茄子果萼下颜色和氮效率相关性状遗传分析硕士学位（毕业）论文.doc

硕士学位（毕业）论文茄子果萼下颜色和氮效率相关性状遗传分析学位申请人:相丛超指导教师:陈雪平 教授学科专业:蔬菜学学位类别:农学硕士授予单位:河北农业大学答辩日期:二一五年六月六日分类号： S641.1 单位代码： 10086 密 级： 公开 学 号： 2012246 茄子氮效率相关性状和果萼下颜色遗传分析Genetic Analysis of Traits Related to Nitrogen Utilization Efficiency and Fruit Color under Calyx in Eggplant学位申请人:相丛超指导教师:陈雪平 教 授学科专业:蔬菜学学位类别:农学硕士授予单位:河北农业大学答辩日期:二一五年六月六日独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得 河北农业大学 或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名： 签字日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解 河北农业大学 有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权河北农业大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名： 导师签名：签字日期： 年 月 日 签字日期： 年 月 日学位论文作者毕业后去向：工作单位： 电话：通讯地址： 邮编：摘 要茄子是重要的蔬菜作物，果色和果形是茄子重要的外观品质；氮高效型品种是实现在较低的氮肥投入下获得较高产量的重要途径；分子辅助育种能够缩短育种周期、提高育种效率以及一定程度上消除育种的盲目性。因此，摸清茄子果色、果形和氮效率的遗传规律，获得与之相关的分子标记，是培育优质、高产和资源高效型茄子新品种的必然要求。本试验以氮高效和优质为切入点，首先以609（高氮中效-低氮高效，圆茄，果萼下颜色为浅紫色，果皮黑红色）和749（高氮高效-低氮高效，泡茄，果萼下颜色为绿色，果皮紫黑色）两份茄子高代自交系及其衍生后代为试验材料，对茄子果萼下颜色、果形指数和氮效率及其相关性状进行了遗传分析，进而通过多态性分子标记筛选，对609与749的F2代群体进行了分子标记鉴定，主要研究结果如下：1.通过性状鉴定，确定了茄子果萼下颜色与弱光下果实着色能力具有紧密的相关性；得出了茄子果萼下颜色的遗传规律：由加性-显性-上位性作用的两对主基因和多基因控制，主基因和多基因遗传率分别为97.55%和0 。2.从900对SSR和19对Indel茄子引物中筛选获得了在茄子高代自交系609与749之间表现多态性的分子标记36对，多态性比例为3.9 % ，为茄子提供了一定数量的种内多态性分子标记。并且发现SSR分子标记E06-5（位于NIVTS创建的茄子综合图谱的第6连锁群，38.0 cM）与果萼下颜色具有极显著的相关性。3.由609和749创建的F2群体在正常供氮条件下氮效率遗传符合2对等显性主基因+加性-显性多基因模型，主基因和多基因遗传率分别为70.16% 和14.69% 。4.与氮效率（产量）显著正相关（0.05水平）的性状有平均单果重；与氮效率（产量）极显著正相关（0.01水平）的性状有株高和茎粗；株高和茎粗遗传模型均符合：2对等加性主基因+加性-显性多基因遗传。株高主基因和多基因遗传率分别为52.3% 和0 ；茎粗主基因和多基因遗传率分别为77.75% 和0 。关键词：茄子；果萼下颜色；果形指数；氮效率；遗传分析Genetic analysis of fruit color under calyx and traits related to nitrogen utilization efficiency in eggplantAuthor：Xiang CongchaoMajor：OlericultureSupervisor：Chen XuepingAbstractFruit color and shape are important appearance quality traits of eggplant acting as an major vegetable crop. It is a effective way of acquiring high yield with low input of nitrogen fertilizer to breed varieties with high nitrogen efficiency. Molecular marker-assisted breeding can shorten breeding cycle, improve breeding