马铃薯杂交种ISSR鉴定与高产优质株系选育研究
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摘要
为了选育高产、优质、适应性强及淀粉含量高的马铃薯新品种，本试验以日本引进的淀粉含量较高的马铃薯材料‘J07-2’、‘J07-4’、‘J07-6’为母本，分别以国内育成的适应性和抗病性强的品种‘陇薯6号’、‘陇薯7号’为父本进行人工授粉杂交，成功地获得‘J07-2’ב陇薯7号’、‘J07-4’ב陇薯6号’、‘J07-6’ב陇薯6号’和‘J07-6’ב陇薯7号’4个杂交组合的杂种F1代。在杂种无性系一代对杂交种单株的主要农艺性状进行了初步观测和选择，并对长势好的杂种单株进行了ISSR真实性鉴定；在无性系二代对真实杂种的生育、产量、品质及细胞遗传学等特性进行了系统深入的研究，对选出的符合目标性状且遗传稳定的优良株系在无性系三代进行了SSR指纹分析。主要结果如下：
1.试验筛选出适用于4个马铃薯杂交组合F1无性一代株系真实性鉴定的ISSR引物5个（AF18549、AF18550、AW75511、AW20607和AW20617）；以子代中是否扩增出父本特征带为依据，鉴定出4个杂交组合的23个无性株系均为真实的杂交种。
2.通过对4个杂交组合共23个杂种F1无性一代株系的主要农艺性状初步观测和评价，筛选出4个表现突出株系，分别是杂交组合‘J07-2’ב陇薯7号’的杂种F1无性株系2-1、3-1、4-4和杂交组合‘J07-6’ב陇薯7号’的杂种F1无性株系19-3。
3.对4个马铃薯杂种无性二代株系的染色体分析表明，RTC染色体数目稳定，均为四倍体（2n=4x=48）；其PMC MⅠ染色体配对构型：株系2-1为2.1Ⅰ+12.3Ⅱ+2.7Ⅲ+3.3Ⅳ，株系3-1为2.5Ⅰ+13.5Ⅱ+3.1Ⅲ+2.3Ⅳ，株系4-4为2.1Ⅰ+16.2Ⅱ+1.7Ⅲ+2.1Ⅳ，株系19-3为1.9Ⅰ+15.6Ⅱ+1.5Ⅲ+2.6Ⅳ。
4.无性二代株系4-4和株系19-3的育性好，花粉可育率分别为86.63%和81.23%，花粉量大，偏向于父本‘陇薯7号’；株系2-1和3-1的花粉可育率比母本‘J07-2’略低，分别为59.90%和64.40%，因其花粉可育率均超过50%，也可作为杂交育种的中间材料加以利用。
5.选育出的4个杂种无性株系2-1、3-1、4-4和19-3均为中晚熟类型，生育期127～130d，生长势强，平均株高100cm左右。其中株系2-1和株系19-3的产量和品质性状表现更为突出，其单株平均薯重、商品薯率和单株产量高，芽眼浅，薯形好，淀粉含量分别为19.22%和21.22%，还原糖含量分别为0.022%和0.045%，是选育淀粉、炸食加工及鲜食品种的优异材料。
6.对这4个杂种优良株系的主要农艺性状相关性分析表明，单株产量与生育期、株高、单株结薯数、商品薯率呈显著正相关；平均薯重与商品薯率呈显著正相关，单株结薯数与平均薯重呈显著负相关；淀粉含量与干物质含量呈显著正相关，与平均薯重和商品薯率呈极显著正相关。
7.利用筛选出3对SSR适宜引物（S7、S174和S184），对4个马铃薯杂种无性三代株系2-1、3-1、4-4、19-3及其亲本基因组DNA扩增得到201个SSR条带，平均多态性条带比率为72.14%，多态性丰富。试验建立了4个优良株系的SSR指纹图，可作为株系间识别的分子依据。
8.4个优良株系及其3个亲本材料的遗传距离（GD）变幅为0.2112～0.7222，平均为0.4818。以GD值0.39为基准，将7份供试马铃薯材料分为4类：第一类包括母本材料‘J07-2’和‘J07-6’及株系3-1；第二类为株系2-1和株系4-4；株系19-3和父本‘陇薯7号’各单独为一类。
In order to breed new potato (Solanum tuberosum L.) varieties with high yield, highquality, strong adaptability and high starch content, potato hybrids of4cross-combinationsincluding ‘J07-2’בLongshu No.7’,‘J07-4’בLongshu No.6’,‘J07-6’בLongshu No.6’,‘J07-6’בLongshu No.7’ were obtained. In order to provide materials for selecting andbreeding excellent new potato strains, the authenticity of the first clone generation of F1hybrids was identified by ISSR molecule markers. Their agronomic characteristics, yield，quality and cytogenetics at the second clone generation were studied. SSR fingerprints ofgenetically stable lines of potato F1hybrids at the third clone generation were established.The main results of the study were as follows:
1. Five suitable ISSR primers(AF18549, AF18550, AW75511, AW20607andAW20617) were used for authenticity identification of23hybrids F1first clone plants. Themain identification basis was that there were paternal-specific bands in progeny’s bands. Itwas identified that the total of23clones were true hybrids.
