甜高粱新選親本系的配合力及遺傳力分析

張志鵬，朱凱，鄒劍秋，張飛，柯福來，王艷秋

（遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高粱研究所，遼寧沈陽110161）

甜高粱（Sorghum bicolor（L.）Beauv）是粒用高粱的一個(gè)變種，其莖稈液汁豐富，含糖量高，抗旱、耐澇、耐鹽堿、耐瘠薄，是重要的可再生能源作物，同時(shí)也是重要的糖料、飼料作物［1］，在世界范圍內(nèi)受到廣泛的重視［2］。甜高粱為短日照C4 植物，生長能力強(qiáng)，有“高能作物”之稱，有利于促進(jìn)邊際性土地增產(chǎn)增效［3］。

親本材料在生物產(chǎn)量、含糖量和抗性方面的突破是得到高產(chǎn)、高糖、多抗甜高粱雜交種的基礎(chǔ)［4～6］。親本配合力好是選育優(yōu)質(zhì)雜交種的基礎(chǔ)，配合力表現(xiàn)優(yōu)異的親本或品系選育出優(yōu)異雜交種的概率顯著提高，因而眾多育種者都將配合力作為衡量親本是否具有利用價(jià)值的主要參數(shù)［7，8］。農(nóng)藝性狀是評價(jià)雜交種的直接手段，利用農(nóng)藝性狀選擇育種是最直接的育種方法?；謴?fù)系是組配雜交高粱不可或缺的組成部分，恢復(fù)系性狀與配合力的提高是高粱雜交種更新?lián)Q代的保證，因此優(yōu)良恢復(fù)系選育是推動高粱雜交種抗性與雜種優(yōu)勢提高的主要動力。

因此，本文通過對3 個(gè)甜高粱恢復(fù)系與8 個(gè)甜高粱不育系的主要性狀進(jìn)行配合力及遺傳力分析，以期通過科學(xué)、準(zhǔn)確的評價(jià)分析生物量、株高、莖粗、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率、倒折率等主要農(nóng)藝性狀的遺傳特性，為選育優(yōu)良的雜交甜高粱新品種提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料以8 個(gè)自選不育系7050A2、LS3A1、LA1-16、654A3、7409A1、L4-A3、9198A3、TX3989E為母本，以3 個(gè)自育甜高粱恢復(fù)系LTR108、M81-E/ICSV298、LN2 為父本。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017 年秋于遼寧省海南南繁基地，利用8 個(gè)不育系和3 個(gè)恢復(fù)系，按照不完全雙列雜交（NCII 設(shè)計(jì)）組配24 個(gè)雜交組合。2018 年春于遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地進(jìn)行田間性狀測定，試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，每小區(qū)行長4 m，4 行，行距 0.6 m，株距22 cm。

1.3 測定方法

生物產(chǎn)量：成熟期，每小區(qū)去邊行選中間2 行（取樣面積4.8 m2）用數(shù)顯電子秤稱重，保留整數(shù)。

含糖錘度：蠟熟期，整株榨汁，用PAL-1 型糖度計(jì)測定汁液含糖錘度。

莖汁出汁率：在蠟熟期每小區(qū)隨機(jī)取10 株樣本，去葉片、根部、穗部后，用榨汁機(jī)整株壓榨2 次后的出汁量所占比重。

傾斜率：指0°＜傾斜角度≤15°的植株占總株數(shù)的百分率。

倒折率：指傾斜角度≥45°的植株與倒折植株之和占總株數(shù)的百分比，倒折率=（傾斜角度≥45°的植株數(shù)+倒折植株數(shù)）/總株數(shù)×100%。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Excel 2010 和SPSS18.0 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，估算各性狀的一般配合力（GCA）、特殊配合力（SCA）和群體遺傳參數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 主要農(nóng)藝性狀配合力方差分析

對3 個(gè)恢復(fù)系及其8 個(gè)異質(zhì)細(xì)胞質(zhì)不育系組配的24 個(gè)組合F1 代7 個(gè)性狀進(jìn)行方差分析，各性狀差異均達(dá)極顯著差異（表1）。對主要農(nóng)藝性狀配合力的方差分析表明，不育系只有莖汁出汁率差異極顯著，恢復(fù)系生物量、株高、莖粗、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率、倒折率等性狀均呈顯著或極顯著差異，說明恢復(fù)系基因型差異是決定雜交種各性狀間差異的主要因素［9，10］。可見，在甜高粱雜交選育過程中，恢復(fù)系的選擇及應(yīng)用尤為重要，應(yīng)根據(jù)育種目標(biāo)，科學(xué)合理地利用親本資源選配雜交組合。

