枣杂交后代果实性状遗传分析

谢 欢，王中堂，李明玥，李新岗

（1. 西北农林科技大学 a. 林学院；b. 陕西省林业综合实验室，陕西 咸阳 712100；2. 山东省果树研究所，山东 泰安 271000）

枣Ziziphus jujuba是我国传统特色经济林木，栽培历史悠久，果实营养丰富，有制干、鲜食等品种类别[1]。我国枣品种选育历史悠久，但杂交育种发展缓慢，要提高定向培育新品种的进程，就应加快杂交遗传研究和育种技术创新[2-3]。

目前，有关其他果树杂交后代果实性状的遗传变异规律已有较多研究报道，如桃[4]、梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、龙眼[9]等，有关枣杂交后代叶片[10-11]、针刺[12-13]、果实大小[14]等性状遗传的研究也有诸多报道。提高枣果实品质一直是品种选育的重要目标，但关于枣杂交后代果核、可食率、含仁率、营养成分等性状遗传的研究报道较少。

‘冬枣’是我国栽培面积最大、品质最好的鲜食枣品种，有雄性不育和自交不亲和的特性，坐果难，果实中等大小、近圆形[15]。‘金丝4 号’是优质的干鲜兼用品种，丰产性好，抗裂果、抗病性强，果实品质优、近长柱形[16-17]。利用‘冬枣’自交不亲和与雄性不育特征，及与‘金丝4 号’亲缘关系相对较远的特点[18]，配置‘冬枣’ב金丝4 号’杂交组合，建立杂交后代群体，目的是获得品质优、抗性强、丰产性好的新种质。本研究中以‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代103 个株系为研究对象，针对单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数、单核质量、果核纵径、果核横径、核形指数、可食率、含仁率、可溶性糖含量、有机酸含量、维生素C 含量、总黄酮含量等14 个性状，分析杂交后代果实性状的遗传特性，通过综合比较和评价，筛选优良单株，旨在为枣优良品种选育提供参考。

1 材料与方法

1.1 试 材

2015 年，在山东省果树研究所泰东干果试验基地建立‘冬枣’ב金丝4 号’的F1杂交群体，基于SSR 多态性标记鉴定出103 株杂交后代[2]，株行距1.0 m×4.0 m。2016 年杂交后代开始结果，2019 年普遍结果。

2019—2020 年连续2 年的8—10 月，对亲本及F1杂交群体中结果单株进行果实采样。在树冠外围中上部不同方位选择发育良好、无病虫害、初红期（果面近1/3 着色）一致的果实，单株采集果实数量不少于30。15 个以上果实用于表型性状调查，采集后将果实置于冰盒中存放，带回实验室低温（-4 ℃）保存，在72 h 内完成表型指标测定。另外10 ～15 个果实用于营养成分指标测定，采样当天在果实着色、未着色2 个区域，纵向切取果实的1/4 月牙形果肉至贴近果核处，完整取下并装入离心管后在液氮中冻存，带回实验室放入-80 ℃冰箱中保存备用。

1.2 果实性状指标测定

使用电子天平测定果实质量、果核质量；使用游标卡尺测量果实纵横径、果核纵横径，果实纵径比横径即果形指数，果核纵径比横径即核形指数[15]；采用蒽酮比色法测定可溶性糖含量[19]；采用酸碱滴定法测定可滴定酸含量后，计算有机酸含量[20]；采用高效液相色谱法（HPLC）测定维生素C 含量[21]；采用氯化铝比色法测定总黄酮含量[22]。

1.3 数据统计处理

使用Excel 2016 软件进行数据整理，计算各性状的遗传规律；使用IBM SPSS Statistics 22.0 软件进行正态检验，绘制频次分布直方图，进行相关性分析和主成分分析[6-8]。

