甘蔗實生苗根系性狀的遺傳分析

趙麗萍，劉家勇*，覃偉，昝逢剛，楊昆，趙培方，趙俊，吳才文

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開遠 661699；2.云南省甘蔗遺傳改良重點試驗室，云南 開遠 661699)

甘蔗實生苗根系性狀的遺傳分析

趙麗萍1,2，劉家勇1,2*，覃偉1,2，昝逢剛1,2，楊昆1,2，趙培方1,2，趙俊1,2，吳才文1,2

(1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南 開遠 661699；2.云南省甘蔗遺傳改良重點試驗室，云南 開遠 661699)

采用桶栽方式，研究甘蔗實生苗根系性狀的遺傳效應(yīng)。結(jié)果表明：根長、根交叉數(shù)受母本、父本和組合的影響顯著，根表面積受母本和父本的影響顯著，根系干重受組合的影響顯著；親本及組合的選配方式對根系遺傳力大小的貢獻率表現(xiàn)為母本、組合、父本依次減?。?個根系性狀中，根交叉數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)、根干重、根體積的遺傳力均大于60%；在所選用的親本中，用新臺糖22號、桂糖92–66作母本，用CP72–1210、川糖 89–103作父本，其后代的根系性狀表現(xiàn)較好；相關(guān)分析結(jié)果表明，根長、根表面積、根直徑可作為甘蔗根系育種的選擇指標。

甘蔗；根系；實生苗；遺傳

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗雜交后代來源于桂糖92–66×CP72–1210、ROC22×川糖89–103、粵糖00–236×閩糖96–1409、粵糖 96–86×云蔗 02–588、粵糖 00–236×云蔗02–588(分別記為A、B、C、D、E)5個雜交組合。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2012年3—9月在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所進行。為了盡量減少清洗時對根系的損傷，桶栽試驗基質(zhì)采用珍珠巖和河沙。基質(zhì)下層為珍珠巖，上層為河沙，珍珠巖與河沙的體積比3∶1。于實生苗長至4～5葉時期(2012年6月23日)從苗床挑選長勢一致的苗移栽至桶內(nèi)。試驗采用3重復(fù)設(shè)計，即每組合種植9桶(3桶為1個重復(fù)，每桶5 株)。植株成活后開始澆營養(yǎng)液，每周1次。營養(yǎng)液選用Hoagland’s(霍格蘭氏)經(jīng)典配方。植株于2012 年9月24日收獲。

1.3 測定指標及方法

將植株從培養(yǎng)桶中完整取出，用自來水將根系沖洗干凈。將清洗干凈的實生苗完整根系從植株上分離下來，用吸水紙吸干其表面水分，稱取鮮重后再將根系按單根一條條分開，不重疊，不交叉，并排于專用根盤。利用WinRHIZO根系專用大幅面透視掃描儀掃描根系。把掃描好的圖片按群體株系號和重復(fù)分類保存在不同文件夾，用根系專用WinRHIZO軟件進行分析，計算出根長、根表面積、根系平均直徑、根體積、根尖數(shù)、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)。把掃描完的根系放入烘箱，105 ℃殺青0.5 h，70 ℃下烘干至恒重，測定其干重。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用R軟件和SPSS 18.0進行數(shù)據(jù)分析。

式中：Tel(SEe)為以設(shè)備為主的有效工作時間函數(shù)；SEe表示該組織設(shè)備中第l臺設(shè)備的有效工作時間；γel表示第l臺設(shè)備的工作效率；tel為第l臺設(shè)備的額定工作時間。

2 結(jié)果與分析

2.1 根系性狀的差異性分析

由表1可見，根長、根交叉數(shù)均受母本、父本和組合的影響顯著；根表面積在母本和父本間均表現(xiàn)出顯著差異，說明根表面積受母本和父本的影響顯著；根系干重在組合間表現(xiàn)出顯著差異，說明根系干重受組合的影響顯著。

表1 根系性狀的方差分析結(jié)果Table 1 Variance analysis of root characters

2.2 根系性狀的遺傳力分析

由表2可見，親本及組合的選配方式對根系遺傳力的貢獻率表現(xiàn)為母本(68.30%)、組合(64.1%)、父本(62.5%)依次減小，說明母本對后代的影響大，組合對后代的影響其次，父本的影響相對較小。從后代各性狀的平均遺傳力看，根交叉數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)、根干重、根體積、根直徑、根分枝數(shù)、根鮮重的遺傳力呈依次減小的變化趨勢，根交叉數(shù)、根長、根表面積的遺傳力均大于70%，根分枝數(shù)和根鮮重的遺傳力相對較低，分別為52.5% 和46.99%，根交叉數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)、根干重、根體積、根直徑6個性狀的遺傳力均在55%以上，遺傳力較高，能穩(wěn)定遺傳，因此，在選擇親本和配組合時應(yīng)重視對這6個性狀的選擇。