efficiency and avoid blindness of breeding to a certain extent. Therefore, to ascertain the genetic law of fruit color fruit shape and nitrogen efficiency in eggplant is necessary to breed new varieties with good quality, high yield and efficient utilization.Taking high nitrogen efficiency and high quality as a breakthrough point and having 609 ( moderate nitrogen efficiency at high nitrogen level and high nitrogen efficiency at low nitrogen level, round eggplant, fruit calyx color light purple, dark red skin) and 749 (high nitrogen efficiency at high nitrogen level and high nitrogen efficiency at low nitrogen level, bubble eggplant, fruit calyx color is green, the skin is purple black) as the testing material, the experiment made research on genetic regularities of fruit calyx color, fruit shape index and traits related to nitrogen efficiency in eggplant, and genotypingF2 population derived from 609 and 749 based on SSRs and InDels. Theresultsare as follows:1. Identified the correlation between fruit calyx color and fruit coloring ability in eggplant under weak light; The genetic model analysis indicated that the heredity of fruit color under calyx was accorded with two additive-dominant-epistatic major gene +additive-dominant-epistatic polygene model, with a high heritability of 97.55% in the F2 population.2. Thirty-six polymorphic molecular markers between inbred lines 609 and 749 were obtained by screening with 900 SSR and 19 Indel molecular markers, with polymorphic rate of 3.9%. This would provide a certain number of polymorphic molecular markers for eggplant. The SSR marker E06-5 was significantly correlated with the fruit color under calyx, which was located at 18.0 cM of linkage group No.6 constructed by NIVTS3. The genetic model analysis indicated that the heredity of Nitrogen use efficiency was accorded with two codominance-epistatic major gene +additive-dominant polygene model, with major gene heritability of 70.16% and poly gene heritability of 14.69% in the F2 population.4. The average fruit weight was significantly correlated with