葡萄杂交后代对葡萄根瘤蚜抗性的遗传分析
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摘 要: 利用室内离体根接种鉴定法，研究了6个杂交组合后代601个株系对葡萄根瘤蚜抗性的遗传特性，以期为葡萄抗根瘤蚜砧木育种提供理论依据。结果表明，亲本中SO4、5BB、1103 P、河岸葡萄580、燕山葡萄0947、香槟尼1148抗根瘤蚜，而贝达和山葡萄对根瘤蚜敏感；6个杂交组合后代的葡萄根瘤蚜抗性分离呈连续性分布，表现出数量性状遗传的特性；在双亲组合过程中，美洲种群组成比例的多少，与其后代根瘤蚜抗性强弱呈正相关，表现为基因的累加作用；杂交后代的葡萄根瘤蚜抗性呈现普遍下降的趋势；葡萄根瘤蚜的抗性在传递过程中表现向弱的方向回归，在葡萄砧木育种工作中，选择葡萄根瘤蚜抗性强的亲本是育种工作的首要任务。
关键词: 葡萄根瘤蚜； 杂交后代； 抗性鉴定； 遗传分析
中图分类号：Ｓ６６3．1 文献标志码：Ａ 文章编号：１００９－９９８０（２０12）０2－0184－０4
Inheritance trend in resistance to phylloxera in grape cross progenies
LIU Chong-huai1，2， FENG Jian-can1*， DONG Dan-dan3， WANG Zhong-yue3
(1Colleage of Horticulture，Henan Agricultural University， Zhengzhou，Henan 450002； 2Zhengzhou Fruit Research Institute of CAAS， Zhengzhou，Henan 450009； 3Institute of Plant Protection of CAAS， Beijing 100094）
Abstract: In order to provide the basis for breeding physiology-resistant rootstocks， laboratory bioassays were carried out for evaluation on the progenies’ resistance and inheritance of 6 cross combinations. The result showed that SO4， 5BB， 1103 P， Vitis riparia 580， V. yanshanensis 0947 and V. champini 1148 were resistant to phylloxera，. Beta and V. amurensis were susceptible to phylloxera. The resistance to phylloxera of 6 cross progenies showed the traits of continuous distribution and quantitative inheritance. In process of parent combination， the proportion of American Vitis species had a positive correlation with the strength of resistance to phylloxera， which present the additive effects of gene. The resistance to phylloxera of 6 cross progenies showed a downtrend. Choosing parent with resistance to phylloxera was most import task in grape rootstock breeding.
