新選高粱親本系的配合力及遺傳力分析

高海燕，程慶軍，田承華，高鵬，張俊珍，郭睿，范國(guó)華（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西晉中030600）

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新選高粱親本系的配合力及遺傳力分析

高海燕，程慶軍，田承華，高鵬，張俊珍，郭睿，范國(guó)華
（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，山西晉中030600）

摘要：為了篩選配合力和遺傳力表現(xiàn)優(yōu)良的親本，選育強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)的高產(chǎn)粒用高粱，選用3個(gè)新選不育系和6個(gè)新選恢復(fù)系，采用不完全雙列雜交法，組配18個(gè)雜交組合，對(duì)親本和雜交組合的生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重、穗粒重和產(chǎn)量6個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行一般配合力（GCA）效應(yīng)、特殊配合力（SCA）效應(yīng)分析，并對(duì)其遺傳參數(shù)進(jìn)行估算。結(jié)果表明：不育系15512A在穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量上一般配合力較高，其相對(duì)效應(yīng)值分別為2.4962、4.8319、2.6174。不育系15520A在株高、穗粒重和生育期上一般配合力較高，相對(duì)效應(yīng)值分別為6.9927、5.7449、2.1595?；謴?fù)系15670、15652和15607的一般配合力較高。這些親本可以在以后的育種和生產(chǎn)中加以利用。主要農(nóng)藝性狀的加性方差/基因型方差比值大小順序依次為：穗長(zhǎng)＞穗粒重＞株高＞生育期＞產(chǎn)量＞千粒重。從產(chǎn)量性狀來(lái)看，15511A×15652是一個(gè)較優(yōu)的雜交組合。

關(guān)鍵詞：新選高粱；不育系；配合力；遺傳力

0　引言

高粱是“三系”雜種優(yōu)勢(shì)明顯的作物，培育優(yōu)良親本是雜種優(yōu)勢(shì)利用的關(guān)鍵，而衡量親本利用價(jià)值最重要的參數(shù)是配合力［1-2］。配合力有一般和特殊之分。一般配合力由基因的加性效應(yīng)決定。親本的一般配合力效應(yīng)值高說(shuō)明與該性狀有關(guān)的基因數(shù)量多，加性基因效應(yīng)大，遺傳較穩(wěn)定［3］。特殊配合力是由基因的非加性效應(yīng)決定的，受基因顯性、超顯性和上位性效應(yīng)所控制［4］。親本系配合力分析，有助于準(zhǔn)確、迅速判斷親本系的利用價(jià)值和利用方式，而遺傳參數(shù)的分析測(cè)定對(duì)育種方略有主要指導(dǎo)意義［5］。

有關(guān)高粱親本的配合力及遺傳力方面的研究有過(guò)許多報(bào)道，丁國(guó)祥等［6］對(duì)糯高粱籽粒淀粉含量及組分的配合力及遺傳力進(jìn)行了分析，結(jié)果表明，直鏈淀粉含量和支鏈淀粉含量以加性基因效應(yīng)為主，總淀粉含量以非加性基因效應(yīng)為主。李巍等［7］、周福平等［8］、尹學(xué)偉等［9］研究表明一般配合力效應(yīng)在同一親本各性狀間及同一性狀不同親本間均存在明顯差異，周福平等［8］認(rèn)為穗長(zhǎng)、生育期等的廣義遺傳力和狹義遺傳力相差較大即遺傳力較低，株高、穗粒重、千粒重和產(chǎn)量遺傳力較高，受遺傳型影響較大。張曉娟等［10］對(duì)糯高粱的品質(zhì)性狀配合力進(jìn)行分析，結(jié)果表明：蛋白質(zhì)、脂肪、淀粉性狀受遺傳型影響較大，而單寧則受環(huán)境影響較大。張陽(yáng)等［11］認(rèn)為親本利用價(jià)值的大小與一般配合力和特殊配合力效應(yīng)值的大小有關(guān)，這2個(gè)效應(yīng)值都大的親本才具有較大的利用價(jià)值。其次和特殊配合力變異度有關(guān)，變異度愈大，說(shuō)明該親本在與其他親本雜交是可能出現(xiàn)特殊配合力估算極端的后代。段有厚等［12］對(duì)甜高粱莖稈含糖量和其他農(nóng)藝性狀進(jìn)行了遺傳分析，發(fā)現(xiàn)單株生物產(chǎn)量、穗粒重、莖粗和生育期的廣義遺傳力為中等，而錘度、單株莖稈重、出汁率等其他性狀的廣義遺傳力都較高。這些研究結(jié)果對(duì)高粱的雜交選育和雜種優(yōu)勢(shì)的利用奠定了基礎(chǔ)。

