棉花DH群體的構(gòu)建及主要經(jīng)濟(jì)性狀遺傳分析

冀麗霞，郭寶德，黃穗蘭，牛永章

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

棉花DH群體的構(gòu)建及主要經(jīng)濟(jì)性狀遺傳分析

冀麗霞，郭寶德，黃穗蘭，牛永章

（山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所，山西太原030031）

母本選用海島棉（G.barbadense）中具有黃葉指示性狀的半配合材料VSG，父本選用優(yōu)質(zhì)長絨棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，通過棉花遠(yuǎn)緣雜交和半配合生殖技術(shù)相結(jié)合的方法，構(gòu)建了一套完整的DH永久群體，培育出8個DH長絨棉穩(wěn)定系，并以這套群體為基礎(chǔ)材料進(jìn)一步分析了棉花主要經(jīng)濟(jì)性狀如棉纖維長度等的遺傳研究。

半配合；遠(yuǎn)緣雜交；永久群體；經(jīng)濟(jì)性狀

隨著分子生物學(xué)研究的不斷深入和現(xiàn)代生物技術(shù)的迅速發(fā)展，在作物遺傳育種領(lǐng)域，特別是對于遺傳標(biāo)記與遺傳作圖等研究，作物群體是最基本的物質(zhì)基礎(chǔ)，而其中永久性群體（permanent population）是最有價值的試驗(yàn)材料[1]。目前，供遺傳學(xué)研究應(yīng)用的永久性群體有加倍單倍體DH群體（doubled haploid population）、重組近交系RIL群體（recombinant inbred line population）和近等基因系NIL群體（near-isogenic line population）[2]。其中，DH群體是最理想的永久性群體[3]。利用DH群體可以更準(zhǔn)確地開展基因定位（QTL定位）、基因數(shù)目的估計(jì)、基因連鎖的檢測、基因之間或基因與環(huán)境之間的互作效應(yīng)等方面的研究[4]。

近年來，南京農(nóng)業(yè)大學(xué)、中國棉花研究所先后均開展了棉花半配合生殖的研究，均是從胚胎學(xué)和細(xì)胞學(xué)方面進(jìn)行了較深入的研究，但在DH群體構(gòu)建方面尚未見報道[5]。2010—2015年山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組通過棉花遠(yuǎn)緣雜交和半配合生殖技術(shù)相結(jié)合，構(gòu)建了一套穩(wěn)定的永久群體，并對這套群體的主要經(jīng)濟(jì)性狀（如棉纖維長度等）進(jìn)行遺傳分析，以促進(jìn)棉花DH群體的研究利用，為進(jìn)一步選育出綜合性狀優(yōu)良的新品種提供遺傳資源[6]。

1 材料和方法

1.1 雜交親本的配制和雜交技術(shù)

母本選用海島棉（G.barbadense）中具有黃葉指示性狀的半配合材料VSG，父本選用優(yōu)質(zhì)長絨棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，采用成對雜交的方法，較大規(guī)模地開展雜交，由于雜交后代中父本型和父母本嵌合型的單倍體出現(xiàn)的頻率一般為5%左右，單倍體加倍成二倍體的成功率為15%～20%[7]。所以，要獲得足夠數(shù)量的單倍體，必須通過大量雜交才能保證[8]。

1.2 單倍體的鑒別與培育

用半配合材料VSG作親本的雜種一代（F1）出現(xiàn)單倍體的類型有以下3種：母本型單倍體；父本型單倍體和父母本型的嵌合體[9]。一般期望的是后2種類型，由于單倍體的染色體數(shù)目（n＝26）是正常二倍體（2 n＝52）的1/2。所以，植株矮小，主莖扭曲，主莖和果枝節(jié)間距離縮短，葉片和花瓣變小，花柱變短，柱頭萎縮，花藥瘦秕，無花粉粒，不能正常授粉結(jié)實(shí)，因此，單倍體植株一般都生長緩慢、瘦弱，容易夭折，需要對其采取特殊的管理措施。首先，在試驗(yàn)田中，拔掉非單倍體植株和母本型單倍體，只保留父本型和嵌合型單倍體。其次，在生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)水肥管理，改善生長發(fā)育條件[10]。為了擴(kuò)大單倍體的群體和改善單倍體的營養(yǎng)狀況，可采用嫁接的方法，將單倍體的幼芽作接穗，用具有雜種優(yōu)勢的父本植株作砧木進(jìn)行嫁接，嫁接后的單倍體幼芽比在原單倍體植株上得到更充足的養(yǎng)分供給，發(fā)育迅速，健壯，有利于染色體加倍[11-12]。

