王慧,臧柯昕,陈劲枫,虞夏清

(南京农业大学作物遗传与种质创新国家重点实验室,江苏 南京 210095)

黄瓜(CucumissativusL.)属葫芦科(Cucurbitaceae),在全世界范围内的蔬菜生产和消费中占据重要地位,其味甘、水分多,含有人体所需的多种维生素、矿物质和微量元素[1],是营养价值丰富的食用佳品。栽培黄瓜包含华北型黄瓜、华南型黄瓜、加工型黄瓜、欧洲温室型黄瓜、欧美露地型黄瓜以及野生型等多种类型[2-3]。我国主栽类型是华北型和华南型两大类,其中华北型果实细长,皮薄肉脆,但刺瘤密集,而华南型大多数果实短而大,皮厚硬、质地差且带有黑刺或白刺[4]。欧洲温室型黄瓜具有良好的外观和色泽,表皮光滑无刺或少刺,口感脆嫩,强雌性,单性结实能力强,品质优[1],与我国传统栽培的华北型、华南型黄瓜是截然不同的类型,逐渐受到广大消费者的喜爱,市场消费也不断提升。

我国早期生产上所用的无刺类欧洲温室型黄瓜多数来源于国外进口的杂交一代品种,近些年随着黄瓜育种水平的提高,已培育出一些国产新品种,如‘中农系列’[5]、‘京研迷你系列’[6]、‘南水系列’[7]等。杂交是目前选育黄瓜优良品种的主要方法,如何选择正确的亲本给予合理选配以及充分利用杂种优势关系着杂交育种的改良效果。配合力是衡量亲本及预测杂交组合好坏的一个重要依据,可提高育种的效率,配合力的综合分析已广泛运用到水稻、玉米、萝卜、白菜[8-11]等多种作物的育种实践中。在黄瓜上,对于配合力的研究,一是黄瓜类型上主要针对某一地方性的种质资源如烟台黄瓜[12]或多种生态类型的混合[13],二是关注的性状多数集中在农艺性状上。关于欧洲温室型黄瓜、温室迷你型黄瓜的农艺性状已有报道[14],但适应于不同消费需求的不同长度类型的欧洲温室型黄瓜品质性状的配合力研究鲜有报道。本研究以6种不同基因型的欧洲温室型黄瓜为对象,运用完全双列杂交法(Griffing Ⅳ)配置了15个杂交组合,对黄瓜果实的多个品质性状进行了杂种优势、配合力、遗传参数的综合分析,为筛选可利用的亲本、优良组合及性状的遗传改良提供理论依据,并为后续培育新型品质优良的无刺类黄瓜提供有价值的育种材料。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验选用的6个欧洲温室型黄瓜材料:20062S、20055S、20056S、20011S、20058S、20014S,均为南京农业大学葫芦科作物遗传与种质创新实验室保存的经过多代单株自交选育出来的高代自交系,性状稳定,主要特性见表1。

表1 6个欧洲温室型黄瓜材料的主要特性Table 1 Main characters of six European greenhouse cucumber materials

1.2 试验方法

1.2.1 杂交组合的配置2020年春季以6个欧洲温室型黄瓜自交系材料作为亲本,按照完全双列杂交法(Griffing Ⅳ),配置15个杂交组合。对黄瓜进行人工授粉时,由于试验材料多为强雌性,当作为父本时需配制400 mg·L-1硝酸银溶液在植株幼苗期进行诱雄得到雄花用于授粉。授粉40 d后收获果实,剖取种子,洗净,经晾干、烘干处理后置于实验室种子柜中储存,以待后续播种使用。具体的配置方案见表2。

表2 Griffing Ⅳ双列杂交表Table 2 Griffing Ⅳ diallel cross table

1.2.2 田间试验设计2020年8月将上述配置的15个杂交组合和6个亲本材料播种于南京农业大学白马基地。采用随机区组设计,设置3次重复,每个材料为1个小区,共计63个小区,每小区种植5株,株距30 cm。达到商品瓜成熟时,在同一时期内,每小区随机取3株进行相关性状的观察与测定。

