北疆棉花三系主要選育指標(biāo)的遺傳效應(yīng)分析

代勇強 ，張新宇，孫杰

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

北疆棉花三系主要選育指標(biāo)的遺傳效應(yīng)分析

代勇強 ，張新宇，孫杰

(石河子大學(xué)農(nóng)學(xué)院/新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團綠洲生態(tài)農(nóng)業(yè)重點實驗室，新疆石河子 832003)

【目的】分析北疆棉花三系主要選育指標(biāo)的遺傳效應(yīng)，研究三系雜交棉主要選育指標(biāo)的遺傳規(guī)律，篩選出高優(yōu)勢的雜交組合?！痉椒ā孔杂拿藁?個不育系和6個恢復(fù)系采用7×6NCⅡ遺傳交配設(shè)計，配制 42個雜交組合， 對F1代產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)進行遺傳方差和配合力的統(tǒng)計分析?！窘Y(jié)果】(1)棉花產(chǎn)量同時受顯性效應(yīng)和加性效應(yīng)的影響，并且可能存在超顯性；衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度主要受加性效應(yīng)的影響，部分顯性。(2)不育系一般配合力最高的為3-248A，較高的為2-20A、6-89A,其余的一般配合力較低或負(fù)值；恢復(fù)系一般配合力最高的為12-278R，較高的為8-420R、9-186R,其余的一般配合力較低或負(fù)值。(3)特殊配合力最高的為2×9，較高的為6×12、4×9、3×8、6×8，分別比對照增產(chǎn)23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%，其余的一般配合力較低或負(fù)值?！窘Y(jié)論】自育的棉花7個不育系和6個恢復(fù)系采用NCⅡ遺傳交配設(shè)計，對F1代的產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)進行遺傳效應(yīng)分析，篩選出高優(yōu)勢的雜交組合2×9，比對照增產(chǎn)23.33%。

三系雜交棉；NCⅡ遺傳設(shè)計；遺傳效應(yīng)

0 引 言

【研究意義】雜種優(yōu)勢是生物界的普遍現(xiàn)象，已在糧食和蔬菜等作物上廣泛利用。應(yīng)用棉花雜種優(yōu)勢，是提高產(chǎn)量、改進纖維品質(zhì)和增強抗病蟲能力的有效途徑。近年來雜交棉在新疆推廣應(yīng)用速度迅猛，使植棉效益大幅度提高，但新疆棉花獨特的高密度栽培模式，單位面積用種量大，植棉面積大，需要雜交種子量大，雜交種的供需矛盾較突出。新疆雜交棉的發(fā)展，關(guān)鍵是降低雜交制種成本，提高制種產(chǎn)量，選育三系雜交棉是目前解決北疆雜交棉制種成本高和推廣面積逐年縮小這個難題時，北疆雜交棉能否大面積應(yīng)用于生產(chǎn)，在于選育出早熟、高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的強優(yōu)勢雜交組合，并且雜交制種簡便、易操作、成本低[1]。所以研究北疆三系雜交棉有利于提高新疆棉花的市場競爭力，對提高棉農(nóng)植棉收益和新疆植棉業(yè)健康穩(wěn)定可持續(xù)發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】1975年 Meyer[2]育成了具有野生二倍體棉種哈克尼西棉細胞質(zhì)的質(zhì)核互作雄性不育系DES-HAMS 277和DES-HAMS 16，一般陸地棉品種都可作其保持系；同時也育成了相應(yīng)的恢復(fù)系DES-HAF 277和DES-HAF 16，由于這2個恢復(fù)系的育性恢復(fù)能力不穩(wěn)定，始終未能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。1992年美國Stewart[3]育成了具有三裂棉細胞質(zhì)的質(zhì)核互作雄性不育系三裂棉8號，但由于未能篩選出高優(yōu)勢雜交組合，目前仍未能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用。中國雖然起步較晚，但研究速度快，1979年河北農(nóng)科院賈占昌等[4]育成了具有海島棉細胞質(zhì)的質(zhì)核互作雄性不育系104-7A，是我國最早實現(xiàn)陸海三系配套的。1999年山西農(nóng)科院育成了具有陸地棉細胞質(zhì)的質(zhì)核互作雄性不育系晉A，由于未能篩選出高優(yōu)勢雜交組合，目前仍未能在生產(chǎn)中推廣應(yīng)用，2005年郭三堆[5]選育了銀棉2號三系雜交棉，推廣面積達16.67×104hm2(250萬畝)。相繼河北、浙江、新疆又成功選育出高優(yōu)勢的新三系雜交組合?！颈狙芯壳腥朦c 】這些研究選育的三系雜交棉因適應(yīng)性差或產(chǎn)量低等不能在新疆北疆進行大面積推廣種植。通過3年南繁北育，利用國審品種三系雜交棉銀棉2號雜交分離后的不育株，進行5代回交轉(zhuǎn)育了適應(yīng)新疆北疆的7個棉花不育系。同時對銀棉2號雜交分離后的整株可育株進行定株跟蹤，代代測交、測配的遺傳過濾技術(shù)轉(zhuǎn)育了適應(yīng)北疆的6個恢復(fù)系。2015年對這7個不育系和6個恢復(fù)系采用7×6NCⅡ遺傳交配設(shè)計，配制 42個雜交組合，對F1代的產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)進行遺傳方差和配合力的統(tǒng)計分析。【擬解決的關(guān)鍵問題 】 以自育的棉花7個不育系和6個恢復(fù)系采用NCⅡ設(shè)計配制42個組合，對F1代的產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)進行遺傳效應(yīng)分析，研究棉花三系不同類型的親本與其雜交F1代之間的產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)等遺傳規(guī)律；研究其親本的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)效應(yīng)，為篩選出高優(yōu)勢的雜交組合提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

