石榴籽粒大小遗传多样性及遗传倾向研究*

刘春燕，秦改花，黎积誉，陈 晨，朱 军，刘长华，钮得文

（1 安徽省农业科学院园艺研究所园艺作物种质创制及生理生态安徽省重点实验室，合肥230001）（2 果树果实发育与品质生物学安徽省农业科学院重点实验室）（3 淮北市农业技术中心）（4 安徽天兆石榴开发有限公司）

石榴（Punica granatumL.）是千屈菜科（Lythraceae）石榴属（Punica）落叶果树[1]，起源于中亚，栽培历史悠久。由于其富含黄酮、花青苷、安石榴苷等多酚物质，被誉为“超级水果”[2]。石榴是一种浆果，其可食用部位为柔软多汁的外种皮，由薄壁细胞和栅栏组织细胞组成[3]，内种皮形成种核，有些品种木质化程度高、核坚硬，有些品种因核木质化程度低，成为可以直接咀嚼的软籽品种。根据百粒重，可以将石榴品种分为特大粒品种（百粒重≥50 g）、大粒品种（40 g≤百粒重≤49.9 g）、中等粒品种（30 g≤百粒重≤39.9 g）、小粒品种（20 g≤百粒重≤29.9 g）、特小粒品种（百粒重≤19.9 g）[4]。有研究发现，石榴籽粒大小与出汁率呈显著正相关[5-6]，因此，大粒是石榴重要的育种目标。目前，关于石榴农艺性状的遗传研究较少[7]，石榴籽粒大小性状的遗传多样性及遗传规律尚不明确，尚不能在杂交亲本的选配及杂交后代籽粒大小的预测方面提供有力参考，因此有必要开展深入的探讨。本试验对150 份石榴种质资源的籽粒大小多样性进行了分析，探讨了籽粒大小（百粒重）与单果重、籽粒数之间的关系，最后利用3 个杂交F1群体探讨石榴籽粒大小的遗传倾向，以期为石榴杂交亲本选配及后代籽粒大小的预测提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料来源于安徽省农业科学院园艺研究所岗集基地石榴资源圃，用于遗传多样性研究的材料共150 份，其中来自安徽淮北73 份、安徽怀远20 份、山东枣庄35 份、陕西临潼12 份、河南荥阳10 份。用于籽粒大小稳定性测定的8 份种质分别为AHHB30、HY22、AH1、HY21、AHHB37、AHHB45、SXXA22、DBZ。用于遗传特性分析的研究材料为3个杂交F1代群体，亲本为‘大笨籽’ב墨石榴’（98 株）、‘白玉石籽’ב青皮’（49 株）、‘红花玉石籽’ב青皮’（70 株），2013 年杂交，2014年春定植，按照常规栽培措施管理。2017 年杂种单株开始结果。2019 年果实成熟时采集样品，成熟度基本保持一致。采集的样品当天带回实验室进行指标测定。

1.2 试验方法

用于遗传多样性和遗传特性测定的植株，每个单株从树冠外围选取成熟度一致的10 个果实，籽粒大小用百粒重衡量，百粒重采用精度为0.01 g 电子天平称量，3 次重复。用于籽粒大小同其他性状的相关性测定的8 份种质，分别测定10 个果实的单果重、百粒重，统计单果籽粒数。单果重采用精度为0.01 g 电子天平称量。

分别计算150 份石榴种质的百粒重平均值（x）、标准差（σ）、变异系数、最大值、最小值和遗传多样性指数（H′）。根据平均值、标准差将供试种质资源分为10 级，从第1 级｛Xi＜（x－2σ）｝到第10 级｛Xi≥（x＋2σ）｝，每0.5σ 标准差为1 级，每一组的相对频率用于计算遗传多样性指数。利用Shannon-weaver 遗传多样性指数（Shannon weaver index of genetic diversity）来衡量群体遗传多样性大小。Shannon-weaver 遗传多样性指数计算公式[8]如下。

