番茄苗期耐低温性主基因-多基因联合遗传分析

苏百童，阎世江

（1.许昌职业技术学院 河南许昌 461000； 2.山西农业大学园艺学院 太原 030031）

番茄（Lycopersicon esculentumMill.）起源于美洲，传入我国之后，种植面积日益扩大，尤其在我国北方设施栽培中面积居第一位，但在设施栽培的过程中如遇低温逆境，对其生长发育、品质形成有较大的影响[1]。因此，培育耐低温性较强的番茄专用品种成为学者的研究热点。为加快选育过程，首先应明确番茄耐低温性的遗传规律。国内外研究者已有报道，Vos 等[2-3]研究在低温下番茄种子的发芽能力、花粉萌发能力的遗传，认为环境影响较大；Scott 等[4]研究在低温下番茄坐果能力的遗传规律；Femandez 等[5]研究在低温下番茄果实发育速度的遗传规律，结果显示控制坐果能力、果实发育速度的性状属于数量性状，其遗传规律符合加性-显性模型。林多等[6]给予番茄幼苗19 ℃/10 ℃的低温处理，研究幼苗生长的遗传规律，研究认为生长速度符合加性-显性模型，该性状的遗传属于不完全显性，加性效应较强，狭义遗传力达93.98%。上述学者在研究时采用的均是经典的Hayman 方法，可以从总体上估算加性效应、显性效应，无法估算单一基因的遗传，有一定的局限性。近年来，盖钧镒等[7]经过深入的研究总结出一套全新的数量性状遗传分析方法，即主基因+多基因联合遗传模型分析法。禹山林等[8]对花生种子含油量，韩柱强等[9]对花生油酸、亚油酸含量，马雪霞等[10]对亚洲棉纤维品质和产量性状，闫世江等[11-12]对黄瓜在低温下的生长速度、MDA 含量的遗传研究中均采用这一方法，取得了良好的效果。在对番茄的耐低温性相关研究中耐低温性分级能直观描述耐低温性强弱[13-14]，而运用主基因-多基因联合遗传分析方法研究番茄耐低温性的报道较少见。为此，许昌职业技术学院蔬菜育种课题组通过前期的大量研究，对收集到的大量种质资源进行鉴定，从中筛选出耐低温性不同的2 份番茄材料，均是经8 代以上自交的材料，然后构建P1、P2、BC1等群体，采用盖钧镒等[7]的方法研究番茄耐低温性的遗传规律及遗传参数，以期为培育番茄专用品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 材料

番茄亲本选择XC-1（代号P1）、XC-2（代号P2），由许昌职业技术学院提供，其中XC-1 属于大果型，表皮红色，耐低温性较强，属无限生长型，是由瑞星大宝经8 代以上选育而成的自交系；XC-2 属于小果型，表皮红色，耐低温性较弱，属无限生长型，是由葡萄番茄经8 代以上选育而成的自交系。

1.2 方法

2021 年3 月1 日将P1、P2在许昌职业技术学院科研基地塑料大棚内进行播种，采用穴盘育苗法，35 d 后定植于大棚，于花期配制F1并留种，2021 年7 月5 日，将P1、P2、F1的种子在科研基地塑料大棚内播种，采用相同的育苗方法，35 d 后定植于大棚，同年于花期配制BC1（F1×P1）、BC2（F1×P2）、F2，并留种。2022 年3 月将上述6 个世代番茄材料播种于科研基地塑料大棚内，P1、P2、F1各播种200 粒，BC1、BC2、F2等分离世代各播种1000 粒，35 d 后放入人工气候箱内模拟低温环境，对幼苗进行低温处理，日间温度14 ℃，光照处理9 h（早8：00 至晚5：00），光照度为30µmol·m-2·s-1，夜间7 ℃（晚5：00 至早8：00），不进行光照，相对湿度为75%，共处理15 d。处理前与处理后照片详见图1～2。然后调查幼苗耐低温性。耐低温性采用分级数表示。0 级：植株濒临死亡；1 级：全部叶片萎蔫，心叶严重失水；2 级：全部叶片出现脱水斑，心叶略失水；3 级：2 片叶叶缘黄化，1 片叶无受害症状；4 级：2 片叶叶缘失水，1 片叶无明显症状；5 级：无明显症状。不同耐低温性分级详见图3。调查样本数：P1、P2、F1各调查40 株，BC1、BC2各调查120 株，F2调查150 株。采用随机区组设计，3 次重复。

图2 处理后Fig.2 After treatment

图3 耐低温性分级（0～5 级）Fig.3 Low temperature resistance level（0～5）

1.3 数据分析方法

数据由Excel 2016 进行整理，分析采用盖钧镒等[7]的方法，并估算遗传参数。

2 结果与分析

2.1 耐低温性6世代次数分布

由表1、表2 可知，2 个亲本具有不同的耐低温性，在P1中表现为4 级的有37 株，表现为3 级、5 级的分别有1 株、2 株；在P2中表现为2 级的有38 株，表现为1 级的有1 株，3 级的有1 株；F1略偏向于P1，表现为3 级 的有38 株；BC1略偏向于P1，BC2略偏向于P2。从总体上看，BC1、BC2、F2等世代耐低温性的表现分离呈正态分布。

