甜高粱雜交種F₁代雜種優(yōu)勢研究

羅峰 裴忠有 高建明

摘要 [目的]研究甜高粱雜交種F1代的雜種優(yōu)勢。 [方法]以2個不育系為母本，8個恢復(fù)系為父本，配置16個雜交組合，分析雜交種F1代各性狀的雜種優(yōu)勢。 [結(jié)果]甜高粱雜交種F1代的株高具有超親優(yōu)勢和正向的中親優(yōu)勢，大部分組合莖粗具有超親和正向中親優(yōu)勢;生物產(chǎn)量表現(xiàn)出較高的正向超親優(yōu)勢，其正優(yōu)勢達(dá)到93.75%;錘度表現(xiàn)出正向或負(fù)向的中親優(yōu)勢，其中正向的占56.25%，負(fù)向的占43.75%。株高與低親值、高親值、中親值均呈顯著正相關(guān)，莖粗與高親值和中親值呈顯著正相關(guān)，生物產(chǎn)量與低親值、中親值和高親值均呈極顯著正相關(guān)，錘度與雙親關(guān)系不密切，出汁率與高親值呈顯著正相關(guān)。A2×R1、A2×R7、A2×R3組合株高、生物產(chǎn)量和錘度的雜種優(yōu)勢分別達(dá)到最高。 [結(jié)論]該研究可為甜高粱的品種選育提供參考。

關(guān)鍵詞 甜高粱;雜交種;雜種優(yōu)勢;超親優(yōu)勢;中親優(yōu)勢

中圖分類號 S566.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2019）10-0049-04

Abstract [Objective] To study the heterosis of F1 generation of sweet sorghum hybrids. [Method] Heterosis of characters in F1 hybrid generation was analyzed by using 16 cross combinations with two male sterile lines as female parent and 8 restorer lines as male parent. [Result] Plant height of hybrid F1 had overparent heterosis and positive midparent heterosis， and the stem diameter of most combinations had overparent heterosis and positive midparent heterosis. Biomass showed higher positive overparent heterosis， and its positive advantage was 93.75%. Brix showed positive or negative midparent heterosis， and the positive accounted for 56.25%， the negative accounted for 43.75%. Plant height was significantly positively correlated with low parent value， high parent value and midparent value， stem diameter was significantly positively correlated with high parent value and midparent value， and biomass had a significant positive correlation with low parent value， high parent value and midparent value and brix was not closely related to parents. Juice content had a significant positive correlation with high parent value. A2×R1、A2×R7、A2×R3 combinations had the highest heterosis in plant height， biomass and brix. [Conclusion] The research could provide a reference for the selection of sweet sorghum varieties.

Key words Sweet sorghum;Hybrids;Heterosis;Overparent heterosis;Midparent heterosis

甜高粱[Sorghum bicolor（ L.）Moench]為粒用高粱的一個變種，其具有生物產(chǎn)量高、莖稈多汁多糖及乙醇轉(zhuǎn)化率高等優(yōu)點，是最具優(yōu)勢的生物質(zhì)能源作物之一[1-4]。甜高粱莖稈富含大量的糖分，通過固體或液體發(fā)酵可將其莖稈中的糖分轉(zhuǎn)化成燃料乙醇，可緩解能源危機[5]。同時，甜高粱也是一種重要的飼料作物，其青貯飼料產(chǎn)量遠(yuǎn)高于玉米等其他飼料，而且營養(yǎng)價值很高[6]。此外，甜高粱還具有較強的抗逆性，可在鹽堿灘涂和瘠薄地上種植[7-10]?？傊?，甜高粱優(yōu)點很多，作為新興的能源、飼料、糖料作物越來越受到人們的重視和關(guān)注。

利用雜種優(yōu)勢是提高農(nóng)作物產(chǎn)量的一種有效方法，我國已先后在玉米、高粱、水稻、棉花、油菜等作物上獲得成功。我國甜高粱育種起步于20世紀(jì)80年代，目前已育出遼甜系列、沈農(nóng)甜雜系列、吉甜系列和晉甜雜系列等眾多品種。部分品種已在生產(chǎn)上應(yīng)用，并表現(xiàn)出較強的雜種優(yōu)勢[11]。但總體上，我國甜高粱育種與先進(jìn)國家間仍有一定差距，還存在育種資源匱乏、莖稈錘度低、綜合抗性差等問題[12-13]。因此，選育出雜種優(yōu)勢強、生物產(chǎn)量高、錘度高、抗性強的甜高粱品種對于緩解我國能源緊張、改善生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)國民經(jīng)濟持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展，具有十分重要的意義[14-16]。

目前，關(guān)于普通高粱雜種優(yōu)勢的報道較多，但關(guān)于甜高粱雜種優(yōu)勢研究方面的報道則較少 [17-22]。因此，筆者以甜高粱雜交種F1代為研究對象，對其生物產(chǎn)量、錘度及出汁率等性狀的雜種優(yōu)勢進(jìn)行了研究，以期為甜高粱雜種優(yōu)勢理論研究和新品種選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗于2017—2018年在天津市靜海良種場進(jìn)行，前茬作物為玉米。以2個高粱不育系（A1和A2）為母本和8個優(yōu)良恢復(fù)系為父本（R1～R8），共配置16個雜交組合，各組合父、母本材料見表1。

