橙黄色无斑纹或斑点，G36老熟瓜皮呈橙黄色披蜡质，种间杂交后老熟瓜皮色变化较为复杂，不完全符合显隐性基因控制的质量性状遗传规律，如组合Y32×G36，杂种F1代老熟瓜皮色呈现与双亲皮色不相同的深绿色，组合Y3×G36的F1代老熟瓜皮色呈深绿色，接近母本Y3皮色，组合Y15×G11、Y15×G36和Y28×G11的F1代老熟瓜皮色呈橙黄色，接近母本Y15或Y28皮色。由此推测，种间杂交F1代的老熟瓜皮色更接近印度南瓜亲本材料，其皮色遗传规律较为复杂，或与印度南瓜老熟瓜皮色多样及皮色遗传复杂有关。另外，由图6可知，组合Y3×G36、Y28×G11的F1老熟瓜表皮无纵向条纹，由此推测，老熟瓜表皮无条纹相对于有条纹为显性性状。

2.4.2 果实形状。

印度南瓜Y3、Y15、Y28和Y32果实均为扁圆形，果形指数依次为0.660、0.739、0.730和0.677;中国南瓜G11果实长棒形，果形指数3.645，中国南瓜G36果实磨盘形，果形指数0.413。由图7可知，所有组合杂种F1代的果形指数均介于双亲之间，而更接近于印度南瓜亲本，如组合Y15×G11、Y28×G11的F1代果形指数介于双亲之间，分别为0.972和1.098，与G11果形指数的差异达到极显著水平，与Y15、Y28果形指数的差异不显著;组合Y3×G36、Y15×G36和Y32×G36的F1代果形指数分别为0.635、0.658和0.591，与G36的差异均达到极显著水平，与Y3、Y15、Y32差异不显著或达到显著水平。

2.4.3 果实重量。

由图8可知，杂交F1代果实重量总体呈现增加趋势，组合Y3×G36、Y15×G36和Y32×G36的F1代果实重量较双亲差异达到极显著水平，但是随着双亲果实重量差距逐渐增加，杂种F1代果实重量增加趋势逐渐降低，如Y15与G11单瓜重差距为0.71 kg，其杂种F1代果实重量呈增加趋势，但是与亲本G11差异未达到显著水平，当Y28和G11果实重量差距达1.56 kg时，其杂种F1代果实重量介于双亲之间，显著低于G11的果实重量。由此可见，种间杂交F1代果实重量总体呈现超亲遗传优势，种间杂交是提高果实重量的有效方法，但是随着双亲差距的逐渐增大，超亲优势逐渐减弱。

3 讨论

种间杂交是一种常用的品种选育方法，可以打破种间生殖隔离，实现不同种属间基因相互交流，达到种质创制和品种改良的目的，在农作物品种选育过程中发挥出越来越重要的作用。印度南瓜和中国南瓜是南瓜属中2个最具经济价值的栽培种，两者在植株形态、品质和抗性等性状方面存在较大差别，杂交存在不亲和性，天然杂交成功率很低。通过人工选择性的杂交可以实现基因的相互渗透，从而达到品种改良或提升的作用。通常种间杂交后代具有明显的杂种优势，IivancˇIcˇ等[15]研究表明，印度南瓜和中国南瓜杂交后代表现出持续开花能力强、耐低温能力增强和根系旺盛等杂种优势。该研究结果表明，印度南瓜和中国南瓜杂交后表现出明显的杂种优势，如叶片变大、节间变长、生长势变强和单瓜重变大等。2019年秋茬露地栽培时，印度南瓜感病严重而提早死亡，中国南瓜发病较轻但开花座果受阻，杂交F1代可正常生长和座果。印度南瓜和中国南瓜的杂种优势还被广泛应用于西瓜、黄瓜和甜瓜等蔬菜嫁接砧木选育，以提高植株对土传性病害的抵抗能力[16-17]。

南瓜种间杂交的不亲和性主要表现为杂交坐果率低、果腔内种子数少、种子成苗率低和后代雄花败育[18]。该试验研究结果表明，印度南瓜和中国南瓜杂交不亲和性主要表现为可育种子数少和杂交后代雄花败育，这与程永安等[5]的研究结果一致，且不同杂交组合的亲和性存在差异，如Y3与G11杂交可正常坐果，但是果腔内可育种子数为0，Y15与G11、G36的杂交亲和性高于其他印度南瓜亲本材料，平均单瓜可获得可育种子15.9粒和20.9粒。由此表明，印度南瓜为母本与中国南瓜杂交的亲和性与母本基因型密切相关，这与Uretsky等[19]的研究结果一致，因此选择适宜的亲本是提高杂交成功率的关键。另外，杂交F1代植株雄花败育，自交困难，但是用印度南瓜花粉连续回交后，育性可回复，且对中国南瓜和印度南瓜兼有良好亲和性，可以用作“桥梁种”实现优异基因的种间交流[6，17]。