1.2.3 性状测定瓜长、瓜横径、单果重、果形指数、瓜把长、心腔大小、果肉厚这些性状的调查与标准主要参照文献[15]。果肉硬度采用质构仪测量,从商品瓜中间部位横切一部分果肉,置于P/2探头下穿刺测定,速度为1.5 mm·s-1,探头在待测样品内位移6 mm为检测值。单性结实能力:5节以上位于主蔓和侧枝的雌花,在雌花开放前1～2 d,用金属丝夹花处理,以防授粉受精,并写明夹花时间挂牌。当子房长度大于3.5 cm、直径大于1 cm时,记为单性结实瓜。所有单株夹花工作结束后等待5 d调查坐果情况,计算膨大子房数占雌花夹花总数的百分数,统一作为单性结实能力大小衡量[16]。畸形瓜率:采收商品瓜时,统计并计算畸形瓜数占总瓜数的百分数。维生素C含量测定采用2,6-二氯酚靛酚滴定法[17],可溶性糖含量测定采用蒽酮比色法[17],可溶性蛋白含量测定采用考马斯亮蓝法[17]。

1.3 数据统计分析

利用Microsoft Excel 2003软件对数据进行整理和分析,利用DPSv6.5软件按照完全双列杂交法(Griffing Ⅳ)进行方差分析、配合力分析、遗传参数分析。按平均杂种优势法计算杂种优势值。使用R语言中的Hmisc和Performance Analytics软件包进行所有性状的相关性分析及可视化。

2 结果与分析

2.1 欧洲温室型黄瓜杂种优势分析

欧洲温室型黄瓜杂交后代各品质性状的平均表现及杂种优势分析见表3。瓜长、瓜横径、单果重、果形指数平均杂种优势为正向,分别为0.34%、1.05%、4.56%、1.22%,瓜把长呈最大负向杂种优势,为-15.67%,这说明利用杂种优势可很好地改善果实外形,容易获得果实长、果重大、瓜把短的后代。果肉硬度、维生素C含量、可溶性糖含量的平均杂种优势分别为1.45%、7.94%、4.78%,表现为正向,利用杂种优势可改善黄瓜果实的质地与口感。单性结实能力平均杂种优势为0.78%,为正向,利用杂种优势培育的后代具有单性结实能力强的倾向。可溶性蛋白含量表现为负向的杂种优势,表明对其杂种优势育种的利用可能会受到一定的限制。

表3 各性状杂种优势分析Table 3 Heterosis analysis of each trait

2.2 欧洲温室型黄瓜品质性状方差分析和配合力方差分析

15个杂交F1代的12个品质性状依据完全双列杂交随机区组设计的分析方法进行方差分析,结果见表4。各性状组合间差异均处于极显著水平,说明不同组合在这些性状中存在真实的基因型差异,可进一步分析其配合力。从配合力来看,一般配合力和特殊配合力的差异导致杂交组合间的差异。在固定模型下,对12个性状进行配合力方差分析,各性状的一般配合力和特殊配合力方差F值均表现出极显著差异,说明各性状的表现受到亲本基因的加性效应和非加性效应的共同综合作用,可进一步进行配合力的效应值分析,为后续选择配合力高的亲本和组合提供指导。

表4 各性状的方差分析及配合力方差分析Table 4 Variance analysis and variance analysis of combining ability for each trait