配合力遺傳機(jī)理復(fù)雜，不同遺傳背景材料差異性較大，為了篩選出配合力和遺傳力表現(xiàn)優(yōu)良的高粱親本系，提高高粱育種效率，本研究以3個(gè)新選不育系和6個(gè)新選恢復(fù)系為材料，分析其生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重、穗粒重和產(chǎn)量6個(gè)主要農(nóng)藝性狀配合力和遺傳力，以期為組配強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)組合提供優(yōu)良親本，加快粒用高粱育種進(jìn)程。

1　材料方法

1.1試驗(yàn)材料

參試材料分為2組，6個(gè)新選恢復(fù)系作父本為測(cè)驗(yàn)種P1，3個(gè)新選雄性不育系作母本為被測(cè)系P2，P1分別為：15638、15607、15627、15647、15670、15652，P2分別為：15511A、15512A、15520A。

1.2試驗(yàn)方法

參試材料采用組間不完全雙列雜交法P2×P1，組配18個(gè)雜交組合。試驗(yàn)于2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所試驗(yàn)基地榆次區(qū)修文鎮(zhèn)進(jìn)行。田間采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，5月3日播種，3次重復(fù)，小區(qū)面積3 m× 5 m，行距0.40 m，株距0.17 m。田間管理采用當(dāng)?shù)爻Ｒ?guī)栽培方法。生育后期對(duì)親本及其雜交組合進(jìn)行田間主要農(nóng)藝性狀調(diào)查，成熟后取中間4行測(cè)產(chǎn)，風(fēng)干脫粒，室內(nèi)考種，調(diào)查方法依據(jù)《高粱種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》［13］。

1.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Excel 2003和DPS 7.05軟件，按不完全雙列雜交試驗(yàn)的要求進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，配合力分析和遺傳參數(shù)估算采用唐啟義等［14］的方法。

2　結(jié)果與分析

2.1各性狀配合力方差分析

18個(gè)組合6個(gè)主要農(nóng)藝性狀的配合力方差見(jiàn)表1。由表1可知，各性狀在區(qū)組間差異均不顯著，在組合、父本、母本和父母本互作間存在極顯著差異。6個(gè)性狀在組合間均達(dá)到極顯著差異，表明基因效應(yīng)間存在極顯著差異。除千粒重外，其余5個(gè)性狀在父本間差異達(dá)到極顯著水平，株高、穗粒重和生育期在母本間存在極顯著差異，除穗長(zhǎng)外，產(chǎn)量、株高、穗粒重、千粒重和生育期在父母本互作間存在極顯著差異。

表1　新選高粱主要農(nóng)藝性狀的方差分析

2.2一般配合力分析

由表2可以看出，不育系和恢復(fù)系各性狀間的一般配合力明顯不同。同一親本的不同性狀和同一性狀的不同親本間一般配合力效應(yīng)存在明顯差異，表明不同親本在不同性狀上的加性效應(yīng)不同。株高一般配合力較高的不育系有15520A，恢復(fù)系有15670和15652，穗長(zhǎng)一般配合力較高的不育系有15512A，恢復(fù)系有15652和15670，穗粒重一般配合力較高的不育系有15520A，恢復(fù)系有15670、15627、15607和15652，千粒重一般配合力較高的不育系有15512A和15511A，恢復(fù)系有15652和15670，生育期一般配合力較高的有15520A，恢復(fù)系一般配合力較高的有15670和15607，產(chǎn)量一般配合力較高的有15512A，恢復(fù)系有15670和15607。

總體來(lái)看，不育系中一般配合力較高的為15512A 和15520A。不育系15512A在穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量上一般配合力均較高，不育系15520A在株高、穗粒重和生育期上一般配合力均有較高的優(yōu)勢(shì)，兩個(gè)不育系配制的雜交種表現(xiàn)出高產(chǎn)，高穗粒重的特點(diǎn)。而不育系15511A除千粒重外，其他性狀的一般配合力表現(xiàn)一般。

恢復(fù)系中一般配合力較高的為15670、15652和15607。恢復(fù)系15670在株高、穗長(zhǎng)、穗粒重、千粒重、生育期和產(chǎn)量6個(gè)性狀上一般配合力均較高，所配制的雜交種表現(xiàn)出產(chǎn)量最高，穗粒重最高的特性，穗長(zhǎng)和千粒重僅次于15652，恢復(fù)系15652在株高、穗長(zhǎng)、穗粒重和千粒重上一般配合力較高，所配制的雜交種表現(xiàn)出穗長(zhǎng)和千粒重最高的特性。15607在穗粒重、生育期和產(chǎn)量上一般配合力較高，所配制的雜交種表現(xiàn)出生育期適中，產(chǎn)量較高的特性。其他3個(gè)恢復(fù)系一般配合力表現(xiàn)一般。

