苦瓜全雌性状的遗传规律及其硝酸银诱雄效应

陈小凤,黄玉辉,冯诚诚,黄熊娟,梁家作,琚茜茜,刘杏连,黄如葵

(广西农业科学院蔬菜研究所/广西蔬菜育种与新技术研究重点实验室,南宁 530007)

【研究意义】苦瓜(MomordicacharantiaL.)为葫芦科苦瓜属一年生蔓生植物,其多数类型的雄花分化节位低且早于雌花分化[1],进而影响苦瓜产量、熟性或杂交种子生产。全雌系在杂交制种时可免去雄,因而简化制种程序和节约成本[2],利用苦瓜全雌系或其近等基因系为亲本进行杂交,F1代产量显著升高,雌花节位降低,表现早熟[3-6]。在自然条件下,苦瓜全雌系无雄花,无法留种繁殖,而硝酸银(AgNO3)是其有效的诱雄剂[7-10]。虽然苦瓜全雌系在育种和生产上优点突出,但目前利用其进行育种尚处于试验阶段,未作为大规模育种亲本使用,其主要原因是苦瓜选育从单株单瓜开始,对诱雄时期、诱雄规律、枝蔓整理、诱雄株与授粉株比例、遗传规律及全雌株鉴定等技术尚未完全清楚,无法进行高效单株选育和群体繁育创制优良全雌株系。因此,明确苦瓜全雌性状的遗传规律和诱雄效应,对高效繁育苦瓜全雌系具有重要意义。【前人研究进展】苦瓜全雌性状遗传受一个隐性基因控制[11-12],植株全部开雌花。同为葫芦科作物的黄瓜,其花性主要由两个独立分离显性基因控制,雌雄株受隐性的雌性基因控制,且该隐性基因与决定雌性化程度的显性基因紧密连锁,而由隐性基因控制的雌性株系属于强雌性系,植株全部开雌花[13]。也有研究认为,黄瓜全雌性状由一对不完全显性基因控制,且雌性性状相对雌雄同株为显性性状[14],与黄瓜全雌性状的遗传规律一致,均符合加性-显性-上位性遗传模型[15];但也有研究表明,黄瓜全雌性是多基因控制的数量性状[16],黄瓜存在全雌株、全雄株、全两性花株、雄花两性花同株及雌雄同株等5种性别表型[17]。甜瓜也属于葫芦科作物,其性别表达受雄全同株基因a、雌全同株基因g及全雌株基因gy控制,不同基因型对应的表现型为:A_G_雌雄异花同株、A_gg雌全同株、aaG_雄全同株、aagg两性花株及A_gggygy全雌株[18]。可见,只有基因为A_gggygy时,对应的表型才表现为全雌株,受隐性基因控制,并跟黄瓜一样也有5种性别表型。赵志伟等[19]研究认为,苦瓜强雌性性状由一对主基因控制,且存在微效多基因影响,性状遗传符合1对显性主基因+加—显性多基因模型;孔亮亮等[20]研究也表明,苦瓜强雌性遗传以加性效应为主,同时存在等位基因间互作效应,基因型与环境间也存在互作效应。目前尚缺乏对苦瓜全雌性状及其他不同雌性性状遗传规律的深入研究,苦瓜全雌性状是否与黄瓜一样在性型遗传上表现出一定的复杂性,亟待通过分析不同雌性材料的遗传规律来证实。【本研究切入点】目前,从提高苦瓜全雌系繁育效率角度考虑进行苦瓜全雌株鉴定、诱雄后如何授粉及关于诱雄时期是否最佳的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】利用苦瓜全雌材料MC39-4-5分别与弱雌材料MC6-1-12、中等雌性材料MC6、强雌材料MC39及超强雌材料MC9进行杂交,分析其P1、P2、F1、F2、BCP1和BCP2等6个世代的遗传效应,并探讨参试材料的诱雄效果和全雌株诱雄效应,为提高苦瓜全雌系繁育效率提供理论依据。