2.3 欧洲温室型黄瓜性状的配合力效应值分析

2.3.1 一般配合力效应值分析从表5可见:不同亲本在各性状上的一般配合力表现不同。亲本20055S和20062S在瓜长、单果重、果形指数、果肉厚、瓜把长、维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、单性结实能力上表现出较高的正向效应,心腔大小为较高负向效应,说明两者可考虑作为瓜重、心腔小果肉厚、营养物质丰富的长果型育种材料。亲本20056S在瓜横径、单性结实能力上表现出最大负向效应,说明用该亲本培育的后代瓜细、单性结实能力差需要人工授粉,肉质相对较软,在实践中不是理想的亲本材料。亲本20011S瓜横径、果肉硬度、可溶性糖含量、单性结实能力上正向效应值高,瓜长、瓜把长负向效应值高,可作为瓜把短、口感脆甜、单性结实能力强的短瓜型育种材料。亲本20058S在瓜长、瓜横径、单果重、果形指数、果肉厚、果肉硬度表现较大负向效应,维生素C含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量这些内在品质的一般配合力效应也为负向,说明20058S作为亲本培育的后代为短果型,有内部品质与质地表现差的倾向。20014S在各性状上的表现与20058S类似,但单性结实能力和瓜横径表现为正向效应。

表5 欧洲温室型黄瓜亲本各性状的一般配合力效应Table 5 General combining ability effect of various traits in European greenhouse cucumber parents

综上可知,相对于其他亲本而言,亲本20055S、20062S和20011S的多数性状表现优异,可作为较好的亲本自交系育种材料,其中,20055S和20062S为长果型黄瓜,20011S为短果型黄瓜(图1)。

图1 亲本20055S、20062S和20011S的表型Fig.1 Phenotype of parents 20055S,20062S and 20011S

2.3.2 特殊配合力效应值分析杂交组合各个品质性状的特殊配合力效应值见表6。瓜长、瓜横径、单果重特殊配合力效应值最大的组合均为20055S×20062S,分别为2.32、0.19、17.32。瓜把长特殊配合力效应值变化幅度为-0.34～0.51,正向效应的组合有6个。果形指数特殊配合力效应值变化幅度为-0.87～0.67,具有正向效应的组合有8个。心腔大小和果肉厚特殊配合力效应值变化幅度小,组合20011S×20014S的心腔大小表现出最大负向效应0.05,果肉厚表现出最大正向效应0.19;组合20062S×20014S则与20011S×20014S相反。果肉硬度特殊配合力效应值变化幅度为-35.32～52.32,变化程度大,表现正向效应的组合分别是20011S×20014S,20055S×20058S、20062S×20056S、20055S×20056S、20055S×20062S、20062S×20011S。组合20055S×20062S在维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量上均表现出最大特殊配合力效应值,分别为6.40、0.51、0.08。维生素C和可溶性糖含量特殊配合力均表现为正向效应的组合有20011S×20014S、20014S×20058S和20062S×20011S,且这3个组合的可溶性蛋白含量特殊配合力效应值由大到小依次为20011S×20014S、20062S×20011S、20014S×20058S。单性结实能力特殊配合力效应值以20011S×20014S、20055S×20062S、20058S×20056S、20062S×20056S、20062S×20011S这5个组合排名靠前。

表6 杂交组合各性状特殊配合力分析Table 6 Analysis of special combining ability of each trait in cross

综上可知,20055S×20062S、20062S×20011S综合表现较好,从果实的感官与特性来看,在瓜长、瓜横径、果重、果形指数、果肉硬度、单性结实上表现出高正向效应,在杂交组合中排名靠前;从内部品质上看,维生素C、可溶性糖含量表现高位正向效应,根据这些特殊配合力的效应值表现,两者均能够预期培育出果实偏长、果重大、单性结实能力强、营养丰富、口感优越的无刺型黄瓜。另外,20055S×20062S还具有心腔小果肉厚、可溶性蛋白含量高的倾向,但相对于20062S×20011S,需要考虑瓜把长度的选择。20011S×20014S在维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量上表现出正向效应,且单性结实能力、果肉厚、果肉硬度均具有最大正向效应,心腔大小表现出最低负向效应,是腔小肉多、果肉硬度大、口感好、单性结实能力强、耐贮存的理想短瓜型育种组合。

