农大4号与DS－1欧李正、反交F1代果实品质的遗传变异分析

付鸿博 王鹏飞 徐 豆 穆霄鹏 张建成 付宝春 杜俊杰

(1山西农业大学园艺学院，山西 太谷 030801；2山西农业大学果树研究所，山西 太谷 030801)

欧李[Cerasus humilis(Bge.) Sok.]属蔷薇科樱桃属矮生樱亚属植物[1]，是我国特有的具有高类黄酮含量的果树资源。欧李种质资源丰富，生态类群分布广泛，种质间类黄酮含量差异明显，为类黄酮的研究提供了重要的材料保障[1]。

黄酮类化合物是植物在自然界长期进化过程中产生的一类次生代谢产物[2]、天然抗氧化剂[3]，是广泛存在于天然植物中重要的生物活性物质，在防癌、抑癌[4]和防治心血管疾病[5]中有很好的作用。因此，对于欧李类黄酮的研究具有重要的实践和科学意义。

杂交育种是改良果树遗传性状的重要手段之一，后代性状很可能比双亲更有优势[6－7]，从杂交后代中获得目标性状单株的概率较高，因而杂交是果树育种中的一个非常重要的手段[8－9]。目前，关于果树杂交遗传规律的研究有诸多报道[10]，但针对欧李的育种研究工作主要集中于种质资源评价。在对辽宁省的28份欧李种质的测定分析后，筛选出4 份高多酚含量和强抗氧化能力的种质[11]，对7 份欧李种质的评价中也发现这7 份种质具有较高的抗氧化能力[12]。关于欧李杂交后代遗传规律分析的报道目前较少，集中在欧李果实糖酸遗传变异分析[10，13]，关于果实生物活性物质和抗氧化能力的遗传分析还鲜有报道。本研究以农大4 号与DS－1 及其正反交后代为材料，测定分析了果实表型特征，生物活性物质和抗氧化能力的遗传变异情况，以期从杂交后代中选育出所需目标性状优株，并初步阐明各性状的遗传倾向和特征，为科学选配亲本提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料取自山西农业大学欧李石象基地(37°23′N，112°29′E)，以农大4 号和DS－1 进行杂交，杂交后代于2017年11月栽植，株行距为0.6 m×0.4 m，田间管理按常规水肥方法进行，管理措施保持一致。在农大4 号(母本)×DS－1(父本)正交后代中选取114株，在DS－1(母本)×农大4 号(父本)反交后代中选取36 株，于2019年果实成熟期采样。采样时分别从每个植株上、中、下部采取大小均匀一致，无病虫害的果实30 个。

表1 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代平均单果重的遗传变异Table 1 Heredity and variation analysis of single fruit weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

1.2 试验试剂及仪器

1，1－二苯基－2－苦肼基自由基(1，1-diphenyl-2-picrylhydrazyl，DPPH)、2，4，6－三(2－吡啶基)－1，3，5－三嗪[2，4，6-tri-(2-pyridyl)-1，3，5-triazine，TPTZ]、2，2′－联氮基双(3－乙基苯并噻唑啉－6－磺酸)二铵盐[2，2’-azino-bis ( 3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid )，ABTS]、芦丁、没食子酸、水溶性维生素E、福林酚均购于北京索莱宝生物科技有限公司；分析纯甲醇，购于天津市天力化学试剂有限公司；盐酸、氢氧化钠、硝酸铝、亚硝酸钠、碳酸钠等，购于天津市凯通化学试剂有限公司。

LH-T32 折光仪，杭州陆恒生物科技有限公司；JJ224BC 电子天平，常熟市双杰测试仪器厂；UV－5200紫外可见分光光度计，上海元析仪器有限公司；SB25－12D 超声清洗器，宁波新芝生物科技股份有限公司；HC－2518R 高速冷冻离心机，安徽中科中佳科学仪器有限公司。

