強冬性和春性甘藍型油菜變種間雜種優勢分析

王瑩 鄭國強 董小云 李輝 魏家萍 崔俊美 武澤峰 劉自剛

（甘肅農業大學農學院/省部共建干旱生境作物學國家重點實驗室/甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

油菜（BrassicanapusL.）是一種適應性強、經濟價值高、發展潛力大的重要油料作物，是中國食用植物油的主要來源［1-2］。甘藍型油菜屬于異源四倍體，依據感溫特性可分為三種類型：春性、半冬性和冬性［3-4］。三種類型在種植區域和開花時間方面均存在明顯差異，遺傳背景差異較大，相互雜交可以擴大各自基因庫的遺傳差異，篩選出強優勢雜交組合［5］。

雜種優勢是雜種F1在個別性狀或綜合性狀上優于其親本的現象，自然界多種作物普遍存在雜種優勢現象，現代農業利用雜種優勢實現了作物產量的大幅提高［6］。油菜同樣具有較強的雜種優勢，已有研究表明，利用雜種優勢是提高油菜產量的有效途徑之一，并通過三系、兩系等途徑選育得到多個表現優良的品種［7-8］。李殿榮等［9］通過油菜三系配套選育出油菜雜交種秦油2號，比常規油菜品種增產30%左右，是我國油菜雜種優勢利用研究取得的重大突破。官春云等［10］選育高產雜交種湘雜油1號，比常規品種增產15%左右，具有明顯的雜種優勢。研究表明親本群體遺傳背景差異越大，群體間雜種優勢越顯著［11-12］。超級稻的選育成功，證實了雜種優勢大小與雙親的遺傳距離大小成正比，品種間的雜種優勢＜亞種間的雜種優勢＜種間的雜種優勢。中國的半冬性油菜對增強歐洲春油菜的育種潛力有顯著效果［13］。半冬油菜與春油菜兩種不同的生態類型雜交，F1具有明顯的超親優勢［14］。利用春性和半冬性親本組配雜交組合，通過農藝性狀對比發現，春性品種（系）與冬性品種（系）組配的雜交組合比同類品種間組配的組合具有更強的雜種優勢［15］。在我國北方寒旱區，甘藍型強冬性油菜花期在每年5月上旬，7月上旬成熟；而半冬性、春性油菜花期在每年6月底至7月初，8月上旬成熟。由于強冬性與春性油菜長期花期不遇而產生隔離，阻礙了強冬性與春性油菜變種間雜種優勢的研究。而近年來，甘肅農業大學油菜課題組（本課題組）通過改變春油菜播期解決了花期不遇的問題。鑒于此，本試驗選用4個春性甘藍型油菜和8個強冬性甘藍型油菜，通過冬×春和冬×冬雜交組合類型，獲得6個雜交組合。通過分析親本及其雜交組合在生育期、農藝性狀等方面的雜種優勢，篩選出冬×春油菜變種間優勢組合，以期為冬×春油菜變種間雜種優勢利用、變種間雜種優勢的研究提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗供試材料為8個強冬性甘藍型油菜和4個春性甘藍型油菜，以冬×春油菜和冬×冬油菜組配雜交組合，得到6個雜交組合（表1）。本試驗材料均來自本課題組。

表1 親本及其雜交組合Table 1 Parents and their cross combinations

1.2 試驗方法

為使親本花期相近，分別于2019年8月中旬種植冬性親本，12月中旬種植春性親本，花期通過人工剝蕾去雄和授粉的方法進行雜交組合選配及親本品種的自交繁種，成熟期適期收獲雜交種F1及親本。2020年8月15日，種植冬×春、冬×冬雜交組合F1及親本。試驗材料的種植均采用盆栽種植，規格為180.0 mm，每盆種植5株，最終定苗3株，株距為15.0 cm，每個品種種植10盆，其余同油菜盆栽管理一致。上述試驗均在甘肅農業大學玻璃溫室進行［海拔：1 531.0 m；氣壓：84.0 kPa；年平均溫度：（10.3±2.1） ℃；年平均降水量：（334.0±13.6） mm］。

1.3 測量指標

1.3.1 甘藍型油菜生育期記載 記載不同品種親本及雜交種的生育時期。生育期記載內容包括出苗期（period of emerge）、五葉期（five leaves）、抽薹期（bolting）、現蕾期（budding）、花期（flowering period）及全生育期（growth duration）。