表2 父本、母本及組合根系性狀的遺傳力Table 2 The contribution rate of male，female and their combination on major root characters

2.3 根系性狀的配合力

2.3.1 母本根系性狀的一般配合力效應(yīng)

由表3可知，在所選用的4個母本材料中，桂糖92–66和 ROC22后代根系性狀的表現(xiàn)優(yōu)良，尤其是用ROC22作母本，其后代根系性狀的GCA均表現(xiàn)為正效應(yīng)，根鮮重、根干重、根長和根尖數(shù)的GCA較高，表現(xiàn)突出，這些根系優(yōu)良性狀容易傳遞給后代；桂糖92–66根鮮重、根干重表現(xiàn)出負效應(yīng)，但根表面積、根直徑、根體積、根分枝數(shù)出現(xiàn)正效應(yīng)，且GCA較高；用粵糖00–236作母本的后代根系性狀表現(xiàn)較差，GCA均呈現(xiàn)出負效應(yīng)；粵糖96–86僅有根直徑和根尖數(shù) GCA呈現(xiàn)出正效應(yīng)，其余均為負效應(yīng)，因此，從根系性狀上進行選擇時，ROC22、桂糖92–66后代根系性狀的綜合表現(xiàn)較好，可考慮作母本使用，粵糖 00–236后代根系性狀的表現(xiàn)差，不適合作母本使用。

表3 母本根系性狀的一般配合力效應(yīng)值Table 3 Relative effect values of GCA of female root characters

2.3.2 父本根系性狀的一般配合力效應(yīng)

由表4可知，用CP72–1210、川糖89–103作父本的后代根系綜合性狀表現(xiàn)較好，CP72–1210根鮮重、根干重的GCA均呈現(xiàn)出負效應(yīng)，其余均為正效應(yīng)，根表面積、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)的GCA效應(yīng)值均高于其他父本；川糖89–103作父本的后代根系綜合性狀表現(xiàn)均呈現(xiàn)出正效應(yīng)，后代根鮮重、干重、根長、根尖數(shù)的GCA效應(yīng)值較高；閩糖96–1409后代根系性狀的GCA效應(yīng)值較低，且均為負效應(yīng)；云蔗 02–588后代根直徑和根體積均呈現(xiàn)出正效應(yīng)，GCA效應(yīng)值較高，分別為34.51和1 167.73，其余均為負效應(yīng)，因此，從所選用的父本中，川糖89–103、CP72–1210后代根系性狀的綜合表現(xiàn)較好，可考慮作父本使用；閩糖96–1409后代根系性狀的表現(xiàn)差，不適合作父本使用。

表4 父本根系性狀的一般配合力效應(yīng)值Table 4 Relative effect values of GCA of male root characters

2.3.3 根系性狀的特殊配合力效應(yīng)

由表5可知，綜合表現(xiàn)好的為組合A和組合B，組合A根鮮重的SCA為負效應(yīng)，其余均為正效應(yīng)，且根表面積、根直徑、根體積、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)SCA均比其余4個組合的高，分別為533.84、0.13、35.19、4 377.8、163.41。組合B的SCA為正效應(yīng)，根鮮重、根干重、根長、根尖數(shù)的SCA均比其余4個組合的高，分別為1.20、0.27、763.85、3 262.62。組合C、D、E的SCA值較小，組合C根系直徑和組合D根系鮮重的SCA為正效應(yīng)，其余根系性狀均為負效應(yīng)。

表5 雜交組合根系性狀的特殊配合力效應(yīng)值Table 5 Relative effect values of SCA of combination root characters

2.3.4 根系性狀間的相關(guān)分析

由表6可見，根系性狀間存在不同程度的相關(guān)性，根長與根表面積、根尖數(shù)、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)的相關(guān)性達極顯著水平；根表面積與根體積、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)的相關(guān)性達極顯著水平；根直徑與根體積的相關(guān)性達極顯著水平，說明通過提高根長可有效改良根表面積、根尖數(shù)、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)；提高根表面積可有效改良根體積、根分枝數(shù)、根交叉數(shù)；提高根直徑可有效改良根體積，因此，根長、根表面積、根直徑可以作為甘蔗根系育種選擇的指標。

