不同大麥品種(系)產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜交優(yōu)勢及配合力研究

陳曉東，季昌好，趙 斌，朱 斌，王 瑞

(安徽省農(nóng)業(yè)科學院作物研究所/安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點實驗室，安徽合肥 230031)

雜交優(yōu)勢已被成功應(yīng)用于水稻[1-2]、玉米[3]等作物的生產(chǎn)，為人類糧食安全作出了巨大貢獻。大麥雜交優(yōu)勢早被應(yīng)用[4-5]，其大小在性狀間、棱型間存在差異[6]。配合力是指導作物雜交組合親本選配的一項重要依據(jù)，分為一般配合力(general combining ability,GCA)與特殊配合力(special combining ability,SCA)[7]。已有研究表明，大麥株高[8]、開穎角度[9]、產(chǎn)量[10-13]等性狀的配合力在品種間有顯著差異。Zhang 等[14]采用8個大麥保持系與9個恢復(fù)系配制成72個雜交組合，對主要農(nóng)藝及產(chǎn)量構(gòu)成性狀的配合力進行了分析，發(fā)現(xiàn)GCA與SCA在親本與組合間均存在顯著差異；F1表型與配合力及雜交優(yōu)勢顯著相關(guān)。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，大麥GCA與SCA在基因型間及性狀間表現(xiàn)不同[15]。

大麥的雜交優(yōu)勢和配合力與親本的基因組成有關(guān)[16]，參試品種不同可能會導致結(jié)果不盡相同。本研究以我國不同產(chǎn)區(qū)大麥品種(系)為親本配制組合，對產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜交優(yōu)勢及其配合力表現(xiàn)進行比較，以期為不同大麥雜交育種及親本選配提供指導。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試的親本材料是選自我國不同大麥產(chǎn)區(qū)具代表性的17份大麥品種(系)，具體見表1。

表1 參試大麥親本材料名稱、皮裸、棱型及來源Table 1 Information of barley parents in this experiment

1.2 試驗設(shè)計

將親本按NCⅡ設(shè)計配制成72個F1。于2013-2015連續(xù)兩年將大麥親本及F1材料種植于安徽省農(nóng)業(yè)科學院試驗基地，隨機排列，每份材料種1行，行長2 m，行距0.25 m，株距0.05 m，3次重復(fù)。田間管理同當?shù)卮筇铩?/p>

1.3 測定指標和方法

成熟期，參試材料每重復(fù)取樣10株，測定株高、穗下節(jié)間長、穗長、單株穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重及單株粒重7個產(chǎn)量相關(guān)性狀。

測定被測性狀的中親優(yōu)勢(MPH)與超親優(yōu)勢(HPH)。

MPH =(F1-MP)/MP；HPH =(F1-HP)/HP，式中，F(xiàn)1是雜種一代測定值，MP是雙親平均值，HP是高親測定值。一般配合力(GCA)與特殊配合力(SCA)估算參照本課題組研究方法[15]。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel和SAS/STAT 9.1[17]軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計、整理和相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交優(yōu)勢表現(xiàn)

由表2可知，7個被測產(chǎn)量相關(guān)性狀的MPH與HPH值兩年表現(xiàn)一致。所有性狀的MPH平均值都為正值，其中，千粒重兩年表現(xiàn)均較高，2014、2015年分別為0.29、0.26，而單株穗數(shù)與穗粒數(shù)表現(xiàn)較低，其余4個性狀的MPH均值在0.15以上。HPH兩年的平均值除穗粒數(shù)呈負值外，其余6個性狀均為正值，其中，株高與千粒重較高，2014、2015年分別為0.15、0.10與0.18、0.19。從正向組合比例來看，株高最高，2014、2015年的MPH與HPH正向組合比例分別達1.00、1.00與0.97、0.95；其次是穗下節(jié)間長、穗長及千粒重，其MPH與HPH正向組合比例均達0.65以上；單株粒重2014、2015年的MPH正向組合比例分別是0.85、0.66，但HPH相應(yīng)較低；單株穗數(shù)與穗粒數(shù)的MPH與HPH正向組合比例較低，兩年均在0.65以下。以變異系數(shù)來衡量雜種優(yōu)勢變異，穗粒數(shù)與單株穗數(shù)的MPH與HPH變異較大，其次是單株粒重與千粒重，其余3個性狀變異較小。