1.2 試驗設(shè)計

2017年采取人工授粉的方法配置了16個雜交組合。于2018年5月5日播種F1代，每個組合種1個小區(qū)，每小區(qū)共6行，行長5 m，行距0.5 m，株距0.25 m，3次重復(fù)。其他管理同大田生產(chǎn)。

1.3 測定方法

在甜高粱植株成熟時，每小區(qū)選取代表性植株10株，測定株高、莖粗和生物產(chǎn)量等性狀。用WYT型手持折射儀（錘度測量儀）測量錘度，并對測得數(shù)值進(jìn)行校正。對甜高粱莖稈進(jìn)行榨汁，并按以下公式計算出汁率：

出汁率（%）=莖稈汁液重莖稈重×100

1.4 雜種優(yōu)勢分析

參照張?zhí)煺娼榻B的公式，分別計算上述5個性狀的超親優(yōu)勢及中親優(yōu)勢[23]。計算公式如下：

超親優(yōu)勢（%）=（F1-HP）/HP×100

中親優(yōu)勢（%）=（F1-MP）/MP×100

式中，HP為高親值，MP為雙親平均值，F(xiàn)1為雜交種某一數(shù)量性狀的測定值。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜高粱雜交種F1代性狀表現(xiàn)及變異系數(shù)

由表2可見，生物產(chǎn)量和出汁率的變異系數(shù)較大，分別為0.393 4和0.389 1，這說明不同組合F1代生物產(chǎn)量和出汁率間的差異最明顯。其中，單株生物產(chǎn)量的變幅為0.46～0.98 kg。錘度和株高的變異系數(shù)次之，分別為0.267 4和0.216 2。莖粗的變異系數(shù)最小，僅為0.164 6。

2.2 甜高粱雜交種F1代主要農(nóng)藝性狀雜種優(yōu)勢分析

由表3可知，16個雜交組合F1代在株高上均表現(xiàn)出正向超親優(yōu)勢，變幅為6.89%～58.36%。除A2×R8組合表現(xiàn)負(fù)向中親優(yōu)勢外，其他組合F1代株高均表現(xiàn)出正向中親優(yōu)勢，且在0.24%～50.91%之間，其變幅范圍較大。其中，組合A2×R1的F1代株高超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢最大。除A1×R3組合外，其他組合F1代的莖粗均表現(xiàn)出正向超親優(yōu)勢，變幅為5.02%～51.71%。A1×R3、A1×R8、A2×R3組合表現(xiàn)為負(fù)向中親優(yōu)勢，其他13個組合表現(xiàn)為正向超親優(yōu)勢，在2.22%～47.36%之間，其變幅范圍也較大。其中A1×R6的超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢最大，分別為51.71%和47.36%。16個組合F1代的生物產(chǎn)量均表現(xiàn)出正向超親優(yōu)勢，變幅為13.52%～156.94%。僅A1×R4、A1×R6、A2×R3等3個組合F1代生物產(chǎn)量表現(xiàn)為負(fù)向中親優(yōu)勢，大部分組合則表現(xiàn)出正向的中親優(yōu)勢。上述結(jié)果表明，大部分組合F1代在株高、莖粗以及生物產(chǎn)量等性狀上表現(xiàn)出超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢。

2.3 甜高粱雜交種F1代錘度和出汁率雜種優(yōu)勢分析

錘度和出汁率均是與糖產(chǎn)量有關(guān)的性狀，是衡量甜高粱品質(zhì)的重要性狀。由表4可看出，A1為母本的組合，F(xiàn)1代錘度有的組合表現(xiàn)出正向超親優(yōu)勢，有的則表現(xiàn)出負(fù)向超親優(yōu)勢;A2為母本的全部8個組合均表現(xiàn)出正向超親優(yōu)勢，且在8.24%～36.21%之間，變幅范圍不大，其中A2×R3組合錘度的超親優(yōu)勢最大。F1代錘度的中親優(yōu)勢表現(xiàn)與超親優(yōu)勢類似，A1系列組合表現(xiàn)出正向或負(fù)向中親優(yōu)勢，A2系列組合均表現(xiàn)出正向中親優(yōu)勢，其中A2×R3組合中親優(yōu)勢最高，達(dá)到40.57%。

2.4 F1代各性狀雜種優(yōu)勢分析比較

由表5可見，5個性狀總平均中親優(yōu)勢為21.14%，中親優(yōu)勢表現(xiàn)為生物產(chǎn)量>株高>出汁率>莖粗>錘度。表明甜高粱雜種F1代生物產(chǎn)量的雜種優(yōu)勢最強，因此，在育種中可選擇父本和母本均高大粗壯的材料，以期獲得較高的雜種優(yōu)勢。錘度的雜種優(yōu)勢最低，主要是由于錘度受環(huán)境影響較大，氣候條件、土壤養(yǎng)分以及栽培措施等都會影響到甜高粱的錘度，因此，其較難獲得很高的雜種優(yōu)勢。

