HoCP系列美國甘蔗種質資源育種價值評價

吳嘉云　曾巧英　陳勇生　劉?！↑S詠虹　高小寧

關鍵詞：甘蔗；美國；種質資源；一般配合力；特殊配合力；經濟育種值；育種

中圖分類號：S566.1 文獻標識碼：A

甘蔗是我國重要的糖能兼用作物，據統(tǒng)計，我國85%以上的食糖來源于甘蔗。為保障甘蔗生產，提高甘蔗生產效率，必須加強優(yōu)異甘蔗新品種的培育。甘蔗具有染色體數目多（100～130 條），基因組復雜等特點[1]，目前培育甘蔗新品種最有效、最常用的方法仍然是雜交育種，其中親本選配與評價是雜交育種程序中的關鍵環(huán)節(jié)[2-3]。通過建國以來我國甘蔗骨干親本的親緣關系分析顯示，186 個甘蔗品種中有163 個品種是由21 個骨干親本育成[4]，由此可見我國甘蔗品種遺傳背景相對狹窄。為解決甘蔗遺傳背景狹窄問題，持續(xù)引進國外優(yōu)異品系作為親本應用于甘蔗雜交育種是最有效的途徑[5]。我國先后從美國、法國、印度、澳大利亞等國引進大量的甘蔗品種作為雜交親本，以美國引進品種數量較多，應用也最為成功[5-6]。

美國擁有世界上保存數量最大、最全的甘蔗種質資源圃[7]，迄今為止已經培育出CP、HoCP、CL 等系列甘蔗品種[8]。利用SSR 標記分析對比中美甘蔗資源遺傳多樣性，顯示美國種質和中國種質間具有明顯的遺傳差異[9-11]，另外美國種質遺傳多樣性相對較豐富[12]。由此可見引進美國優(yōu)異甘蔗品系作為雜交親本，有利于擴大我國甘蔗品種的遺傳背景，培育優(yōu)異甘蔗品種。美國甘蔗種質的后代具備高糖、分蘗性好的特點，深受我國育種家重視，美國親本已經成為我國大陸重要的育種親本[13]。我國近二三十年選育成的比較著名甘蔗品種大多含美國甘蔗血緣， 例如美國引進的CP72-1210，以其為親本育成了‘粵糖93-159‘粵糖00-236等高糖、豐產性皆優(yōu)的甘蔗品種[14-15]。另外我國最具有代表性的甘蔗品種——‘桂柳05136，也是由美國引進的CP81-1254 和‘新臺糖22 號雜交選育而成[16]。對美國引進的CL 系列（ 由美國糖業(yè)公司選育） 親本分析， 發(fā)現CL83-1163 作為母本，糖分配合力高，且能把高糖特性傳遞給后代，CL88-4730 為父本，產量和品質性狀的配合力大，其雜交后代表現高產高糖[17]。對用CP 系列（由美國農業(yè)部運河點甘蔗試驗站選育）甘蔗親本育種潛力分析，表現較好的CP親本有HoCP95-988（父母本）、CP72-1210（母本）、CP85-1491 （ 母本）、HoCP92-648 （ 母本）、CP72-2086（父本）、CP84-1198（父本）、CP93-1382（父本）、CP94-1100（父本）[18]。本研究以引進的美國HoCP 系列品系（由美國農業(yè)部運河點甘蔗試驗站雜交，美國農業(yè)部甘蔗研究所選育[19]）為研究對象，采用澳大利亞甘蔗試驗總局（BSES）家系選擇技術體系[20-21]，對HoCP 系列親本及其組合的配合力和育種價值進行評判，為利用甘蔗HoCP 系列親本進行甘蔗雜交選配提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

以 12 個從美國引種的HoCP 系列甘蔗種質資源：HoCP00-1142、HoCP01-517、HoCP01-564、HoCP02-610、HoCP02-623、HoCP03-704、HoCP03-708、HoCP03-716、HoCP05-902、HoCP07-613、HoCP07-617 和HoCP92-648 為主要親本材料，在海南甘蔗育種場根據親本的開花情況配制73 個雜交組合，共涉及46 個親本。

1.2 方法

1.2.1 試驗設計試驗在韶關市翁源縣育種基地進行，實生苗采用秋播春植方法種植，雜交組合的種子于2018 年9 月播種，出苗后1 個月左右用穴盤假植。2019 年3 月進行大田種植，按隨機區(qū)組設計，3 次重復，每小區(qū)50 苗，單行種植，行長16.50 m，株距0.33 m，行距1.10 m。日常管理按照大田常規(guī)栽培管理進行。

1.2.2 測定指標實生苗調查時間為2019 年11月中旬，調查指標為：株高（cm）、莖徑（cm）、有效莖數（條），并且在2019 年12 月中旬進行實生苗錘度（%）調查。每次調查均在每小區(qū)連續(xù)抽樣10 叢進行，每叢測定代表性單株的株高、莖徑和錘度。取代表性單株中部的蔗汁進行錘度測定。按照馬文清等[22]的方法進行單莖重、蔗莖產量和蔗糖分的計算。