20055S×20062S、20062S×20011S、20011S×20014S这3个组合优异组合的评价和田间表型见表7和图2。

表7 优异杂交组合的各性状表现Table 7 Each trait performance of excellent hybrid combinations

图2 杂交组合20055S×20062S、20062S×20011S和20011S×20014S的表型Fig.2 Phenotype of hybrid combinations 20055S×20062S,20062S×20011S and 20011S×20014S

20055S×20062S(长果型):植株整齐度高,强雌,单性结实能力强,果长可达32.11 cm,瓜横径为3.30 cm,果形指数大于9,瓜把偏长,心腔小,心腔直径与瓜横径的比值为0.39,果肉厚度大,维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量高,位于杂交组合前列。

20062S×20011S(中长果型):植株生长势强,强雌,连续坐果能力强,果实较长,平均长度为22.24 cm,瓜把较短,瓜横径为3.26 cm,果肉较脆硬,可溶性糖含量高,单性结实能力强可达84.44%,不易出现畸形瓜。

20011S×20014S(短果型):植株生长势强,果实短,平均长度为14.46 cm,瓜把短,为0.98 cm,瓜横径为3.29 cm,果肉硬度大,口感脆硬,具有较好的耐贮存性,内部品质含量在杂交得到的短瓜组合中处于较高水平,单性结实能力强可达85.78%,瓜条顺直,畸形瓜率低,田间统计中畸形率仅为2.24%。

2.4 欧洲温室型黄瓜性状遗传参数分析

随机模型下,欧洲温室型黄瓜各个性状的遗传参数见表8。在外观品质上,瓜长、单果重、瓜把长、果形指数、心腔大小均加性方差大于显性方差,加性方差占主要作用,能够在较大程度上稳定遗传。其中,瓜长、单果重、果形指数的广义遗传力与狭义遗传力数值相近且均较大,可以在早期世代增加选择强度,选择系谱法选育固定杂交后代。在内部品质特性上,维生素C含量、可溶性糖含量、单性结实能力这些性状主要表现为加性作用,且广义遗传力和狭义遗传力均超过了50%。瓜横径、果肉硬度、可溶性蛋白含量这些性状的显性方差大于加性方差,广义遗传力与狭义遗传力相差大,且狭义遗传力偏低(小于40%),基因的非加性效应存在一定的作用,稳定遗传的概率相对低,适合晚期世代的选择。

表8 各性状遗传参数分析Table 8 Analysis of genetic parameters for each trait

2.5 欧洲温室型黄瓜性状相关性分析

对欧洲温室型黄瓜13个性状表型进行相关性分析,结果(图3)显示,在外观品质上,瓜长与瓜重、果形指数、瓜把长显著正相关高,相关系数均达到0.90以上;而瓜长和果实的横向特性关系上,与心腔大小显著负相关,相关系数为-0.74,与瓜横径却负相关不显著,与果肉厚正相关系数为0.61;心腔大小与瓜横径呈显著正相关,相关系数为0.55;果肉硬度只与果肉厚显著正相关,相关系数为0.61。瓜畸形率与果形指数、瓜把长正相关,相关系数达到0.66、0.60,说明在选择长瓜的组合中需要注意出现畸形瓜的现象。在内部营养品质的相关性上,维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量三者间存在一定的正相关性,维生素C含量与可溶性糖、可溶性蛋白含量的相关系数分别为0.76、0.66,可溶性糖与可溶性蛋白含量相关系数为0.72。从内部营养品质和外观品质的关系来看,瓜长与维生素C含量显著正相关,相关系数为0.92;可溶性糖含量与瓜长、单瓜重以及果肉厚显著正相关,相关系数为0.70～0.75,而与心腔大小呈显著负相关。可溶性蛋白含量与果肉厚显著正相关,相关系数最高为0.78。

图3 各性状的相关性分析Fig.3 Correlation analysis of each trait FL:瓜长Fruit length;FD:瓜横径Fruit diameter;FW:单果重Fruit weight;LDR:果形指数Fruit shape index;FSL:瓜把长Fruit stalk length;SCD:心腔大小Seed-cavity size;FFT:果肉厚Fruit flesh thickness;FH:果肉硬度Fruit hardness;VC:维生素C 含量Vitamin C content;SSU:可溶性糖含量Soluble sugar content;SPC:可溶性蛋白含量Soluble protein content;PA:单性结实能力Parthenocarpy ability;DFR:畸形瓜率Deformity fruit ratio.

