薛其勤别 茹常宇涵邢 明杨 会张 昆刘风珍*万勇善*

(1. 山东农业大学农学院/作物生物学国家重点实验室,山东 泰安 271018;

2. 潍坊科技学院,山东 寿光 262700)

花生(ArachishypogaeaL.)是重要的蛋白和食用油原料,也可用作制皂和生发油等化妆品的原料[1]。根据花生籽仁外种皮颜色不同,可划分为粉色、红色、紫色、黑色、紫黑、紫红、红白、彩粒等,有色花生近年来更是备受人民喜爱,种植面积不断扩大。花生种皮颜色差异与花青素含量有关[2],花青素也称为花色素、花色苷,属于生物类黄酮物质,是一类广泛存在于植物花、果实、种子或茎叶中的水溶性色素,是植物的一种次生代谢产物,参与植物自身一些重要的生理过程,保护植物免受紫外线损伤和病原体攻击[3-4]。作为一种天然色素,花青素的营养保健价值极高,具有抗氧化能力,可以清除人体内致病的自由基,减缓细胞死亡和细胞膜变性,降低胆固醇水平,预防和治疗心血管疾病,延缓衰老[5-6]。花青素抗增生和抗突变的特性,能够阻止肿瘤细胞扩散,治疗癌症[7-8]。此外,花青素还可用作食品加工的着色剂。

前人利用遗传模型对花生的遗传分析主要是进行品质性状[9-10]、农艺性状[11-12]及产量性状[13]等方面的研究,对于花生种皮性状的主基因+多基因遗传分析鲜有研究。

本试验拟对花生种皮颜色遗传规律、种皮颜色和花青素含量的遗传关系进行研究,为揭示花生种子花青素形成机理提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验以大粒、浅粉色种皮的花生品种山花15号和小粒、深红色种皮的品种中花12号为杂交组合,自F2经单粒传法(Single-seed descent,SSD),多代自交后获得由302个家系组成的F9代RIL群体花生家系为试验材料,对302个RIL家系的种皮颜色和花青素含量进行测定,分析其遗传规律。

1.2 种皮颜色三原色量化评价与种皮花青素含量测定

采用紫光扫描仪对亲本及RIL群体的花生种子进行颜色扫描,采用万深SC-G自动考种分析系统对种皮颜色红色、绿色和蓝色三原色(RGB值)进行量化评价。每个家系和亲本测定3次重复,每次检测10粒花生。花生种皮总花青素含量提取方法参照Pang[14],略有改动。

1.3 数据处理

数据分析采用Excel 2010进行,利用软件SPSS 20.0进行数据的相关性分析、差异显著性及遗传变异分析。RGB值和花青素含量遗传分析采用G3DH软件进行,根据AIC值最小原则确定其遗传模型,并对备选模型进行适合性检验。

2 结果与分析

2.1 花生种皮颜色与花青素含量的关系

对RIL家系的花生种皮扫描发现,深红色家系的RGB值明显低于浅粉色样品;302个花生样品种皮花青苷含量的测定结果显示深红色样品的花青苷含量明显高于浅粉色样品(表1)。

表1 花生种皮颜色RGB值及花青素含量Table 1 RGB value of peanut testa color and anthocyanin content

根据RIL家系种皮RGB值与花青素含量相关性可知,花青素含量与RGB值呈显著负相关,相关系数分别为-0.855、-0.822、-0.811(表2),说明花青素含量与花生种皮颜色深浅呈现显著的正相关,花生种皮颜色越深,花青素含量就越高。RIL群体中花生种皮颜色RGB值变异系数均在20%以上,RGB值的变异系数分别为26.17%、40.31%、33.19%;花生种皮花青素含量变异系数为58.29% (表3)。

表2 花生种皮颜色与花青素含量相关系数Table 2 Correlation coefficient between peanut pesta color and anthocyanin content

表3 花生种皮颜色和花青素含量性状的变异分析Table 3 Variation analysis of peanut testa color and anthocyanin content

由RGB值和花青素含量的频次分布图(图2)可看出,在RIL群体中种皮颜色RGB值与花青素含量分布是间断的,呈非正态分布,说明该性状有可能是由一对或少数几对基因控制,可以进行进一步的相关遗传研究。

图2 花生RIL群体种皮颜色和花青素含量性状频次分布图Fig.2 Distribution map of testa color and anthocyanin content in peanut RIL population

2.2 种皮颜色相关性状最适遗传模型分析

利用G3DH软件对花生种皮颜色RGB值和种皮花青素含量的表型数据运算,得到不同遗传模型包括AIC值在内的一系列参数,并根据AIC值最小原则选出相应的备选遗传模型(表4)。

表4 RIL群体种皮颜色RGB值及花青素含量模型、AIC值及适合性检验Table 4 The model, AIC and suitability test of RGB value and anthocyanin content in RIL population