Key words: Grape phylloxera； Hybrid progenies； Resistance identification； Inheritance
19世纪后半期，由于葡萄根瘤蚜的蔓延给欧洲葡萄生产造成毁灭性打击，研究葡萄根瘤蚜的生物学特性及不同葡萄种类对葡萄根瘤蚜的抗性成为热点。大量的研究结果表明，原产美国的一些野生葡萄种质对葡萄根瘤蚜有较强的抗性，在根瘤蚜入侵欧洲之初，把欧亚种葡萄嫁接到美国的野生葡萄如河岸葡萄（Vitis riparia Michx.）、沙地葡萄（V. rupestris Scheele）上以避免葡萄根瘤蚜的危害成为最有效的栽培措施之一[1-6]。
2005年以后我国多个地方发现葡萄根瘤蚜，给我国葡萄生产构成了严重威胁[7]，如何利用我国的资源应对根瘤蚜的蔓延成为研究者广泛关注的问题。中国和美国是世界上葡萄遗传资源最丰富的两个起源中心，经过漫长的自然选择，美洲种和中国野生葡萄资源中蕴藏着丰富的抗性基因，对野生葡萄资源的创新利用和遗传改良一直受到葡萄育种者的关注[8]。美洲种对根瘤蚜的抗性获得了较为详细的研究，但是中国野生葡萄资源对根瘤蚜的抗性缺乏系统研究。为了探明和利用中国野生葡萄对葡萄根瘤蚜的抗性，山东农业大学和中国农业科学院郑州果树研究所等单位的科技人员[9-13]相继对中国野生葡萄的根瘤蚜抗性水平进行了鉴定，证实中国野生葡萄大多对葡萄根瘤蚜不具抗性，只有疑问种燕山葡萄等对葡萄根瘤蚜具有一定抗性[10]。另外，山葡萄是中国野生葡萄中最为抗寒的野生种类，在抗寒育种中普遍作为亲本并选育出许多新品种[14]。国内外实践证明，使用抗性砧木是防治葡萄根瘤蚜最经济有效的方法，目前国内的砧木研究主要集中在抗寒砧木上，抗葡萄根瘤蚜育种在我国才刚刚起步，为了广泛利用中国野生葡萄的抗性特性，中国农业科学院郑州果树研究所于2007年将其用于砧木育种亲本，培育了部分杂种实生苗，并利用包括该群体在内的6个杂交群体研究了葡萄根瘤蚜抗性的遗传规律，以探明中国野生葡萄在葡萄根瘤蚜抗性育种中的地位，为葡萄抗根瘤蚜砧木育种提供理论依据。
1 材料和方法
1.1 材料
试材均采自中国农业科学院郑州果树研究所国家果树种质郑州葡萄圃。杂交组合编号、亲本和后代数量见表1。葡萄根瘤蚜寄主为户太8号。
1.2 试验方法
1.2.1 室内离体根鉴定方法 试验参照董丹丹等[13]的方法，接种时，每供试材料根段上接种量为1~3 d龄虫卵10粒，每培养皿为1次重复，共3次重复。接种28 d时统计各龄期葡萄根瘤蚜数量、成虫产卵量以及形成根瘤量。计算存活率、种群龄期结构指数（Population age structure index，PASI）[15]、侵染率以及种群增殖倍数[11]。其中:
存活率=28 d时接种的根瘤蚜存活量/接种卵量；
PASI=∑PxWx（其中Px表示各龄期根瘤蚜所占比例，Wx代表龄期）；
侵染率（%）=（总根瘤量/接种卵量）×100；
种群增殖倍数=28 d时根瘤蚜总量/接种卵量。
1.2.2 抗性分级标准 参考Boubals[16]提出的抗性分级标准进行等级划分，侵染率为0的表示免疫；侵染率小于20%为1级；20%～40%为2级；大于40%为3级。1级表示高抗；2级表示敏感；3级表示高感。
1.2.3 遗传分析 分别计算实生后代中高抗和免疫株数占各杂交组合的总株数的百分数；统计不同杂交组合亲本上根瘤蚜侵染率的亲中值X（父母本侵染率相加/2）、各杂交组合后代上葡萄根瘤蚜侵染率平均值（S）、变异系数CV（%）=S/X×100、分布范围（杂交后代个体上葡萄根瘤蚜最低和最高侵染率）。
2 结果与分析
存活率和种群增殖倍数是葡萄根瘤蚜抗性研究中的基本指标[15]，存活率是根瘤蚜侵染根系的基础，能直接反映其在各品种上的存活情况；种群增殖倍数以产卵量为基础，反映根瘤蚜在寄主上的繁殖能力。另外根瘤蚜种群龄期结构指数和其在寄主上的侵染率也能反映出葡萄对根瘤蚜的抗性能力。
2.1 亲本的抗葡萄根瘤蚜特性