nitrogen efficiency (P0.05) . The plant height and stem diameter were very significantly correlated with the nitrogen efficiency (P0.01) . The genetic model analysis indicated that the plant height and stem diameter were both accorded with equal additive major gene +additive-dominant polygene model. The major gene and poly gene heritability of the plant height were 52.3% and 0 in the F2 population, respectively. The major gene and poly gene heritability of the stem diameter were 77.75% and 0 in the F2 population, respectively.Keywords: Eggplant; Fruit color under calyx; Fruit shape; Nitrogen efficiency; Genetic analysis目 录1. 引言11.1 果实着色研究现状11.1.1 色素与果实着色21.1.2 花青苷的合成21.1.3 内外因素对果实着色的影响31.1.4 果实着色遗传研究现状41.2 植物氮效率研究现状41.2.1 植物氮效率相关性状研究现状41.2.2 植物氮效率及其相关性状遗传研究现状51.2.3 植物氮效率基因分子研究机制61.3 试验目的与意义72 材料与方法82.1 试验材料82.2 试验设计82.3 茄子果萼下颜色与果形指数的调查分析82.3.1 不同果萼下颜色茄子的套袋处理82.3.2 各个世代果萼下颜色性状调查92.3.3 果形指数的调查92.4 多态性分子标记筛选及其与果萼下颜色的相关性分析102.4.1 DNA的提取与检测102.4.2 多态性分子标记的筛选与F2群体鉴定102.4.3分子标记与果萼下颜色的相关性分析102.5 高氮条件下茄子氮效率及其相关性状调查102.5.1 苗期营养液培养试验102.5.2 高氮条件下茄子成株期氮效率及其相关性状的测定112.6 统计分析113 结果与分析123.1 茄子果萼下颜色遗传分析及其与果形指数的相关性分析123.1.1 套袋处理对不同果萼下颜色茄子果色的影响123.1.2 各世代果萼下颜色性状调查与分析结果123.1.3 果形指数统计163.1.4 茄子果萼下颜色和果形指数相关性分析163.2 多态性分子标记的筛选及其与果萼下颜色的相关性分析173.2.1 多态性分子标记的筛选结果173.2.2 与茄子果萼下颜色紧密相关分子标记的获得183.3 氮效率遗传分析193.3.1 茄子产量与氮效率统计193.3.2 茄子氮效率最适遗传模型的选择及其检验203.3.3 最适遗传模型的遗传参数估计213.4 苗期和成株期数据分析及其与氮效率的相关性223.4.1 茄子苗期叶绿素SPAD值统计分析223.4.2 茄子苗期根长统计分析223.4.3 茄子苗期株高统计分析223.4.4 茄子苗期植株鲜重统计分析233.4.5 成株期茄子株高调查与分析233.4.6 成株期茄子分枝高度调查与分析243.4.7 成株期茄子茎粗调查与分析243.4.8 茄子初花期和结果期叶绿素SPAD值调查与分析243.4.9 测定指标间的相关性分析253.5 与氮效率极显著相关性状的遗传分析274 讨论284.1 果萼下颜色遗传分析及其与果形指数相关性284.2 多态性分子标记的筛选284.3 氮效率及其相关性状的遗传分析29参考文献32在读期间发表的学术论文37作者简历38致 谢39缩略词表Abbreviations缩略符号Abbreviation英文全称Full name in English中文名称Name in ChineseSEASegregation Analysis植物数量性状分离分析软件包SSRSimple Sequence Repeat简单序列重复DNADeoxyribonucleic Acid脱氧核糖核酸NUEnitrogen use efficiency氮效率茄子果萼下颜色和氮效率相关性状遗传分析1. 引言茄子(Solanum melongena L. )为一年生茄科茄属草本植物，在热带地区为多年生植物，原产于东南亚，又称“落苏”，是为数不多的紫色蔬菜之一，也是人们日常饮食上常见的蔬菜。其果实颜色有紫色、紫黑色、淡绿色和白色，其中以紫色和紫黑色居多。果形有圆形、椭圆和梨形等。