選用7個自育的棉花雄性不育系分別為1-225A、2-20A、3-248A、4-228A、5-22A、6-89A、7-70A，不育率均為100%，選用的6個棉花恢復(fù)系分別為8-420R、9-186R、10-195R、11-204R、12-278R、13-石R4，對不育系的恢復(fù)度均為100%，采用NCⅡ設(shè)計配制42個組合。

1.2 方 法

2014年冬在海南三亞南繁基地對棉花7個不育系和6個恢復(fù)系按NCⅡ設(shè)計配制42個組合，花期對不育系分別授粉，掛牌，收獲42個雜交組合，于2015年夏在新疆奎屯試驗基地將42個組合的雜交種和其中對應(yīng)的13個親本(7個不育系親本用保持系代替)及對照新陸早43號按隨機區(qū)組排列，2.05 m地膜一膜三行，株距12 cm，1行區(qū)，株數(shù)7 500株/667 m2，行長2.55 m，每個材料小區(qū)面積2 m2，重復(fù)3次，參照自治區(qū)棉花區(qū)域試驗要求，田間管理同大田一致，收獲前取中部20鈴考種，測衣分、鈴重等，并送皮棉樣到農(nóng)業(yè)部棉花纖維品質(zhì)檢驗監(jiān)督檢測中心進行纖維品質(zhì)檢測，成熟后全部采收稱重。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

按照《植物數(shù)量遺傳學(xué)》[6]P123-P128和P282-P284中7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計進行遺傳方差和配合力的統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花三系主要選育指標(biāo)的遺傳方差

選用棉花7個自育的雄性不育系1-225A、2-20A 、3-248A 、4-228A 、5-22A、6-89A 、 7-70A,和選用的棉花6個恢復(fù)系8-420R 、9-186R 、 10-195R 、 11-204R、12-278R、13-石R4，配制42個組合的各指標(biāo)進行考種。表1

2.1.1 遺傳方差

研究表明，小區(qū)籽棉產(chǎn)量、衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度的方差分析母本間、父本間、母本×父本互作項均達到極顯著水平。表2

2.1.2 遺傳效應(yīng)

研究表明，籽棉產(chǎn)量的顯性遺傳方差與加性遺傳方差近各半，顯性效應(yīng)占總遺傳方差的50.9%，并且可能存在超顯性；衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度主要受加性效應(yīng)的影響，部分顯性，其加性效應(yīng)占總遺傳方差比例分別為84.89%、86.91%、79.4%、65.93%；與孫濟中等[8](1994)匯總了國內(nèi)外200多篇棉花雜種優(yōu)勢主要經(jīng)濟性狀的基因效應(yīng)分析的結(jié)論大體一致，只有籽棉產(chǎn)量的遺傳效應(yīng)有差異。表3