不同南瓜栽培种之间存在明显的形态差异，研究形态性状的遗传变化对于鉴定杂种真实性和开展性状关联标记开发具有重要意义，针对南瓜种间杂交形态性状遗传的相关报道较少。马海龙等[20]研究表明，中国南瓜与黑籽南瓜的杂交F1代总体表现中间型，主蔓长度和叶片形状介于双亲之间，生长势、分枝性、叶片颜色、卷须形态、果实形状、果肉质地和颜色等性状居中而更倾向于黑籽南瓜，病虫害抗性更倾向于中国南瓜;IivancˇIcˇ等[15]研究结果表明，黑籽南瓜和印度南瓜杂交后F1代的大部分性状介于双亲之间，果实形状更接近印度南瓜，叶片裂刻、果肉颜色更接近黑籽南瓜，其中叶片边缘、果实形状、皮色颜色和果柄形状与亲本有明显差别，可以作为鉴定F1代真实性的依据。该研究结果表明，印度南瓜与中国南瓜杂交之后，F1代植株叶片白斑、节间长度等表型特征明显区别于印度南瓜，而果实性状明显区别于中国南瓜亲本，据此可以鉴定杂种的真实性。

4 结论

印度南瓜和中国南瓜杂种F1代植株外观形态兼容了双亲特性，叶上白斑和叶色偏向于中国南瓜，果实形状、皮色偏向于印度南瓜，根据F1表型性状的变化可以鉴别杂种的真实性。杂种F1代植株表现出叶片变大、主蔓节间变长、生长势变强、果实重量变大等明显超亲优势，在品种改良或创制等方面具有广泛的应用前景。

参考文献

[1] 熊海波，许红云，徐群，等.水稻亚种间、品种间杂交揭示杂草稻的起源和进化[J].分子植物育种，2012，10（2）：131-139.

[2] 袁汉民，杨欣明，张富国，等.利用普通小麦与近缘属间的复合杂交创造小麦新种质[J].植物遗传资源学报，2004，5（4）：320-323.

[3] 何丽，孙万仓，刘自刚，等.白菜型冬油菜与芥菜型油菜远缘杂交亲和性分析[J].西北农业学报，2013，22（3）：64-69.

[4] 李锡香，朱德蔚.南瓜种质资源描述规范和数据标准[M].北京：中国农业出版社，2007.

[5] 程永安，张恩慧，许忠民，等.印度南瓜与中国南瓜有性杂交亲和性研究[J].湖南农业大学学报（自然科版），2002，28（4）：343-344.

[6] ZHANG Q，YU E D，MEDINA A.Development of advanced interspecific-bridge lines among Cucurbita pepo，C.maxima，C.moschata[J].HortScience，2012，47（4）：452-458.

[7] 姬青云.印度南瓜與中国南瓜人工杂交制种技术[J].中国种业，2005 （3）：51-52.

[8] 王迎儿，应泉盛，古斌权，等.南瓜类型砧木新品种‘甬砧8 号的选育[J].中国瓜菜，2017，30（9）：28-30.

[9] 张富仙，章心惠，陈润兴，等.美洲南瓜与印度南瓜远缘杂交亲和性研究[J].浙江农业学报，2010，22（1）：25-29.

[10] RAKHA M T，METWALLY E I，MOUSTAFA S A，et al.Production of Cucurbita interspecific hybrids through cross pollination and embryo rescue technique[J].Word applied sciences journal，2012，20（10）：1366-1370.

[11] 李丙东，刘宜生，王长林.南瓜属蔬菜生物学基础研究概况及育种进展[J].中国蔬菜，1996（6）：48-50.

[12] 蒋宇，李海涛，刘爱群.中国南瓜和印度南瓜远缘杂交亲和性与生理生化变化的研究[J].东北农业大学学报，2009，40（8）：23-27.

[13] 刘小俊，李跃建，张知仪，等.南瓜丛生性状的种间转育研究初报[J].西南农业学报，2009，22（1）：130-132.

[14] DE OLIVEIRA A C B，MALUF W R，PINTO J E B P，et al.Resistance to papaya ringspot virus in summer squash Cucurbita pepo L. introgressed from an interspecific C. pepo×C. moschata cross[J]. Euphytica，2003，132：211-215.

[15] IVANCˇIC′ A，SˇISˇKO M，BOHANCE B，et al.Morpho-agronomic characteristics of the interspecific hybrid Cucurbita ficifolia×C.maxima[J].Agricultura，2004（3）：1-5.

[16] SAROWAR S，OH H Y，HYUNG N I，et al.In vitro micropropagation of a Cucurbita interspecific hybrid cultivar-A root stock plant[J].Plant cell，tissue and organ culture，2003，75：179-182.

[17]  KARAAGˇAC O，BALKAYA A.Interspecific hybridization and hybrid seed yield of winter squash（Cucurbita maxima Duch.） and pumpkin（Cucurbita moschata Duch.）lines for rootstock breeding[J]. Scientia horticulturae，2013，149：9-12.

[18] ROBINSON R W.Barriers to gene transfer in an interspecific Cucurbita cross[J].HortScience，1997，32（3）：495.

[19] URETSKY J.Development and evaluation of interspecific Cucurbita maxima×Cucurbita moschata hybrid for processing squash[D]. Durham：University of New Hampshire，2012.

[20]馬海龙，智海英，岳青.黑籽南瓜种间杂交研究[J].中国农学通报，2011，27（19）：176-180.