10個(gè)新選紅米恢復(fù)系主要農(nóng)藝性狀配合力分析

焦后意 宋澤 秦建權(quán) 周麗潔 余顯權(quán)

摘?要：為了探討紅米恢復(fù)系的選育方法，本文以貴紅1號(hào)×蜀恢498F5群體中通過MAS的方法選擇了10株含有恢復(fù)因子的單株建立株系，并以此為父本，選擇了5個(gè)不育系為母本（其中三系不育系3個(gè)、光-溫兩用核不育系2個(gè)）按照（NCII）設(shè)計(jì)配制50個(gè)組合，對所配制組合的8個(gè)農(nóng)藝性狀的配合力及遺傳參數(shù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：（1）所選擇的10個(gè)株系所配組合，無論是兩系還是三系，結(jié)實(shí)都基本正常，表明恢復(fù)系的恢復(fù)力正常;（2）參試組合的株高、有效穗數(shù)、千粒重、實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量主要受基因加性效應(yīng)影響，但其中株高、有效穗、千粒重、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的特殊配合力方差也占一定的比例，非加性作用也比較明顯。而穗長上主要受基因加性效應(yīng)和基因非加性效應(yīng)互作的共同影響;雜交組合的穗長、千粒重的表現(xiàn)更多的依賴于不育系，有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率主要取決于恢復(fù)系，株高、實(shí)粒數(shù)、單株產(chǎn)量要綜合雙親的表現(xiàn);（3）編號(hào)為R9、R6、R8為配合力好的親本，R9具有最好的一般配合力（GCA）效應(yīng)值;R8×糧98s、R7×糧98s、R9×209A、R6×209A為較優(yōu)組合，R8×糧98s特殊配合力（SCA）最優(yōu)。

關(guān)鍵詞：紅米;恢復(fù)系;配合力;遺傳力

中圖分類號(hào)：S511文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1008-0457（2020）03-0034-07國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.03.006

Combining Ability Analysis of the Agronomic Characters in Ten Red Rice Restorer Lines

JIAO Houyi， SONG Ze， QIN Jianquan， ZHOU Lijie， YU Xianquan.*

（College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang， Guizhou 550025，China）

Abstract：10 individual plants containing restorer factors were selected by marker-assisted selection （MAS） in Guihong No. 1×Shuhui 498 F5 population to establish lines in order to explore the breeding method of red rice restorer lines.Using this as the male parent， five male sterile lines were selected as the female parent （including 3 three-line sterile lines and 2 light-temperature dual-purpose genic sterile line）. 50 combinations were prepared according to the （NCII） design， and the combining ability and genetic parameters of 8 agronomic traits of the formulated combination treatyments were analyzed. The results showed that （1） The seed set of the 10 selected lines， no matter two or three lines， was basically normal， indicating that the restoring ability of the restoring lines was normal; （2） The plant height， effective panicle number， 1000-grain weight， filled grain number， total grain number per panicle， and seed setting rate， and yield per plant of the tested combination treatments were mainly affected by additive effects of genes， but among them， the special combining ability variance of plant height， effective number of panicles，1000-grain weight， filled grain number and seed setting rate also accouned for a certain proportion， and the non-additive effect was also obvious. The panicle length was mainly affected by the interaction of gene additive effects and gene non-additive effects. the performance of panicle length and 1000-grain weight of the hybrid combination depended more on the sterile line. The number of effective panicles， the total number of grains per panicle， and the seed setting rate mainly depended on the restorer lines. Plant height， filled grain number， and yield per plant should be combined with the performance of parents;（3）R9， R6， and R8 were the parents with good combining ability， and R9 had the best general combining ability（GCA）. R8×Liang 98s， R7×Liang 98s， R9×209A， R6×209A were better combinations， and R8×Liang 98s had the best special combining ability （SCA）.