式中：RE为可食率；m果为单果质量；m核为单核质量。

式中：RK为含仁率；n仁为含种仁数量；n果为果实总数量。

式中：PM为亲中值；P1、P2为双亲值。

式中：CV为变异系数；σ为标准差；F为杂交后代的平均值。

式中：Ta为遗传传递力；Ha为优势率。

式中：RH为超高亲比例；RL为低低亲比例；NH为高于高亲表型值的单株数量；NL为低于低亲表型值的单株数量；N总为杂交后代植株总数量。

2 结果与分析

2.1 杂交后代果实性状遗传分析

2.1.1 果实表型性状

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交后代果实表型性状遗传分析结果见表1。由表1 可知，杂交后代单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数的平均值均小于亲中值，变异系数为9.65%～34.26%，其中单果质量、果实纵径、果实横径均呈现趋低亲遗传，低低亲比例分别为63.08%、81.54%和36.92%。果形指数的平均值（1.09）与亲中值（1.13）接近，超高亲比例和低低亲比例分别为4.62%和9.23%。母本‘冬枣’果形指数为0.97，呈圆形；父本‘金丝4 号’果形指数为1.30，呈长柱形；后代果形指数多数介于亲本之间，说明果实形状呈现趋中亲变异。单果质量、果实纵径、果实横径、果形指数的遗传传递力分别为81.67%、87.75%、91.49%和96.45%，优势率均为负值，后代杂种优势不明显。

表1‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果实表型性状遗传分析结果Table 1 Genetic analysis of fruit phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

杂交F1代果实表型性状遗传趋势如图1 所示。由图1 可知，果实表型性状均呈现连续变异，其中果实纵径、横径服从正态分布，均属数量性状遗传。

2.1.2 果核表型性状

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交后代果核表型性状遗传分析结果见表2。由表2 可知，杂交后代果核性状的变异系数为12.53%～23.63%，果核纵径、果核横径、核形指数的平均值小于亲中值，单核质量平均值（0.412）与亲中值（0.409）接近，其中果核纵径、核形指数呈现趋低亲遗传，低低亲比例分别为81.54%和35.38%，单核质量、果核横径呈现趋中遗传。单核质量、果核纵径、果核横径、核形指数的遗传传递力分别为100.74%、87.70%、97.77%和88.53%，优势率均较小，后代优势不明显。

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代果核表型性状遗传趋势如图2 所示。由图2 可知，果核表型性状也呈现连续变异的特点，其中单核质量服从正态分布。

2.1.3 果实可食率和含仁率性状

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交后代果实可食率和含仁率性状遗传分析结果见表3。由表3 可知，可食率为91.36%～97.81%，平均值为96.63%，与亲中值以及亲本的可食率均接近。杂交亲本‘冬枣’和‘金丝4 号’的含仁率分别为108.33%和110.34%，亲中值为109.34%，与后代含仁率平均值（106.70%）接近，变异范围0 ～150.00%，变异系数为24.70%。

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代可食率和含仁率性状遗传趋势如图3 所示。由图3 可知：F1代可食率多集中在94.5%～97.5%，符合正态分布，且后代可食率变异系数最小，性状比较稳定；杂交后代含仁率多集中在100%～140%。

2.1.4 果实营养成分性状

枣果实富含糖、有机酸、维生素、多酚类等营养物质。‘冬枣’ב金丝4 号’杂交后代果实营养成分性状遗传分析结果见表4。由表4可知，后代枣果实营养成分性状的变异系数为18.33%～37.94%，可溶性糖质量分数的平均值小于亲中值，有机酸、维生素C、总黄酮的质量分数的平均值大于亲中值。其中可溶性糖质量分数呈现趋低亲遗传变异，低低亲比例为36.51%，有机酸、维生素C、总黄酮的质量分数呈现趋高亲遗传变异，超高亲比例分别为93.65%、76.19%和47.62%。可溶性糖、有机酸、维生素C、总黄酮的质量分数遗传传递力分别为88.71%、138.19%、234.92%和124.05%，维生素C、有机酸、总黄酮的质量分数的优势率均较大，分别为134.92%、38.19%和24.05%，后代优势明显。

表2‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果核表型性状遗传分析结果Table 2 Genetic analysis of the phenotypic traits of the fruit kernel in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代果实营养成分性状遗传趋势如图4 所示。由图4 可见，果实各营养品质性状均呈现连续变异，属于数量性状遗传，其中可溶性糖、有机酸、总黄酮的质量分数服从正态分布。