1.3 染色體加倍與DH群體的培育

單倍體經(jīng)染色體加倍后即成為加倍單倍體（DH），由于基因純合，各種性狀已穩(wěn)定，后代不會產(chǎn)生分離[13]。常用的染色體加倍方法有2種。（1）幼苗加倍：將單倍體的幼苗頂尖浸入0.05%秋水仙堿溶液6 h，環(huán)境溫度23～26℃。（2）枝條加倍：將單倍體植株上的幼嫩枝條的生長點(diǎn)浸入0.03%～0.05%秋水仙堿加5%二甲基亞砜溶液12～24 h，環(huán)境溫度28～30℃。棉花是常異花授粉作物，異交率一般為2%～5%，主要靠昆蟲傳粉，因此，為了保持DH群體的純度，在繁殖過程中必須嚴(yán)格自交，防止生物混雜和機(jī)械混雜。為了加快DH群體的構(gòu)建，冬季利用溫室或海南加代繁殖[14]。

2 結(jié)果與分析

2.1 DH群體主要纖維品質(zhì)的測定

通過遠(yuǎn)緣雜交與半配合相結(jié)合的方法，構(gòu)建了一套完整的DH永久群體，并培育出8個DH長絨棉穩(wěn)定系。經(jīng)農(nóng)業(yè)部棉花品質(zhì)測試中心檢測，8個DH穩(wěn)定系的2.5%跨長均達(dá)到35 mm以上，比強(qiáng)度最低34.3 CN/tex，馬克隆值在3.4～4.7（表1），達(dá)到了國家中長絨棉新品種育種指標(biāo)[15]。

表1 DH群體主要纖維品質(zhì)測定結(jié)果

2.2 DH群體各性狀的遺傳分析

對父本及8個DH群體的生物學(xué)性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行平均數(shù)、標(biāo)準(zhǔn)差及變異系數(shù)的分析。從表2可以看出，8個DH群體的標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)均小于父本（（TY－16×99－508）F1），說明8個DH群體整齊一致，沒有產(chǎn)生性狀分離的現(xiàn)象，利用半配合特性培育的DH群體基因是完全純合的[16]。

表2 父本及8個DH群體各種性狀的遺傳分析

2.3 DH群體產(chǎn)量表現(xiàn)

培育出的8個DH群體不僅可作為遺傳種質(zhì)資源利用，有的還可直接用于生產(chǎn)。從表3可以看出，DH896產(chǎn)量高，2013，2014年2 a平均籽棉產(chǎn)量2 245.5 kg/hm2，比對照晉棉37號增產(chǎn)3.1%；皮棉產(chǎn)量874.5 kg/hm2，比對照晉棉37號增產(chǎn)2.8%。

表3 DH群體2013—2014年2 a平均產(chǎn)量測定結(jié)果

3 討論與結(jié)論

棉花由于花粉培養(yǎng)的難度較大，國內(nèi)外至今尚未獲得花粉培養(yǎng)成單倍體植株的報道，更談不上DH加倍單倍體群體的構(gòu)建。但是棉花半配合（Semigamy）材料的發(fā)現(xiàn)，為培養(yǎng)棉花單倍體和構(gòu)建DH群體提供了條件[17]。棉花半配合生殖特性是由顯性單基因（Se）控制[18]。目前在棉花遺傳育種中普遍應(yīng)用的半配合材料是具有黃葉指示性狀的VSG。自1963年Turcotte首次報導(dǎo)了VSG具有半配合生殖特性之后，有學(xué)者先后用VSG與海島棉和陸地棉雜交，F(xiàn)1均獲得一部分單倍體植株和少量加倍單倍體植株[19]。近年來，山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組利用VSG與棉花遠(yuǎn)緣雜交后代雜交曾獲得30多個加倍單倍體植株。實(shí)踐證明，利用VSG培育單倍體和加倍單倍體（DH）是一條有效的途徑。