2.3特殊配合力分析

特殊配合力分析如表3所示，同一性狀不同組合及同一組合的不同性狀間特殊配合力差異較大，表明基因互作的復(fù)雜性和多樣性。株高的特殊配合力效應(yīng)值以15520A×15647最高（4.9817），而15511A×15647最低（-6.9927），穗長(zhǎng)的特殊配合力效應(yīng)值以15511A× 15652最高（4.6316），而15511A×15627最低（-5.1128），穗粒重的特殊配合力效應(yīng)值以15520A×15607最高（6.5401），而15520A×15670最低（-5.7669），千粒重的特殊配合力效應(yīng)值變異較大，從-11.1345（15520A×15627）～18.9076（15511A×15627），產(chǎn)量的特殊配合力變異幅度最大，從-19.7362（15520A×15652）～11.7821（15511A× 15652），而生育期的特殊配合力效應(yīng)值變異幅度最小，從- 1.0269（15511A×15647）～2.0085（15520A×15647）。特殊配合力變異度愈大，雜交時(shí)該性狀可能出現(xiàn)特殊配合力估算極端的后代，表明產(chǎn)量的雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)，而生育期的優(yōu)勢(shì)不強(qiáng)，在親本選擇和雜交種組配時(shí)，不僅注重一般配合力的作用，特殊配合力的作用也非常重要。

表2　新選高粱親本主要農(nóng)藝性狀的一般配合力相對(duì)效應(yīng)值

表3　各雜交組合的特殊配合力極值

2.4遺傳參數(shù)分析

新選高粱主要農(nóng)藝性狀的加性方差/基因型方差比值大小順序依次為：穗長(zhǎng)＞穗粒重＞株高＞生育期＞產(chǎn)量＞千粒重，廣義遺傳力結(jié)果為：產(chǎn)量＞生育期＞株高＞穗粒重＞千粒重＞穗長(zhǎng)，狹義遺傳力結(jié)果為：株高＞穗粒重＞生育期＞穗長(zhǎng)＞產(chǎn)量＞千粒重。千粒重的廣義遺傳力和狹義遺傳力相差較大，表明非加性效應(yīng)較大，千粒重通過(guò)雙親遺傳給后代的能力較差，比較容易受環(huán)境因素的影響，而株高、穗長(zhǎng)、穗粒重、生育期和產(chǎn)量加性效應(yīng)較大，遺傳力較高。

3　結(jié)論與討論

本試驗(yàn)中篩選出一般配合力較高的親本，包括不育系15512A在穗長(zhǎng)、千粒重和產(chǎn)量上一般配合力較高，其相對(duì)效應(yīng)值分別為2.4962、4.8319、2.6174；15520A在株高、穗粒重和生育期上一般配合力較高，其相對(duì)效應(yīng)值分別為6.9927、5.7449、2.1595。恢復(fù)系15670在6個(gè)性狀上一般配合力均較高，15652在株高、穗長(zhǎng)、穗粒重和千粒重上一般配合力較高，15607在穗粒重、生育期和產(chǎn)量上一般配合力較高。從產(chǎn)量性狀來(lái)看，15511A×15652可能是一個(gè)較優(yōu)的雜交組合，特殊配合力效應(yīng)值為11.7821。針對(duì)某一性狀有目的地進(jìn)行選擇，這些親本都是今后選育品種中優(yōu)異的種質(zhì)資源，對(duì)雙親的優(yōu)異性狀互補(bǔ)雜交，有可能選育出雜種優(yōu)勢(shì)強(qiáng)的組合。

配合力的遺傳相當(dāng)復(fù)雜，育種中綜合性狀優(yōu)良的材料往往不是配合力最優(yōu)的材料，雜種優(yōu)勢(shì)最強(qiáng)的組合其雙親不一定都有最好的一般配合力，親本一般配合力高的組合的特殊配合力并不一定高［15］。如本試驗(yàn)中：15511A和15652產(chǎn)量的一般配合力都很低，分別為-1.4401和-5.8513，但15511A×15652組合的特殊配合力卻是所有組合中最高的，為11.7821，15520A和15670穗粒重的一般配合力較高，分別為5.7449和26.8794，但15520A×15670穗粒重的特殊配合力卻最低，為-5.7669。由此可見(jiàn)，親本的一般配合力和其組合的特殊配合力間并無(wú)必然的聯(lián)系。對(duì)于大多數(shù)性狀的配合力來(lái)說(shuō)，組合的特殊配合力強(qiáng)，其親本或者是親本之一的一般配合力較高，親本的有利基因?qū)τ讷@得強(qiáng)的雜種優(yōu)勢(shì)還是有一定作用的。這與倪先林等［15］的研究結(jié)果相一致，而周福平等［8］認(rèn)為，一般配合力的表現(xiàn)與親本自身表現(xiàn)基本一致。親本表現(xiàn)好，一般配合力也高。王艷秋等［16］認(rèn)為，親本性狀好、一般配合力高的親本容易組配出好的雜交種。本試驗(yàn)中，15511A的一般配合力不是很高，但是15511A×15652組合的產(chǎn)量性狀的特殊配合力最高。這可能是由于試驗(yàn)材料的遺傳背景不同所致。