2.2 棉花三系雜交棉F1代籽棉產(chǎn)量配合力的方差

2.2.1 配合力方差

研究表明，組合間差異顯著，說明組合間存在真實的遺傳差異；父本間、母本間、母本×父本均方都達到1%的顯著水平，說明母本一般配合力效應(yīng)間、父本一般配合力效應(yīng)間和特殊配合力效應(yīng)間都存在極顯著的顯著差異。表5

表2 7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計方差

Table 2 Variance analysis of 7×6 NCⅡ genetic cross design

變異來源VariationsourceDF產(chǎn)量YieldSS產(chǎn)量YieldMS產(chǎn)量YieldF衣分PercentageSS衣分PercentageMS衣分PercentageF上半部平均長度LengthSS上半部平均長度LengthMS區(qū)組Grop20000200780029母本Female60921901537153734182656971101731111821185304父本Male508886017771777912951825932611385992772母×父Female×Male301217300406406798522661745117883505961誤差Error82007940001483820565563800679總Total125

變異來源Variationsource上半部平均長度LengthF馬克隆值McronaireSS馬克隆值McronaireMS馬克隆值McronaireF斷裂比強度StrengthSS斷裂比強度StrengthMS斷裂比強度StrengthFF005F01區(qū)組Grop0033200942母本Female272911226812044728397128791221465214168234329父本Male408223419046846506295709591423904245351母×父Female×Male87793289101096152265792193144817422誤差Error058960007212422601515總Total

表3 7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計遺傳效應(yīng)

Table 3 Genetic effect of 7×6 NCⅡ genetic cross design

遺傳效應(yīng)Geneticeffect籽棉產(chǎn)量Yield衣分Percentage上半部平均長度Length馬克隆值Mcronaire斷裂比強度Strength母本遺傳方差FemaleGeneticvariance00188905162989032263212父本遺傳方差MaleGeneticvariance0019622282031080051205316加性方差A(yù)dditivevariance001915902417528019741975顯性方差Dominantvariance0019810509026410051210208總遺傳方差TotalGeneticvariance0038969533201690248629958加性方差占比Additivevariancerate491%8489%8691%794%6593%平均顯性度Averagedominance101810421903882050930719

注：平均顯性度=(顯性方差/加性方差)1/2比值小于1、近于1、大于1分別為某一性狀是部分顯性、完全顯性、超顯性的標(biāo)準(zhǔn)[7]

Note: Average dominance ratio is less than 1,and close to 1,is greater than the part 1 separately for a certain trait is Partial dominant,completely dominant ,Overdominant[7]

表4 7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計組合籽棉產(chǎn)量總和二向

Table 4 Two dimensional sum of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design

母本Female父本Male8-420R9-186R10-195R11-204R12-278R13-石R4總Total平均Average26931824826129723816310911-225A30829328423724530221315740872-20A2823344326327530330519191073-248A38739835629428836529419951114-228A32029141328024927023917420975-22A26726422526624626022114820826-89A27037825226430342123918571037-70A2552752582132463322281552086總Total208922292231181718522253173912121平均Average099106106087088107083096

表5 7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計組合籽棉產(chǎn)量隨機區(qū)組配合力方差(固定模型)

Table 5 Variance analysis of combining ability in random area group of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design(fixed model)

變異來源VariationsourceDFSSMSFF005F01區(qū)組 Grop200002組合 Combination413027800738738??169211母本 Female609219015371537??234329父本 Male508886017771777??245351母×父 Female×Male301217300406406??17422誤差 Error82007940001總 Total12531074

2.2.2 籽棉產(chǎn)量一般配合力和特殊配合力效應(yīng)估計值

母本一般配合力最高的為3-248A，較高的為2-20A、6-89A,其余的一般配合力較低或負(fù)值；父本一般配合力最高的為12-278R，較高的為8-420R、9-186R,其余的一般配合力較低或負(fù)值。表6

表6 7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計組合籽棉產(chǎn)量一般配合力和特殊配合力效應(yīng)估計值

Table 6 The general combining ability and the special combining ability effect estimate of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design

母本Female父本Male8-420R9-186R10-195R11-204R12-278R13-石R4Gi(f)1-225A001-002001003003-003-0092-20A-007031-001-007-0170080113-248A012-002-004-007000154-228A-01031005-006-018-0040015-22A-004-017016008-006005-0146-89A013-029-006006026-010077-70A-004-01-006004014003-01Gi(m)0101-009-008011-013Y=096

注：母本GCA的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.075 5，父本GCA的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.081 2，SCA的標(biāo)準(zhǔn)誤為0.199 2

