棉花雜交后代表型性狀遺傳分析

任 丹，黃雅婕，崔進鑫，龐 博，高文偉

(新疆農業大學農學院/棉花教育部工程研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】雜交育種是常用的育種方法[1]。陸地棉具有株高較低、果枝數多、鈴數多的高產性狀。而海島棉作為栽培種具有纖維品質好的特點，但株高偏高、始節數高、有效鈴數較少，產量較低[2]。在棉花育種中，常用海島棉與陸地棉雜交的辦法獲得具有高產性狀的材料[3]。研究海陸雜交后代群體的農藝性狀的遺傳分析對篩選具有高產特性的單株有實際意義。【前人研究進展】張凱等[4]對棉花雜交后代研究發現，F2雜交種的株高競爭優勢明顯，部分強優勢組合產量的增多可能與單株結鈴數的顯著增多有關；王天友等[5]對F2代進行研究發現，不同果枝類型品質性狀與產量性狀間相互影響。齊海坤等[6]對F2:3代的研究發現，株型性狀與產量和品質之間均存在顯著或極顯著的遺傳相關，高產高品質的株型特征為單株營養枝數較多；選育高產優質的棉花新品種時要選擇鈴數較多、鈴重較小的材料；張小全等[7]對海陸雜交種與陸陸雜交種后代之間進行比較發現，海陸雜交種在株高、果枝數、果節數、單株結鈴數上都比陸陸雜交種高。農藝性狀與產量之間密切相關。【本研究切入點】農藝性狀與產量、品質之間都有密切的關系。以往的研究大多是針對單一海陸雜交或者陸陸雜交進行研究，而缺乏對海陸雜交之間正、反交后代群體表型性狀的差別研究。需分析棉花雜交后代表型性狀遺傳變異并篩選優異單株。【擬解決的關鍵問題】利用正、反海陸雜交群體，對農藝性狀的變異系數、相關性分析和主成分分析進行比較，研究海陸雜交F2代中農藝性狀遺傳變異，為早期雜交育種選擇高產、優異株系提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 材 料

TM-1是陸地棉的標準系。品種新海16號，屬中熟品種，生育期141 d。生長勢較強，零式分枝，棉株中下部混生有限果枝，莖桿較硬，鈴柄較長。材料均由新疆農業大學提供。

1.2 方 法

2019年4月將TM-1和新海16號種植于新疆塔城地區沙灣縣棉花育種基地，并于7月初配置TM-1×新海16號雜交群體LH和新海16號×TM-1雜交群體HL。于10月將收獲的F1種子在海南樂東縣進行南繁獲得F2代種子。2020年4月將F2的種子在塔城地區沙灣縣棉花育種基地進行播種，在吐絮期時對110份海陸群體以及84份陸海群體F1、F2調查株高、始節高、始節數、果枝數、有效果枝數、總鈴數、有效成鈴數、單鈴重、衣分[5]。

1.3 數據處理

用SPSS26.0、Excel2019和DPS9.0進行統計分析、相關分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 親本及F1的農藝性狀

研究表明，雜交一代F1中正、反交之間在各個形狀上較親本都有變化。尤其是在與產量有顯著相關的性狀中。海陸雜交F1在株高、始節高、始節數、總鈴數、有效鈴數上優于兩個親本。陸海雜交F1在有效果枝、總鈴數、有效成鈴數上優于兩親本。在正、反交之間F1代在各個性狀上沒有表現出顯著差異。表1

表1 親本、F1農藝性狀顯著相關性Table 1 Analysis of significant correlation between parents and F1 agronomic traits

2.2 F2代主要農藝性狀變異

研究表明，在海陸群體中表現出總鈴數和有效鈴數明顯增多，并且始節高和始節數也有明顯的增加。在陸海群體中也表現出總鈴數和有效鈴數較親本高，始節高和始節數明顯高于兩親本的表現。

在海陸群體和陸海群體中果枝數和有效果枝數均較親本TM-1有所增加。在海陸群體中各農藝性狀的變異系數在0.19%～0.66%，變異幅度較大。其中始節數變異系數最大，衣分變異系數最小。變異系數從大到小的排列順序為始節數>總鈴數>有效成鈴數>有效果枝數>株高>始節高>單鈴重>果枝數>衣分。

在陸海群體中各個農藝性狀的變異系數在0.13%～0.50%。其中變異系數最高的是總鈴數和有效成鈴數，變異系數最小的是株高。變異系數從大到小的排列順序為總鈴數>有效鈴數>單鈴重>有效果枝數>始節數>果枝數>始節高>衣分>株高。表2

表2 親本及F2群體各性狀的描述性統計Table2 Descriptive statistical analysis of all traits in parents and populations