表1 主要農(nóng)藝性狀方差分析（F 值）Table 1 Variance analysis of main agronomic traits（F value）

2.2 主要農(nóng)藝性狀一般配合力分析

2.2.1 恢復(fù)系主要農(nóng)藝性狀一般配合力分析

從表 2 可以看出，在恢復(fù)系中，LTR108 的生物量、株高、莖粗、莖汁出汁率、含糖錘度等農(nóng)藝性狀GCA 相對效應(yīng)值為正值，極顯著高于M81-E/ICSV298、LN 2，后兩者的一般相應(yīng)值均為負(fù)值；LTR108 傾斜率和倒折率的GCA 相對效應(yīng)值為負(fù)值，而 M81-E/ICSV298、LN 2 為正值，表明 LTR108恢復(fù)系在抗倒伏方面優(yōu)于其他兩個(gè)。以上結(jié)果表明，恢復(fù)系LTR108 能夠提高生物量，增加莖高和莖粗，提高莖汁出汁率和含糖錘度，降低傾斜率和倒折率，是綜合性狀理想的親本材料［11～14］。

2.2.2 不育系主要農(nóng)藝性狀一般配合力分析

8 個(gè)甜高粱不育系7 個(gè)被測性狀中，生物量、株高、莖粗、莖汁出汁率、含糖錘度等農(nóng)藝性狀GCA相對效應(yīng)值為正值的是L4-A3。同時(shí)，其傾斜率和倒折率效應(yīng)值為負(fù)，是綜合性狀理想的不育系材料。生物量性狀GCA 相對效應(yīng)值最高為9198A3（402.13），TX3989E 為最低（-665.43）；株高性狀GCA 相 對 效 應(yīng) 值 以 654A3為 最 高（19.69），TX3989E 為最低（-20.51）；莖粗性狀 GCA 相對效應(yīng) 值 以 7050A2最 高（0.07），TX3989E 為 最 低（-0.14）；莖汁出汁率性狀GCA 相對效應(yīng)值以7050A2為最高（3.12），TX398 9E 最低（-6.26）；含糖錘度性狀GCA 相對效應(yīng)值以LS3A1為最高（0.44），LA1-16 最低（-0.87）；傾斜率性狀 GCA相對效應(yīng)值以 TX398 9E 為最高（8.29），LS3A1最低（-5.12）；倒折率性狀GCA 相對效應(yīng)值以TX3989E 為 最 高（8.18），7409A1為 最 低（-4.16）（表 3）。

表2 恢復(fù)系農(nóng)藝性狀的一般配合力效應(yīng)Table 2 General combining ability effect of the main agronomic traits of the restorer lines

因而，如果僅考慮單一性狀選擇親本材料，不育系9198A3是增加生物量的理想親本材料；不育系654A3是增加株高的理想親本材料；不育系L4-A3是增加莖粗的理想親本材料；不育系7050A2是增加莖汁出汁率的理想親本材料；不育系LS3A1是增加含糖錘度的理想親本材料；不育系LS3A1是降低傾斜率的理想親本材料；不育系L4-A3是降低倒折率的理想親本材料。

表3 不育系主要農(nóng)藝性狀的一般配合力效應(yīng)Table 3 General combining ability effect of main agronomic traits of sterile lines

2.3 主要農(nóng)藝性狀特殊配合力分析

在高產(chǎn)組合育種中，特殊配合力也是選育品種的一個(gè)重要參考指標(biāo)。由表4 可知，本試驗(yàn)組配的雜交組合，其農(nóng)藝性狀的SCA 效應(yīng)值差異較大。有13 個(gè)組合的生物量SCA 效應(yīng)值為正值，其中以LA1-16/LTR108 組合的 SCA 效應(yīng)值最高（663.53）。株高SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為正值的組合11 個(gè)，其中以654A3/LTR108 組合的SCA 效應(yīng)值最高（39.96）；莖粗SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為正值的組合13 個(gè)，其中以LA1-16/LTR108 組合的 SCA 效應(yīng)值最高（0.14）；莖