1.3 數據處理

利用 R-4.0.0 軟件中的混合線性模型進行HoCP 親本和組合的方差分析、一般配合力（general combining ability， GCA）、特殊配合力（special combining ability， SCA）和經濟育種值（economic breeding values， EBV）的分析[23]。性狀經濟權重參考鄧祖湖等[24]的方法進行經濟育種值的計算。

2 結果與分析

2.1 性狀的遺傳變異分析

對 73 個組合F1 代的5 個性狀的基本情況進行分析（表1），各組合的株高、莖徑、有效莖、蔗糖分和蔗莖產量平均值分別為：171.24 cm、2.46 cm、97.66 千條/hm²、15.65%、65.65 t/hm²。各個指標的變異幅度差異明顯，其中以蔗莖產量變異幅度的最大，變異系數達19.09%，其次是有效莖數，變異幅度最小的是莖徑，變異系數僅為5.47%。

方差分析表明（表2），株高在父本和組合間存在顯著差異，但是在母本間不存在顯著差異，可見株高受父本和組合影響更大。莖徑、有效莖數、蔗糖分和蔗莖產量等4 個性狀在母本、父本和組合間均存在顯著差異，由此可見，莖徑、有效莖數、蔗糖分和蔗莖產量等4 個性狀受父本、母本和組合的影響均較大。

2.2 HoCP 系列母本的一般配合力與經濟育種值

對 11 個HoCP 系列母本的5 個性狀的一般配合力效應進行分析（表3）。從株高來看，7 個親本的效應值為正，其中HoCP03-704 一般配合力最高，而HoCP02-623 的最低；3 個親本莖徑一般配合力效應值為正，以HoCP02-623 一般配合力最高，而HoCP03-716 最低；5 個親本的有效莖數一般配合力效應值為正，以HoCP02-610 的一般配合力最高，而HoCP00-1142 最低；6 個親本的蔗糖分的一般配合力效應值為正，以HoCP07-617的蔗糖分的一般配合力最高，而HoCP00-1142 最低；5 個親本的蔗莖產量一般配合力效應值為正，其中HoCP92-648 最高，而HoCP07-617 最低。

利用 R 軟件對11 個母本的經濟育種值進行分析，11 個母本中有5 個親本的經濟育種值為正，6 個親本的經濟育種值為負。經濟育種值在-112.75～76.41 元之間，HoCP92-648 的經濟育種值最高，其次是HoCP02-623，而HoCP00-1142的經濟育種值最低。

綜合來看 ， HoCP02-623 、HoCP03-708 和HoCP92-648 作為母本蔗糖分和蔗莖產量的配合力為正，并且經濟育種值也較高，適宜作為優(yōu)異的高糖高產母本。

2.3 HoCP 系列父本的一般配合力與經濟育種值

對 12 個HoCP 系列父本的5 個性狀的一般配合力效應進行分析（表4）。從株高來看，8 個親本的效應值為正，其中HoCP03-704 一般配合力最高，而HoCP01-564 的最低；6 個親本莖徑一般配合力效應值為正，以HoCP02-623 一般配合力最高，而HoCP07-617 最低；7 個親本的有效莖數一般配合力效應值為正，以HoCP07-617 的一般配合力最高，而HoCP01-564 最低；3 個親本的蔗糖分的一般配合力效應值為正，以HoCP03-708的蔗糖分的一般配合力最高，而HoCP92-648 最低；8 個親本的蔗莖產量一般配合力效應值為正，其中HoCP02-623 最高，而HoCP01-564 最低。

利用 R 軟件對12 個父本的經濟育種值進行分析，12 個父本中有6 個親本的經濟育種值為正，6 個親本的經濟育種值為負。經濟育種值在-105.89～153.19 元之間，HoCP01-517 的經濟育種值最高，其次是HoCP03-708，而HoCP01-564 的經濟育種值最低。

綜合分析，HoCP01-517 和HoCP07-617 蔗糖分和蔗莖產量的配合力均為正值，并且經濟育種值也相對較高，比較適合用作高糖高產父本。

2.4 HoCP 親本組合的特殊配合力及經濟育種值

對 73 個組合F1 代5 個性狀的特殊配合力進行分析（表5），34 個組合的株高特殊配合力效應值為正，其中HoCP03-704ב內江03-218特殊配合力最高，而‘粵農73-204×HoCP01-564 的最低；38 個組合莖徑特殊配合力效應值為正，以‘粵糖00-236×HoCP00-1142 特殊配合力最高，而HoCP01-564ב粵糖99-66最低；33 個組合的有效莖數特殊配合力效應值為正，以‘崖城07-71×HoCP05-902 特殊配合力最高，而‘粵糖99-66×HoCP01-564 最低；38 個組合的蔗糖分的特殊配合力效應值為正，以‘粵糖00-236×HoCP03-708 的蔗糖分的特殊配合力最高，而HoCP01-564ב內江03-218最低；39 個組合的蔗莖產量特殊配合力效應值為正，其中HoCP01-564ב桂糖92-66最高，其次是‘桂糖02-467×HoCP01-564，而‘粵糖99-66×HoCP01-564 最低。

