陸地棉品質和產量性狀配合力及雜種優勢分析

吳 珂, 余 渝, 何良榮, 劉文豪, 王旭文, 李 航, 趙福相

(1.塔里木大學植物科學學院,新疆阿拉爾 843300;(2.新疆農墾科學院棉花研究所/農業農村部西北內陸區棉花生物學與遺傳育種重點實驗室,新疆石河子 832000)

棉花作為我國的重要經濟作物之一,在全國都具有十分重要的經濟地位[1]。陸地棉(GossypiumhirsutumL.)作為棉花4個栽培種之一,其產量超過世界棉花總產量的90%[2]。陸地棉由歐洲傳入我國開始,便憑借自身高產和優質的優勢快速取代了亞洲棉,占領了我國棉花產業大部分的種植面積。一直以來,培育出高產、品質優異的棉花都是育種專家們共同的心愿,對提升農戶棉花種植的積極性也顯得尤為重要。雜交育種作為棉花育種的主導方法[3],可以使不同個體上的多個優良性狀集中于一個個體上,具有選育周期短,增產效果大部分來源于雜交一代的雜種優勢[4]。雜種優勢現象已經被應用到了許多作物育種實踐中,不同類群(系)的雜交第一代常常顯現出雜種優勢,這也是生物界的一個普遍現象[5],雜種優勢最重要的特征是可以選出質量高優的組合,配合力也是確定最佳組合的有力工具之一[6],而親本配合力的好壞也是選擇親本的主要根據[7],為了使父本、母本優秀的品質遺傳下去,設計雜交組合按照育種家的經驗來進行,設計組合的好壞直接關系雜交后代的質量[8-9]。近年來,不完全雙列雜交法因其研究簡便,難度小,深受育種家的青睞[10],在作物的雜交育種研究中被廣泛使用。遺傳本身就具有復雜性和隨機性,因此并不是所有的組合都可以遺傳到父母本的優秀品質,需要結合組合本身的遺傳力和配合力來挑選出綜合表現較好的組合。本試驗選用NCII不完全雙列雜交設計了50個雜交群體,估計早熟陸地棉基因型之間的配合力、遺傳力和雜種優勢,并在產量和纖維品質方面鑒定出優秀的組合,為棉花產量及品質的提升提供可靠依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗材料選用新疆農墾科學院棉花研究所多年收集的新疆優良早熟品種(系)作為父本和母本,其中母本材料為塔2、133、石H14、五15-2、新豐186、新石H21、新陸棉3號、五師1759、科金棉2號、石研1號(分別用A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10表示),其中父本材料為金墾1645、147-3、25-19、澳棉F1、惠遠720(分別用B1、B2、B3、B4、B5表示)。本試驗對照材料選用新陸早61號(CK)。

1.2 試驗設計

該試驗于2020—2021年在新疆維吾爾自治區石河子市新疆農墾科學院棉花研究所試驗地種植。2020年選用10×5 NCII設計50個不完全雙列雜交組合。2021年于4月10日播種,采用隨機區組試驗,1膜6行,行長5 m,重復3次,膜下滴灌,化肥調控和病蟲害預防等均與大田相同。

1.3 性狀測定

采收時,每個組合選取10株生長發育較均勻且具有代表性的植株,每株收取1個棉鈴,共選取10個棉鈴,晾干后室內考種測量其籽棉質量(g)、皮棉質量(g)、單鈴質量(g)、百粒質量(g)、衣指(g)、籽指(g)、衣分(%)等指標。扎花后取15 g左右的皮棉測定纖維品質,由新疆農墾科學院棉花研究所檢測,采用Premier HFT9000,檢測指標包括纖維長度(纖維2.5%跨度距離,mm)、整齊度(%)、馬克隆值(μg/Inch)、比強度(cN/tex)、伸長率(%)。

雜種優勢以F1和CK分別代表雜種一代組合各個性狀和對照性狀的平均值,競爭優勢=(F-CK)/CK×100%[5]。

1.4 數據分析

數據使用Microsoft Excel 2016整理后,用Genstat 21st Edition(64 bit)數據處理軟件進行配合力和遺傳力分析。

2 結果與分析

2.1 相關性狀的配合力方差分析

本試驗總共10個母本,5個父本,得到50個組合,12個性狀的配合力方差分析都具有極顯著性差異。由表1可見,籽棉產量、單鈴質量、馬克隆值、比強度、伸長率這5個性狀的一般配合力方差和特殊配合力方差都具有極顯著差異,這5個性狀既受到了加性效應的影響,又受到了非加性效應(包括顯性效應和上位性效應)的影響。百粒質量、衣指、籽指、衣分這4個性狀的一般配合力方差均存在顯著差異,特殊配合力無顯著差異。纖維長度母本的一般配合力方差呈極顯著差異,父本的一般配合力方差和特殊配合力方差均無顯著差異。整齊度父本的一般配合力方差呈顯著差異,母本的一般配合力方差和特殊配合力方差均無顯著差異。由試驗結果可得,親本的一般配合力高,組合的特殊配合力不必然會高;親本的一般配合力低,組合的特殊配合力也不必然低。