1.3.2 甘藍型油菜農藝性狀記載 在成熟期時，每個參試品種取樣不少于5株，并對其主要的農藝性狀進行考種，考種內容包括株高（plant height，PH）、莖粗（stem diameter，SD）、分枝部位（branch location，BL）、有效分枝數（effective number of branches，BN）、主花序長度（length of main inflorescence，MIL）、角果長度（silique length，SL）、果喙長度（fruit beak length，FBL）、果柄長度（stalk length，STL）、單株有效角果數（effective number of siliques per plant，SPP）、主花有效角果數（effective number of siliques in main inflorescence，MIS）。

1.4 數據分析

利用Excel 2016進行數據分析處理，SPSS v23.0分析軟件對群體生育期及農藝性狀進行統計分析。估算超親優勢（over-parent，OPH）和雜種優勢指數（index of heterosis，IH），計算公式如下：

式中，HP為高值親本，即同一性狀表現，雙親中的最高值；MP為雙親的平均值。

2 結果與分析

2.1 甘藍型油菜雜交組合F1及親本生育期分析

2.1.1 生育期進程分析 由表2可知，甘藍型冬×春組合的全生育期為221～223 d，冬×冬組合的全生育期為236 d。與親本比較發現，冬×春組合的生育期變化最為明顯，F1的全生育期天數均介于冬性親本和春性親本之間，分別較冬性親本和春性親本平均縮短了16.50 d和延長了62.30 d；其中，F1的五葉-抽薹天數均介于強冬性親本和春性親本之間，分別較強冬性親本和春性親本縮短了19.00 d和延長了64.00 d；分析不同雜交組合類型的F1生育期進程發現，冬×春組合F1較冬×冬組合F1在五葉-抽薹期和全生育期天數明顯縮短，分別縮短16.30和14.00 d。說明冬×春組合的生育期較強冬性親本明顯縮短。

表2 甘藍型油菜親本及F1生育期天數Table 2 The days of growth period of parents and F1 in Brassica napus L./d

2.1.2 生育期雜種優勢差異 由甘藍型油菜冬×春組合超親優勢分析結果得出（表3），除花期多為正向優勢外，生育階段多為負向優勢，其中花期超親優勢為-3.70%～7.41%，均值為1.85%，且冬×春組合（1.85%）＞冬×冬組合（-3.70%）。雜種優勢指數分析結果表明，冬×春組合F1在各階段的平均雜種優勢指數分別為92.50%、121.00%、98.54%、99.53%、105.30%、105.46%和111.49%；并且在五葉-抽薹期、花期、成熟期和生育期天數均比冬×冬組合高，較冬×冬組合分別高22.70、3.30、25.43和13.36個百分點。說明在整個生育期內，冬×春組合在五葉期-抽薹期和全生育期天數的雜種優勢更為明顯，并且冬×春變種間生育期的雜種優勢強于同種間雜交組合。

表3 甘藍型油菜F1生育期雜種優勢Table 3 Phenotypic heterosis of growth period of F1 in Brassica napus L./%

2.2 不同甘藍型油菜雜交組合F1及親本株型性狀差異

2.2.1 株型性狀分析 由表4可知，冬×春組合F1及親本的株型性狀均表現出不同的差異。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數和主花序長度性狀比父本分別增加了4.30%、5.26%、15.83%、16.67%和1.27%；比母本分別增加了7.23%、25.00%、6.62%、40.00%和-5.88%，其中株高與親本達到差異顯著水平。17NTS57-4×P113-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數和主花序長度性狀性狀比父本分別增加了-9.63%、20.00%、-35.63%、0.00%和89.87%；比母本分別增加了9.42%、-10.00%、21.74%、50.00%和57.89%，株高、分枝部位和主花序長度與親本相比達到差異顯著水平。18NLJ32×10-1061-2在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數和主花序長度性狀比父本分別增加了20.82%、-14.29%、15.88%、40.00%和46.15%；比母本分別增加了28.97%、-10.00%、7.07%、40.00%和78.13%，其中株高、分枝部位和主花序長度與親本相比達到差異顯著水平。17NTS57-5×2402B-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數和主花序長度性狀比父本分別增加了-5.84%、25.00%、7.39%、-16.67%和-5.10%；比母本分別增加了19.65%、0.00%、46.51%、-28.57%和57.63%，其中株高、分枝部位與親本相比達到差異顯著水平。在與冬×冬組合相比較，冬×春組合的F1各株型性狀均值均介于冬×冬組合F1之間，分別比冬×冬組合增加了-24.80%、-56.32%、-7.44%、-36.36%和-22.52%。