茄子有较高的经济效益1,是我国乃至世界广泛栽培的重要蔬菜作物2。果色和果形是茄子重要的外观品质；氮高效型品种是实现在较低的氮肥投入下获得较高产量的重要途径；分子辅助育种能够缩短育种周期、提高育种效率以及一定程度上消除育种的盲目性。因此，摸清茄子果色、果形和氮效率的遗传规律，获得与之相关的分子标记，是培育优质、高产和资源高效型茄子新品种的必然要求。茄子含有丰富的营养物质3，如：蛋白质、糖、脂肪、维生素C、维生素P和胆碱等；尤其是紫色茄子果实中丰富的花青素具有降低人体胆固醇、增强人体肝脏生理功能的作用4-6。花青素对植物本身也具有重要的生理功能7,特别是在低温、弱光和盐胁迫等8-9逆境条件下，花青素能够对植物起到一定的保护作用；同时，花青素也是使植物花、叶、果实显色的物质基础10。果色是茄子重要的品质性状，低温弱光下果实着色不佳是制约我国茄子冬春保护地生产的重要因素。缺乏低温弱光下茄子果实着色能力的有效鉴定方法以及相关性状遗传规律不清严重阻碍了保护地专用型品种的选育进程。果萼下颜色（即，茄子萼片下面的果皮颜色；按照茄子种质资源描述规范11命名为：果萼下颜色）与果实着色及品种特性有关12，因此，确认果萼下颜色与弱光下果实着色的关系，探明其遗传规律对茄子高品质品种选育具有重要意义。目前，对茄子果实性状的研究，主要集中在果皮颜色13、萼片颜色14、果形指数、果实纵横经15和平均单果重16等方面，而关于果萼下颜色的研究却鲜有报道。氮素对于植物生长非常重要。但是目前我国在氮肥施用方面还存在着不少问题，如氮肥施用量过大、氮素利用率低以及过量施氮对环境造成的破坏等。根据2014中国统计年鉴，我国化肥使用量全球第一，达到5911.9万吨；其中氮肥施用量占40.5%，达到2394.2万吨。经统计，2014年全国氮肥平均每公顷用量达到377.2 kg，已经远远超过国际氮肥施用量的红线。施氮量过大的同时，我国也存在着氮肥平均利用率过低的问题，每年大约有70% - 80%的氮肥没有得到利用。有些农村和城市郊区由于种植面积小，管理比较粗放导致氮素利用率更低，有85的氮肥被浪费了17。超量氮肥的施用和低下的氮素利用率，既增加了农业生产成本，也产生了非常严峻的生态环境问题18。面对如此严峻的问题，目前已经有许多农业科技工作者将提高经济作物氮效率作为自己的研究重点。张文彪19的研究表明，可以在高氮条件下和低氮条件下筛选出氮素利用效率存在显著差异的不同茄子基因型材料。为茄子氮高效育种提供了理论基础。1.1 果实着色研究现状果实着色好坏直接影响着其外观品质，是决定其商品价值高低的重要因子之一。果实的色泽是与着色相关的色素、酶、调控基因和环境因素共同作用的结果20。果实颜色主要由类胡萝卜素、酚类色素（黄酮醇、黄酮和花青苷）和叶绿素的含量和比例决定21。与果实着色相关的色素中酚类色素中的花青苷是最受关注和最有开发潜力的。1.1.1 色素与果实着色果实颜色主要由类胡萝卜素、酚类色素（黄酮醇、黄酮和花青苷）和叶绿素的含量和比例决定21。与果实着色相关的色素中酚类色素中的花青苷是最受关注和最有开发潜力的。叶绿素决定了绿色果实的色泽，如绿色果皮茄子；也可以影响类胡萝卜素、酚类色素的显色，从而影响果实的着色。类胡萝卜素（包括胡萝卜素和叶黄素）是黄色果实成色色素，如苹果和梨。一般认为在苹果和梨的果实成色过程中，伴随着叶绿素的降解，类胡萝卜素的颜色才显现出来。并不存在类胡萝卜素的积累过程。但也有观点认为伴随着叶绿素的降解过程，出现了-胡萝卜素和酯化叶黄素。类胡萝卜素也是决定柑橘成熟果实颜色的关键因素22。酚类色素主要包括：黄酮醇、黄酮和花青苷等，其中花青苷直接决定了大部分红色果实的颜色形成23。花青苷由花青素（黄酮类化合物）和糖苷组成。花青素(Anthocyanidin)，又称花色素，是自然界一类广泛存在于植物细胞液泡中的水溶性天然色素，属类黄酮化合物；主要有六种：天竺葵色素、矢车菊色素、芍药色素、飞燕草色素、锦葵色素和矮牵牛色素24。也是植物花瓣中的主要呈色物质，水果、蔬菜、花卉等五彩缤纷的颜色大部分与之有关。花青素的结构决定花青苷的颜色；糖苷可使花青苷的结构更加稳定，但与颜色无关。在园艺、食品、保健等领域，花青素均具有广泛的应用。对人类健康具有巨大的潜在价值的花青素及其合成途径已经成为目前的研究热点25。花青素和叶绿素决定茄子的果色。主要分布在茄子表皮液泡中的花青素属酚类化合物中的类黄酮类，茄子果色随着花青素种类和浓度的不同表现为粉红、浅紫、紫红、紫黑和黑色果皮；也有不存在花青素的品种果皮为淡绿色或者白色。1.1.2 花青苷的合成花青苷是决定果实着色的主要因素，为植物二级代谢产物，在植物生理上有重要作用。花青素（由类黄酮代谢途径合成）与糖类结合构成花青苷是大部分果实颜色形成的决定因素，花青苷的合成需要许多结构基因、调控基因和酶的分工合作。目前关于花青素对果实着色的影响成为了热点。花青苷合成代谢途径：从苯丙氨酸经过一系列酶促反应合成花青苷的过程被划分为三个阶段26。