2. The results of observation and analysis of main agronomic characters showed thatfour lines of potato hybrid F1were selected from cross-combination ‘J07-2’בLongshuNo.7’ and ‘J07-6’בLongshu No.7’, including lines2-1,3-1,4-4and19-3.
3. Four lines were tetraploid, with steady chromosome numbers. Chromosome pairingconfiguration of hybrid line2-1was2.1Ⅰ+12.3Ⅱ+2.7Ⅲ+3.3Ⅳ, line3-1was2.5Ⅰ+13.5Ⅱ+3.1Ⅲ+2.3Ⅳ, line4-4was2.1Ⅰ+16.2Ⅱ+1.7Ⅲ+2.1Ⅳ, line19-3was1.9Ⅰ+15.6Ⅱ+1.5Ⅲ+2.6Ⅳ.
4. The pollen fertility of Line4-4and Line19-3were86.63%and81.23%. They hadplenty of pollen, tended to male parent Longshu No.7. The pollen fertility of Line2-1andLine3-1were59.90%and64.40%respectively. All of them could be used as intermediatematerials in cross-breeding.
5. Four hybrid lines(Line2-1,3-1,4-4and19-3) were late-maturing type. Theirgrowth periods were in127d to130d. Their growth potentials were strong. And theiraverage plant heights were about100cm. The yield and quality of line2-1and line19-3were more prominent than the others, with high mean tuber weight, high commercial tuberrate, high yield per plant, shallow eyes, and good tuber shape. Their starch contents were19.22%and21.22%respectively. The reducing sugar contents of these2lines were 0.022%and0.045%respectively. Therefore, they were good materials for breedingvarieties of starch-processing, fried food and fresh food.
6. The correlation analysis showed that the yield per plant of hybrid clones wassignificantly positively related to growth period, plant height, tuber number per plant andcommercial tuber rate. Mean tuber weight was significantly positively related to rate ofcommercial tuber. The tuber number per plant was significantly negatively correlated withmean tuber weight. The starch content was significantly positively related to dry mattercontent, and extremely significantly positively related to mean tuber weight andcommercial tuber rate.
7. Four hybrid lines and their parents were amplified with3pairs of SSR primers(S7,S174and S184). There are totally201SSR bands were obtained, and the percentage ofpolymorphic loci was72.14%. SSR fingerprints of four excellent lines were established.
8. The genetic distance among four hybrid lines and their parents was from0.2112to0.7222. With the GD value of0.39as threshold, seven potato materials could be clusteredinto four groups: the first group included ‘J07-2’,’J07-6’ and Line3-1, the second groupincluded Line2-1and Line4-4, the third group including ‘Longshu No.7’, the fourthgroup including Line19-3.
1.试验筛选出适用于4个马铃薯杂交组合F1无性一代株系真实性鉴定的ISSR引物5个（AF18549、AF18550、AW75511、AW20607和AW20617）；以子代中是否扩增出父本特征带为依据，鉴定出4个杂交组合的23个无性株系均为真实的杂交种。
2.通过对4个杂交组合共23个杂种F1无性一代株系的主要农艺性状初步观测和评价，筛选出4个表现突出株系，分别是杂交组合‘J07-2’ב陇薯7号’的杂种F1无性株系2-1、3-1、4-4和杂交组合‘J07-6’ב陇薯7号’的杂种F1无性株系19-3。
3.对4个马铃薯杂种无性二代株系的染色体分析表明，RTC染色体数目稳定，均为四倍体（2n=4x=48）；其PMC MⅠ染色体配对构型：株系2-1为2.1Ⅰ+12.3Ⅱ+2.7Ⅲ+3.3Ⅳ，株系3-1为2.5Ⅰ+13.5Ⅱ+3.1Ⅲ+2.3Ⅳ，株系4-4为2.1Ⅰ+16.2Ⅱ+1.7Ⅲ+2.1Ⅳ，株系19-3为1.9Ⅰ+15.6Ⅱ+1.5Ⅲ+2.6Ⅳ。
4.无性二代株系4-4和株系19-3的育性好，花粉可育率分别为86.63%和81.23%，花粉量大，偏向于父本‘陇薯7号’；株系2-1和3-1的花粉可育率比母本‘J07-2’略低，分别为59.90%和64.40%，因其花粉可育率均超过50%，也可作为杂交育种的中间材料加以利用。
5.选育出的4个杂种无性株系2-1、3-1、4-4和19-3均为中晚熟类型，生育期127～130d，生长势强，平均株高100cm左右。其中株系2-1和株系19-3的产量和品质性状表现更为突出，其单株平均薯重、商品薯率和单株产量高，芽眼浅，薯形好，淀粉含量分别为19.22%和21.22%，还原糖含量分别为0.022%和0.045%，是选育淀粉、炸食加工及鲜食品种的优异材料。
6.对这4个杂种优良株系的主要农艺性状相关性分析表明，单株产量与生育期、株高、单株结薯数、商品薯率呈显著正相关；平均薯重与商品薯率呈显著正相关，单株结薯数与平均薯重呈显著负相关；淀粉含量与干物质含量呈显著正相关，与平均薯重和商品薯率呈极显著正相关。
7.利用筛选出3对SSR适宜引物（S7、S174和S184），对4个马铃薯杂种无性三代株系2-1、3-1、4-4、19-3及其亲本基因组DNA扩增得到201个SSR条带，平均多态性条带比率为72.14%，多态性丰富。试验建立了4个优良株系的SSR指纹图，可作为株系间识别的分子依据。
8.4个优良株系及其3个亲本材料的遗传距离（GD）变幅为0.2112～0.7222，平均为0.4818。以GD值0.39为基准，将7份供试马铃薯材料分为4类：第一类包括母本材料‘J07-2’和‘J07-6’及株系3-1；第二类为株系2-1和株系4-4；株系19-3和父本‘陇薯7号’各单独为一类。
