‘金冠’和‘红勋1号’杂交后代遗传多样性分析

韩婷婷，杨天资，赵培磊，祝军，张玉刚，孙晓红,3

(1.青岛农业大学园艺学院/青岛市园艺植物遗传改良与育种重点实验室，山东青岛 266109；2. 青岛市黄岛区自然资源局，山东青岛 266555；3.青岛农业大学生命科学学院/山东省植物生物技术重点实验室，山东青岛 266109)

种质资源是现代育种和生物技术研究的物质基础，是获得生物新品种的遗传保障。红肉苹果[Malussieversiif.neidzwetzkyana(Dieck) Langenf]原产于新疆天山山脉，属新疆野苹果的变型，具有早开花、早结果等特点。其枝叶花果均呈红色，具有一定的观赏价值；果实富含必需氨基酸和花青苷[1-2]，具有较高的营养和保健价值；果实酸度高，加工特性好，可用于果品的加工。基于如此多的优异特性，红肉苹果是苹果杂交育种中重要的种质资源。

目前对新疆野苹果的遗传多样性研究成果较多。董研等[3]利用SSR标记技术分析发现新疆野苹果的遗传变异主要存在于居群内部，群体间分化很小。刘遵春等[4]对新疆野苹果株系的花、叶片和果实的13个性状系统进行了性状相关主成分和通径分析，发现单果质量存在较大遗传变异。杨美玲[5]研究新疆野苹果居群遗传多样性发现，新疆野苹果在花粉形态、果实形态和种子大小等方面均存在遗传多样性。闫鹏等[6]对收集到的129个新疆野苹果单株的12个数量性状和5个质量性状进行了遗传多样性及相关性分析，发现新疆野苹果果实相关性状的多样性指数(Diversity Index)H′高，变异幅度大。王宪璞等[7]对新疆野苹果果实主要性状进行的遗传多样性分析结果表明，果实大小及形态的遗传多样性最为突出，符合Forsline和Aldwinckle[8]调查结果。新疆红肉苹果和白肉苹果杂交后代的遗传多样性分析报道尚少。

本研究用新疆红肉苹果‘红勋1号’(Hongxun No.1)花粉给白肉苹果‘金冠’(Golden Delicious)授粉，获得杂交F1代群体。以杂交群体为试材，从群体遗传学角度对红肉苹果杂交群体的若干性状进行多样性分析，为红肉苹果在苹果育种应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

‘红勋1号’是课题组从新疆收集的红肉苹果，‘金冠’是传统的栽培品种，二者在花、叶和果实方面的性状(见图1)表观差异显著。

2012年4月下旬，在青岛农业大学胶州现代农业示范园，以‘金冠’为母本，人工授‘红勋1号’花粉后套袋，正常管理。秋季收获杂交种子，冰箱层积两个月左右，2013年3月中旬播种于大棚穴盘中，获得实生苗。2014年春将杂种实生苗嫁接到‘八棱海棠’砧木上，每棵砧木在东西对称位置上嫁接相同两芽。2015年春季进行统计，共嫁接成活164株系(相同两芽为一个株系)。2018年和2019年春秋两季对杂种后代的各表观性状进行观察并拍照，随后进行科学统计并采集试样分析。夏末季节采集叶样品，采集原则是取当年生枝条上端完全伸展的第5～7片叶子，成熟果实样品采集原则是在果树四周距地面1.2～1.7 m处取无病虫害果子，保存于冷库中。

1.2 测定项目与方法

1.2.1 描述型性状测定

采用直接观察法评定与杂交群体的花、叶、枝相关的描述型性状，具体包括花期、花色、叶色和枝色。

1.2.2 数值型性状测定

对13个数值型性状采用常规测量法测量并计算，包括单果重、果实纵径、横径、果形指数、洼深、梗长、果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、糖酸比、花青苷共11个与果实相关的性状及叶长、叶宽2个与叶片相关的性状。使用电子天平(TD5001C)称量果实单果重；游标卡尺(SLKC)测量果实洼深、梗长、果实纵径、果实横径和叶片长度、宽度，并计算果形指数；使用硬度仪(GY-J-4)测定果实硬度；使用糖酸检测仪(PAL-BX/ACID 5)测定果实可溶性固形物、总酸，并计算糖酸比；使用pH计(DOUBLE JUNCTION)测定果实pH值；参照孙晓红等[9]花青苷提取方法，利用紫外分光光度计(UV-5100)测定杂交果实花青苷含量[10]。其中：单果重每株随机取20个果实进行测量；果实纵经、横经、洼深、梗长每株随机取10个果实进行测量；果实硬度、可溶性固形物、可滴定酸、糖酸比、花青苷每株系取5个果实进行测定；叶长、叶宽每株取20片叶子进行测量。每株的测量或测定结果取平均值进行统计。