第一阶段：在PAL（苯丙氨酸裂解酶）、C4H（肉桂酸羟化酶）和4CL（对香豆酰CoA连接酶）的调控下，苯丙氨酸经过3步酶促反应合成对香豆酰CoA，这一过程是许多植物次生代谢的共有途径。其中PAL是限速酶，C4H是第一个被探明生理功能的P450酶；同时在不同植物中PAL和C4H基因具有多态性。第二阶段：在CHS（查尔酮合成酶）、CHI（查尔酮异构酶）和F3H（黄烷酮-3-羟化酶）的调控下，发生类黄酮代谢的关键生理反应（对香豆酰CoA和丙二酰CoA经过一系列酶促反应生产二氢黄酮醇和黄烷酮）。其中CHS是花青苷合成关键酶，催化生产查尔酮；查尔酮构成类黄酮的基本碳骨架。第三阶段：首先各种无色花青素在DFR（二氢黄酮醇还原酶）的催化作用下合成，然后在ANS（花青素合成酶）和3GT（类黄酮3-葡糖基转移酶）的作用下二氢黄酮醇生成有色的花青苷。其中DFR是关键酶，ANS具有使花青素具有颜色的催化作用，3GT催化生产花青苷。目前花青苷的代谢途径基本明确，而关于花青素的修饰、花青苷的转运和积累还有待进一步研究。花青苷合成相关基因：花青苷合成相关基因包括结构基因和调节基因。花青苷合成过程中的相关酶有相关结构基因编码合成。目前已经确定参与花青苷合成的关键酶有，PAL（苯丙氧酸解氣酶）、CHS（查尔斯合成酶）、CHI（查尔异构酶）、F3H（黄烧酮经化酶）、DFR（二氢黄酮醇还原酶）、ANS（花色素合成酶）和UFGT（类黄酮糖基转移酶）23。调控基因编码转录因子，转录因子激活或者抑制结构基因的表达，从而实现调控基因调控花青苷生物合成代谢途径的目的。1.1.3 内外因素对果实着色的影响叶绿素和花青苷是决定果实着色的主要因素，而叶绿素和花青苷合成的整个过程受到内部和外界因素的影响。光照、温度、含糖量、氮素营养和内源激素都可以影响果实着色。光照可以通过影响植物的光合作用影响苯丙氨酸和糖的合成，从而影响花青苷和叶绿素的合成，进而影响果实着色。同时，光照也可以通过调节花青苷合成过程中关键酶的生物活性，进而影响果实着色24。温度通过影响果实着色相关酶活性，影响果实着色。高温可以抑制查尔斯合成酶基因、黄烧酮经化酶基因、二氢黄酮醇还原酶基因、花色素合成酶基因和类黄酮糖基转移酶基因等的表达，以及类黄酮糖基转移酶的活性，进而抑制花青苷合成27。温度总是和果实的成熟度相互配合共同调控果实的着色23。赵宗芳等28研究表明，果实中的花青素与还原糖含量有极显著正相关。氮素营养通过两方面影响果实着色。一方面大量氮素与糖分结合，降低了果实含糖量从而抑制了花青苷的合成；另一方面大量供给植物氮素造成植株徒长，繁茂的枝叶遮挡了阳光，进而影响果实着色。影响对果实着色的内源激素主要是乙烯、赤霉素和细胞裂解素。乙烯对果实着色的影响体现在两个方面，一方面果实成熟过程可以由乙烯加速，果实成熟细胞膜结构功能被乙烯减弱，糖类从而被促进进入细胞质，这样也就增强了磷酸戊糖代谢，从而最终有利于果实着色；另一方面PAL或其活性被乙烯诱导或促进，从而有利于果实着色。果实着色被延迟可以通过赤霉素和细胞分裂素延迟叶绿素的降解消失过程以及类胡萝卜素的积累过程来实现29。1.1.4 果实着色遗传研究现状果色是茄子重要的外观品质，近年已经成为茄子研究热点之一。在早期的研究中常常被当做质量性状30。但是育种家在长期的育种实践中发现，茄子果实颜色有紫色、紫黑色、淡绿色和白色，其中以紫色和紫黑色居多，还有许多中间过渡类型，所以近年科研工作者将茄子果色作为数量性状进行研究31。通过对3个杂交组合的世代分析，庞文龙等31发现，茄子果皮颜色的遗传受两对主基因（具有加性、显性和上位性作用）和多基因（具有加性、显性和上位性作用）控制，并且具有较高的主基因遗传力。Nunome 等13发现，第 7 连锁群上的 AFLP 标记 eAEM64a 和 eAEM26b 与果色、茎色及花萼色显著相关。李怀志15通过对一个茄子F6群体的研究，发现了两个与果实花青素相关的QTL位点。廖毅等32通过对茄子果色的研究发现了一个AFLP分子标记，由此开发了一个SCAR标记，并验证SCAR标记与果色的符合率非常高。总体来说，关于茄子果色研究主要集中在遗传规律研究、果色QTL定位以及果色相关分子标记的研究等方面。随着茄子基因组测序33完成，为从基因水平探明茄子果色遗传机制、精确定位果色基因和基因克隆奠定了基础。1.2 植物氮效率研究现状氮效率指植物吸收、同化和消耗氮素的效率，即作物吸收或消耗单位土壤氮素（土壤中本来有的氮素和施用的氮素）所生产的有效经济产量34，我们称之为氮效率。目前为止，科研工作者主要以植物的产量、植物氮效率相关酶、植物根系等的研究作为植物氮效率研究的切入点。1.2.1 植物氮效率相关性状研究现状产量是经济植物最重要的性状之一，大量研究表明植物的产量与基因型相关。冯洋等35研究表明，在低氮条件下，水稻氮高效品种可以获得较高产量。崔超等36对春玉米的研究表明，氮高效玉米品种在正常施氮条件下可以获得较氮低效品种高的玉米籽粒产量和含氮量；在高氮条件下更有利于提高氮素利用效率。