Keywords：red rice;restorer lines;combining ability; heritability

隨著這些年來水稻的產(chǎn)量的提升[1]與人民生活水平的提高，人們對于糧食的需求得到的滿足，進(jìn)而開始對口感、營養(yǎng)等方面有了更高的追求。紅米含有豐富的營養(yǎng)，鈣、鐵、鋅、銅、硒、鉬、錳、硫等微量元素顯著高于白米[2-5]，而且有很高的保健和食療價(jià)值紅米的色素也在工業(yè)方面大有用處，市場前景十分廣闊。同時(shí)我國有著豐富的紅米資源[6]，這讓紅米育種擁有很好的資源基礎(chǔ)。但在紅米育種方面還相對落后，目前使用的品種多以地方品種為主，這些品種普遍存在抗性一般、產(chǎn)量低、米質(zhì)差和適應(yīng)性有限等問題。在生產(chǎn)中難以大面積推廣應(yīng)用，導(dǎo)致了紅米產(chǎn)業(yè)難以深入發(fā)展[7]。

雜交水稻存在雜種優(yōu)勢，F(xiàn)1代在一些性狀表現(xiàn)上會(huì)優(yōu)于雙親[8]，好的雜交組合能有效提高產(chǎn)量，提升稻米品質(zhì)，豐富遺傳背景，增強(qiáng)組合抗逆能力。水稻雜種優(yōu)勢利用的實(shí)質(zhì)就是配合力育種，雜交水稻育種成敗的重要因素之一是父母本的正確選擇[9]。配合力能夠?qū)τH本與雜交組合進(jìn)行綜合的評(píng)價(jià)，有利于確定親本和雜交組合的選育方向。因此，開展水稻配合力及遺傳力的研究具有重要意義。目前紅米稻配合力相關(guān)研究相比普通白米的較少，本研究的10個(gè)新選紅米恢復(fù)系是過從貴紅1號(hào)×蜀恢498F5群體中選育出的材料。再以這10個(gè)新選紅米恢復(fù)系和 3個(gè)三系不育系、兩個(gè)兩系不育系配制50個(gè)組合，通過F1的結(jié)實(shí)率來判斷恢復(fù)系的恢復(fù)力。并對雜交組合的8個(gè)農(nóng)藝性狀的配合力與遺傳力進(jìn)行分析，比較10個(gè)恢復(fù)系的配合力情況，旨在為新選育的10個(gè)紅米恢復(fù)系育種潛力作出評(píng)價(jià)，為今后紅米恢復(fù)系選育和選配強(qiáng)優(yōu)勢組合提供理論依據(jù)。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

恢復(fù)系：R1～R10（由貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院水稻所選育）。

三系不育系：宜香1A、105A、209A依次記為A1、A2、A3（均由貴州省農(nóng)科院水稻研究所提供）。

兩系不育系：1892S記為A4（由安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院水稻研究所選育）、糧98s記為A5（由銅仁農(nóng)科所提供）。

1.2?試驗(yàn)方案

將10個(gè)恢復(fù)系及5個(gè)不育系按NCII（10×5）設(shè)計(jì)，于2018年月份冬在海南貴州水稻南繁育種基地試驗(yàn)田雜交配組出50個(gè)組合，2019年4月將F1播種于貴州省黔東南州錦屏縣試驗(yàn)田（E109.2°N26.68°），秧田為露地濕潤育秧，6月單株移栽。按照隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)田間試驗(yàn)，各小區(qū)栽插3行，10株，重復(fù)3次。按照當(dāng)?shù)厮驹耘喙芾泶胧┻M(jìn)行管理。

1.3?性狀考察

在成熟期每小區(qū)去除偽雜株后，田間考查株高、單株有效穗，之后取中間行有代表性的 5株，曬干留作實(shí)驗(yàn)室考種，對穗長、實(shí)粒數(shù)、總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重、單株產(chǎn)量個(gè)性狀進(jìn)行考察。

1.4?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用WPS和SPSS 18進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、方差分析、一般配合力（GCA）效應(yīng)值、特殊配合力（SCA）效應(yīng)值、基因型方差貢獻(xiàn)率、廣義遺傳率、狹義遺傳率的計(jì)算。統(tǒng)計(jì)方法參照不完全雙列雜交的配合力分析[10]。

2?結(jié)果與分析

2.1?參試組合結(jié)實(shí)率情況

通過對50個(gè)組合各性狀的結(jié)實(shí)率情況（表1）分析可知，每個(gè)組合的結(jié)實(shí)率多在70%以上，證明恢復(fù)系具有正常的恢復(fù)力，而結(jié)實(shí)率只有少數(shù)達(dá)到80%以上并且有的組合甚至只有65%左右。8月份正是試驗(yàn)材料抽穗揚(yáng)花期-灌漿期，由表2可知，試驗(yàn)地錦屏縣8月最高溫度多在35℃以上，最高時(shí)能達(dá)到37℃。推測持續(xù)的高溫導(dǎo)致了試驗(yàn)材料結(jié)實(shí)率的普遍下降。