表1 陸地棉12個性狀的配合力方差分析

2.2 親本一般配合力效應值分析

由表2、表3可見,同一性狀不同親本間的一般配合力效應值和相同親本不同性狀間的一般配合力效應值也各不相同。籽棉產量中一般配合力效應值最高的親本是A5、B3,皮棉產量中一般配合力效應值最高的是A7、B3,百粒質量和衣指一般配合力效應值最高的是A9、B3,籽指一般配合力效應值最高的是A6、B3,單鈴質量一般配合力效應值最高的是A5、B3,衣分一般配合力效應值最高的是A7、B5,纖維長度一般配合力效應值最高的是A8、B3,整齊度一般配合力效應值最高的是A3、B3,馬克隆值一般配合力效應值最高的是A7、B3,比強度一般配合力效應值最高的是A6、A8、B3,伸長率一般配合力效應值最高的是A3、B1。由以上性狀的一般配合力效應值綜合來看,母本中一般配合力效應值較好的有A5、A6、A7、A8,父本中一般配合力效應值較好的有B3、B10。

表2 母本的一般配合力效應值

表3 父本的一般配合力效應值

2.3 特殊配合力效應值分析

由表4可見,籽棉產量和皮棉產量特殊配合力效應值均為正的組合有23個,籽棉產量和皮棉產量特殊效應值最高的組合是A5B3,籽棉產量效應值為11.982,皮棉產量效應值為10.996,第2位、第3位的組合是A5B1、A2B4;百粒質量、籽指和衣指特殊配合力效應值均為正值的組合有19個,百粒質量、籽指和衣指特殊配合力效應值最高的組合是A1B2;單鈴質量特殊配合力效應值為正值的組合有25個,其中特殊配合力效應值較高的組合有A5B3、A5B1、A8B5,特殊配合力效應值最高的是A5B3;衣分特殊配合力效應值為正值的組合有25個,其中特殊配合力效應值較高的組合有A8B4、A2B2、A10B5,特殊配合力效應值最高的是A8B4;纖維長度特殊配合力為正值的組合有31個,其中特殊配合力效應值較高的組合有A5B5、A5B4、A6B1,特殊配合力效應值最高的組合是A5B5;整齊度特殊配合力效力值為正值的組合有23個,特殊配合力效應值最高的組合是A2B4;馬克隆值特殊配合力效應值最高的組合是A1B2;比強度特殊配合力效應值最高的組合是A4B3;伸長率特殊配合力效應值最高的是A10B5。從以上性狀的特殊配合力效應值綜合來看,A5B3、A1B2、A8B4、A5B5、A2B4、A1B2、A4B3、A10B5、A5B1這些組合具有較大的利用價值。

表4 不同陸地棉組合12個性狀特殊配合力效應值

2.4 遺傳力和雜種優勢分析

由表5可見,以新陸早61號為對照,對NCII不完全雙列雜交設計的50個組合的12個性狀平均雜種優勢進行分析。12個性狀中籽棉產量、皮棉產量、百粒質量、衣指、籽指、單鈴質量、衣分、纖維長度、馬克隆值、伸長率這10個性狀的競爭優勢均為正值,其中以衣指的競爭優勢最大,達9.47%,其次是皮棉產量和百粒質量。12個性狀中籽棉產量、皮棉產量、衣指、單鈴質量、衣分、纖維長度、馬克隆值、比強度和伸長率這9個性狀的中親優勢為正值,其中又以皮棉產量的中親優勢最高,達5.94%,其次是衣分、馬克隆值,分別為3.74%、3.65%。12個性狀中超親優勢只有衣分是正值,達0.99%,其余均為負值。就每個組合的性狀平均表現來看,各性狀指標與對照相比都優于對照。這12個性狀的一般配合力方差都高于特殊配合力方差,由此說明,這些性狀的遺傳力主要根據加性效應來決定。廣義遺傳力中百粒質量、衣指、籽指、衣分、馬克隆值和比強度都超過40%,其中衣分的廣義遺傳力最高,為63.04%,其次是馬克隆值、衣指,分別為51.43%、48.32%。狹義遺傳力中百粒質量、衣指、衣分、馬克隆值均大于40%,其中衣分的狹義遺傳力最高,為63.04%,其次是衣指,為48.32%。綜上所述,在遺傳力上衣分的影響最大。