表6 根系性狀表型的相關(guān)系數(shù)Table 6 Correlation coefficients of root characters

3 結(jié)論與討論

不同組合實生苗的根長、根交叉數(shù)均受母本、父本和組合的影響；根表面積受母本和父本的影響顯著；根系干重受組合的影響顯著。遺傳分析結(jié)果表明，親本及組合的選配方式對根系遺傳力的貢獻率母本為68.30%、組合為64.1%、父本為62.5%，后代各性狀的平均遺傳力表現(xiàn)為根交叉數(shù)(79.78%)、根長(77.93%)、根表面積(73.49%)、根尖數(shù)(68.93%)、根干重(65.25%)、根體積(64.89%)、根直徑(55.01%)、根分枝數(shù)(52.5%)、根鮮重(46.99%依次減小。用 ROC22、桂糖 92–66作母本，川糖89–103、CP72–1210作父本的后代根系性狀綜合表現(xiàn)較好。桂糖 92–66×CP72–1210和 ROC22×川糖89–103的后代根系性狀SCA綜合表現(xiàn)較好。在根系性狀的9個指標中，根長、根表面積、根直徑可以作為甘蔗根系育種選擇的指標。

近年來，大量研究結(jié)果表明作物品種基因型及環(huán)境條件對根系的生長及分布有明顯影響[20]。國內(nèi)外對水稻[21–23]、玉米[24–26]、大豆[27–29]、馬尾松[30]、

甘藍[31]等根系性狀遺傳變異的研究也表明根系性狀不同程度地存在遺傳差異。根長、根表面積、根體積、根干重、根數(shù)量、根冠比、根直徑、根毛長度、主根長度、根密度和根長密度等都具有較高的遺傳力[32–33]。本研究中根交叉數(shù)、根長、根表面積、根尖數(shù)、根干重、根體積的遺傳力均大于60%，這些根系性狀能穩(wěn)定遺傳，說明運用這些性狀進行早代選擇有效。在所選用的親本中，用ROC22、桂糖92–66作母本，用CP72–1210、川糖89–103作父本的根系性狀具有較高的配合力，在甘蔗根系育種中具有重要的利用價值。用ROC22作母本的配合力較高，優(yōu)良性狀遺傳給后代的能力強[34]。利用根系育種有可能首先取得突破[35]。目前，根系形態(tài)性狀、營養(yǎng)元素吸收、耐鹽、耐澇等相關(guān)基因被成功克隆[36–39]，借助分子標記技術(shù)和應(yīng)用基因工程方法進行根系性狀研究和根系改良具有廣闊的前景。

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責(zé)任編輯：王賽群

英文編輯：王 庫

Heredity analysis of sugarcane seedling root characters

ZHAO Li-ping1,2，LIU Jia-yong1,2*，QIN Wei1,2，ZAN Feng-gang1,2，YANG Kun1,2，ZHAO Pei-fang1,2，ZHAO Jun1,2，WU Cai-wen1,2
(1.Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kaiyuan, Yunnan 661699, China; 2.Yunnan Province Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661699, China)

The root inherited characters of sugarcane seedlings were conducted by a potted trial. The results indicated that root length, root crossings were significantly affected by male, female and their combination; root surface areas were significantly affected by male and female, and root dry weights were significantly affected by their combination. The contribution sequence of heritability on offspring decreased as female, their combination and male in turn. The heritability of root crossings, root length, root surface areas, number of root tips, root dry weight and root volume were all greater than 60%. The root characters were much better for these springs by taken ROC22 and GT92–66 with female and CP72–1210 and CT 89–103 with male. The correlation analysis showed that the root length, root surface areas and root diameter might be used as the index for selecting roots in sugarcane breeding.

sugarcane; roots; seedling; heredity

S566.1

A

1007?1032(2014)05?0470?06

10.13331/j.cnki.jhau.2014.05.004

投稿網(wǎng)址：http://www.hunau.net/qks

2014–06–21

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項基金項目(CARS–20–1–1)；云南省重點新產(chǎn)品開發(fā)計劃項目(2011BB005，2012BB014)

趙麗萍(1981—)，女，云南沾益人，助理研究員，主要從事甘蔗育種及配套技術(shù)研究，zlp_alyma@126.com；*通信作者，lljjyy1976@163.com