1964年由群众出版社出版，是清朝末代皇帝爱新觉罗·溥仪在抚顺战犯看管所中所写的“反省式”自传，记录了他从登基到流亡到接受新中国“改造”的过程，是一部回忆录，更是一本特定历史环境下的自省书。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2018年3月至2021年10月在广西农业科学院武鸣里建科研基地进行。供试苦瓜材料均为稳定自交系,分别为全雌材料MC39-4-5、弱雌材料MC6-1-12、中等雌性材料MC6、强雌材料MC39和超强雌材料MC9,由广西农业科学院蔬菜研究所提供。AgNO3为诱雄剂,购自生工生物工程(上海)股份有限公司。遗传规律分析所用材料为:以MC39-4-5为母本(P1),以MC6-1-12(P2-1)、MC6(P2-2)、MC39(P2-3)和MC9(P2-4)为父本,杂交获得F1代;F1代分别与P1和P2回交,获得2个回交代BCP1和BCP2,同时F1代自交获得F2代;在田间种植F1、F2、BCP1和BCP2代。供试材料的特征特性及调查时各世代成活株数见表1。

公立医院作为一种医疗患者中心，属于一种服务与科研集于一身的重要集合点，在预算过程中，对于现金流量进行科学的编制管理，可以对医院的资金流动进行有效的管控，并能将资金运用价值发挥到最大化，避免在投资运用上产生风险，可以依靠加大重大项目的可行性研究分析，提升在运用上的合理化管理。在医院内建立预算管理权限，是对资金运用的权限管理进行控制，这在一定程度上要求部门进行相应的预算管控，对于一些存在项目预算增加的情况，必须由相关的预算资金管理人员进行研究讨论，保证资金运用的合理规范。对于公立医院研究以及医疗设备的支出管理，预算需要考虑合乎公立医院发展的需求与目标，严格控制资金流动方向。

表1 供试苦瓜材料的特征特性及各世代成活株数Table 1 Characteristics of tested material of bitter gourd and the number of surviving plants planted in each generation

1.2 试验方法

1.2.1 苦瓜花型调查 对田间种植的MC39-4-5与MC6-1-12、MC6、MC39和MC9的杂交后代进行遗传规律分析时,从各杂交后代的子叶节开始,统计第65节内的花型分化情况,将雌雄同株计为普通型,全雌株计为全雌型;探究AgNO3诱雄对苦瓜雌雄异花同株和全雌株花型分化的影响,以MC39-4-5、MC6、MC39和MC9为试验材料,从诱雄处新延伸生长枝条开始,统计第20节以内的花型分化情况,同时选取此4种材料进行花粉育性检验;进行AgNO3对MC39-4-5不同时期诱雄效应分析时,统计所有分化的两性花数,至诱雄效应消失又恢复雌花分化为止。

2.2.2 起搏标测 起搏标测在临床也较为常用，它是先通过心电图初步判断早搏的起源点，然后在确定的起源部位进行起搏以夺获局部心肌，比较起搏的QRS波与室早的QRS波形态是否完全匹配。从理论上来讲，只要是在最早起源点起搏，其QRS形态应与室早的QRS形态完全相同，在临床实际操作中，要求二者的12导联心电图中至少有11个导联的QRS形态匹配。现有的三维标测系统中均可通过标测前记录的室早模板进行比对，提高了判断的准确性。然而，起搏的QRS波形态受起搏的输出，包括电压、电流、脉宽等因素的影响，从而影响起搏标测的准确性。鉴于此，起搏阈值的确定有一定价值。

在成株期,对雌雄同株MC6、MC9、MC39和全雌株MC39-4-5的枝条进行AgNO3诱雄处理,结果(表3)显示,不诱雄枝条(CK)均无两性花分化;诱雄后,MC6无两性花和畸形花分化,诱雄前后的雌花与雄花分化无显著差异(P>0.05,下同);MC9有两性花和畸形花分化,分别为每枝2.3和0.8朵,诱雄前后的雌花分化差异极显著(P<0.01,下同),但雄花分化无显著差异;MC39有两性花分化,为每枝0.3朵,无畸形花分化,诱雄前后的雌花分化与雄花无显著差异;全雌系MC39-4-5两性花分化率为19.6%,仍有0.3%的雌花未转化为两性花,同时无雄花和畸形花分化。说明AgNO3对苦瓜材料雄花分化无促进作用,但可诱导强雌株分化少量两性花,同时雄花保持正常分化;诱导全雌株仅分化两性花,不分化雄花。