赵付江37通过对茄子的研究指出，在不同氮素供应水平下茄子的生物学产量和果实产量与基因型相关；并在此基础上，根据氮素水平和氮效率将茄子的10个基因型材料分为5种类型。张文彪19通过对17个不同基因型茄子的研究指出，茄子的果实产量跟基因型相关，并且将17茄子基因型分为高氮高效-低氮高效、高氮中效-低氮中效、高氮中效-低氮低效、高氮低效-低氮高效、高氮低效-低氮中效和高氮低效-低氮低效，六种类型。在关于经济作物的研究上，研究者普遍将经济产量作为氮效率最重要的评价指标。王晋等38通过对山西省从南到北不同地理分布试验点的玉米氮效率进行分析指出，随着玉米生育期加长，吸氮量越多，产量越高，氮磷的利用效率越高。可见产量和氮效率是密不可分的。所以产量常被用作评价作物氮效率最重要的鉴定指标。叶绿素的合成需要氮素。在不同的作物中越来越多的科研人员证明叶绿素与氮效率密切相关。梅芳等39对烤烟的研究表明，在低氮条件下叶绿素含量与烤烟氮效率相关。柴彦军等40对冬小麦的研究说明，叶绿素含量和硝酸还原酶活性与冬小麦的产量和氮素利用效率有关。张文彪19对茄子的研究发现，相同氮素供应水平下不同基因型茄子间叶绿素含量存在显著差异。正常氮素供应条件下的叶绿素含量平均值比低氮胁迫下的叶绿素含量平均值要高。叶绿素对于绿色植物实现同化作用是必要的，叶绿素可以影响绿色植物养分的吸收、转运和同化整个过程，所以叶绿素也可以影响绿色植物对氮素营养的吸收、转运和同化过程。同时氮素也是合成叶绿素所必须的大量元素，所以叶绿素和氮效率是相互影响的。植物根系与氮素吸收密切相关。根系作为植物吸收养分的器官，可以影响植物从土壤中吸收氮素，所以根系性状是与氮效率密切相关的性状41-42。马存金等43通过对不同氮效率玉米的研究发现，根系与植株氮素吸收显著正相关；并且提出了针对不同氮效率玉米品种通过合理施肥促进根系发育，进而提高氮效率的策略。叶利庭等44在对水稻的研究中发现，根系的长度和表面积与植株氮素吸收存在相关性，并且在低氮水平下根系发育强于高氮水平下。在茄子方面，赵付江45认为：根冠比和根体积可以作为筛选不同氮效率基因型的指标性状。田松46通过溶液培养初步探讨了在不同氮素供应水平下茄子苗期根体积的遗传规律。张文彪19通过对茄子苗期水培试验发现：在正常氮素供应条件下，根体积与氮吸收总量、植株干重和植株鲜重极显著正相关；低氮条件下的情况与正常氮素供应条件下相同，根体积也是与氮吸收总量、植株干重和植株鲜重极显著正相关。所以随着越来越多的科研人员研究发现植物根系性状与氮效率相关的同时，有研究已经开始探究根系性状是否可以作为作物氮效率早起鉴定指标。此外，张文彪19对茄子的研究指出，茄子的叶面积、株高和茎粗与氮效率在0.01水平上极显著正相关。所以进一步验证茄子的叶面积、株高和茎粗与氮效率的相关性，进而探明这些性状的遗传规律，对于氮效率资源高效型育种材料的早期鉴定，确定合理的育种方案和提高育种效率具有重要意义。1.2.2 植物氮效率及其相关性状遗传研究现状目前为止，有关氮效率的遗传研究已经取得了较大发展。各种报道已经证明，氮效率与基因型密切相关；不同作物之间，以及同种作物不同基因型之间存在不同的氮效率基因型47-51。下面从植物氮效率及其与氮效率相关性状的遗传研究现状进行综述。产量作为经济作物氮效率最重要的评价指标，其遗传规律研究较为广泛。柳宾52通过对棉花的研究发现，产量与熟性极显著负相关。王晖53通过对小麦RIL群体的产量性状和粒重的研究发现，群体中产量性状呈正态分布，且有一定的变异；单穗粒重与穗长和千粒重呈极显著正相关，与单株穗数、行总粒重呈极显著负相关；穗长、单株粒重和单穗粒重具有较高的广义遗传力；通过主成分分析指出，单株粒重、穗下节间长、穗长和单株穗数对穗粒重的贡献最大；经过进一步分析发现，单株粒重有促进单穗粒重的作用，并且单株穗数具有对单穗粒重的负效应。石明亮54通过3个玉米高代自交系创建了2个群体组合，并对2个组合的产量性状进行世代分析得出，玉米的穗总重符合具有加性、显性和上位性作用的2对主基因和多基因遗传；同时指出，与玉米产量相关的轴粗、穗总重和穗粗以加性遗传为主，在育种上可以进行早期选择。总之，通过以上研究可以得出，作物产量性状具有较高的遗传力，可以在育种早期加以选择。关于氮效率及其相关性状的遗传分析主要集中在玉米、小麦和大豆等大田作物。应用朱军55的基因型环境互作的加性-显性遗传模型，王琳琳56对氮代谢相关性状进行了遗传分析，结果显示：株高、成熟期单茎干物重、籽粒氮素积累量和氮素吸收总量由以加性效应为主的加性、显性效应和显性氮环境互作效应共同控制；谷氨酰胺合成酶活性和花后氮素同化量也是由以加性效应为主的加性效应和显性氮环境互作效应控制；氮素利用效率和氮素生理效率由加性氮环境互作效应控制。高树仁等57通关对玉米株高的研究发现，在两个遗传背景下株高的主基因和多基因遗传力均有较大不同。