2.2?參試組合種皮顏色

不同材料的恢復(fù)性是通過MAS選擇的，試驗(yàn)材料的種皮顏色則是通過多代的表型選擇選出的，通過觀察種皮得知50個(gè)組合的顏色皆為紅色，并且這10個(gè)恢復(fù)系已由前人證明所帶的花色苷表達(dá)的基因是由一對主效基因控制，并且存在微效基因的作用，并且不存在細(xì)胞質(zhì)遺傳[11]。即表明10個(gè)恢復(fù)系帶有的花色苷表達(dá)基因?yàn)榧兒系摹？捎糜谝院蟮碾s交紅米稻的組配。

2.3?配合力方差分析

通過對50個(gè)組合各性狀的方差分析可知（表2），組合間的株高、有效穗數(shù)、穗長、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重和產(chǎn)量8個(gè)性狀方差均達(dá)到極顯著水平，說明各性狀均存在極顯著的遺傳差異。組合間的遺傳差異來自母本、父本和父母本的互作效應(yīng)，根據(jù)方差分析結(jié)果可知，各性狀的父、母本一般配合力方差均存在極顯著性差異，而雜交組合特殊配合力在有效穗數(shù)、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率和單株產(chǎn)量等5個(gè)性狀上沒有顯著差異，除開前5個(gè)性狀的株高、穗長、千粒重這幾個(gè)性狀的特殊配合力方差存在極顯著性差異，說明基因加性效應(yīng)及基因互作的非加性效在株高、穗長、千粒重幾個(gè)性狀表現(xiàn)具有重要影響。父母本一般配合力方差均大于組合特殊配合力方差。

2.4?恢復(fù)系一般配合力效應(yīng)分析

一般配合力是一系列雜交組合平均表現(xiàn)的反映，GCA高的親本其農(nóng)藝性狀對配組后代的影響較大。10個(gè)恢復(fù)系主要農(nóng)藝性狀GCA分析結(jié)果見表3。不同恢復(fù)系同一性狀和同一恢復(fù)系不同性狀的GCA效應(yīng)值存在明顯差異，并且表現(xiàn)出不同程度的正負(fù)效應(yīng)。說明10個(gè)恢復(fù)系同一親本的不同性狀及同一性狀在不同親本中的遺傳特點(diǎn)都存在差異。在10個(gè)恢復(fù)系中，R2在株高上的GCA效應(yīng)值最好，為-1.60，其次為R1>R3>R9>R6>R7均表現(xiàn)為由小到大的負(fù)效應(yīng)值，株高的降低能有效增強(qiáng)植株的抗倒能力，可用于抗倒品種的選育;R9、R5、R4、R2、R8的穗長GCA為正效應(yīng)值，分別為1.01、0.49、0.31、0.12、0.03，其余的為R1>R7>R6>R3>R10的負(fù)效應(yīng);構(gòu)成產(chǎn)量的四個(gè)要素：有效穗、總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重。有效穗的GCA效應(yīng)值R7表現(xiàn)最好，為0.85，其余R6>R2>R4>R8>R10>0>R1>R5>R3>R9，R5總粒數(shù)的GCA效應(yīng)值為17.08，其余R8>R9>R10>R4>0>R7>R6>R2>R3>R1。R6、R7、R2、R10的結(jié)實(shí)率GCA為正效應(yīng)值，依次為5.01、3.32、2.76、1.40。R9、R6、R8的千粒重效應(yīng)值均為正效應(yīng)值，分別為1.51、1.08、0.63，R7、R3、R2、R5、R1、R4、R10則為從小到大的負(fù)效應(yīng);實(shí)粒數(shù)的GCA效應(yīng)值R10最高，達(dá)到7.12，其余為R8>R9>R5>R6>R7>0>R2>R4>R3>R1;單株產(chǎn)量是反應(yīng)產(chǎn)量的直觀因素，R9的效應(yīng)值最高，為0.35，主要是由于千粒重和每穗總粒數(shù)發(fā)揮了重要作用。其次為R6、R8、R7、R5、R10，其余為負(fù)效應(yīng)。綜合產(chǎn)量相關(guān)性狀的GCA效應(yīng)值可知，R9表現(xiàn)最好，其次為R6、R8，而R1的表現(xiàn)最差。

