不同杂交方式对白肋烟烟碱转化率的影响

李宗平

（湖北省烟草科学研究院/中国烟草白肋烟试验站，武汉 430030）

不同杂交方式对白肋烟烟碱转化率的影响

李宗平

（湖北省烟草科学研究院/中国烟草白肋烟试验站，武汉 430030）

采用白肋烟B37的高烟碱转化品系（HC）和低转化品系（LC）进行正、反杂交试验，分析比较双亲与正、反交F1的烟碱、降烟碱含量及烟碱转化率的平均值、群体分布频率特点和杂种优势的大小。结果表明：低转化材料作母本F1（正交）烟碱含量表现出24.58%的正向平均优势，降烟碱和烟碱转化率则为49.79%和57.43%的负向平均优势；以高转化率材料作母本，F1（反交）表现出同样的趋势，但杂种优势小于正交F1。为此认为，雄性不育杂交一代优势利用是选育低烟碱转化、低烟草特有亚硝胺（TSNA）含量新品种的有效方法，其中选择纯合的低烟碱转化品系作杂交母本尤为主要。

白肋烟；正交；反交；生物碱；转化率；杂种优势

烟草生物碱主要包括烟碱、降烟碱和微量的新烟碱和假木贼碱。降烟碱，亦称去甲基烟碱，可由烟碱脱甲基形成，正常情况下降烟碱含量不超过生物碱总含量的3.5%。由于降烟碱属仲胺类的降烟碱，在烟叶调制和陈化过程中代谢比较活跃，极易发生亚硝化反应生成烟草特有亚硝胺（TSNA）中具有强致癌作用的N-亚硝基降烟碱（NNN），从而严重影响到烟叶的安全性和人类健康。同时降烟碱还易于氧化、酰化反应生成麦斯明（α-氧基烟碱）和一系列的酰化降烟碱，直接改变烟叶和烟气化学成分的组成和含量，对烟叶的香味品质产生不利影响[1-3]。美国已将降烟碱作为考核新品种的主要指标，并制定了降烟碱含量不超过总生物碱15%的标准[1，3]。普通烟草是纯合双隐性基因型（ctctcscs），不具有烟碱去甲基能力，但在栽培品种的烟株群体中，一些烟株往往会因为基因突变，形成烟碱转化能力，导致烟碱含量显著降低，降烟碱含量大幅增加[3]。史宏志等[4]通过对国内不同烟草类型降烟碱及烟碱向降烟碱转化研究后认为，白肋烟降烟碱含量及烟碱转化率较高，问题突出。史宏志等[5]、李进平等[6]在对白肋烟鄂烟1号烟碱向降烟碱转化的遗传改良研究中发现，母本的MSB21和保持系B21的群体中都含有极高比例的转化株，而作为父本的B37转化株较少，认为鄂烟1号的高转化株比例主要由母本引起。本研究的目的在于通过相同亲本进行正反交测验，分析杂交亲本对其F1生物碱及烟碱转化率的影响，为以降低烟草特有亚硝胺（TSNA）含量为目标的白肋烟新品种选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 P1：白肋烟B37 低烟碱转化率品系（LC），P2：B37高烟碱转化率品系（HC）。正交P1×P2（F1）和反交P2×P1（F1），共4份。

1.2 试验方法

1.2.1 田间试验 2011年对白肋烟B37原种群体进行连续选择4代的低烟碱转化株（LC）和高烟碱株（HC）单株选择，2014年在恩施烟草良种繁殖基地种植性状稳定的P1（LC）、P2（HC）材料，配制正交（P1×P2）、反交（P2×P1）杂交组合。2015年进行P1、P2，及正、反交杂交F1等4份材料的田间试验，其中P1、P2各种植60株，取样55株，正、反交杂交F1各种植30株，取样20株。田间种植方法同白肋烟大面积生产。

1.2.2 转化率诱导鉴定 烟株团棵期取9~10叶位（由下至上）烟叶2片，样品按H.Z.Shi等〔7〕的诱导方法进行烟碱转化率化学诱导。即摘取烟叶后，喷施2-氯乙基磷酸水溶液后保湿晾制，待烟叶变黄后，测定烟叶的烟碱和降烟碱含量。烟碱转化能力用烟碱转化率表示，即降烟碱含量占烟碱和降烟碱含量之和的百分比，可由下式计算。

烟碱转化率（%）＝[降烟碱含量/（烟碱含量+降烟碱含量）]×100

根据烟碱转化率将烟株分为非转化株（烟碱转化率低于3%）、低转化株（烟碱转化率3%~20%）、中转化株（烟碱转化率20%~50%）和高转化株（烟碱转化率大于50%）[3]。

1.2.3 生物碱测定 生物碱测定采用气相色谱法。样品经烘干后粉碎，每样品称取100mg，用三氯甲烷提取生物碱。气相色谱仪为Agilent-6890，检测器为FID，具体操作和参数设定按H.R.Burton等[8]的方法进行。