2.2 杂交后代果实性状间相关性分析

‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代各果实性状指标的相关系数见表5。由表5 可知：F1代群体果实的单果质量与果实纵横径、果形指数、单核质量、果核纵径、可食率极显著正相关，与果核横径显著正相关；果实纵径与果实横径、果形指数、单核质量、果核纵横径、核形指数、可食率极显著正相关，与有机酸质量分数显著负相关，与总黄酮质量分数显著正相关；果实横径与单核质量、果核纵横径、可食率极显著正相关，与含仁率显著正相关；果形指数与果核纵径、核形指数极显著正相关，与有机酸质量分数显著负相关；单核质量与果核纵横径、含仁率极显著正相关，与核形指数、可食率极显著负相关；果核纵径与果核横径、核形指数极显著正相关，与总黄酮质量分数显著正相关；果核横径与核形指数、可食率极显著负相关，与含仁率极显著正相关。值得关注的是：杂交后代群体的核形指数与可食率极显著正相关，相关系数为0.411，与含仁率极显著负相关，相关系数为-0.370，与总黄酮质量分数显著正相关；可食率与含仁率极显著负相关，相关系数为-0.350；维生素C 质量分数与总黄酮质量分数显著正相关。

图2‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果核表型性状遗传趋势Fig. 2 The genetic trend of fruit core phenotypic traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表3‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果实可食率和含仁率性状遗传分析结果Table 3 Genetic analysis of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ %

图3‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代可食率和含仁率性状遗传趋势Fig. 3 Genetic trend of edible rate and kernel rate in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表4‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果实营养成分性状遗传分析结果Table 4 Genetic analysis of fruit nutrient composition traits of F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

2.3 杂交后代果实性状综合评价

对‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代的14 个果实性状进行主成分分析，根据方差累计贡献率不小于85%的标准选取主成分，有6个主成分入选，累计贡献率达86.36%，结果见表6。由表6 可知：第1 主成分的贡献率为31.45%，其中果实大小（果实纵径、单果质量、果实横径）有较大的正系数，分别为0.938、0.831 和0.799，说明枣果的基本表型性状是果实品质评价的第一要素；第2 主成分的贡献率为20.08%，其中核形指数、可食率的系数较大，分别为0.867 和0.686；第3 主成分的贡献率为10.89%，其中维生素C 质量分数有较大的正系数，为0.739；第4 主成分的贡献率为9.18%，其中有机酸质量分数的系数较大，为0.561；第5主成分的贡献率为8.67%，其中可溶性糖质量分数有较大的正系数，为0.739；第6 主成分的贡献率为6.09%，其中总黄酮质量分数有较大的正系数，为0.548。

因此，可将6 个主成分归纳为4 个综合性状，即果实大小、核形指数、可食率、果实营养成分，这4 个综合性状是杂交后代果实品质的主要性状，可作为杂交后代枣果实品质评价的指标。

根据各主成分的贡献率，按照主成分综合得分公式分别计算6 个主成分的贡献得分（Pi），然后计算综合得分，优选得分较高的单株。各主成分得分是相应的因子得分乘以相应的特征值算术平方根，主成分综合得分（P）是以各主成分的贡献率对各主成分得分进行加权平均，即

式中：R为方差贡献率，RC为累计方差贡献率。

经计算，F1群体单株的综合得分排名前5 位的单株编号分别为J-48、J-26、J-23、J-47、J-2，综合得分分别为2.52、1.95、1.83、1.75、1.56，均在1.5 以上。‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代优株及亲本的果实性状指标见表7。由表7 可知，选定的5 个株系在果实大小、可食率、核形指数、营养成分含量方面均相对优于亲本。‘冬枣’ב金丝4 号’杂交F1代优株和亲本的果实外观如图5所示。