1.3 试验方法

1.4 数据分析

采用Microsoft Excel 2007、 SAS 9.2、OriginPro 9.0软件进行数据分析。

变异系数(coefficient of variation，CV)＝后代标准差/后代平均值×100%；

遗传传递力(transmitting ability，Ta)＝后代平均值/亲中值×100%；

起高亲比率(high of the highest，HH)＝后代高于亲本数量/后代株数×100%；

超低亲比率(low of the lowest，LL)＝后代低于亲本数量/后代标数×100%。

2 结果与分析

2.1 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代平均单果重的遗传变异分析

由表1 可知，当平均单果重较小的DS－1 做父本时，后代的平均值低于亲中值，遗传传递力为88.53%，表现为衰退变异，且后代超低亲比率高于其做母本时的组合，后代果实平均单果重呈变小的趋势。当平均单果重较大的农大4 号做父本时，后代平均值大于亲中值，后代超高亲比率高于其做母本时的组合，遗传传递力为106.30%，表现为杂种优势，总体表明平均单果重更易受父本的影响。正反交组合的变异系数分别为31.71%和31.64%，均超过了20%[10，13]，在杂交后代中均出现了广泛分离，选择潜力较大。双亲平均单果重分别为6.47 g 和2.21 g，正反交后代的平均单果重集中在双亲之间。由图1 可以看出，平均单果重呈现连续变异，呈偏正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

图1 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代平均单果重的频率分布Fig.1 Normal distribution map of single fruit weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.2 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代核重的遗传变异分析

由表2 可知，正反交组合后代的核重分别为0.285 g 和0.284 g，均小于亲中值，遗传传递力分别为78.50%和78.40%，表现为衰退变异。正反交组合的变异系数分别为21.96%和20.51%，均超过20%，在杂交后代中均出现了广泛分离，选择潜力较大。以核重较小的DS－1 做父本时，后代超低亲比率较高为74.56%，说明受父本的影响较大，表现为趋小性遗传。由图2 可以看出，正反交后代核重呈现连续变异，呈偏正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

图2 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代核重的频率分布Fig.2 Normal distribution map of stone weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

表2 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代核重的遗传变异Table 2 Heredity and variation analysis of stone weight in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.3 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代纵、横径的遗传变异分析

由表3 可知，当以纵、横径较小的DS－1 做父本时，后代的平均值低于亲中值，后代超低亲比率高于其做母本时的组合，当纵、横径较大的农大4 号做父本时，后代平均值大于亲中值，后代超高亲比率也高于其做母本时的组合，表明纵、横径受父本的影响较大。正反交组合纵、横径的变异系数均低于20%，后代未出现广泛分离，选择潜力较小。遗传传递力均在100%左右，相差较小，遗传相对稳定。结合图3 和表3，后代纵、横径多集中在双亲之间，表现为趋中的遗传倾向，纵径和横径均呈现连续变异，呈正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

表3 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代纵、横径的遗传变异Table 3 Heredity and variation analysis of vertical diameter and horizontal diameter in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图3 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代纵、横径的频率分布Fig.3 Normal distribution map of vertical diameter and horizontal diameter in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.4 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果形指数的遗传变异分析

由表4 可知，正反交后代的果形指数平均值与亲中值接近，遗传传递力均接近100%，性状稳定，变异系数分别为7.77%和7.22%，均小于20%，后代未出现广泛分离，选择潜力较小，果形多数与亲本一致，呈现为扁圆形。由图4 可以看出，后代的果形指数呈现连续变异，呈偏正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

主要包括针对CP的内镜微创治疗、体外震波碎石和外科手术，针对AP的药物和外科治疗，针对胰腺肿瘤的外科手术治疗。继发性PEI应注重原发病的治疗。原发病经过有效治疗后可以部分改善胰腺外分泌功能。

表4 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果形指数的遗传变异Table 4 Heredity and variation analysis of fruit shape index in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图4 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果形指数的频率分布Fig.4 Normal distribution map of fruit shape index in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.5 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代可溶性固形物含量的遗传变异分析

由表5 可知，正反交后代的可溶性固形物含量平均值均低于亲中值，遗传传递力分别为78.12%和79.23%，表现为明显的衰退变异，变异系数分别为16.76%和14.83%，均低于20%，后代未出现广泛分离，选择潜力较小。结合表5 和图5 可以看出，正反交组合的超低亲比率分别为65.79%和77.78%，表现为趋小的遗传倾向。后代的可溶性固形物含量呈现为连续变异，呈偏正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

表5 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代可溶性固形物含量的遗传变异Table 5 Heredity and variation analysis of soluble solid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图5 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代可溶性固形物含量的频率分布Fig.5 Normal distribution map of soluble solid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.6 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代类黄酮含量的遗传变异分析