2.5?雜交組合特殊配合力效應(yīng)分析

特殊配合力是雜交組合與基于雙親平均表現(xiàn)預(yù)期結(jié)果的偏差，用于反映親本基因型的非加性基因效應(yīng)，是雜交組合選配的參考依據(jù)。由表4可知，株高SCA表現(xiàn)為負(fù)的共25個(gè)組合，其中R8×A5的株高效應(yīng)值最好，為-8.56，而其次為R9×A5、R7×A3，效應(yīng)值分別為-5.62、-4.39;有效穗效應(yīng)值為正的共24個(gè)組合，效應(yīng)值較好的為R2×A2、R7×A5、R6×A4，效應(yīng)值分別為2.22、2.18、1.77;24個(gè)組合在穗長上表現(xiàn)為正效應(yīng)值，表現(xiàn)較好的為R9×A4、R9×A3、R4×A2，效應(yīng)值分別為2.65、2.05、1.93;實(shí)粒數(shù)SCA效應(yīng)值較高的組合為R8×A5、R4×A4、R5×A3、R7×A5，效應(yīng)值分別為29.56、23.95、22.22、20.47，共29個(gè)組合為正效應(yīng)值;總粒數(shù)表現(xiàn)為正效應(yīng)值的組合為29個(gè)，較好的分別為R5×A3、R4×A4、R10×A5、R4×A2，35.66、26.59、25.52、24.24;而R6×A3、R7×A4、R6×A2、R7×A5、R8×A5結(jié)實(shí)率較高，效應(yīng)值分別為13.04、11.86、9.65、9.59、9.56，正效應(yīng)組合共27個(gè);R9×A3、R8×A4、R6×A2、R6×A3千粒重較大，效應(yīng)值分別為3.68、2.00、1.96、1.75，組合中共28個(gè)表現(xiàn)為正效應(yīng)值。單株產(chǎn)量是衡量組合產(chǎn)量情況的最直接的依據(jù)，50個(gè)組合中單株產(chǎn)量正效應(yīng)值的組合共30個(gè)，其中R7×A5、R8×A5表現(xiàn)最好，SCA效應(yīng)值均為0.750、0.749，其次為R9×A3、R6×A5、R4×A4、R6×A3、R9×A5，效應(yīng)值分別為0.678、0.626、0.538、0.528、0.463。

結(jié)合株高與單株產(chǎn)量分析，表現(xiàn)較好的組合為R8×A5（-8.56，0.749）、R7×A5（0.60，0.750）、R9×A3（0.14，0.678）、R4×A4（0.08，0.538）、R6×A3（-3.79，0.528）、R9×A5（-5.62，0.463）、R5×A2（0.74，0.422）、R7×A4（-0.15，0.389 ）、R6×A4（-2.06，0.349）、R2×A3（-4.36，0.252）。

2.6?農(nóng)藝性狀配合力基因型方差和遺傳力分析

為了解親本對F1雜種優(yōu)勢的影響，對8個(gè)農(nóng)藝性狀的基因型方差遺傳分量進(jìn)行估算。從表5可知，父本在有效穗、結(jié)實(shí)率、每穗總粒數(shù)的基因型方差遠(yuǎn)高于母本，而母本則在穗長、千粒重上遠(yuǎn)高于父本，雙親在株高、實(shí)粒數(shù)、產(chǎn)量上的基因型方差相近，表明雜交組合的穗長、千粒重的表現(xiàn)更多的依賴于不育系，有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率主要取決于恢復(fù)系，株高、實(shí)粒數(shù)、單株產(chǎn)量要綜合雙親的表現(xiàn)。