1.2.4 杂种优势分析 杂种优势是指杂交一代的某些性状优于双亲的现象。分为平均优势和超亲优势[9]。

平均优势，杂种一代（F1）超过双亲平均值（MP）的百分比。

超亲优势，杂种一代（F1）超过其最好亲本（HP）的百分比。

2 结果与分析

2.1 群体平均生物碱含量及烟碱转化率比较 从表1可以看出，P1、P2的烟碱、降烟碱含量及烟碱转化率存在较大差异，其中P1（B37LC）烟碱含量较高在17.08~24.92mg/g之间，降烟碱含量、烟碱转化率较低，分别在1.02~1.55 mg/g和4.09%~6.68%之间；P2（B37HC）烟碱含量较低在1.33~12.57mg/g之间，降烟碱含量、烟碱转化率较高，分别为6.66~ 15.55mg/g和41.51%~87.56%。正交F1烟碱含量较高为14.36~19.08mg/g，降烟碱含量、烟碱转化率较低，分别为1.79~3.45 mg/g和9.33%~16.80%；反交F1烟碱含量在12.11~16.73mg/g之间，降烟碱含量、烟碱转化率分别在3.35~5.20 mg/g和17.00%~ 29.08%之间；正交F1和反交F1的烟碱、降烟碱和烟碱转化率均在P1和P2之间，但均偏向P1，且正交F1平均烟碱含量高于反交F1，而降烟碱、烟碱转化率则反交F1高于正交F1（表2）。

表1 P1、P2生物碱含量及烟碱转化率比较

表2 正、反交F1的生物碱含量及烟碱转化率比较

2.2 分布频率分析 进一步分析烟株群体的烟碱、降烟碱含量及烟碱转化率的分布频率，结果如图1~3所示。烟碱含量P1的频率高峰在23mg/g位点，P2的在7mg/g，正交F1在19mg/g，反交F1在15mg/g；降烟碱则P1的频率高峰在1.5mg/g，P2在12mg/g，正交F1在3.5mg/g，反交F1在5mg/g；P1的烟碱转化率频率高峰在4%；P2在70%；正交F1在15%；反交F1在25%。因此得知，正交F1和反交F1的烟碱、降烟碱和烟碱转化率的频率高峰位点均在P1、P2之间，但均向P1偏移，且以正交F1更明显。

图1 双亲及正反交F1群体烟碱分布频率

图2 双亲及正反交F1群体降烟碱分布频率

图3 双亲及正反交F1群体烟碱转化率分布频率

2.3 杂种优势分析 在前述平均值比较及分布频率分析的基础上，进一步分析正、反交F1的杂种优势大小。结果表明（表3）：正、反交F1的烟碱含量均存在正向的平均优势，且正交F1大于反交F1；而降烟碱含量、烟碱转化率均表现为负向优势，尤以烟碱转化率的负向优势更明显，且正交F1优势的绝对值大于反交F1。烟碱、降烟碱及转化率均无超亲杂种优势。

表3 正、反交F1的杂种优势分析

3 结论与讨论

本研究结果表明，不同烟碱转化率类型的品系杂交，杂交F1的烟碱、降烟碱含量及烟碱转化率均大幅度偏离双亲平均值，其中烟碱含量表现出正向平均优势，降烟碱和烟碱转化率则为负向平均优势。与笔者之前白肋烟生物碱和烟碱转化率的配合力及遗传力的研究结果[10]基本一致。

目前人们普遍认为栽培品种烟碱含量由2对独立的显性Nic1Nic1Nic2Nic2基因控制，鲜叶烟碱含量一般较高，但晾制和陈化过程中由于存在烟碱向降烟碱转化问题，导致烟碱转化为降烟碱。烟碱转化由显性CtCtCsCs基因控制，2个位点均为隐形基因型即ctctcscs不具备烟碱转化能力[3-5]。由此推断，同为栽培品种的不同烟碱转化类型品系的烟碱基因型均为Nic1Nic1Nic2Nic2，只是转化率基因型不同，低转化品系的转化率基因型为ctctcscs，高转化品系为CtCtCsCs，杂交F1的基因型应是CtctCscs，性状表现应为显性，即低烟碱、高降烟碱含量、高转化率，烟碱含量低于双亲平均值为负向杂交优势，降烟碱和转化率大于双亲平均值，具有正向杂种优势，这显然不能解释本研究结果。本研究中的材料为同一品种经人为选择后的不同转化率类型品系，遗传背景除烟碱、降烟碱及转化率外，其他性状应完全一致，从而排除了其他基因的连锁与干扰，但烟碱、降烟碱及转化率的烟株群体分布频率结果表明，高转化亲本P2的转化率在41.51%~87.56%之间，平均值62.77%，据前人研究结果 ctcs基因型的转化率3%~9%，Ctcs基因型17%~51%，CtCs基因型73%~94%[3]推测，本研究中的P2可能尚属杂合基因型，且Ctctcscs存在较大的比例，由于杂交F1基因型中ctctcscs的大量积累，从而导致降烟碱及转化率的表现型产生负向杂种优势。同时，在本研究中烟碱、降烟碱及转化率均无超亲杂种优势。由此推断，一是白肋烟烟碱、降烟碱及转化率的遗传主要受微效多基因控制，且基因对数可能不止已知的2对，杂种优势的产生是隐性多基因累加的结果；二是在白肋烟雄性不育杂交一代优势利用过程中，P1是纯合的低转化率材料，P2只要不是纯合的高转化率材料，均可获得转化率低于双亲平均值的杂交F1；三是目前划分非、低、中、高转化株，特别是非和高转化株的界定值的合理性有待进一步商榷。

从原理上讲，正交F1和反交F1的基因型应该是完全一致的，但在本研究中发现正交F1的杂种优势大于反交F1的现象，初步推测可能与广泛存在于细胞质中的各种功能酶有关，同时亦排除其他遗传物质参与的可能。

综上所述认为：在白肋烟新品种选育中，充分利用杂交F1具有较大的烟碱含量正向杂交优势、降烟碱和烟碱转化率负向杂交优势的特点，是目前选育低烟碱转化、低TSNA含量新品种的主要途径和方法，其中选择纯合的低或非烟碱转化品系作杂交母本尤为关键。

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2017-02-20）

湖北省烟草专卖局项目（027Y2011-055）