國內(nèi)外遺傳育種學(xué)家一致認(rèn)為，培育成功一個新的種質(zhì)資源材料比選育一個新品種更有價值[12]。山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所棉花遠(yuǎn)緣雜交課題組培育出的DH群體由于基因純合，各種性狀相對穩(wěn)定，此套DH群體的構(gòu)建將為棉花各種性狀的基因定位、基因克隆等奠定良好的物質(zhì)基礎(chǔ)，對促進(jìn)我國棉花遺傳改良具有重要的理論意義和應(yīng)用價值[20]。

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［2］蔡岳，梁增浩.小麥DH群體的構(gòu)建及其應(yīng)用研究[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2013（2）：24-25.

［3］張能義，薜慶中.水稻DH群體數(shù)量性狀的遺傳分析[J].作物學(xué)報，1997，23（1）：123-126.

［4］姚星偉，江漢民，文正華.青花菜小孢子供體與DH群體性狀相關(guān)性初步研究[J].天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，18（2）：1-4.

［5］蘇展，程海濤，郭玉華.水稻DH群體鹽脅迫下苗高的主基因-多基因混合模型遺傳分析 [J].華北農(nóng)學(xué)報，2011，26（3）：210-213.

［6］袁有祿，張?zhí)煺妫?，?棉花高品質(zhì)纖維性狀QTLs的分子標(biāo)記篩選及其定位[J].遺傳學(xué)報，2001，28（12）：1151-1161.

［7］任志強(qiáng)，牛偉，楊慧珍，等.棉花單倍體育種新技術(shù)：半配合生殖育種介紹[J].作物雜志，2003（4）：45-46.

［8］張海洋，潘家駒，王順華.棉花半配合材料的形態(tài)特征和遺傳特性的研究初報[J].南京農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1994，17（1）：6-14.

［9］張海洋，潘家駒，張?zhí)煺?，?棉花半配合材料VSG在遺傳育種中的應(yīng)用[J].西北農(nóng)業(yè)學(xué)報，1995，4（2）：17-21.

［10］韓雪梅，吳樹彪，牛永章，等.棉花半配合材料VSG-1受精過程觀察初報[J].山西農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1996（3）：102-105.

［11］張海洋，張?zhí)煺?，潘家駒，等.棉花單倍體植株染色體加倍研究[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué)，1996（7）：10-12.

［12］牛永章，彭鎖堂，張?jiān)?，?棉花VSG半配合生殖特性及同工酶分析[J].華北農(nóng)學(xué)報，1997，12（12）：134-138.

［13］王坤波.棉花半配特性及其應(yīng)用研究[J].國外農(nóng)學(xué)：棉花，1987（1）：1-7.

［14］祝水金.棉花半配合生殖與單倍體育種研究進(jìn)展 [J].江西棉花，1994，26（3）：15-18.

［15］郭寶德，牛永章，黃穗蘭，等.半配合材料VSG快速穩(wěn)定棉花遠(yuǎn)緣雜種后代的研究[J].華北農(nóng)學(xué)報，2003，18（3）：28-31.

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［20］梁正蘭.棉花遠(yuǎn)緣雜交的遺傳與育種[M].北京：科學(xué)技術(shù)出版社，1999.

Construction of Cotton DH Group and Genetic Analysis of Major Economic Traits

JI Lixia，GUOBaode，HUANGSuilan，NIUYongzhang
（Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Semigamy material VSG with yellow indicating traits was selected as female parent in island cotton（G.barbadense）, hybrid generation of high quality long-staple cotton 99-508 and extra early maturity TY-16 as male parent.Through combining with distant hybridization and semigamy breeding technology,a complete set of DH permanent population was constructed,eight DH long-staple cotton systems were cultivated,and the main cotton economic traits were further analysed,based on this group ofmaterials,for example genetic studies ofcotton fiber length,etc.

semigamy;distant hybridization;permanent group;economic trait

S562

A

1002-2481（2016）08-1059-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.02

2016-03-24

冀麗霞（1975-），女，山西平遙人，助理研究員，碩士，主要從事棉花遺傳育種研究工作。