從雜種優(yōu)勢的分布次數(shù)看，在總數(shù)80項次中，大于和等于中親值的有62項次，小于中親值的18項次。如果把雜種F值與中親值比較，大于或等于中親值的定為正優(yōu)勢，小于中親值的定為負(fù)優(yōu)勢，那么正優(yōu)勢占75.12%，負(fù)優(yōu)勢占24.88%。其中，生物產(chǎn)量的正優(yōu)勢最大，占93.75%。

進(jìn)一步分析超親優(yōu)勢可知，在80項次中，超高親優(yōu)勢有64項，占80.00%，超低親優(yōu)勢有3項，且均為錘度和出汁率，占3.75%。介于高值親本和低值親本之間的有13項，占16.25%。株高、莖粗和生物產(chǎn)量等主要農(nóng)藝性狀均表現(xiàn)出不同程度的超親優(yōu)勢;錘度和出汁率不僅表現(xiàn)出超親優(yōu)勢，而且也表現(xiàn)出負(fù)向超親優(yōu)勢。因此，在選育高錘度和出汁率品種時，應(yīng)尤其注意親本的選擇，如果選擇不當(dāng)，雜交種則會表現(xiàn)出負(fù)向超親優(yōu)勢。

2.5 甜高粱各性狀親子相關(guān)分析

由表6可見，甜高粱雜交種的株高與低親值呈顯著正相關(guān)，與高親值和中親值均呈極顯著正相關(guān);莖粗與高親值呈極顯著正相關(guān)，與中親值呈顯著正相關(guān);生物產(chǎn)量與低親值、中親值和高親值均呈極顯著正相關(guān);錘度與低親值呈不顯著負(fù)相關(guān)，與高親值和中親值間均呈不顯著正相關(guān);出汁率與高親值呈顯著正相關(guān)。

3 結(jié)論與討論

該研究中甜高粱雜交種F1代株高均表現(xiàn)出正向的超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢，但不同組合間差異較大，其中A2×R1組合超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢均最大，分別為52.11%和50.91%;大部分組合的莖粗表現(xiàn)出正向的超親優(yōu)勢或中親優(yōu)勢，少數(shù)組合表現(xiàn)出負(fù)向的超親優(yōu)勢或中親優(yōu)勢;甜高粱雜交種F1代生物產(chǎn)量表現(xiàn)出較高的正向超親優(yōu)勢，其正優(yōu)勢達(dá)93.75%;錘度表現(xiàn)出正向或負(fù)向的超親優(yōu)勢和中親優(yōu)勢，其中正優(yōu)勢占56.25%，負(fù)優(yōu)勢占43.75%。

該研究表明，相同母本不同父本的組合雜種優(yōu)勢表現(xiàn)不同。結(jié)果顯示，A2×R1組合株高雜種優(yōu)勢最大，A2×R7組合生物產(chǎn)量雜種優(yōu)勢最大，A2×R3組合錘度雜種優(yōu)勢最大。上述結(jié)果說明以7050A為母本的組合，其F1代性狀表現(xiàn)要優(yōu)于以Tx623A為母本的組合。

該研究發(fā)現(xiàn)，甜高粱株高與高親值和中親值均呈極顯著正相關(guān)，與低親值呈顯著正相關(guān);莖粗與高親值呈極顯著正相關(guān)，與中親值呈正相關(guān)。表明株高和莖粗更易受高值親本的影響，因此，在甜高粱育種中可選擇株高和莖粗有明顯優(yōu)勢的材料做親本，以提高雜交種的株高、莖粗，進(jìn)而提高生物產(chǎn)量。生物產(chǎn)量與低親值、中親值和高親值均呈極顯著正相關(guān)，說明甜高粱的生物產(chǎn)量與雙親關(guān)系均很密切，因此，應(yīng)選擇生物產(chǎn)量均較高的父、母本進(jìn)行雜交。甜高粱錘度與低親值、高親值和中親值都呈不顯著相關(guān)，說明甜高粱錘度與雙親關(guān)系不密切?？赡苁且驗殄N度受環(huán)境因子的影響較大，溫度、光照、降水等因子都會影響到錘度，此外，土壤養(yǎng)分、施肥、灌溉、種植密度等因子也會影響錘度[24]。出汁率與高親值呈顯著正相關(guān)，因此育種中應(yīng)選擇出汁率高的材料作父本。

目前，甜高粱雜交種錘度的雜種優(yōu)勢不高，主要是因為甜高粱育種中多以普通高粱不育系進(jìn)行雜交選育，缺乏甜高粱專用不育系，這樣極大地限制了甜高粱錘度的提高。因此，當(dāng)務(wù)之急是選育出甜高粱專用不育系，以期更好地利用其雜種優(yōu)勢。

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