关于茄子氮效率的研究主要有：田松46提出，茄子氮效率受加性和非加性效应的共同控制，氮素吸收总量和氮素利用效率主要受加性效应控制；同时通过田间调查发现，在不同氮素供应水平下氮效率一般配合力均较高的亲本配制的组合可以在不同的氮素条件下获得超高产；因此提出，在氮高效育种中应主要选择氮效率一般配合力均较高的亲本配制组合。张文彪19通过对茄子不同基因型氮效率的遗传分析指出，氮效率相关性状中广义遗传力较高的有氮素吸收总量、氮素利用效率、株高、茎粗和叶面积，同时这些性状狭义遗传力均较低。综上所述，植物的氮效率遗传具有复杂的遗传机制，容易受外界环境的影响，与氮效率相关的性状非常多，并且氮效率相关性状的广义遗传力较高，在育种上适合在早期进行选择。1.2.3 植物氮效率基因分子研究机制近年来，随着分子生物学的长足进步，基因测序工作在各种作物的全面展开，为科研工作者从分子水平改变作物的氮效率创造了条件。高等植物硝酸还原酶、谷氨酰胺合成酶等基因序列已发布于GenBank，这就为探索氮效率分子机制提供了条件。NRT基因与油菜氮效率相关被张玉莹58通过对油菜NRT基因的研究发现。曹卫东59用一个小麦RIL群体，在正常供氮和低氮条件下分别检测到多个与叶绿素相关QTL位点，这是首次对氮效率相关性状进行基因定位研究。陈磊等60对小麦DH群体进行QTL定位，通过基因分析得出：氮效率相关性状符合多基因控制的数量性状遗传；3个与籽粒含氮量相关QTL位点在水肥正常条件下获得，分别编号chr19 - 1(位于6A染色体，贡献率24.7% ) 、Chr19 - 2(位于6A染色体，贡献率23.2% ) 、Chr17(位于5D染色体，贡献率29.5% )，均表现负向-加性效应。Xu 等61在 6 个环境下对182 个小麦重组自交系的数量性状进行了研究，在不同条件下检测到21个共同的基因位点。张斌62通过对TaSPLs和TaMOCL两个与小麦产量相关基因的研究，在小麦中克隆了12个 TaSPL基因，利用构建的SBP保守结构域的蛋白质序列系谱进化树将其分为5组，对其进行了功能分析。这些研究为探明作物氮效率的基因本质做出了贡献。近年关于作物氮效率分子研究，最具影响的是被张明永等63发现的OsPTR9基因，该基因的表达可以影响水稻的氮素吸收和产量。1.3 试验目的与意义果色和果形是茄子重要的外观品质。氮素对于植物生长具有重要作用，但是关于氮效率的研究主要集中在大田作物64-73。虽然目前关于茄子的科学研究取得了长足进展，但是主要集中在茄子的果皮颜色13、萼片颜色14、果形指数、果实纵横经15、平均单果重16、雄性不育、抗病、单性结实和抗逆等方面34，很少有关于茄子果萼下颜色和氮效率方面的研究。河北农业大学河北省蔬菜种质资源创新与利用实验室初步确定了鉴定茄子氮效率的指标，筛选鉴定了高氮条件下和低氮条件下不同氮效率基因型的茄子材料，但研究结果仍需重现性验证和进一步的深入研究分析。基于本实验室赵付江45、田松46和张文彪19关于茄子氮效率的研究成果，本试验以氮高效和优质为切入点，首先以609（高氮中效-低氮高效，圆茄，果萼下颜色为浅紫色，果皮黑红色）和749（高氮高效-低氮高效，泡茄，果萼下颜色为绿色，果皮紫黑色）两份茄子高代自交系及其衍生后代为试验材料，对茄子果萼下颜色、果形指数和氮效率及其相关性状进行了遗传分析，进而通过多态性分子标记筛选，对609与749的F2代群体进行了分子标记鉴定。旨在揭示茄子果萼下颜色、果形指数和氮效率及其相关性状的遗传规律，为茄子高品质育种提供理论依据和数据参考。2 材料与方法2.1 试验材料试验材料为在果萼下颜色、果形和高氮条件下氮效率具有显著差异的茄子高代自交系609（P1）与749（P2） 。其中，P1为高氮中效-低氮高效，圆茄，果萼下颜色为浅紫色，果皮黑红色；P2为高氮高效-低氮高效，泡茄，果萼下颜色为绿色，果皮紫黑色。于2013年春、秋两季，在塑料大棚内进行自交和杂交试验，获得亲本P1和P2 、杂种1代F1、分离世代F2 。田间试验在河北农业大学园艺学院的实验农场温室内进行。2.2 试验设计2014年1月，在28条件下下对选取的大小均匀饱满的种子进行催芽，催芽后，将各世代同时播种于育苗温室， P1、P2和F1各播种1穴盘（72孔育苗盘）（培养基质为蛭石和珍珠岩），F2播种3穴盘（72孔育苗盘）。2014年3月植株长到两叶一心时，选用日本山崎茄子营养液配方（正常供氮，含氮量：11mmol/L），从P1、P2和F1中分别选取50株幼苗，从F2中随机选取150株幼苗，栽培于2升不透光培养盆内进行培养。培养30天后，依据李锡香等11茄子种质资源描述规范，对植株株高、根长、鲜重和叶绿素SPAD值进行测定。2014年4月，将完成溶液培养试验的各世代同时定植于春秋大棚， P1、P2、F1各种3行（10株/行，共计30株），F2种植13行（10株/行，共计130株），株行距为60 cm70 cm 。