不同株系制種對(duì)大豆雜交種農(nóng)藝性狀的影響

白志元，張瑞軍，雷夢(mèng)林，衛(wèi)保國(guó)

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031）

不同株系制種對(duì)大豆雜交種農(nóng)藝性狀的影響

白志元，張瑞軍，雷夢(mèng)林，衛(wèi)保國(guó)

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所，農(nóng)業(yè)部黃土高原作物基因資源與種質(zhì)創(chuàng)制重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，雜糧種質(zhì)資源發(fā)掘與遺傳改良山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，山西太原030031）

選用來源于山西、安徽2個(gè)恢復(fù)系材料的各5個(gè)株系與2個(gè)不育系所制的20個(gè)雜交種為材料，研究了不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀間的差異，不同地區(qū)恢復(fù)系所制雜交種單株粒質(zhì)量的差異以及雜交種不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性。結(jié)果表明，不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)變異系數(shù)差異較大，株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒質(zhì)量和每莢粒數(shù)變異系數(shù)較小，株質(zhì)量、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、總莢數(shù)和單株粒質(zhì)量變異系數(shù)較大，不同來源的不育系受此影響程度有所差異；安徽的恢復(fù)系材料與2個(gè)不育系所制的雜交種單株粒質(zhì)量都優(yōu)于山西材料，表明地理關(guān)系較遠(yuǎn)的親本間雜交雜種優(yōu)勢(shì)更明顯；單株粒質(zhì)量與株高、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；百粒質(zhì)量與每莢粒數(shù)、株高、主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單株粒數(shù)、總莢數(shù)、分枝數(shù)相關(guān)系數(shù)不顯著。

雜交大豆；不同株系；農(nóng)藝性狀

雜種優(yōu)勢(shì)是生物界普遍存在的一種現(xiàn)象，利用雜種優(yōu)勢(shì)是提高作物產(chǎn)量和改良品質(zhì)最有效的途徑之一[1]，在植物雜種優(yōu)勢(shì)機(jī)理和預(yù)測(cè)雜種優(yōu)勢(shì)方面已提出了諸多理論[2-3]。雜種優(yōu)勢(shì)已在玉米、高粱、向日葵、油菜、水稻等作物上被廣泛應(yīng)用，在主要作物中，只有大豆雜種優(yōu)勢(shì)利用研究相對(duì)滯后。自從育成大豆細(xì)胞質(zhì)雄性不育系后，大豆雜種優(yōu)勢(shì)利用已成為可能[4-5]。我國(guó)在雜交大豆研究領(lǐng)域處于國(guó)際領(lǐng)先水平，建立了雜交大豆生產(chǎn)的三系配套體系。雜交育種研究表明，不同類型大豆的雜交組合雜種優(yōu)勢(shì)存在明顯差異，親本的親緣關(guān)系對(duì)大豆雜種優(yōu)勢(shì)有著重要的影響，地理遠(yuǎn)緣的親本間雜交會(huì)產(chǎn)生明顯的雜種優(yōu)勢(shì)[6-7]。雜交大豆產(chǎn)業(yè)化有2項(xiàng)瓶頸技術(shù)：高效繁種制種技術(shù)和強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的篩選。學(xué)者們利用三系材料開展了大量的基礎(chǔ)研究，包括傳粉昆蟲種類，昆蟲授粉效率，高異交率父本性狀、光合特性與產(chǎn)量的關(guān)系，行距、行比配置、恢復(fù)基因標(biāo)記定位等[8-14]。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所雜交大豆課題組經(jīng)過30余年的攻關(guān)，對(duì)這2項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了有效的突破，在繁種制種技術(shù)上，形成了雜交大豆生產(chǎn)所需的規(guī)范繁制種技術(shù)，2014，2015年連續(xù)2 a經(jīng)過專家組鑒定，制種產(chǎn)量平均達(dá)1 405.5 kg/hm2，繁種產(chǎn)量達(dá)1 174.5 kg/hm2；在強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的篩選上，篩選出了多個(gè)優(yōu)勢(shì)組合，2014年審定了1個(gè)雜交大豆品種——晉豆48[15]。然而，在多年恢保鑒定中，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所大豆課題組發(fā)現(xiàn)保持的材料較多，恢復(fù)的材料較少，而且多數(shù)恢復(fù)的雜交組合增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)不明顯，與大豆生產(chǎn)上推廣的常規(guī)種比較沒有特別高的產(chǎn)量?jī)?yōu)勢(shì)。因此，篩選強(qiáng)優(yōu)勢(shì)恢復(fù)系成為研究中的主要攻關(guān)方向，在篩選恢復(fù)系的過程中，發(fā)現(xiàn)同一材料的不同株系所制的雜交種在雜種優(yōu)勢(shì)上有所不同，且不同株系對(duì)所制雜交種的影響也未見報(bào)道。