图4‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果实营养成分性状遗传趋势Fig. 4 Genetic trend of fruits nutrient composition traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表5‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代各果实性状指标的相关系数†Table 5 Correlation analysis of fruit traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表6‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代果实性状主成分分析结果Table 6 Eigenvectors and contribution rate of principal components of traits in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’

表7‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代优株及亲本的果实性状指标Table 7 Traits of outstanding sexual progenies in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parents

图5‘冬枣’ב金丝4号’杂交F1代优株和亲本的果实外观Fig. 5 Fruits of some excellent plants in F1 generation of ‘Dongzao’ × ‘Jinsi 4’ and parent fruits

3 结论与讨论

杂交育种是聚合优良性状的重要途径[15]，杂交后代会出现由双亲控制目标性状的优良基因结合的单株，但易受双亲基因加性效应和杂交过程非加性效应解体的影响，大部分后代的性状会出现广泛分离且趋于负向变异[23]。本研究中调查了‘冬枣’ב金丝4 号’F1群体的103 个后代，果实大小、果核大小等表现出衰退现象，是由于杂交后代存在非加性效应解体现象，其中果实纵横径、单果质量、果核纵径、可食率趋低亲遗传，但子代产生新的累加效应组合，使得仍有部分超亲后代出现。梨[5-6]、杏[7]、葡萄[8]、欧李[24]等果树的杂交后代的经济性状也表现出退化和趋低亲遗传变异现象。种仁被认为是枣树有性杂交育种的基础，本研究中杂交后代的含仁率性状比较稳定，超亲比例和低亲比例相近，无明显的趋向双亲变异现象。刘政海等[8]在对酿酒葡萄杂交组合后代的糖酸分析中发现，后代果实可溶性固形物和可滴定酸含量呈现较广泛的分离，表现为连续分布，且出现趋向于高酸和低糖的遗传变异，这与本研究中F1代果实可溶性糖和有机酸含量的变异结果一致。维生素C 和总黄酮含量表现出超高亲遗传，说明性状遗传以加性效应为主，并且存在正向的非加性效应[6]。另外，酸枣中维生素C含量较高，这也可能与杂交后代大部分趋于其野生类型酸枣性状相关[25]。

本研究结果表明，‘冬枣’ב金丝4 号’杂交后代的果实纵径、果实横径、单核质量、可溶性糖含量、有机酸含量、总黄酮含量均符合正态分布，说明这些性状均属多基因控制的数量性状[26]，单果质量、果形指数、果核纵横径、核形指数、可食率、含仁率、维生素C 含量均呈现出不同程度的偏正态分布，可能是在杂交和栽培过程中受到不同的选择压力[27]，出现极端样本数据，而杂交后代群体中性状的集散性可以为选择确定适宜的淘汰比例提供依据[25]。

果实品质是多基因控制的数量性状和多种因素相互作用的结果，因此果实品质性状间存在相关性。本研究结果表明，果实大小与果核大小间的相关性较强，果形较大的情况下果核也相对较大。并且，核形指数、可食率与含仁率极显著负相关，说明果核大小与含仁率有一定的关系，这与对枣实生群体的调查结果一致[28]。

利用获得的性状指标对杂交子代果实品质性状进行评价，不能反映果实的整体品质，评价结果会因信息重叠而出现偏差。采用主成分分析法可以将多个性状指标经正交变换转化为较少的综合指标，这些综合指标既互不相关，又能综合反映原来多个性状指标的主要信息，并且所提取的几个主成分能体现原来变量绝大部分的变异[7]。本研究中对杂交后代群体的14 个果实性状进行了主成分分析，提取出6 个主成分，并归为4 个综合成分，即果实大小、核形指数、可食率、果实营养成分，保留了原始成分86.36%的贡献率，可较为客观地反映各性状之间的关系，根据综合得分对该群体的单株进行排名，筛选出综合性状优良的5 个单株。

本研究中仅选择了14 个果实性状来研究杂交后代的遗传特性，并筛选优良株系，然而影响枣果实品质的性状还有很多。为了掌握枣杂交后代的遗传规律，加快新品种选育进程，下一步将增加性状评价指标，对研究群体进行多年度深度评价。