由表2可以看出，接种后葡萄根瘤蚜存活率在燕山葡萄0947和香槟尼1148上根瘤蚜存活率分别为3.16%和1.78%，在SO4、5BB、河岸葡萄580和1103 P上葡萄根瘤蚜已经全部死亡；在贝达和山葡萄（山葡萄0936，双红，山葡萄7306）上根瘤蚜存活率高。SO4、5BB、1103 P、河岸葡萄580、燕山葡萄0947等离体根系上葡萄根瘤蚜种群没有发生增殖，侵染率为0，表现为免疫；而贝达、山葡萄0936、双红和山葡萄7306根系上根瘤蚜存活率、种群龄期结构指数、种群增殖倍数和侵染率高，表现为高感。
2.2 不同杂交组合后代对根瘤蚜的抗性分布和遗传
不同杂交组合后代对根瘤蚜的抗性分布见表3。6个杂交组合后代对葡萄根瘤蚜抗性呈现不同程度的连续性分布，表现出数量性状遗传的特点。5BB×1103 P、香槟尼1148×燕山葡萄0947、燕山葡萄0947×SO4以及河岸葡萄580×山葡萄0936后代出现的抗性比例高，分布范围为80.8%～97.7%；贝达×双红出现抗性比例极低，仅为3.7%；贝达×山葡萄7306实生后代没有出现抗性株系。
由表4可以看出，所有杂交组合后代的葡萄根瘤蚜平均侵染率均大于亲中值，其中贝达×双红和贝达×山葡萄7306两个杂交组合后代的平均侵染率高，分别为69.78%和83.25%；所有杂交组合后代的葡萄根瘤蚜侵染率呈连续性分布，表现出数量性状遗传的特性。5BB×1103 P后代的变异系数最大，为98.04%，贝达×山葡萄7306后代的变异系数最小，为34.12%。
3 讨 论
葡萄根瘤蚜起源于北美，因为长期的协同进化，部分原产北美的野生葡萄对葡萄根瘤蚜具有很强的抗性。葡萄砧木品种5BB、1103 P和SO4等均为抗根瘤蚜野生种的杂交品种，河岸葡萄580和香槟尼葡萄1148是纯的北美野生种，对葡萄根瘤蚜都具有很强的抗性。燕山葡萄0947是上世纪80年代河北昌黎果树所提供的燕山葡萄实生种子生长的单株，是两性花，扦插容易生根，与中国野生葡萄为雌雄异株以及扦插难以生根的特点不符；通过分子标记和序列分析的方法推测燕山葡萄0947这份材料为中国野生葡萄和河岸葡萄的种间杂种，并不是燕山葡萄的纯种，该材料的抗性可能来源于河岸葡萄[17-18]。
目前关于美洲种群葡萄对根瘤蚜抗性的研究较多，但是相关遗传研究的报道很少。我国已经逐步开展对野生葡萄种质资源以及主栽品种对根瘤蚜抗性的研究，但是尚未开展遗传倾向性和遗传规律研究。从本实验中杂交后代的抗性分布来看，在双亲组合过程中，起源于北美葡萄种质资源组成比例的多少，与其后代抗根瘤蚜强弱呈正相关，表现为基因的累加作用。子代抗根瘤蚜的平均数虽然受双亲抗性平均数的制约，但并不等于或近似双亲抗性的亲中值，而在子代中表现为抗性普遍下降。这种抗性普遍下降是双亲在基因的分离与重组过程中，部分非加性效应的解体造成的。由于抗性在传递过程中表现向弱的方向回归，因此，选择亲本时，更要注意亲本的抗性传递能力，在葡萄砧木育种工作中，选择葡萄根瘤蚜抗性强的亲本是育种工作的首要任务。
遗传是基因型和环境共同作用的结果，有些属于质量性状，遗传方式简单；另一些属于数量性状，受微效多基因控制，后代常表现复杂的分离现象。关于葡萄抗根瘤蚜的遗传，Kim[19]曾在研究中指出其抗性可能是由几个基因控制的数量性状遗传。本研究的6个杂交组合的抗性分离表现为连续性，亲本均具有将其抗性遗传给后代的较强能力，与Kim[19]的研究结果基本一致。由此推测，葡萄根瘤蚜抗性属于多基因控制的数量性状，这是造成本研究中种间杂种分离的实质所在。
原产我国的山葡萄是重要的抗寒资源，在抗寒砧木育种中具有重要价值。上世纪60年代，开始利用山葡萄为抗寒材料，培育了一系列的抗寒品种，有些品种曾在生产中大面积推广过。贝达是美洲葡萄和河岸葡萄的杂交后代，根系发达，枝条扦插成活率高，嫁接品种亲和力好，有很强的抗寒性，适应范围广，在我国葡萄生产上已广泛栽培并应用，从本试验结果看，山葡萄和贝达以及其杂交后代均不抗葡萄根瘤蚜，不能用于葡萄根瘤蚜的抗性育种。
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