對 73 個組合的經濟育種值進行分析（表5），73 個組合的經濟育種值為-449.57～351.50 元，有38 個組合的經濟育種值為正值，經濟育種值超過300 元以上的有3 個組合，以‘粵糖94-128×HoCP01-517 表現最突出，其次是HoCP01-564ב桂糖92-66和‘桂糖02-467×HoCP01-564。35 個組合的經濟育種值為負，3 個組合（HoCP03-716ב福農02-6404，‘粵糖99-66×HoCP01-564和‘粵農73-204×HoCP01-564）的經濟育種值低于–300 元，其中‘粵農73-204×HoCP01-564的經濟育種值最低，為–449.57 元。

3 討論

HoCP 系列品種是美國重要的甘蔗品種系列，選育過程中雜交在美國農業(yè)部運河點甘蔗試驗站完成，在美國農業(yè)部甘蔗研究所完成品種選育。HoCP 系列品種中HoCP96-540 是路易斯安娜州甘蔗生產上的主要栽培品種之一[19]。對新引進的HoCP 系列品系性狀分析顯示，HoCP 品系具有出苗率高、分蘗性好、有效莖數多、早熟高糖等優(yōu)異特性[25]，可用于改良我國甘蔗品種的糖分、分蘗性、宿根性等性狀。對美國引進的CL 系列和CP 系列親本遺傳力、配合力及育種潛力分析均顯示，不同親本間存在差異[17-18]。本研究中不同的HoCP 系列親本在株高，莖徑、有效莖數、蔗糖分、產量等一般配合力也存在較大的差異，因此應用HoCP 品系改良甘蔗性狀時存在差異。例如在改良有效莖數方面，HoCP02-610（母本）和HoCP07-617（父本）有效莖數的一般配合力較高，適用于改良甘蔗的有效莖數；HoCP07-617（母本）和HoCP03-708（父本）蔗糖分一般配合力效應值較高，適用于改良甘蔗蔗糖分性狀；HoCP92-648（母本）和HoCP02-623（父本）的蔗莖產量一般配合力最高，適用于改良甘蔗的產量性狀。另外，綜合甘蔗主要性狀蔗糖分、蔗莖產量來看，HoCP03-708 和HoCP92-648 作為母本，HoCP01-517 和HoCP07-617 作為父本，在蔗糖分和蔗莖產量的一般配合力效應值均較高，適宜作高產高糖親本，同時改良甘蔗的蔗糖分和產量性狀。與姚麗等[18]的研究結果相似，本研究也發(fā)現HoCP92-648 作為母本在蔗糖分和蔗莖產量的一般配合力效應，以及經濟育種值均較優(yōu)，是一個優(yōu)異的母本。

本研究對HoCP 親本及其組合的評價方法，采用了澳大利亞甘蔗試驗總局（BSES）家系選擇技術，這種方法可以克服由于甘蔗開花習性等原因影響甘蔗雜交組合的組配及實生苗數，使得大規(guī)模的甘蔗親本和組合的遺傳評價無法進行的限制[26]。在家系選擇技術體系中采用了經濟育種值，將性狀遺傳與經濟效應有機結合，避免了在甘蔗親本評價中僅以產量和糖分作物標準進行評判，無法反映品種的改良帶來的經濟效益，因此能更合理地評價甘蔗親本及其組合[20， 27]。我國育種家采用家系評價技術，開展了一系列常用甘蔗親本及雜交組合的評價分析，為科學利用甘蔗親本和組合選配提供了依據[22-24]。本研究通過對HoCP 系列親本的經濟育種值進行分析，HoCP92-648 和HoCP02-623 作為母本的經濟育種值較高， 適宜作母本， 而HoCP01-517 和HoCP03-708 作為父本的經濟育種值較高，比較適宜作為父本使用。對組合的經濟育種值進行分析發(fā)現‘粵糖94-128×HoCP01-517，HoCP01-564ב桂糖92-66、‘桂糖02-467×HoCP01-564 等組合的經濟育種值表現最突出，可以作為今后重點組合進行應用。而HoCP03-716ב福農02-6404，‘粵糖99-66×HoCP01-564 和‘粵農73-204×HoCP01-564 等組合經濟育種值也低，不適宜作為生產性家系應用。

綜上所述，從方差分析顯示，6 個性狀中僅母本的株高不存在顯著差異，其他性狀在母本、父本和組合間均存在顯著差異，因此在選擇HoCP系列親本作母本和父本時均需要考慮親本的遺傳效應。HoCP03-708 和HoCP92-648 作為母本，HoCP01-517 和HoCP07-617 作為父本，在蔗糖分和蔗莖產量的一般配合力效應值較高，適宜作高產高糖親本（母本/父本）。另外，‘粵糖94-128×HoCP01-517，HoCP01-564ב桂糖92-66‘桂糖02-467×HoCP01-564 等蔗莖產量和蔗糖分特殊配合力效應值和組合經濟育種值均較優(yōu)的組合，可作為今后選育種的的重點家系。