3 讨论与结论

作物育种工作中常常要考虑到杂种优势的利用。在本试验中,杂种优势具有一定的瓜外形改善潜力,可提高黄瓜的商品价值,这与杨森等[14]、虞夏清等[18]研究结果一致。瓜长这一性状的平均杂种优势虽为正向效应但是数值偏低,若进行优势育种,还应尽量提高双亲的数值。内部品质上各性状的表现不一,可溶性糖和维生素C含量平均杂种优势值高,而可溶性蛋白含量数值低,这与方小雪[19]的研究结果一致,可考虑引入性状差异较大的群体对杂种优势效应小的性状进行改良。

配合力是衡量亲本及预测杂交后代好坏的一个重要指标。在2个亲本都具有较高一般配合力的同时具有较大的特殊配合力的杂交组合往往更为优异。在本试验中,亲本20055S、20062S和20011S在大多数性状上的一般配合力表现为高正向效应,是综合性状表现优异的亲本,20055S×20062S、20062S×20011S、20011S×20014S为诸多品质性状特殊配合力表现优异的组合;结合田间表现,20055S×20062S、20062S×20011S分别为综合性状表现优异的长果型组合、中长果型组合,20011S×20014S为短瓜型综合品质优良的组合,都有潜力作为无刺类黄瓜在市场上推广应用。

遗传参数可为选择育种的世代提供参考。本试验中欧洲温室型黄瓜的瓜长、单果重、心腔直径、心腔大小、瓜把长、维生素C含量、可溶性糖含量、单性结实能力均表现出较大的广义遗传力和狭义遗传力,可在早期世代增加选择压力,这与杨森等[14]、陈银根[20]、杜庆平等[21]的研究结果类似,而与曹守军等[12]的结果不同。考虑到其中的原因,一是可能由于试验材料的不同,遗传背景不同;二是性状的表型受到环境的多种影响。

欧洲温室型黄瓜果实间各性状的相关性分析发现,瓜长与瓜把长显著正相关,两者都与心腔直径、瓜横径呈负相关,这与张秀荣等[22]研究结果类似。维生素C、可溶性糖、可溶性蛋白含量这三者间存在一定的正相关性,与乔宏宇等[23]研究结果类似。同时,维生素C含量随着瓜长增加而增加,可溶性蛋白含量随果肉厚增加而增加,徐强等[24]、张占军[25]也得出了类似结果。另外,还发现了可溶性糖含量与瓜长、果肉厚存在正相关性。在本试验中,若以瓜的长度为育种目标时,需要另外考虑维生素C和可溶性糖含量。这也体现了相关性不只单一存在于果实外观性状或内部营养成分中,其两者之间还具有一定的相关性,对于在内部品质性状难以直接选择的情况下,可参考相关性实现间接的选择。因此,在黄瓜育种过程中,要先抓住主要性状,初步根据可见的外观性状进行选择,同时考虑与其他性状的相关性进行再次选择。

综上,各品质性状存在不同程度的平均杂种优势,利用杂种优势育种可改善欧洲温室型黄瓜的外观和内在品质。20055S、20062S和20011S为综合品质性状表现优异的亲本,20055S×20062S、20062S×20011S、20011S×20014S为综合性状表现优异的长果型组合、中长果型组合和短果型组合,都有望作为品质优良的无刺类黄瓜推广应用,但仍需多年多点进一步的试验验证。对于欧洲温室型黄瓜品种的选育,可在早期世代进行,同时,借助于各性状间的相关性可为提高品种选育的经济整体利用水平提供借鉴。