Note: Female standard error of GCA is 0.075,5, Male standard error of GCA is 0.081,2, Standard error of SCA is 0.199,2

表7 幾個組合與對照籽棉產(chǎn)量特殊配合力效應(yīng)

Table 7 Combined with the control of seed cotton yield specific combing ability analysis

組合Combination籽棉產(chǎn)量均值Yieldaverage比對照增產(chǎn)Yieldincreasethanthecontrol(%)母本一般配合力Femalegeneralcombiningability父本一般配合力Malegeneralcombiningability特殊配合力Specialcombiningability評價Evaluate2×9148+233301101031最優(yōu)方案6×12140+16670070110264×9138+1500001010313×8133+1083015010126×8126+500007010133×12122+16701501103×9119-08301501-002CK120

2.2.3 籽棉產(chǎn)量特殊配合力效應(yīng)

特殊配合力最高的為2×9，較高的為6×12、4×9、3×8、6×8、分別比對照增產(chǎn)23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%,其余的一般配合力較低或負(fù)值。表7

3 討 論

通過采用7×6 NCⅡ遺傳交配設(shè)計，可以了解選育三系雜交棉主要指標(biāo)的遺傳基因效應(yīng)和配合力。材料不同，所表現(xiàn)出的結(jié)果就不盡相同[9]。衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度主要受加性效應(yīng)的影響，部分顯性，所以在選育品質(zhì)優(yōu)的三系雜交棉時應(yīng)盡量選擇保持系和恢復(fù)系兩個親本之間的衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度等性狀差異較小為好。通過對籽棉產(chǎn)量的配合力的分析結(jié)果來看，同一性狀不同親本的一般配合力不同，同一性狀的特殊配合力效應(yīng)因組合不同而有明顯差異[10]。在選育高產(chǎn)的三系雜交棉時應(yīng)盡量選擇保持系和恢復(fù)系兩個親本產(chǎn)量性狀都較高的為好。

4 結(jié) 論

籽棉產(chǎn)量的顯性遺傳方差與加性遺傳方差近各半，顯性效應(yīng)占總遺傳方差的50.9%，并且可能存在超顯性；衣分、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度主要受加性效應(yīng)的影響，部分顯性，其加性效應(yīng)占總遺傳方差比例分別為84.89%、86.91%、79.4%、65.93%。不育系一般配合力最高的為3-248A，較高的為2-20A、6-89A,其余的一般配合力較低或負(fù)值；恢復(fù)系一般配合力最高的為12-278R，較高的為8-420R、9-186R,其余的一般配合力較低或負(fù)值；特殊配合力最高的為2×9，較高的為6×12、4×9、3×8、6×8、分別比對照增產(chǎn)23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%，其余的一般配合力較低或負(fù)值。自育的棉花7個不育系和6個恢復(fù)系采用NCⅡ遺傳交配設(shè)計，對F1代的產(chǎn)量、衣分和纖維品質(zhì)進行遺傳效應(yīng)分析，為篩選出高優(yōu)勢的雜交組合提供了理論依據(jù)。

References)

[1] 黃滋康，黃觀武.中國棉花雜交種與雜種優(yōu)勢利用[M].北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，2008.

HUANG Zi-kang, HUANG Guan-wu.(2008).ChinesecottonhybridandHeterosis[M]. Bengjing:China Agriculture Press. (in Chinese)

[2] Meyer, V. G. (1975). Male sterility from gossypium harknessii.JournalofHeredity, (1).

[3]KaironmS.RoleofhybyidcottoninIndianeconomy. [C].PvocWorldCotton Res Conf,Greece,1998:75.

[4]王學(xué)德. 三系雜交棉-棉花細胞雄性不育的研究與利用[M]. 北京：科學(xué)出版社，2011.

WANG Xue-de. (2011).Three-lineHybridCotton-ResearchandApplicationofMaleSterilityinCottonCell[M]. Bengjing: Science Press. (in Chinese)

[5]黃滋康，季道藩，潘家駒. 中國棉花遺傳育種學(xué)[M].濟南：山東科學(xué)技術(shù)出版社,2003.

HUANG Zi-kang, JI Dao-fan, PAN Jia-ju. (2003).CottonBreedinginChina[M] Jinan:Shangdong Science and Technology Press. (in Chinese)

[6]孔繁玲. 植物數(shù)量遺傳學(xué)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)大學(xué)出版社,2013.