2.4 主要農(nóng)藝性狀相關(guān)遺傳參數(shù)分析

由表5 可知，莖粗的一般配合力方差最高，為59.81%，表明該性狀以加性基因效應(yīng)為主。生物汁出汁率SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為正值的組合13 個(gè)，其中以TX3989E/M81-E/ICSV298 組合的SCA 效應(yīng)值最高（6.26）；含糖錘度SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為正值的組合 13 個(gè)，其中以 7050A2/M81-E/ICSV298 組合的 SCA 效應(yīng)值最高（0.57）；傾斜率 SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為負(fù)值的組合13 個(gè)，其中以TX3989E/M81-E/ICSV298 組合的 SCA 效應(yīng)值最低（-10.43）；倒折率SCA 效應(yīng)值表現(xiàn)為負(fù)值的組合9 個(gè)，其中以TX3989E/M81-E/ICSV298 組合的 SCA 效 應(yīng) 值 最低（-9.29）。量、株高、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率和倒折率的特殊配合力較高，分別為75.5%、55.21%、88.73%、94.99%、62.67%、70.69%，表明這些農(nóng)藝性狀以非加性基因作用為主。從遺傳力上看，親本系生物量、株高、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率、倒折率的廣義遺傳力均在85%以上，表現(xiàn)較高；而狹義遺傳力較低［15］。

表4 各組合主要農(nóng)藝性狀特殊配合力相對效應(yīng)值Table 4 Special combining ability effect value of main agronomic traits of each combination

3 討論與結(jié)論

配合力是雜種優(yōu)勢利用中反應(yīng)親本應(yīng)用價(jià)值的主要指標(biāo)，配合力高的親本材料組配出優(yōu)良雜交種的可能性顯著提高。本試驗(yàn)結(jié)果表明，參試甜高粱3 個(gè)恢復(fù)系中LTR108 自身農(nóng)藝性狀優(yōu)良，不僅一般配合力效應(yīng)值高，特殊配合力效應(yīng)值也有較高表現(xiàn)。此研結(jié)論與周福平等［8］的究研究結(jié)果基本一致。本研究還發(fā)現(xiàn)表現(xiàn)優(yōu)良的雜交組合LA1-16/LTR108 和 654A3/LTR108 是生物量、株 高 、莖粗、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率和倒折率等綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良的雜交組合，遺傳了恢復(fù)系LTR108 的優(yōu)良性狀。此研究結(jié)果與張曉娟等［16］的結(jié)論相吻合，但與王艷秋等［17］的研究結(jié)果略有差異，可能是因?yàn)樵囼?yàn)材料不同所致。此外，從單個(gè)性狀的一般配合力分析，不育系9198A3是增加生物量的理想親本材料；不育系654A3是增加株高的理想親本材料；不育系7050A2是增加莖汁出汁率的理想親本材料；不育系LS3A1是增加含糖錘度和降低傾斜率的理想親本材料，也反映了恢復(fù)系LTR108 與多種類型不育系都具有較好的配合力合遺傳力。

表5 主要農(nóng)藝性狀相關(guān)遺傳參數(shù)Table 5 Genetic parameters related to main agronomic traits

此外，在研究的甜高粱7 個(gè)主要農(nóng)藝性狀中，與恢復(fù)系LTR108 組配的后代莖粗性狀一般配合力的方差較大，說明該性狀起主要作用的可能是加性效應(yīng)，生物量、株高、莖汁出汁率、含糖錘度、傾斜率和倒折率等性狀的特殊配合力效應(yīng)值較大，特殊配合力與變異度有關(guān)系，變異度越大，該親本與其他親本雜交時(shí)，出現(xiàn)極端后代的可性越大，如莖汁出汁率、含糖錘度等表現(xiàn)優(yōu)良的654A3/LTR108 雜交組合。

綜上所述，在甜高粱選育時(shí)，關(guān)注親本的自身性狀的同時(shí)，也要注重親本目標(biāo)性狀的一般配合力和特殊配合力?；謴?fù)系LTR108 能夠提高生物量，增加莖高和莖粗，提高莖汁出汁率和含糖錘度，降低傾斜率和倒折率，是各性狀理想親本材料。