1.3 数据统计与处理

试验数据利用Excel和DPS进行统计处理。数值型性状的遗传多样性采用标准差(standard deviation，SD)、变异系数(Coefficient of Variation, CV)、H′等表示，其中H′每0.5 SD为一个等级，统计各性状在每级出现的组中值及频率，采用Shannon-Wiener多样性指数衡量其遗传多样性，计算公式为：H′=-∑PilnPi，Pi为某一性状第i个类型出现的频率；对描述型性状予以赋值，同样采用H′以反映各性状的遗传多样性水平。

2 结果与分析

2.1 描述型性状的遗传多样性分析

苹果是高度杂合的二倍体，杂交后代性状分离明显。杂交群体在花期、花色、叶色和枝色上均出现了明显的分离。对供试杂交群体的4个描述型性状进行遗传多样性分析(表1)，可以看出杂交群体描述型性状多样性指数的变化范围为0.68～1.75，大小顺序是花色>花期>叶色>枝色；分析4个描述型性状在两个杂交群体后代中的分布频率发现，相较于绿色枝条，红色枝条占比较大，相较于绿色叶片，紫色叶片占比较大；杂交群体紫红色花瓣所占比例相对浅色花瓣高，占比为47.56%；此外，杂交群体中同一时间处于盛花期的花朵在一半以上，一定程度上说明杂交群体均具有花期提前的特点，表明红肉苹果‘红勋1号’对杂交后代花期的改变具有较大贡献。

表1 杂交群体描述型性状分布频率和多样性

2.2 数值型性状的遗传多样性分析

采用具体测量法对两个红肉苹果杂交群体的13个数值型性状分别进行测定，计算各性状的平均值、变异幅度、SD、CV和H′，分析杂交群体在各个数值型性状上的分离情况。

杂交群体11个果实相关性状及2个叶片性状的测定结果见表2。由表2可以看出杂交群体各性状的多样性差异均很大，CV的变化范围是0.08～1.72，H′的变化范围是0.56～2.14。在上述两个杂交群体中，果形指数的变化范围为0.72～1.14，平均值为0.899，其CV最小，H′也较小，而花青苷含量的变异幅度较大，其CV最大，表明‘红勋1号’和‘金冠’杂交的后代果实的果形为近圆形且变异较小，分离程度低，但在花青苷含量性状上分离明显；CV处于中间水平的性状包括叶长、叶宽、洼深、果实硬度和果梗长，分析上述性状的H′发现叶宽在杂交群体中均有最高的遗传多样性，同时果实硬度也表现出丰富的遗传多样性；此外，单果重和糖酸比也具有较高CV，表明在杂交群体后代中对以上2个性状做进一步选择的潜力较大，有利于从中选择大小合适且风味佳的优系做进一步评价。

表2 杂交群体数值型性状的变异统计分析

综合比较杂交群体数值型性状的CV和H′发现，以上13个性状中的8个CV值大于0.20，最大CV值是花青苷含量，为1.72，其次是糖酸比CV值，最小是果形指数CV值，为0.08；遗传多样性指数H′值中，除单果重和糖酸比偏低，其余11个性状的H′值均在1.20以上，具有丰富的多样性。

2.3 数值型性状的分布频率

杂交群体各数值型性状的分级数值及分布频率统计情况分别见表3。如表3所示，上述杂交群体各数值型性状中大多数性状存在不同程度的趋中倾向，其中，果实硬度、洼深、果形指数、pH值、花青苷含量和叶长在杂交群体中有明显的趋中倾向。

单果重是衡量果实大小的重要指标，杂交群体单果重分布于第1～3级(29.83～65.10 g)的比例高达82.24 %，分布于第8～10级(165.35～194.73 g)的比例为5.11 %。由此可见，单果重在杂交群体中表现出明显的趋极现象，而且较之两个亲本更趋向于小果型亲本‘红勋1号’，呈衰退趋势。