表4 甘藍型油菜親本及F1株型性狀表現Table 4 Phenotypic performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.2.2 株型性狀雜種優勢差異 由表5可知，冬×春組合F1在株型性狀中均表現出不同的雜種優勢。對株高性狀的超親優勢分析表明，雜交種F1超親優勢為-9.63%～20.82%，均值為2.41%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2均為正向優勢，分別為4.30%和20.82%，并且冬×春組合（2.41%）＞冬×冬組合（-0.41%）；在莖粗性狀分析中，雜交種F1超親優勢為-14.29%～5.26%，均值為-4.76%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1為正向優勢，超親優勢為5.26%，冬×冬組合（31.82%）＞冬×春組合（-4.76%）；在分枝部位分析中，雜交種F1超親優勢為-35.63%～7.39%，均值為-3.64%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1、18NLJ32×10-1061-2和17NTS57-5×2402B-1為正向優勢，分別為6.62%、7.07%和7.39%，并且冬×冬組合（-3.44%）＞冬×春組合（-3.64%）；有效分枝數的超親優勢分析表明，冬×春組合F1的超親優勢為-28.57%～40.00%，均值為7.02%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2為正向雜種優勢，分別為16.67%和40.00%，并且冬×春組合（7.02%）＞冬×冬組合（-8.33%）；在主花序長度性狀分析中，冬×春組合的超親優勢為-5.88%～57.89%，均值為23.27%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優勢，分別為57.89%和46.15%，并且冬×春組合（23.27%）＞冬×冬組合（4.68%）。

表5 甘藍型油菜F1株型性狀和分枝性狀雜種優勢Table 5 Heterosis on plant type and branch traits of F1 in Brassica napus L./%

雜種優勢指數分析中，冬×春組合F1在株高、莖粗、分枝、有效分枝數和主花序長度性狀指數范圍分別為98.99%～124.76%、87.80%～114.29%、84.21%～123.93%、76.92%～140.00%和97.56%～172.41%，均值分別為108.72%、104.01%、107.62%、116.05%和137.25%。

綜上所述，冬×春組合雜交種在株高、分枝部位和主花序長度性狀方面多為正向雜種優勢，說明冬×春組合在株高、分枝部位和主花序長度性狀方面具有較強的雜種優勢，且優于冬×冬組合。

2.3 不同甘藍型油菜雜交組合F1及親本角果性狀差異

2.3.1 角果性狀分析 由表6可知，冬×春組合F1的角果性狀表現不同差異。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數性狀中比父本分別增加了4.26%、-9.49%、16.67%、27.54%和-6.67%；比母本分別增加72.94%、26.07%、32.43%、83.62%和7.69%，其中角果長度、果柄長度和單株有效角果數與親本相比均達到差異顯著水平。17NTS57-4×P113-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數性狀中比父本分別增加了11.76%、17.34%、2.44%、23.96%和18.28%，比母本分別增加了67.03%、45.00%、13.51%、112.50%和41.03%，其中，角果長度、果喙長度、單株有效角果數和主花序有效角果數與親本相比均達到了差異顯著水平。18NLJ32×10-1061-2在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數性狀中比父本分別增加了18.33%、11.94%、5.00%、0.97%和28.09%，比母本分別增加了39.22%、11.94%、2.44%、134.23%和54.05%，其中，角果長度、果喙長度、主花序有效角果數與親本相比均達到了差異顯著水平。17NTS57-5×2402B-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數性狀中比父本分別增加了6.30%、-24.32%、-14.63%、16.77%和-8.42%，比母本分別增加了46.74%、-2.06%、-18.60%、40.29%和20.83%，其中角果長度、果柄長度、單株有效角果數與親本相比較均達到了差異顯著水平。在與冬×冬組合相比較中，冬×春組合的F1角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數分別比冬×冬組合增加了2.86%、-3.42%、-6.04%、-46.39%和-43.25%。

表6 甘藍型油菜親本及F1角果性狀表現Table 6 Pod performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.3.2 角果性狀雜種優勢差異 由表7可知，冬×春組合F1的角果性狀均表現不同的雜種優勢。對角果長度超親優勢分析表明，冬×春組合F1的超親優勢為4.26%～18.33%，均值為10.16%，各雜交種均為正向雜種優勢，分別為4.26%、11.76%、18.33%和6.30%，并且冬×春組合（10.16%）＞冬×冬（-23.28%）；在對果喙長度分析中，冬×春組合F1的超親優勢為-24.32%～17.34%，均值為-1.13%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優勢，分別為17.34%和11.94%，并且冬×冬組合（0.90%）＞冬×春組合（-1.13%）；在對果柄長度分析中，冬×春組合F1的超親優勢為-18.60%～16.67%，均值為0.74%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1、17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優勢，分別為16.67%、2.44%和2.44%，并且冬×春組合（0.74%）＞冬×冬（-10.31%）；在對單株有效角果數性狀分析，雜交種F1的超親優勢為0.97%～27.54%，均值為17.31%，各雜交種均為正向雜種優勢，分別為27.54%、23.96%、0.97%和16.77%，冬×春組合（17.31%）＞冬×冬（-2.87%）；對主花序角果數分析中，雜交種F1的超親優勢為-8.42%～28.09%，均值為7.82%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向雜種優勢，分別為18.28%和28.09%，冬×冬組合（8.54%）＞冬×春（7.82%）。