表1 6 世代耐低温指数次数分布Table 1 Frequency distribution in 6 family generations of chilling tolerance index

表2 耐低温指数方差分析Table 2 Variance analysis of chilling tolerance index

2.2 遗传模型适应性检测

分别算出MLV 值（极大似然函数值）和AIC 值（赤池信息量准则值）见表3，按照盖钧镒等[7]的理论，应选择AIC 值较小的作为备选模型，再进行详细比选。笔者在研究中发现，AIC 值较小的模型有E-3 模 型、B-2 模型、B-4 模型，AIC 值分别为359.861、369.544、388.036，因此确定为备选模型。

表3 各遗传模型的MLV 值和AIC 值Table 3 The MLV values and AIC values in various genetic models

由表4 可知，E-3 模型的统计量中有7 个数据差异达到显著或极显著水平，分别为5.723、8.178、21.557、58.954、14.729、40.979、21.811。B-2 模型中有80.351、54.399 等9 个数据差异达到显著或极显著水平。B-4 模型中达到显著或极显著水平的统计量为11 个。经比较发现，E-3 模型中达到差异显著水平的统计量较少，因此确定研究性状的遗传符合E-3 模型。

表4 耐低温性备选模型适合性检验Table 4 Test for goodness of fit to standby model of chilling tolerance

2.3 遗传参数估计

在E-3 模型下，该模型的极大似然估计值见表5，采用μ1、μ2等参数可以进一步估算一阶参数、二阶参数。

表5 耐低温性遗传模型参数的极大似然估计值Table 5 Maximum likelihood estimates of genetic models of chilling tolerance

估算一阶参数、二阶参数见表6。由表6 可知，中亲值为2.664，2 对基因的加性效应分别为0.893、-1.103，说明亲本的耐低温性对后代的影响较大。在育种实践中，要选择耐低温性均较强的双亲，以提高后代的耐低温性。多基因加性效应为1.176，由于主基因起加性作用，因此，2 对基因的显性效应均为0。但多基因显性效应为0.130，有一定的作用。

表6 耐低温性的遗传参数估计值Table 6 The estimate of genetic parameter of chilling tolerance

分离世代中主基因遗传率以F2为最高，达68.463%，其次为BC1、BC2；多基因遗传率以BC2为最高。环境方差占表型方差的比率分别达36.036%、34.957%、28.543%。说明环境对后代的选择影响较小。

综上所述，番茄幼苗耐低温性的遗传受2 对加性主基因+加性-显性多基因控制，主基因遗传率在BC1、BC2、F2世 代 分 别 达57.357% 、54.441% 、68.463% ，多基因的遗传率分别达6.607% 、10.602%、2.994%，基因型占表型方差的比率为63.964%、65.043%、71.457%，环境方差占表型方差的比率分别占36.036%、34.957%、28.543%。由于基因型占比较高，针对耐低温性的选育可在早代进行。

3 讨论与结论

对于蔬菜耐低温性的遗传研究已有报道。闫世江等[15]研究黄瓜苗期耐低温性及相关形态学性状的遗传，发现黄瓜耐低温性分级的遗传符合加性-显性模型。耐低温性广义遗传力高，达92.133%，适合于早代选择。该研究采用Hayman的方法，使用的是亲本与F1的数据，用时较短，受限于方法本身的限制，仅能估算基因的整体作用，未能估算各个基因的作用。闫世江等[16]进一步采用盖钧镒等[7]的方法研究黄瓜耐低温性的遗传，结果表明，耐低温分级的遗传符合E-3 模型，估算了各个基因的作用，2 对基因的加性效应分别为1.034、-1.277，总的效应为1.361，总的显性效应为正向0.151。F2主基因+多基因遗传率为82.759%，3个分离世代的主基因遗传率均比多基因遗传率高。环境方差占表型方差的比例在17.241%～25.974%之间。有关番茄耐低温性分级的遗传较少见报道，前人研究[2-6]番茄耐低温性遗传时采用的研究对象多为番茄低温下的发芽能力、花粉萌发能力、坐果能力、果实发育速度等，上述性状与番茄耐低温性密切相关，但均为间接性状，笔者采用的耐低温性分级标准与上述间接性状相比更加直观。

笔者运用主基因-多基因联合遗传分析方法，结论认为番茄耐低温性的遗传符合E-3 模型，即2对加性主基因+加性-显性多基因模型。结论与闫世江等[16]的相似，但估算出的遗传参数不同，其原因可能是蔬菜种类及品种、亲本遗传来源、低温处理的方法、分级标准不同。今后为明确番茄耐低温性的遗传机制应选用不同的材料进行深入的研究，并规范处理方法及耐低温性评价标准，降低其影响程度。

笔者研究了耐低温性，借鉴查丁石等[17]的方法制定分级标准，并进行一定的改进，该方法操作简单，结果直观，以后可以在此基础上进行QTL 定位研究，为培育设施专用品种奠定基础。番茄耐低温性的遗传受2 对加性主基因+加性-显性多基因控制。今后为培育耐低温性较强的品种，亲本应选择耐低温性较强的材料，并在早代选择。