由表6 可知，当以类黄酮含量较高的农大4 号做母本时，后代类黄酮含量的平均值为10.96 mg·g－1，高于亲中值(9.78 mg·g－1)，遗传传递力为112. 17%，同时超高亲比率达到了37.72%，而以类黄酮含量较低的DS－1 为母本时，后代类黄酮含量的平均值为8.33 mg·g－1，低于亲中值，遗传传递力为85.26%，超高亲比率较低，超低亲比率较高，说明类黄酮含量的变异受母本影响较大。正反交组合的变异系数分别为27.79%和25.92%，均大于20%，后代广泛分离，选择潜力较大。通过图6 可以看出，后代的类黄酮含量为连续变异，呈偏正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

表6 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代类黄酮含量的遗传变异Table 6 Heredity and variation analysis of total flavonoid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图6 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代类黄酮含量的频率分布Fig.6 Normal distribution map of total flavonoid content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.7 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代总酚含量的遗传变异分析

由表7 可知，农大4 号总酚含量高于DS－1，当以农大4 号做母本时，后代总酚含量的平均值为4.17 mg·g－1，高于亲中值，遗传传递力为104.18%，超高亲比率为37.72%，均高于其做父本时的组合，超低亲比率为31.58%，低于其做父本时组合的69.44%，说明总酚含量的变异受母本影响较大。正反交组合的变异系数分别为25.54%和22.34%，均大于20%，后代广泛分离，选择潜力较大。通过图7 可以看出，后代的总酚含量为连续变异，呈正态分布，为多基因控制的数量遗传性状。

表7 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代总酚含量的遗传变异Table 7 Heredity and variation analysis of total phenol content in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图7 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代总酚含量的频率分布Fig.7 Normal distribution map of total phenol content in the F1generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese Dwarf Cherry

2.8 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代抗氧化能力的遗传变异分析

由表8 可知，3 个抗氧化指标的遗传倾向基本一致，以抗氧化能力较强的农大4 号为母本时，3 个抗氧化指标的平均值均高于亲中值和其做父本时的组合。正交组合超高亲比率均大于20%，高于反交组合，正交组合的超低亲比率均低于反交组合。表明当以农大4 号为母本时，后代更易选出抗氧化能力较强的单株。3 个抗氧化指标正反交组合的变异系数均大于20%，后代广泛分离，选择潜力较大。

表8 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代抗氧化能力的遗传变异Table 8 Heredity and variation analysis of antioxidant capacity in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.9 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果实性状间相关性分析

通过对后代果实各性状做相关性分析(图8)，结果表明平均单果重、核重、纵径和横径与可溶性固形物含量均呈极显著正相关(P<0.01)，果形指数与可溶性固形物含量无显著相关性。平均单果重、纵径和横径与类黄酮含量、总酚含量和抗氧化能力呈极显著负相关(P<0.01)。果形指数与类黄酮含量、总酚含量和抗氧化能力呈极显著正相关(P<0.01)。核重与类黄酮含量、总酚含量和抗氧化能力呈负相关，但无显著性。类黄酮含量、总酚含量和抗氧化指标之间均互呈极显著正相关(P<0.01)，且相关系数较大，尤以类黄酮和总酚含量与FRAP 的相关系数最大，分别为0.95 和0.96。

2.10 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果实性状主成分分析

通过对欧李正反交果实品质进行主成分分析，得到前2 个主成分的累计贡献率为88.30%(表9)，超过了85%[16]，第1、第2 主成分的特征值分别为32.03 和7.35，均超过了1[17]，一般认为基本包含了全部信息，可用前2 个主成分对其果实品质进行综合分析。第1主成分的贡献率为71.82%，包括清除ABTS 自由基的能力和类黄酮含量，特征向量分别为0.63 和0.52，主要反映欧李果实的抗氧化能力和生物活性物质含量；第2 主成分的贡献率为16.48%，包括横径和纵径，特征向量分别为0.66 和0.44，反映欧李果实的大小。

表9 农大4号与DS－1欧李正反交后代果实性状主成分分析Table 9 Principal component analysis of fruit traits of Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

2.11 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果实性状聚类分析

通过对后代果实各性状做主成分分析后，对其进行降维处理，共提取了两个主成分，以这两个主成分所包含的信息进行聚类分析，可将全部后代分为4 个类别(图9)。通过表10 可以看出，分成的4 个类别各有不同的特点，第1 类包含了4 个后代植株，占全部后代的2.67%，主要是特征是类黄酮含量高，平均值为19.39 mg·g－1，清除ABTS 自由基的能力强，平均值为22.98 mg TE·g－1，这些后代植株可作为高类黄酮含量和高抗氧化能力的优株做进一步利用。第2 类包含了37 个后代植株，占全部后代的24.67%，主要特征类黄酮和抗氧化能力较强的同时兼顾了相对较大的纵、横径。第3 类包含了8 个后代植株，占全部后代的5.33%，主要特征是果实的纵、横径大，平均值分别为22.47 mm 和18.64 mm，表现为大果的特点，可做为选育大果的优株进行利用。第4 类包含了101 个后代植株，占全部后代的67.33%，这部分后代植株的4 个果实性状较为趋中，基本都在双亲之间，没有明显特征，可利用价值较低。