本研究是以來源于山西、安徽2個(gè)恢復(fù)系材料的各5個(gè)株系與2個(gè)不育系所制的20個(gè)雜交種為材料，研究不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀間的差異，不同地區(qū)恢復(fù)系所制雜交種單株粒質(zhì)量的差異以及雜交種不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性，以期為利用各地收集的材料配置大豆雜交種，選配優(yōu)勢(shì)組合提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

以Sxcms1A和Jlsxcms1A這2個(gè)山西改良不育系為母本，山西、安徽2個(gè)恢復(fù)系材料的各5個(gè)株系（代號(hào)分別為SXR-1，SXR-2，SXR-3，SXR-4，SXR-5，AHR-1，AHR-2，AHR-3，AHR-4，AHR-5）為父本，2013年采用山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)作物品種資源研究所雜交大豆課題組創(chuàng)制的“雜交大豆多媒介高異交調(diào)控繁制種技術(shù)”[16]制種而成。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2014年在山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院東陽(yáng)基地進(jìn)行。采用隔離設(shè)計(jì)，田間小區(qū)種植，2行區(qū)，行長(zhǎng)5 m，行距0.5 m，株距0.15 m，各材料之間種2行對(duì)照晉豆19，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。田間管理按常規(guī)方法進(jìn)行，成熟收獲后進(jìn)行室內(nèi)考種。

1.3 數(shù)據(jù)分析

利用Microsoft Office Excel 2003進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)等統(tǒng)計(jì)分析，利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行大豆主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同株系制種對(duì)Jlsxcms1A，Sxcms1A（山西改良不育系）×SXR（山西材料）雜交種農(nóng)藝性狀的影響

由表1可知，以Jlsxcms1A細(xì)胞質(zhì)雄性山西改良不育系為母本的雜交組合，不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)變異系數(shù)差異較大。其中，株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒質(zhì)量和每莢粒數(shù)的變異系數(shù)較小，未達(dá)到10%，而在株質(zhì)量、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、總莢數(shù)和單株粒質(zhì)量上，變異系數(shù)達(dá)到26%以上，特別是單株粒質(zhì)量和總莢數(shù)的變異系數(shù)分別達(dá)到了30.0%和30.6%。

表1 不同株系制種對(duì)Jlsxcms1A×SXR雜交種農(nóng)藝性狀的影響

表2 不同株系制種對(duì)Sxcms1A×SXR雜交種農(nóng)藝性狀的影響

由表2可知，以Sxcms1A細(xì)胞質(zhì)雄性山西改良不育系為母本的雜交組合，不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)變異系數(shù)的差異也較大?？傮w來看，各指標(biāo)變異系數(shù)與Jlsxcms1A為不育系的類似，但其在單株粒數(shù)、總莢數(shù)和單株粒質(zhì)量上變異系數(shù)比Jlsxcms1A為不育系的要小，分別為21.8%，20.5%，21.5%。這說明不同株系對(duì)所制雜交種的農(nóng)藝性狀有影響，但不同的不育系受其影響程度不同。