Pi 为性状第i 级别内材料份数占总份数的百分比，Ln 为自然对数。

杂交后代的百粒重利用平均值进行统计，使用下列公式[9]对籽粒大小进行遗传倾向分析。

变异系数（%）=（S/XF）×100

组合传递力（%）＝（XF/XMp）×100

超高亲度（%）＝［（XF－XHP）/XHP］×100

超低亲度（%）＝［（XLP－XF）/XLP］×100

S 为标准差，XF为F1代百粒重的平均值，XMP为亲本百粒重的中亲值，XHP为高亲表型值，XLP为低亲表型值。

1.3 数据处理

所有数据用Excel 2020 软件进行分析和处理。

2 结果与分析

2.1 石榴籽粒大小的遗传多样性

通过对安徽淮北、安徽怀远、山东枣庄、陕西临潼、河南荥阳5 个地区的150 份石榴种质的百粒重测定发现，我国石榴籽粒大小都存在丰富的遗传多样性（表1）。安徽怀远地区的石榴百粒重平均值最高，为48.31 g，最大可达65.03 g，变异系数最高（18.48%）；其次是安徽淮北地区，百粒重平均值为41.95 g，最大可达59.44 g，变异系数为14.97%；河南荥阳地区石榴籽粒在5 个地区中最小，百粒重平均值为36.41 g，最大值为42.32 g，最小值为27.33 g，变异系数为5.55%。从遗传多样性指数来看，安徽淮北地区的石榴百粒重遗传多样性指数最高，为2.81，其次为山东枣庄、安徽怀远地区，陕西临潼、河南荥阳的遗传多样性指数较低。总体来看，石榴的籽粒大小具有丰富的遗传多样性，百粒重变异幅度为27.33～65.03 g，遗传多样性指数为2.91。

表1 5 个地区石榴种质资源百粒重变异情况和多样性

2.2 石榴籽粒大小与单果重、单果籽粒数的关系

从8 份石榴种质资源的百粒重、单果重、单果籽粒数的分布情况可以看出，同一石榴种质单果重的变异范围为9.68%～21.50%，单果籽粒数的变异范围为9.53%～32.96%，百粒重的变异范围相对较小，为2.74%～12.27%（表2）。说明石榴籽粒大小相对于单果重和单果籽粒数在同一种质内相对稳定。

表2 8 份石榴种质的百粒重、单果重及籽粒数分布情况

通过对8 份石榴种质的百粒重和单果重、单果籽粒数的相关性分析发现（表3），有6 份种质的百粒重与单果重呈负相关，但是没有达到显著水平；有7 份种质的百粒重与单果籽粒数呈负相关，其中HY21 的百粒重与单果籽粒数呈极显著负相关。此外，AHHB30、AHHB37、HY22、SXXA22、DBZ 这5 份种质的单果重与单果籽粒数均呈极显著正相关。从相关性分析结果可以看出，石榴籽粒大小与单果重关联程度不明显，与单果籽粒数之间存在相互影响。

表3 8 份石榴种质的百粒重、单果重及单果籽粒数的相关系数

2.3 石榴籽粒大小遗传特性

从3 个F1代杂交组合来看，石榴籽粒大小存在丰富的遗传变异，百粒重平均值为41.47 g，百粒重的平均组合传递力为87.73%（表4）。杂交F1代石榴籽粒大小表现为连续变异的特点，从图1 可以看出，‘白玉石籽’ב青皮’和‘红花玉石籽’ב青皮’杂交后代的百粒重均表现为正态分布，而‘大笨籽’ב墨石榴’杂交后代的百粒重表现为偏正态分布，表明石榴籽粒大小为多基因控制的数量性状。