图8 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果实性状间相关性分析Fig.8 Correlation analysis in the F1 generation from reciprocal crosses between Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

表10 欧李正、反交后代果实聚类分析及性状特征Table 10 Cluster analysis and fruit traits characteristics of Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

图9 农大4 号与DS－1 欧李正、反交后代果实性状聚类分析Fig.9 Cluster analysis of fruit traits of Nongda 4 and DS－1 Chinese dwarf cherry

3 讨论

果实的大小及外观形态是消费者最先观察到的形态特征，也是果品非常重要的商业指标，因此这也是育种工作者关注的重点。在本研究中，农大4 号与DS－1欧李正、反交后代的果实平均单果重和核重的变异系数超过20%，出现了广泛分离，具有较高的选择潜力，这与不同品种杏[18]、梨[19－20]和龙眼[21]等杂交后代的研究结果基本相一致。纵径、横径和果形指数的变异系数均较小，分离程度较低，选择潜力较小。本研究中正反交后代间性状差异分析发现，平均单果重、核重、纵径和横径受父本的影响较大。在DS－1 与99－02 欧李正反交组合中也发现，以平均单果重较大的植株为父本时，更容易选育出平均单果重较大的品种[13]。这与本研究的结果一致，进一步说明欧李的果实大小受父本的影响。

糖含量影响果实风味，选育高可溶性固形物型欧李是非常重要的育种目标。在本研究中，正反交的可溶性固形物含量表现出明显的衰退变异，变异系数均低于20%，这与DS－1×Y03－09 等三个欧李杂交组合的结果一致[10，13]，说明欧李后代可溶性固形物含量很难出现广泛分离，选择潜力较小。超低亲比率较高，均超过了65%，表现为趋小的遗传倾向。这与不同品种苹果[22]和杏[23－24]等杂交后代研究的结果基本一致。本研究中，正反交组合的超高亲率分别为1.75%和0，后代中可溶性固形物含量较高的株系较少，这可能与亲本本身可溶性固形物含量较高有关。

类黄酮和多酚作为植物内在的次生代谢产物，其含量无法通过肉眼直接判断，需要通过检测来确定，利用相关性分析，将表型特征与物质含量相联系，为初步判断内在物质的含量提供了重要帮助。本研究发现，类黄酮、总酚含量和抗氧化能力与平均单果重、纵径和横径呈极显著负相关(P<0.01)，与果形指数呈极显著正相关(P<0.01)。类黄酮含量、总酚含量和抗氧化指标之间均互呈极显著正相关(P<0.01)，在猕猴桃[25]、刺梨[26]、蓝靛果[27]、柿[28]和苹果[28]等研究中也得到了同样的结果。

为了筛选出综合品质较高的株系，利用主成分分析法，将测定的11 个指标进行降维处理，提取了2 个主成分。第1 主成分为清除ABTS 自由基能力和类黄酮含量，第2 主成分为果实的纵、横径。通过提取的主成分信息将后代植株进行了聚类分析，共分成4 个大类，筛选出了具有高类黄酮和强抗氧化能力的后代优株4 株，果实纵、横径大的后代优株8 株，兼具相对较高的2 个主成分的后代优株37 株。根据育种目标可以选出所需目标优系，在欧李杂交育种中可以根据不同优株的特点加以利用。

4 结论

本研究通过对欧李正反交后代果实品质性状测定分析发现，果实大小、生物活性物质含量及抗氧化能力选择潜力较大，果实形状和可溶性固形物含量选择潜力较小。果实大小受父本的影响较大，以大果品种为父本时更易选出大果后代。果实形状不受父母本影响。可溶性固形物含量和核重表现为明显的衰退变异，为趋小性遗传。类黄酮、总酚含量和抗氧化能力受母本的影响较大，当母本类黄酮总酚含量较高时，更易选出该含量较高的后代，这为杂交选配亲本提供了重要的参考依据。本研究同时筛选出了具有典型特征(高类黄酮、高抗氧化能力，大果型)的后代优株，可根据育种目标加以重点利用。