2.2 不同株系制種對(duì)Jlsxcms1A，Sxcms1A（山西改良不育系）×AHR（安徽材料）雜交種農(nóng)藝性狀的影響

由表3可知，以Jlsxcms1A細(xì)胞質(zhì)雄性山西改良不育系為母本的雜交組合，不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)的變異系數(shù)差異較大。其中，株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒質(zhì)量和每莢粒數(shù)的變異系數(shù)較小，未達(dá)到15%，而在株質(zhì)量、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、總莢數(shù)和單株粒質(zhì)量上，變異系數(shù)達(dá)到26%以上，特別是單株粒質(zhì)量達(dá)到了34.6%的變異系數(shù)。

從表4可以看出，以Sxcms1A細(xì)胞質(zhì)雄性山西改良不育系為母本的雜交組合，不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)的變異系數(shù)差異也較大。

總體來看，AHR不同株系與SXR不同株系所制雜交種變異系數(shù)類似，然而Sxcms1A為不育系所制雜交種的變異系數(shù)普遍低于Jlsxcms1A的，說明Jlsxcms1A不育系所制雜交種受株系影響較大。

表3 不同株系制種對(duì)Jlsxcms1A×AHR雜交種農(nóng)藝性狀的影響

表4 不同株系制種對(duì)Sxcms1A×AHR雜交種農(nóng)藝性狀的影響

2.3 不同地區(qū)的材料對(duì)所制雜交種單株粒質(zhì)量的影響

從表5可以看出，山西改良不育系Sxcms1A和Jlsxcms1A，與恢復(fù)系所制的雜交種，安徽材料單株粒質(zhì)量雜種優(yōu)勢(shì)明顯優(yōu)于山西材料，其比對(duì)照晉豆19增產(chǎn)幅度分別達(dá)到35.9%，12.2%，而山西材料優(yōu)勢(shì)不明顯，甚至低于晉豆19。這說明在一定范圍內(nèi)，親緣關(guān)系越遠(yuǎn)，雜種優(yōu)勢(shì)越明顯。

表5 不同地區(qū)的材料對(duì)所制雜交種單株粒質(zhì)量的影響

2.4 雜交種不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析

由表6可知，大豆產(chǎn)量構(gòu)成因素百粒質(zhì)量與每莢粒數(shù)、株高、主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單株粒數(shù)、總莢數(shù)、分枝數(shù)相關(guān)系數(shù)不顯著；單株粒數(shù)與總莢數(shù)、每莢粒數(shù)、單株粒質(zhì)量、株高、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)均呈極顯著正相關(guān)；總莢數(shù)與單株粒質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、株高和株質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)，與每莢粒數(shù)相關(guān)系數(shù)不顯著；單株粒質(zhì)量與株高、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)。這說明株高、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)等的雜種優(yōu)勢(shì)有利于雜交大豆產(chǎn)量的提高，但往往會(huì)使百粒質(zhì)量下降。所以，在雜交大豆育種實(shí)踐中，提高株高、單株粒數(shù)的同時(shí)還應(yīng)注意對(duì)百粒質(zhì)量的選擇，要綜合考慮選育優(yōu)良雜交種。

表6 雜交種不同農(nóng)藝性狀間的相關(guān)分析

3 結(jié)論與討論

不同株系所制雜交種農(nóng)藝性狀各指標(biāo)變異系數(shù)差異較大，株高、主莖節(jié)數(shù)、百粒質(zhì)量和每莢粒數(shù)變異系數(shù)較小，株質(zhì)量、分枝數(shù)、單株粒數(shù)、總莢數(shù)和單株粒質(zhì)量變異系數(shù)較大，不同來源的不育系受此影響的程度有所差異。在雜交大豆育種體系中，我們首先從各地廣泛收集材料，測(cè)定恢保關(guān)系，各材料按單株種植，繁殖成不同株系，利用株系與不育系進(jìn)行制種，通過本研究明確了此方法的意義，這可能是大豆品種適應(yīng)性與生產(chǎn)地區(qū)的生態(tài)條件、特別是氣候條件關(guān)系密切[17]所致，雖為同一個(gè)品種，但其通過株系繁殖，差異仍然存在。