试验地土壤中全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾和有机质含量分别为：0.74g/kg、0.58g/kg、1.29g/kg、39.83mg/kg、21.38mg/kg、166.62mg/kg和8.25g/kg。根据本实验室1945-46制定的高氮水平施肥方法，每亩施用65 kg尿素、81.33 kg过磷酸钙和55.83 kg硫酸钾，其中磷肥、钾肥和1/3氮肥作为基肥施入，另2/3氮肥在结果初期和结果盛期分别施入，其它同茄子常规栽培管理。2.3 茄子果萼下颜色与果形指数的调查分析2.3.1 不同果萼下颜色茄子的套袋处理 对P1（果萼下颜色为浅紫色、选取5株）、P2（果萼下颜色为绿色、选取5株）（图1）采用多层完全遮光纸袋(2020 cm)对花后4 - 5 d的子房进行完全遮光套袋处理。20 d后，对每株套袋处理长成的茄子果实统一采收和拍照。P1：果萼下浅紫色 P2：果萼下绿色 P1:light purple P2:green图1 P1和P2果萼片下颜色Fig.1 The color under calyx of P1 and P22.3.2 各个世代果萼下颜色性状调查 根据茄子群体果萼下颜色表现情况，参考茄子种质资源描述规范11，制定了白绿、绿、紫绿、浅紫和紫红5个等级的比色板，分别赋值1、2、3、4和5（图2）。对P1（共调查26株）、P2（共调查26株）、F1（共调查26株）和F2（共调查110株）各世代单株茄子进行采收（每株采收2个茄子），调查并拍照，依据调查结果对每株茄子进行综合评级赋值。1 2 3 4 5图2萼片下果色比色板Fig.2 The color under calyx board1: 白绿、 2：绿、 3：紫绿、 4：浅紫 和 5：紫红1:white green,2:green,3:purplish green,4:light purple and 5:purplish red2.3.3 果形指数的调查 测量P1、P2、F1和F2各世代果实的纵横经，根据公式：果形指数=果实纵径/果实横径，计算各世代单株的果形指数。P1、P2和F1世代果实，如图3。 P1 F1 P2图3 亲本和F1果形Fig.3 The fruit shape of P1,F1 and P22.4 多态性分子标记筛选及其与果萼下颜色的相关性分析2.4.1 DNA的提取与检测待茄子植株长出3片真叶时，取P1、P2、F1和F2的嫩叶，采用改良CTAB法提取DNA ，并用0.8%琼脂糖和紫外分光光度计检测其纯度和浓度。2.4.2 多态性分子标记的筛选与F2群体鉴定从http:/vegmarks.nivot.affrc.go.jp网站选取900对SSR和19对Intel茄子引物78共计919对引物，由上海生物工程有限公司提供。以茄子亲本P1和P2为试材，利用919对引物78进行多态性标记筛选；利用筛选出来的多态性分子标记对其F2群体进行PCR鉴定。2.4.3分子标记与果萼下颜色的相关性分析果萼下颜色数据采用2.3.2 各个世代果萼下颜色性状调查结果。最后利用DPS软件分析分子标记与茄子果萼下颜色的相关性。2.5 高氮条件下茄子氮效率及其相关性状调查2.5.1 苗期营养液培养试验 苗期株高和根长的测定用直尺测量各世代单株株高和根长 苗期植株鲜重的测定用PTY-B200电子天平（Max=200，e=0.1g，d=0.01g）测量各世代单株鲜重。 苗期叶绿素SPAD值的测定采用叶绿素SPAD仪测量各世代单株叶绿素SPAD值。每株测量第四片真叶，每片叶子取三个点，每点测量三次，取平均值。2.5.2 高氮条件下茄子成株期氮效率及其相关性状的测定 果实产量的测定2014年6月22日开始到8月22日，分次采收所有达到商品成熟期的茄子果实，统计各世代单株总产量，并依据氮效率为单位土壤的有效氮量（定之前耕作土壤有效氮量与施氮量之和）所产生的茄子产量，即：氮效率=产量/土壤有效氮量 。 计算各世代单株N效率。 成株期株高、茎粗和分枝高度的测定窗体顶端根据李锡香等11茄子种质资源描述规范，于7月15日测定茄子株高、分枝高度和茎粗。 成株期叶绿素SPAD值的测定用叶绿素SPAD仪在初花期和结果盛期测定各世代单株叶绿素SPAD值。 原始土壤的测定参照鲍士旦主编的土壤农化分析79，测定土壤理化性质。2.6 统计分析 采用EXCEL软件对茄子果萼下颜色、果形指数、氮效率、苗期（营养液培养时期）调查性状和成株期调查性状数据进行统计分析。采用DPS软件分析果萼下颜色和果形指数之间的相关性，并分析茄子苗期（营养液培养时期）和成株期各性状与氮效率的相关性。采用盖钧镒等74的一个分离群体联合 P1、P2、F1不分离世代的分析方法，应用植物数量性状分离分析软件包SEA(Segregation Analysis)74-77对萼下果皮颜色、茄子氮效率以及与氮效率极显著相关的性状进行统计分析。41