表5 陸地棉各性狀的遺傳力、雜種優勢分析結果

2.5 產量最佳組合與對照之間性狀比較

從表6可以看出,與CK組合相比較籽棉產量高于對照組合共有14個,其中籽棉產量最大的組合是A5B3,其次為A5B1、A8B3,與對照相比較增產率分別為19.61%、11.46%、9.85%,同時A5B3的單鈴質量也是最高的。籽棉產量、單鈴質量中特殊配合力較高的組合也是A5B3,而親本中籽棉產量一般配合力最高的也是A5B3,與此結果一致,但是A5B3組合的衣分、整齊度、比強度、伸長率的特殊配合力都是負值,一般配合力中的衣分和伸長率也為負值,由此可見A5B3組合在產量提升上具有潛在利用價值。A5B1組合籽棉產量的特殊配合力雖然為正值,但是B1的一般配合力為負值,由此可知,親本一般配合力低的,得到的組合特殊配合力不一定低。因此在選取組合時,應結合綜合性狀的結果來進行篩選,以此選取出最優秀的組合。

表6 陸地棉產量最佳組合的主要性狀與對照均值比較

3 討論與結論

雜種優勢現象是普遍存在于大自然界中的生物特征之一[11-13],在作物研究中已經被得到廣泛應用。本試驗中提出的競爭雜種優勢則是有著更直接經濟意義的衡量標準“有用雜種優勢”[4]。調查表明,競爭雜種優勢的衣分和皮棉產量的競爭優勢比例最大,分別達9.47%、8.45%,說明這些優良的早熟陸地棉親本設計的雜交組合,F1代對產量提升具有極強的優勢。不同棉花品種間具有一般配合力和特殊配合力的差別,采用優選親本可以得到具有競爭優勢的新組合[14]。通常一般配合力指一個親本品種和其他很多品種的一系列雜交組合子代特性平均數,一般配合力主要受到加性效應的影響,主要體現在親本品種把特性傳遞給下一代群體的能力,可在品種之間加以對比,以選取最好的雜交親本,是評價親本潛在育種能力的重要指標[15]。特殊配合力指某特定雜交群體的某特性實際測定數值和依據雙親一般配合力算得的理論精度之間的離差,特殊配合力主要受親本種類間基因的非加性效應(包括顯性效應和上位性效應)影響,特殊配合力體現了特定親本組合產生雜種優勢的潛在能力,據此可以選配最佳的組合。本試驗優良組合中的A5B1,籽棉產量的特殊配合力為正值且排在第2位,親本A5的一般配合力為正值,而親本B1的一般配合力為負數;組合A8B4籽棉產量的特殊配合力為負值,但親本A8、B4的一般配合力均為正值,其余幾個組合與此結果大體一致。本試驗結果表明,一般配合高的親本,得到的組合特殊配合力不一定高;一般配合力低的親本,得到的組合特殊配合力也不一定低;因此一般特殊配合力和特殊配合力效應值相對獨立。本試驗研究結果與前人部分研究結果[16-20]一致,對優良組合的選育具有潛在意義。所以,在選配雜交棉組合時,除了加強親本一般配合力選取外,還應注意特殊配合力的選擇,以及考慮綜合性的表現[21]。

本試驗總共選取了15個陸地棉品種(系),雜種競爭優勢中優勢高的是衣分、皮棉產量,達9.47%、8.45%。在配合力分析中,在母本中一般配合力效應值較好的有A5、A6、A7、A8,而父本中一般配合力效應值較好的有B1、B3。其中特殊配合力綜合較好的組合是A5B3、A8B4、A4B3、A5B5、A2B4、A1B2、A10B5,籽棉產量與對照產量相比產量較高的組合有A5B3、A5B1、A8B3,增產率達19.61%、11.46%、9.85%。綜合比較,對增產有利的組合有A5B3、A5B1、A8B3;對品質提升有利的組合有A8B4、A4B3、A5B5、A2B4、A1B1、A10B5。這些組合在生產和提升品質方面都具有較大的潛在利用價值。