由表5可知,在第一朵两性花开放时,4叶1心期CK第二朵和第三朵雌花之间的节间长度分别为9.92和7.85 cm,茎粗分别为0.36和0.26 cm,与诱雄处理均存在极显著差异;成株期CK的节间长度分别为11.54和11.56 cm,茎粗分别为0.43和0.44 cm,与诱雄处理均无显著差异。说明AgNO3处理对苦瓜幼苗生长伤害明显,但对成株期植株伤害较小。

由表4可知,两性花花粉和雄花花粉均能使雌花授粉成功,果实膨大。其中,MC6诱雄不成功,无两性花分化,但雄花花粉能使雌花授粉成功,果实全部膨大;MC9和MC39两性花自交和雄花花粉授两性花柱头,授粉均未成功,果实不膨大,而两性花花粉和雄花花粉均可使雌花授粉成功,果实全部膨大;MC39-4-5诱雄后仅分化两性花,无雄花,两性花自交不成功,但两性花花粉能使雌花授粉成功。说明两性花花粉具有育性,柱头无育性。

采用Excel 2007对试验数据进行卡平方(χ2)检测,以DPS 7.05(Duncan’s新复极差法)进行差异显著性分析。

1.2.5 苦瓜节间长度和茎粗测量 诱雄处理后,诱雄成功全雌株枝条会连续分化两性花,为确保测量枝条为诱雄成功的枝条,在第一朵两性花开放时,用游标卡尺测量第二朵和第三朵两性花之间的节间长度和茎粗,CK的同期第二朵和第三朵雌花之间的节间长度和茎粗。每处理3次重复,每重复15株。

1.3 统计分析

1.2.4 苦瓜授粉方法 每天16:00—18:00,将于次日开放的两性花、雌花和雄花套袋,次日9:00—10:00,待花粉散粉时进行授粉,两性花自交为同朵花花粉授同朵花柱头,其他授粉方式按常规方法进行,仅进行同一材料分化的雌花和花粉授粉,如同一材料无相应花性型则无须授粉。每个处理3次重复,每重复授粉10个瓜,授粉成功以瓜膨大为标准。

2 结果与分析

2.1 苦瓜全雌性遗传规律的χ2检测

1.1 高职院校传统韩国语专业学生的听说能力较差。在传统的高职韩国语教学中，大多数教师还是沿用以前的教学方法，主要通过板书、讲解等方式授课，而学生在课堂上埋头记笔记，花费了很多时间。韩国语课是一门语言课程，学生需要多加练习才能增强韩国语运用能力，而课堂时间的浪费导致学生练习的时间减少，学生往往在高职院校学了三年韩国语，听说能力依旧不高，这成了制约高职韩国语教学的重要因素。

表2 苦瓜全雌性状遗传规律的χ2检测分析结果Table 2 The results of genetic law of gynoecious in bitter gourd by χ2test

2.2 AgNO3诱雄对苦瓜雌雄异花株和全雌株花型分化的影响

1.2.2 苦瓜植株发育时期划分 4叶1心期指除子叶外含有2对叶和1个生长点的时期,成株期指主蔓80 cm以上有3～4条侧蔓的时期。

表3 AgNO3诱雄对苦瓜雌雄异花同株和全雌株花型分化的影响Table 3 Effect of AgNO3on flower type differentiation of monoecious plant and gynoecious in bitter gourd

2.3 苦瓜两性花花粉及其柱头育性检验

1.2.3 苦瓜诱雄方法 4叶1心期的诱雄是采用AgNO3溶液对幼苗进行喷施,以叶片布满水珠为准;成株期的诱雄是将枝条生长点浸入AgNO3溶液中15 min后移出,并在诱雄处挂牌标记,以清水为对照(CK)。每处理3次重复,每重复15株;AgNO3溶液浓度均为300.0 mg/L。

表4 苦瓜两性花花粉及其柱头育性的检验结果Table 4 Test results on fertility of hermaphrodite flower pollen and stigma in bitter gourd

2.4 AgNO3对苦瓜全雌系不同时期诱雄效应的影响

在相似矩阵中，数值大小表示对应两个关键词间距离的远近，数值越接近1，表明关键词间距离越近，相似程度越大；数值越接近0，表明关键词间距离越远，相似度越小。从统计结果看，创客(0.396)、创客空间(0.370)、创客运动(0.229)、创新创业教育(0.185)、STEM教育(0.238)、美国(0.224)、创新能力(0.180)、创新(0.150)等与创客教育的距离较近，说明这些主题受到了研究者的关注。创客课程、实践教学、教学改革等与创客教育距离较远，说明目前对于这些领域的关注度较低，探索和发展空间较大。