糖酸比是评价果实风味品质的一个重要指标，本试验所用亲本‘金冠’的糖酸比为6.61，‘红勋1号’为6.81。杂交群体糖酸比的中亲值为6.71，平均糖酸比(16.6)高于中亲值和最优亲本值，具有中亲优势和超亲优势的比例分别占147.39%和143.76%，分析其在各等级的分布情况发现糖酸比分布在第1级(<6.52)的占比高达66.37 %，而且同样存在中亲优势(175.36%)和超亲优势(123.20%)，表明杂交群体的糖酸比受父本‘红勋1号’的影响较大，但仍存在高糖酸比的果实，具有进一步筛选获得高糖酸比优株的潜力。

表3 杂交群体数值型性状的分组数值和分布频率

续表3

花青苷类物质是红肉苹果中的重要营养成分，具保健价值。本试验杂交群体果实中花青苷含量的性状分离广泛，花青苷含量的H′为1.44，平均含量为0.16 mg/g，而鲜果中花青苷含量分布于第1～5级(≤0.06 mg/g)的占比高达75.45%，以上结果表明红肉苹果‘红勋1号’与白肉苹果杂交后代中大部分果实花青苷含量低于红肉亲本的花青苷含量(0.07 mg/g)，但仍存在超亲优势。

3 讨论

本研究所用的母本‘金冠’是中晚熟苹果品种，果面金黄色，风味酸甜适度，肉质细脆，具浓郁芳香，适于鲜食；父本‘红勋1号’平均单果重28.8 g，果实含酸量高，总酸为17.32 g/kg，出汁率为78.35%，可溶性固形物含量为13.5%，富含花青苷[11-12]。

植物表型多样性是遗传多样性和环境多样性的综合体现，对表型性状的研究可以从整体上了解研究对象的多样性程度[13-14]。冯涛等[15]发现新疆野苹果果实形态性状中单果重的变异幅度较大，CV高达0.297，在本试验中，‘金冠’ב红勋1号’杂交群体单果重的CV在0.5以上，进一步选择的潜力很大。此外，单果重在本试验中杂交群体均明显的趋向于小果型亲本，表现出明显的衰退现象，与前人研究结果一致[16]。研究发现花青苷在上述杂交群体中的分离广泛，杂交群体中H′较高，这一结果也与陈学森等[17]的研究结果一致。闫鹏等[6]研究新疆野苹果可溶性固形物含量的CV为0.20，H′为1.997，王宪璞等[7]的研究结果显示新疆野苹果可溶性固形物含量、可溶性糖含量和可滴定酸含量的CV分别为0.13、0.18和0.38，这些结果表明糖酸组分存在丰富的遗传变异。本试验中对杂交群体pH值和可溶性固形物含量的分析结果显示，二者的CV低于0.20，其遗传多样性与新疆野苹果存在一定差异。杂交群体果实可溶性固形物和pH值的CV虽较小，但糖酸比的CV大，故推测上述杂交群体果实中存在部分高糖低酸或低糖高酸的果实。杂交群体糖酸比分布在第1级(<6.52)的占比在55%以上，且具有超亲优势，表明上述杂交群体中确实存在大量高糖低酸的果实。此外，杂交群体糖酸比的H′较小，与CV趋势相反，而且该现象普遍存在[18]，上述差异可能是因为糖酸比存在趋极现象，均匀度低。

综上所述，‘金冠’ב红勋1号’杂交群体中各个性状均存在一定程度的分离，其中糖酸比和花青苷含量的变异程度较大，分别为1.72和1.13。在遗传多样性方面除单果重和糖酸比外其他性状的H′均在1.2以上，表现出丰富的遗传多样性，单果重在杂交群体中均表现出衰退趋势，而糖酸比具有超亲优势。在果实内在品质方面，花青苷含量的变异程度最高 ，糖酸比的变异程度次之，所以，杂交群体可为红肉苹果的营养和风味品质遗传改良提供丰富的种质资源，可据此选育富含花青苷且糖酸适中的功能型苹果优株。综上所述，红肉苹果‘红勋1号’杂交群体对于选择富含花青苷和高糖酸比的果品具有资源优势，但对于生产大果型红肉苹果可能需要进一步回交。