KONG Fan-ling. (2013).QuantitativeGeneticsinPlants[M]. Bengjing: China Agricultural University Press. (in Chinese)

[7]周有耀.陸地棉產(chǎn)量及纖維品質(zhì)性狀的遺傳分析[J].中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1988，7(2)：135-142.

ZHOU You-yao. (1988). Genetic analysis of yield and fiber quality traits in upland cotton [J].JournalofChinaAgriculturalUniversity, 7(2)：135-142. (in Chinese)

[8]張金發(fā)，鄧忠，孫濟中，等. 陸海種間雜種優(yōu)勢和配合力分析[J].華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報，1994，13(1)：9-14.

ZHANG Jin-fa, DENG Zhong, SUN Ji-zhong, et al. (1994). Analysis on Heterosis and combining ability of interspecific hybrids between upland cotton and island cotton [J].JournalofHuazhongAgriculturalUninversity，13(1)：9-14. (in Chinese)

[9]朱華國，耿衛(wèi)東，韓亞東，等. 新疆棉花三系雜交種產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的遺傳分析[J].新疆農(nóng)業(yè)科學(xué),2014，51(2)：213-219.

ZHU Hua-guo, GENG Wei-dong, HAN Ya-dong, et al. (2014). Primary Genetic Analysis on Yield and Quality Traits of Three Line Hybrids F1 of Cotton in Xinjiang [J].XinjiangAgriculturalSciences, 51(2)：213-219. (in Chinese)

[10]孔憲輝，余渝，劉麗，等． 陸地棉主要性狀雜種優(yōu)勢與配合力研究[J]. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報,2011，20(9):54-60.

KONG Xian-hui, YU Yu, LIU Li, et al. (2011). Analysis the heterosis and combining ability of maun traits for upland cotton [J].ActaAgricultureBoreali-occidentalisSinica, 20(9):54-60. (in Chinese)

Fund project:National science and technology support plans, "New varieties of cotton cultivation and propagation" (2011BAD35B05) and Animal and plant breeding special project of Shehezi University (gxs2012-yz-04)

Genetic Effect Analysis of Main Breeding Targets of Three Lines Hybrids Cotton in Northern Xinjiang

DAI Yong-qiang，ZHANG Xin-yu, SUN Jie

(KeylaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstrictionCrops,CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 This study aims to understand the genetic rules of main selection index of three lines hybrids of Xinjiang cotton with genetic effect analysis to screen high heterosis hybrid combination.【Method】Forty-two crosses were made between 7 sterile lines and 6 restorer lines by using 7×6NCⅡ cross design. The yield, lint percentage and fiber quality of F1generation were used to carry out statistical analysis of genetic variance and combining ability.【Result】Yield was affected by both dominant and additive effects, and may be affected by overdominance effects. Lint percentage, length, micronaire and strength were predominantly affected by additive effect and partly by partial dominance effect. In the sterile lines, 3-248A showed the highest general combining ability, 2-20A and 6-89A showed higher general combining ability, but other restorer lines showed low or negative general combing ability. In the restorer lines, 12-278R showed the highest general combining ability, 8-420R and 9-186R showed higher general combining ability, but other restorer lines showed low or negative general combing ability. In cross combinations, 2×9 showed the highest specific combining ability, 6×12, 4×9, 3×8 and 6×8 showed higher specific combining ability, exhibiting 23.33%, 16.67%, 15%, 10.83% and 5% higher yield than that of the control, respectively, but other combinations showed low or negative specific combining ability.【Conclusion】Filter out the high advantages of hybrid 2×9，exhibiting 23.33% higher yield than that of control respectively, lint percentage and fiber quality of F1generation made between 7 sterile lines and 6 restorer lines with 7×6NCⅡ cross design.

three lines hybrids cotton; NCⅡ genetic cross design; genetic effect analysis

2016-09-18

國家科技支撐計劃“棉花新品種培育與擴繁”(2011BAD35B05)；石河子大學(xué)動植物育種專項(gxs2012-yz-04)

代勇強(1975-)，男，湖南人，助理農(nóng)藝師，碩士生，研究方向為棉花遺傳育種，(E-mail)fenghuoliannian@163.com

孫杰(1969-)，男，江蘇人，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向為棉花遺傳育種，(E-mail)sunjie@shzu.edu.cn

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.01.001

S562

A

1001-4330(2017)01-0001-09