表7 甘藍型油菜F1角果性狀雜種優勢Table 7 Heterosis on pod traits of F1 in Brassica napus L./%

雜種優勢指數分析表明，冬×春組合F1的角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數和主花序有效角果數的指數范圍分別為123.29%～133.92%、85.38%～129.71%、83.33%～124.05%、127.45%～156.58%和100.00%～139.88%，均值分別為128.81%、108.10%、104.69%、143.92%和118.18%。

綜上所述，甘藍型油菜冬×春組合F1在角果長度和單株有效角果數方面具有較強的正向雜種優勢，且優于甘藍型油菜冬×冬組合。

3 討論

生育期作為作物生長發育特性的綜合標志，也是油菜重要的農藝性狀，決定了適宜的生長季節和種植區域［16］。已有研究表明，生育期與產量密切相關［17］。鄭本川等［18］對甘藍型油菜生育期天數與產量構成性狀進行相關性分析發現，營養生長天數、角果成熟天數與單株產量呈顯著正相關，開花天數則與單株產量呈顯著負相關。Li等［19］發現控制開花時間QTL和種子產量和千粒重的QTL在染色體上成簇分布，表明開花時間與油菜種子產量和千粒重有關，進一步證實了生育期與種子產量有一定的相關性。除了確保種子產量外，控制植物生育期還具有重要的農學意義。我國北方寒旱區冬季干燥寒冷，甘藍型油菜是北方理想的冬季作物，但現在推廣的品種生育期普遍較長，嚴重影響了后茬作物的種植，而且晚熟油菜生長后期會面臨高溫或雨季等不良氣候，較大影響了油菜的產量和品質，成為甘藍型冬油菜擴大生產面積的主要阻礙［20-21］。因此，選育生育期適當的早熟品種，是當前我國油菜育種的主要目標之一。選擇生育期長短適宜的品種，可以提高土地利用率，還可以在不同地區廣泛種植，同時保證產量和品質［18］。本研究利用甘藍型強冬性油菜與春性油菜雜交，雜交種F1總生育期天數介于雙親之間，較冬性親本的生育期天數明顯縮短，說明甘藍型油菜冬×春組合雜交種可以有效縮短甘藍型冬性油菜的生育期，并且冬×春組合各生育期階段也有雜種優勢差異。利用冬×春組合雜種優勢可有效解決甘藍型強冬性油菜生育期過長等問題，對改良油菜農藝性狀及擴展油菜適種區均具有重要的實際應用意義。

雜種優勢利用是創制新品種的有效手段之一，最新培育出含油率高、抗病性較強的新品種天彩油1號正是得益于雜交手段［22-23］。研究表明，不同生態地區的材料間差異較大，遺傳距離較遠，親本間雜種優勢越強［24］。本研究所得結果與前人研究結果相似。有研究表明，油菜品種間雜交在株型、分枝數、分枝部位及莖粗等農藝性狀方面存在明顯的雜種優勢［25-26］。本研究對冬×春組合的雜交種農藝性狀進行雜種優勢分析，結果表明冬×春組合的雜交種在株高、分枝部位、主花序長度、角果長度和單株有效角果數等具有較強的雜種優勢，這與前人研究結果一致［27-28］。油菜產量構成因素中，角果長度和單株有效角果數具有決定性作用，并且單株有效角果數的雜種優勢最為明顯［29-30］。本研究發現冬×春組合中雜交種F1角果長度和單株有效角果數雜種優勢尤為明顯，說明甘藍型強冬性油菜和春性油菜變種間雜交可能會提高甘藍型油菜產量。這些研究結果對今后甘藍型油菜變種間雜種優勢利用、雜交新品種的選育具有重要的理論價值。

4 結論

通過變種間組配雜交組合，分析甘藍型冬×春組合和冬×冬組合生育期及農藝性狀雜種優勢強弱，發現冬×春組合雜交種較甘藍型冬性油菜生育期天數縮短。變種間雜交種在株高、分枝部位、主花序長度、角果長度和單株有效角果數等性狀方面具有較強的雜種優勢；同時角果長度和單株有效角果數的超親優勢和雜種優勢指數最高，說明甘藍型油菜變種間雜種優勢的利用更具有發展潛力。