本研究中山西改良不育系與安徽和山西的恢復(fù)系材料所制的雜交種，安徽材料與2個(gè)不育系所制雜交種的單株粒數(shù)都優(yōu)于山西材料。這與學(xué)者們[5]關(guān)于雜交育種研究得出的親本間的遺傳差異是產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的根本原因，親本間的親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，雜種表現(xiàn)強(qiáng)優(yōu)勢(shì)的可能性較大的結(jié)果相同。這將啟示把已有大豆材料劃分出不同的雜種優(yōu)勢(shì)群體，將有助于強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的篩選。

國(guó)內(nèi)外已報(bào)道了不少有關(guān)大豆主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性研究，但因生態(tài)條件、試驗(yàn)材料及方法的不同往往導(dǎo)致結(jié)果存在差異。劉念析等[18]通過對(duì)中黃24×華夏3號(hào)衍生的含有169個(gè)F7∶8株系的重組自交系群體農(nóng)藝性狀的相關(guān)性研究得出，株高與主莖節(jié)數(shù)、分枝數(shù)、百粒質(zhì)量均呈極顯著正相關(guān)，主莖節(jié)數(shù)與分枝數(shù)、有效莢數(shù)呈極顯著正相關(guān)，分枝數(shù)與百粒質(zhì)量呈極顯著負(fù)相關(guān)。陳學(xué)珍等[19]通過對(duì)以中、美、日、韓4國(guó)大豆品種作親本，組配成21個(gè)雜交組合，對(duì)F2農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)分析，結(jié)果表明，單株莢數(shù)、單株粒數(shù)與單株產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；百粒質(zhì)量與單株產(chǎn)量相關(guān)不明顯，與單株莢數(shù)、單株粒數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)。本研究表明，單株粒質(zhì)量與株高、株質(zhì)量、主莖節(jié)數(shù)和分枝數(shù)呈極顯著正相關(guān)；百粒質(zhì)量與每莢粒數(shù)、株高、主莖節(jié)數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與單株粒數(shù)、總莢數(shù)、分枝數(shù)相關(guān)系數(shù)不顯著。本研究的結(jié)論與陳學(xué)珍等[19]的研究結(jié)果相差不大，與劉念析等[18]的結(jié)果有所差異，除試驗(yàn)材料存在差異外，另一個(gè)原因可能是本研究與前者研究的材料皆是F2，而后者是穩(wěn)定的株系材料。這說明在育種實(shí)踐中，要選育雜交種提高大豆產(chǎn)量時(shí)，以提高株高、單株粒數(shù)的同時(shí)還應(yīng)注意對(duì)百粒質(zhì)量的選擇，要綜合考慮選育出產(chǎn)量高、商品性好的優(yōu)良雜交種。

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Effects of Different Strains Seed Production on Agronomic Traits of Soybean Hybrids

BAI Zhiyuan，ZHANGRuijun，LEI Menglin，WEI Baoguo
（KeyLaboratoryofCrop Gene Resources and GermplasmEnhancement on Loess Plateau,MinistryofAgriculture，Shanxi KeyLaboratoryofGenetic Resources and Genetic Improvement ofMinor Crops，Institute ofCrop Germplasm Resources，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Hybrid materials produced by Shanxi,Anhui two restorers each five strains and two steriles were used to analyze hybrid agronomic traits and correlations.The results showed that variation coefficients of agronomic traits were different among hybrids of different strains,which of plant height,main stem nodes,100-seed quality and seed number per pod were small,which of plant quality, branches,seed number,pod number and grain yield per plant were bigger.Effect degree was different between sterile lines.Hybrid grain yield per plant produced by Anhui materials and two sterile lines were better than the Shanxi ones.It showed that geographical distant cross between parents would cause obvious heterosis.Grain yield per plant and plant height,plant quality,main stemnodes and branches were positively correlated.100-seed quality and seed number per pod,plant height and main stem nodes showed significant negative correlation,which was not significant with seed number,pod number,branches.

hybrid soybean;different strains;agronomic traits

S565.1

A

1002-2481（2016）08-1055-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.01

2016-04-06

山西省科技攻關(guān)項(xiàng)目（20140311005-1）

白志元（1985-），男，山西五臺(tái)人，助理研究員，碩士，主要從事大豆雜種優(yōu)勢(shì)利用研究工作。衛(wèi)保國(guó)為通信作者。