种皮颜色R值的遗传模型中,模型MX2-AIA的AIC值最小,种皮颜色红色值的遗传为2对具有加性—上位性的主基因控制。种皮颜色绿色值(G值)的最适遗传模型为MX3-AI-A,说明绿色值的遗传表现为3对具有加性—上位性效应的主基因控制。种皮颜色蓝色值B值的最适模型为MX3-AI-A,说明蓝色值的遗传表现为3对具有加性—上位效应的主基因控制。种皮花青素含量与种皮颜色R值的最适遗传模型相同,均为MX2-AI-A模型,说明花青素含量同样为2对具有加性—上位性的主基因控制。

2.3 最适遗传模型的遗传参数估计

根据选定的性状最适模型,对花生种皮颜色和花青素含量进行了遗传参数估计(表5)。

种皮颜色R值的2个主基因加性效应值分别为-32.7398、-11.7514,主基因遗传率95.06%。G值的3个主基因加性效应值分别为-10.4945、-5.5642、-6.9514,主基因遗传率97.61%。B值的3个主基因加性效应值为-9.5155、-2.0329、-3.4334,主基因遗传率为96.46%。因此,RGB值的主基因遗传率较高,说明种皮颜色可稳定遗传,受环境影响较小。种皮花青素含量的2对主基因加性效应值为1.8684、-2.5234;主基因遗传率为96.48%。遗传率较高,表明花青素含量可以稳定遗传,受环境影响较小。

表5 RIL群体种皮颜色RGB值及花青素含量备选模型、AIC值及遗传参数Table 5 The alternative model, AIC and genetic parameters of RGB value and anthocyanin content in RIL population

3 讨 论

洪彦彬等[15]利用SSR标记对花生种皮颜色性状进行遗传分析,表明花生深紫色种皮颜色性状受一对不完全显性主效基因控制;李海芬等[2]研究表明种皮颜色的深浅与五个基因的表达量有关;Branch[16]通过杂交观察后代颜色分离发现两亲本种皮的红色性状与深红色性状的差异是由两对基因控制的。一些研究认为花生种皮颜色受一对基因控制,另一些认为受两对或三对基因控制[17-19]。但多数研究表明深色对浅色为显性或者不完全显性,F2分离世代以深色为主。还有研究表明种皮的深红色和紫红色颜色相近,但两者的遗传不同,这种情形类似于花生种皮的红色也有两种,一种红色为显性性状,另一种红色为隐性性状[16]。种皮为白色的花生性状是由两对隐性基因控制还是一对显性基因控制的,有关学者说法不尽相同[17]。花生籽仁种皮颜色类型丰富,前人进行遗传分析时,主要采用肉眼观察,具有主观差异,这也可能是造成同一花生籽仁种皮颜色性状得出不同的遗传规律。本试验采用扫描仪和自动考种分析系统对种皮颜色的RGB值进行量化评价,能够准确反映亲本及家系种子的真实颜色,排除主观误差。通过遗传分析,本试验所采用的遗传群体的种皮三原色G值和B值的最适模型均为3对主基因控制的加性—上位性遗传模型;R值的最适模型为2对主基因控制的具有加性—上位性遗传模型。

对于花生种皮花青素的遗传,李海芬等[2]通过分析四种不同种皮颜色的花生品种表示控制花青素合成的7个基因在种皮颜色较深的深红色品种和深紫色的花生品种的表达量显著高于白色和粉红色的花生品种。有关花生种皮花青素的遗传分析未见有报道,本试验首次对花生种皮花青素的遗传模型进行了分析,花青素含量的最适模型为2对主基因控制的加性—上位性遗传模型。

综上所述,关于花生种皮颜色的研究较多,但由于花生籽仁种皮色泽多种多样,研究结果有较大差异,利用不同种皮颜色的花生群体材料得到的遗传分析结果不同。

4 结 论

以山花15号与中花12号为亲本构建的RIL群体中种皮颜色和种皮花青素含量具有主基因+多基因遗传特点。根据RIL家系种皮颜色RGB值与花青素含量相关性可知,花青素含量与花生种皮颜色深浅呈显著的正相关。

本研究初步用G3DH软件确定了种皮颜色RGB值和花青素含量的遗传模型:三原色分析中红色(R值)最适模型为2对主基因控制的具有加性—上位性遗传模型,主基因遗传率为95.06%;绿色(G值)最适模型为3对主基因控制的加性—上位性遗传模型,遗传率为97.61%;蓝色(B值)最适模型为3对主基因控制的加性—上位性遗传模型,其遗传率为96.46%;花青素含量的最适模型为2对主基因控制的加性—上位性效应主基因遗传模型,主基因遗传率分别为96.48%。