In order to breed new potato (Solanum tuberosum L.) varieties with high yield, highquality, strong adaptability and high starch content, potato hybrids of4cross-combinationsincluding ‘J07-2’בLongshu No.7’,‘J07-4’בLongshu No.6’,‘J07-6’בLongshu No.6’,‘J07-6’בLongshu No.7’ were obtained. In order to provide materials for selecting andbreeding excellent new potato strains, the authenticity of the first clone generation of F1hybrids was identified by ISSR molecule markers. Their agronomic characteristics, yield，quality and cytogenetics at the second clone generation were studied. SSR fingerprints ofgenetically stable lines of potato F1hybrids at the third clone generation were established.The main results of the study were as follows:
1. Five suitable ISSR primers(AF18549, AF18550, AW75511, AW20607andAW20617) were used for authenticity identification of23hybrids F1first clone plants. Themain identification basis was that there were paternal-specific bands in progeny’s bands. Itwas identified that the total of23clones were true hybrids.
2. The results of observation and analysis of main agronomic characters showed thatfour lines of potato hybrid F1were selected from cross-combination ‘J07-2’בLongshuNo.7’ and ‘J07-6’בLongshu No.7’, including lines2-1,3-1,4-4and19-3.
3. Four lines were tetraploid, with steady chromosome numbers. Chromosome pairingconfiguration of hybrid line2-1was2.1Ⅰ+12.3Ⅱ+2.7Ⅲ+3.3Ⅳ, line3-1was2.5Ⅰ+13.5Ⅱ+3.1Ⅲ+2.3Ⅳ, line4-4was2.1Ⅰ+16.2Ⅱ+1.7Ⅲ+2.1Ⅳ, line19-3was1.9Ⅰ+15.6Ⅱ+1.5Ⅲ+2.6Ⅳ.
4. The pollen fertility of Line4-4and Line19-3were86.63%and81.23%. They hadplenty of pollen, tended to male parent Longshu No.7. The pollen fertility of Line2-1andLine3-1were59.90%and64.40%respectively. All of them could be used as intermediatematerials in cross-breeding.
5. Four hybrid lines(Line2-1,3-1,4-4and19-3) were late-maturing type. Theirgrowth periods were in127d to130d. Their growth potentials were strong. And theiraverage plant heights were about100cm. The yield and quality of line2-1and line19-3were more prominent than the others, with high mean tuber weight, high commercial tuberrate, high yield per plant, shallow eyes, and good tuber shape. Their starch contents were19.22%and21.22%respectively. The reducing sugar contents of these2lines were 0.022%and0.045%respectively. Therefore, they were good materials for breedingvarieties of starch-processing, fried food and fresh food.
6. The correlation analysis showed that the yield per plant of hybrid clones wassignificantly positively related to growth period, plant height, tuber number per plant andcommercial tuber rate. Mean tuber weight was significantly positively related to rate ofcommercial tuber. The tuber number per plant was significantly negatively correlated withmean tuber weight. The starch content was significantly positively related to dry mattercontent, and extremely significantly positively related to mean tuber weight andcommercial tuber rate.
7. Four hybrid lines and their parents were amplified with3pairs of SSR primers(S7,S174and S184). There are totally201SSR bands were obtained, and the percentage ofpolymorphic loci was72.14%. SSR fingerprints of four excellent lines were established.
8. The genetic distance among four hybrid lines and their parents was from0.2112to0.7222. With the GD value of0.39as threshold, seven potato materials could be clusteredinto four groups: the first group included ‘J07-2’,’J07-6’ and Line3-1, the second groupincluded Line2-1and Line4-4, the third group including ‘Longshu No.7’, the fourthgroup including Line19-3.
引文
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