表5 AgNO3对苦瓜全雌系的诱雄效应Table 5 Effect of AgNO3on male induction of whole female line in bitter gourd

在苦瓜4叶1心期进行AgNO3诱雄,第一朵两性花开放需24.3 d,极显著长于成株期诱导所需的13.6 d;4叶1心期进行AgNO3诱雄的两性花数量为10.0朵,极显著少于成株期诱导的19.3朵。说明在苦瓜成株期进行诱雄处理,其诱雄效应显著优于在4叶1心期诱雄。

3 讨 论

葫芦科不同瓜类或同种瓜类不同材料全雌性状的遗传规律各不相同,如苦瓜全雌性状遗传受一个隐性基因控制[11],黄瓜全雌性状由隐性基因控制或符合加性—显性—上位性遗传模型,或由一对不完全显性基因控制[13-15],表明瓜类性型遗传具有复杂性。本研究通过对苦瓜6个世代田间观测数据进行遗传分析,结果发现F2和BCP1代普通型与全雌型分离比例分别为3∶1和1∶1,符合孟德尔遗传规律,进一步说明苦瓜全雌性状是由一个隐性基因控制,因此,可利用隐性基因的遗传规律通过回交转育来创制苦瓜优良全雌系。在育种实际中,种植回交代或自交代时,有主蔓雌花率100%、后期侧蔓分化少量雄花的植株出现,如果在早期进行全雌株选择则易误选[21];而在自然条件下,苦瓜全雌系无雄花,无法繁殖种子保留后代,而需进行诱雄处理(常用诱雄剂为AgNO3)[7-10]。本研究结果表明,AgNO3对苦瓜雄花分化无促进作用,能诱导强雌株分化少量两性花,但同时雄花能正常分化;而诱导苦瓜全雌仅分化两性花,不分化雄花,与史建廷等[22]对西瓜的研究结果一致。根据该结论对苦瓜全雌株进行表观鉴定,可避免误选,以提高苦瓜全雌性状的选育效率。

苦瓜育种从单株单瓜开始,待性状稳定后将单瓜种成瓜系,从而获得特定性状的稳定系。AgNO3诱雄具有一定规律性,即诱导的两性花连续出现分化,诱雄效应消失后又恢复雌花分化,表现为雌花—两性花—雌花现象[21]。本研究证实,供试苦瓜材料的两性花花粉具有育性,柱头不育,两性花自交果实不膨大,只有以两性花与雌花进行授粉才能使果实膨大,若诱雄方法不当,会造成雌花与两性花不相遇,单株留种不成功,错失优良全雌单株;受AgNO3诱雄的苦瓜全雌株枝条会分化两性花,不进行AgNO3处理则无两性花分化,说明在苦瓜成株期,从同一植株中选择部分枝条进行诱雄处理以提供两性花,部分枝条不诱雄以提供雌花,人为创造两性花与雌花相遇,可使优良全雌单株留种成功;而苦瓜在苗期只有一个生长点,受AgNO3诱雄后所有枝条全部由这个生长点分化而来,易全部分化两性花,在花期无雌花花粉,单株留种不易成功。因此,宜选择在成株期进行AgNO3诱雄处理。

丁小涛等[23]、王建彬等[24]研究证实,AgNO3对黄瓜或西瓜幼苗生长具有一定伤害。本研究进一步从苦瓜植株伤害、两性花分化时间和数量方面比较苦瓜全雌株成株期和苗期的诱雄效应,结果发现AgNO3诱雄对苦瓜苗期茎粗和节间长度生长伤害明显,对成株期伤害较小,且诱导两性花分化用时短,两性花数量显著增多,诱雄效应显著优于苗期,说明繁育苦瓜全雌系时应在成株期进行AgNO3诱雄。

4 结 论

苦瓜全雌株由一个隐性单基因控制;AgNO3对诱导苦瓜雄花分化无促进作用,诱导全雌株仅分化两性花;两性花花粉具有育性,柱头无育性;苦瓜全雌系成株期的诱雄效应显著优于4叶1心期。因此,繁育苦瓜全雌系时AgNO3诱雄应在成株期进行。