遺傳方差中只有加性方差能夠穩(wěn)定遺傳。狹義遺傳力指加性方差在表型方差中所占的百分比，用來(lái)衡量某種變異的傳遞能力。株高、穗長(zhǎng)、穗粒重、生育期和產(chǎn)量的狹義遺傳力均較高，表明這5個(gè)性狀的加性效應(yīng)比較突出，由親本傳遞給后代的能力較強(qiáng)，可在早世代進(jìn)行選擇，而千粒重的狹義遺傳力較低，說(shuō)明這個(gè)性狀的非加性效應(yīng)明顯，傳遞后代的能力較弱，容易受氣候條件和栽培環(huán)境的影響，進(jìn)行千粒重選擇時(shí)可在較高世代完成。這與閆鳳霞等［17］的研究結(jié)果一致，而周福平等［8］、楊旭東等［18］認(rèn)為株高、穗粒重、千粒重和產(chǎn)量遺傳力較高，不容易受環(huán)境影響。這與本試驗(yàn)結(jié)果略有差異，可能是由于試驗(yàn)材料選擇的不同所導(dǎo)致，在今后的試驗(yàn)中應(yīng)加大試驗(yàn)材料的數(shù)量。

表4　主要農(nóng)藝性狀的遺傳參數(shù)分析

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Combining Ability and Heritability of New Sorghum Parental Lines

Gao Haiyan, Cheng Qingjun, Tian Chenghua, Gao Peng, Zhang Junzhen, Guo Rui, Fan Guohua
（Sorghum Institute of Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Jinzhong 030600, Shanxi, China）

Abstract:In order to select parental lines with high combining ability and heritability, and breed strong heterosis and high yield grain sorghum, 18 crossing combinations were made by 3 new sterile lines and 6 new restorer lines with incomplete diallel cross method. General combining ability（GCA）effects and special combining ability（SCA）were used to analyze 6 main agronomic traits including the growth period, plant height, spike length, 1000 grain weight, grain weight per spike and yield. The result showed that the general combining ability of sterile line 15512A was higher in spike length, 1000 grain weight and yield, and the relative effect value of these traits was 2.4962, 4.8319, and 2.6174, respectively. The general combining ability of sterile line 15520A was higher in plant height, grain weight per spike and growth period, and the relative effect value of these traits was 6.9927, 5.7449, and 2.1595, respectively. The general combining ability of restorer line 15670, 15652 and 15607 were relatively high. These parental lines could be applied to breeding and production in the future. The order of the ratio of additive genetic variance to genotype variance of the 6 main agronomic traits was: spike length＞grain weight per spike＞plant height＞growth period＞yield＞1000 grain weight. In view of yield trait, 15511A×15652 was a better heterotic pattern.

Key words:New Sorghum; Sterile Lines; Combining Ability; Heritability

中圖分類(lèi)號(hào)：S3

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A論文編號(hào)：cjas15110021

基金項(xiàng)目：現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系“國(guó)家高粱產(chǎn)業(yè)化技術(shù)體系建設(shè)”（CARS-06-01-01）；農(nóng)業(yè)科技成果轉(zhuǎn)化資金項(xiàng)目“機(jī)械化栽培高粱新品種晉雜35號(hào)中試與示范”（2014GB2A300009）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃項(xiàng)目“優(yōu)質(zhì)高粱高效生產(chǎn)技術(shù)研究與示范”（2014BAD07B02）；釀造專(zhuān)用高粱育種及利用山西省科技創(chuàng)新重點(diǎn)團(tuán)隊(duì)（2014131015）。

第一作者簡(jiǎn)介：高海燕，女，1981年出生，山西昔陽(yáng)人，助理研究員，碩士，主要從事釀造高粱育種工作。

通信地址：030600山西省晉中市榆次區(qū)蘊(yùn)華西街238號(hào)高粱研究所，E-mail：anni_1981@126.com。 030600山西省晉中市榆次區(qū)蘊(yùn)華西街238號(hào)高粱研究所，E-mail：anni_1981@126.com。

通訊作者：程慶軍，男，1970年出生，山西昔陽(yáng)人，研究員，碩士，主要從事釀造高粱育種工作。

收稿日期：2015-11-24，修回日期：2016-02-24。