2.2 配合力表現(xiàn)

配合力分析結(jié)果(表3)顯示，各被測性狀的GCA與SCA值兩年表現(xiàn)一致。從配合力效應(yīng)絕對值來看，株高、穗粒數(shù)及千粒重的GCA與SCA效應(yīng)值較高，穗下節(jié)間長、穗長、單株穗數(shù)及單株粒重相對較低。GCA與SCA標準差比較顯示，株高變異最大，2014、2015年分別是6.21、5.97與7.11、5.74，其次是穗粒數(shù)與千粒重,而穗下節(jié)間長、穗長、單株穗數(shù)及單株粒重相對較小。

2.3 F1表型與配合力的相關(guān)性

雜交F1表型與配合力相關(guān)分析結(jié)果(表4)表明，除千粒重在2013-2014年度未檢測到F1表型與父本GCA顯著相關(guān)，其余性狀F1表型與父本GCA、母本GCA及總GCA兩年均顯著或極顯著正相關(guān)。F1表型與組合SCA的相關(guān)性在所有性狀中兩年均呈極顯著正相關(guān)(表5)。說明雜種F1表型與GCA及SCA密切相關(guān)。

表4 F1產(chǎn)量相關(guān)性狀表型值與一般配合力(GCA)的相關(guān)分析 Table 4 Correlation analysis of F1 performance and GCA for yield related traits

表5 F1產(chǎn)量相關(guān)性狀表型值與特殊配合力(SCA)的相關(guān)分析Table 5 Correlation analysis of F1 performance and SCA for yield related traits

3 討 論

本研究表明，大麥不同性狀雜交優(yōu)勢正向組合比例不同，其中株高的雜交優(yōu)勢最為普遍，與前人研究結(jié)果一致[15,18-19]，這可能與穗下節(jié)間長、穗長正向優(yōu)勢普遍存在有關(guān)[8]。千粒重正向優(yōu)勢較為普遍，而單株穗數(shù)與穗粒數(shù)正向優(yōu)勢較低。穗粒數(shù)與單株穗數(shù)變異較大，其中，穗粒數(shù)HPH變異系數(shù)為負值，主要與其負向組合數(shù)多有關(guān)，在小麥上也有類似報道[20]。因此，大麥育種親本選配時要注意控制株高，結(jié)合育種目標對千粒重的要求，選擇F1雜交強優(yōu)勢組合，對其后代穗粒數(shù)與單株穗數(shù)的改良應(yīng)加強選擇力度。

配合力是衡量作物親本選配的一項重要依據(jù)，在基因型與環(huán)境間存在廣泛變異[8-9]。本研究發(fā)現(xiàn)，大麥株高、穗粒數(shù)及千粒重配合力變異較大。因此，在產(chǎn)量改良上可先考慮此類性狀，以差異親本進行組配，加強組合篩選，可提高優(yōu)良后代出現(xiàn)比例；兩年度所有性狀F1表型基本與雙親GCA、總GCA及SCA呈顯著或極顯著正相關(guān)，與Zhang等[14]報道一致，說明基因加性及非加性效應(yīng)普遍存在。本研究未對GCA與SCA效應(yīng)大小進行比較，已有研究發(fā)現(xiàn)，不同性狀基因加性與非加性效應(yīng)不同[21]。配合力表現(xiàn)復(fù)雜，相關(guān)遺傳基礎(chǔ)有待進一步研究。