图1 3 个杂交组合后代籽粒大小分布情况

‘大笨籽’ב墨石榴’杂交后代的平均百粒重为38.49 g，低于其中亲值（44.86 g），表明该后代籽粒大小普遍变小，存在衰退变异；从分离的极值来看，‘大笨籽’ב墨石榴’杂交组合的超高亲值为负数，表明后代籽粒大小与高亲相比衰退严重，杂交后代籽粒大小变小趋势明显。此外，‘白玉石籽’ב青皮’和‘红花玉石籽’ב青皮’杂交后代的平均百粒重也均低于中亲值，且超高亲值也均为负值，表明籽粒大小也存在衰退变异。在‘大笨籽’ב墨石榴’和‘白玉石籽’ב青皮’的杂交组合中，超低亲值均为正值，表明其后代中籽粒大小呈低于低亲的趋势；而‘红花玉石籽’ב青皮’杂交组合的超低亲值为负值，表明其后代中籽粒大小呈高于低亲的趋势（表4）。

表4 3 个杂交组合后代百粒重的遗传变异

3 讨论与结论

国外对石榴籽粒大小的研究发现，石榴籽粒大小具有丰富的变异，克罗地亚的石榴品种籽粒大小变异范围为32.00～72.39 g[10]，伊朗的石榴品种籽粒大小变异范围为24.1～59.6 g[11]，摩洛哥的石榴籽粒大小变异范围为40～51 g[12]，西班牙的石榴品种籽粒大小的变异范围为52.5～60.80 g[13]。本研究对我国5 个地区的150 份石榴种质资源的籽粒大小遗传多样性进行分析，从整体上来看我国石榴种质资源的籽粒大小具有丰富的遗传变异，百粒重为27.33～65.03 g，遗传多样性指数为2.91。因此，我国石榴种质资源也呈现出丰富的遗传多样性。从各个地区来看，安徽怀远地区的石榴百粒重最大，遗传多样性指数最高，具有丰富的变异。因此，可在这些遗传多样性指数较高、百粒重变异较大的地区选到类型差异较大的不同种质材料，为育种提供材料。

通过对本研究中8 份石榴种质的分析发现，同一种质单果重、籽粒数变异范围较大，随着籽粒数的增加，果实会变大。而籽粒大小是一个相对稳定的性状，百粒重变异系数为2.74%～12.27%，意味着同一种质的大果不一定含有较大的籽粒，该结果与Wetzstein[14]的结论一致，平均籽粒重同果实大小之间没有相关性，籽粒大小相对稳定。此外，Melgarejo-Sánchez 等[15]对6 个西班牙石榴品种的研究也得出相同结论，单果重大的果实不一定含有大的籽粒。可见，获得高出汁率石榴的重要手段还是选育大粒品种。

籽粒大小是石榴果实的重要品质指标之一，大粒品种选育也成为育种工作者的重要方向之一。杂交后代中籽粒大小表现为多基因控制的数量性状，Harel-Beja 等[16]在小粒品种‘Nana’和中粒品种‘Black’的杂交群体中，定位出6 个和籽粒大小关联的QTL 位点，其中一个位点解释表型贡献率达36.5%。在本研究中，3 个杂交组合后代籽粒大小存在变小的趋势，平均组合传递力为87.73%，表明籽粒大小性状非加性效应较大，在有性杂交后代中该性状的非加性效应解体会出现复杂的分离，并向小粒型回归。在‘Ganesh’בDaru’杂交后代中，石榴籽粒大小表现出亲中趋势，没有明显的超亲优势[17]。本研究的3 个杂交组合中籽粒大小表现出小于中亲值，说明杂交后代的籽粒大小随杂交组合而异。尽管本研究中的3 个杂交组合的籽粒大小平均值都低于中亲值，而在‘大笨籽’ב墨石榴’和‘红花玉石籽’ב青皮’2 个组合中均出现超高亲的植株，说明石榴籽粒大小一方面由于非加性效应解体而普遍降低，而另外一方面在有性生殖过程中产生杂种优势，出现籽粒大小超过高亲的植株。类似现象在梨中也有报道，梨杂交后代的果实大小也普遍存在退化的负向选择[18]。虽然石榴籽粒大小在杂交后代中存在退化现象，但杂交后代中广泛分离的特点，仍给选择理想的类型提供了可能。