2.3 F2雜交后代表型性狀的相關性

研究表明，在海陸群體中9個表型性狀之間都有顯著或極顯著的相關性，各個性狀之間是相互影響、相互制約的。其中始節高與始節數、果枝數與有效果枝數、果枝數與總鈴數、果枝數與有效成鈴數、有效果枝數與總鈴數、有效果枝數與有效成鈴數、總鈴數與有效成鈴數呈極顯著正相關；株高與果枝數、株高與有效果枝數、呈顯著正相關。始節高與果枝數、始節高與有效果枝數呈極顯著負相關。表3

表3 海陸群體表型性狀相關性Table 3 Correlation analysis of agronomic traits in HL populations

陸海群體各個表型性狀間存在著顯著相關性，但與海陸群體中不同。始節高與始節數、果枝數與有效果枝數、果枝數與有效成鈴數、有效果枝數與有效成鈴數之間呈極顯著正相關；果枝數與總鈴數、有效果枝數與總鈴數呈顯著正相關。始節高與總鈴數、始節高與有效成鈴數呈極顯著負相關。表4

表4 陸海雜交群體表型性狀相關性Table 4 Correlation analysis of agronomic traits in LH.populations

2.4 F2代農藝性狀主成分

研究表明，3個主成分的累積貢獻率為70.977%，包含了9個表型性狀的大部分信息。 在第1主成分中特征值是3.829，貢獻率為42.545%，其中絕對值較高的性狀有果枝數、有效果枝數、總鈴數和有效鈴數，此類性狀都與產量有關，第1成分為產量因子；第2主成分的特征值是1.397，貢獻率為15.519%，其中絕對值較高的性狀有始節高和始節數此類性狀與株型相關，第2主成分為株型因子；第3主成分的特征值為1.162，貢獻率為12.913%，絕對值最高的性狀有株高，此類性狀與株高相關所以為株高因子。表 5

表5 海陸群體主成分Table 5 Principal component loading matrix of HL populations

4個主成分的累計貢獻率為82.335%。第1主成分特征值為3.664，貢獻率為40.713%，其中絕對值較高的性狀是果枝數、有效果枝數、總鈴數和有效鈴數，此類性狀和產量相關，所以第1主成分為產量因子。第2主成分特征值為1.424，貢獻率為15.821%，絕對值最高的性狀是始節高與有效果枝數，此類性狀與果枝數相關，因此第2主成分為果枝數因子。第3主成分特征值為1.194，貢獻率為13.264%，絕對值最高的性狀為株高，此成分的性狀與株高相關，第3主成分為株高因子。第4主成分特征值為1.128，貢獻率為12.538%，絕對值較高的性狀是總鈴數，第4主成分為總鈴數因子。表6

表6 陸海群體主成分Table 6 Principal component loading matrix of LH populations

2.5 優良株系的篩選

研究表明，變異系數較高的性狀包括始節數、總鈴數和有效鈴數。果枝數、有效果枝數、鈴數和有效鈴數都在第1主成分貢獻率較高。4個性狀變異幅度較大，可作為早期育種選擇單株的主要農藝性狀。獲得符合要求的單株40株。40個單株符合株高中等偏高、始節數較低、鈴數和有效鈴數較多，符合高產植株農藝性狀。

3 討 論

農藝性狀作為遺傳育種表型性狀選擇的重要依據，其中有效鈴數和株高是重要的產量性狀。而F2是遺傳分離最大也最明顯的一個階段，也是育種者對后代性狀選擇最難也最重要的一年[8]。試驗通過對海陸雜交后代正、反交群體農藝性狀的遺傳變異進行分析發現，在正、反交中，始節數、鈴數和有效鈴數的變異系數都很高，性狀分離較廣，變異類型豐富，早期選擇的潛力較大，與李瑞蓮等[9]的研究F2代在鈴數上會有增加相一致。在正、反交群體里各個農藝性狀之間都存在顯著或極顯著差異，與陳嬌等[10]對水稻F2群體農藝性狀的研究結果相同。

育種中常常通過雜交的方法來選擇育種材料[10-12]。雜交在棉花育種上抗蟲、抗病、纖維品質和產量上都有較多研究[14-18]。F1，F2在產量、品質上都有降低，但比親本還是有顯著性的提高。F2群體的利用研究是有必要的。可以為早期的育種單株選擇提供理論依據。F2中變異系數較高的性狀可以用來作為早期選擇育種的指標。

4 結 論

在海陸雜交后代的群體中正交和反交群體之間農藝性狀沒有明顯的差異。后代群體中鈴數和有效鈴數變異范圍廣，各個性狀之間相關性顯著。果枝數、有效果枝數、總鈴數和有效鈴數在HL和LH群體間的遺傳變異幅度較大，可以作為早期育種材料選擇的主要表型性狀。篩選出具有優良性狀單株40株。