株高、有效穗、千粒重、實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量的GCA基因型方差貢獻(xiàn)率在60%以上，表明這些性狀主要受基因加性效應(yīng)影響。但其中株高、有效穗、千粒重、實(shí)粒數(shù)、結(jié)實(shí)率的特殊配合力方差也占一定的比例，非加性作用也比較明顯，在這些性狀上對親本的選擇較為重要，同時(shí)結(jié)合組合的評(píng)鑒。而穗長的GCA、SCA基因型方差貢獻(xiàn)率相差并不大，這就表明在這穗長上主要受基因加性效應(yīng)和基因非加性效應(yīng)互作的共同影響。千粒重的狹義遺傳率大于50%，說明這些性狀在后代遺傳中的穩(wěn)定性較好，可以在早期世代進(jìn)行選擇;單株產(chǎn)量、每穗總粒數(shù)則在50%至30%的范圍，一定程度受到環(huán)境的影響，可以早代可以綜合環(huán)境進(jìn)行選擇。而有效穗數(shù)、株高、結(jié)實(shí)率、每穗實(shí)粒數(shù)、穗長的狹義遺傳率較低，在30%以下，說明其受環(huán)境影響相對較大，在后代遺傳中這些性狀的穩(wěn)定性較差，它們由親本直接傳遞給雜種后代的能力較差，應(yīng)考慮環(huán)境和組合的特殊配合力影響，要在晚代或間接選擇才有效。性狀狹義遺傳率大小順序?yàn)椋呵ЯＶ?、單株產(chǎn)量、每穗總粒數(shù)、株高、結(jié)實(shí)率、每穗實(shí)粒數(shù)、穗長、有效穗數(shù)。

3?結(jié)論與討論

3.1?結(jié)論

通過MAS選擇的10個(gè)恢復(fù)系具有恢復(fù)力，證明MAS于恢復(fù)系的選育適用。而10個(gè)恢復(fù)系的組合后代種皮顏色全為紅色，證明了這些恢復(fù)系具有純合的花色苷基因?？蛇M(jìn)一步的通過配合力來評(píng)價(jià)試驗(yàn)材料。在育種實(shí)踐中，選擇一般配合力較高的親本，并且選擇具較高的特殊配合力的組合是獲得優(yōu)秀雜交種的關(guān)鍵[12-14]。R9、R6、R8為配合力好的親本，是較理想的恢復(fù)系親本，具有較好的應(yīng)用前景;R9的千粒重一般配合力有較高的正效應(yīng)，可用來改良千粒重;F1的種植地點(diǎn)貴州黔東南錦屏于水稻揚(yáng)花期時(shí)候平均溫度在36℃左右，水稻水稻揚(yáng)花期易受高溫影響，導(dǎo)致結(jié)實(shí)率的下降，而R6的結(jié)實(shí)率一般配合力有較高的正效應(yīng)，說明R6可以作為耐高溫的候選材料。R8×A5、R7×A5、R9×A3、R6×A3為較優(yōu)組合，R8×A5特殊配合力（SCA）最優(yōu)。而組合中在是一般配合力較高的親本的同時(shí)，并且選擇具較高的特殊配合力的組合是R8×A5、R9×A3。

3.2?討論

3.2.1?高溫對結(jié)實(shí)率的影響

水稻抽穗至揚(yáng)花期最適宜的溫度為25～30℃。抽穗之前的幼穗分化期持續(xù)的高溫天氣， 會(huì)導(dǎo)致花器發(fā)育不全、花粉發(fā)育不良， 不僅降低水稻的生長活力， 還造成水稻秕谷率大大提升。抽穗揚(yáng)花期連續(xù)溫度過高， 尤其是開花當(dāng)日有高溫脅迫，嚴(yán)重?fù)p傷水稻的雄性生殖器官，降低花藥開裂率， 導(dǎo)致花粉失活、受精不良，出現(xiàn)大量的癟粒、空粒，影響水稻結(jié)實(shí)[15-17]。水稻灌漿期最適宜的溫度為21～25℃。一旦出現(xiàn)高溫?zé)岷Γ?顯著地降低了水稻的結(jié)實(shí)率并且降低籽粒的飽滿度， 使稻米品質(zhì)降低[18-19]。本研究親本與雜交組合平均結(jié)實(shí)率只有70%左右，推測是因?yàn)槭艿搅烁邷赜绊?，不過連續(xù)高溫時(shí)間不多，只是輕度熱害，對結(jié)實(shí)率影響較小。輕度高溫?zé)岷υ囼?yàn)產(chǎn)生了一定的影響，不過試驗(yàn)材料受到的影響較小并且都受到了一樣的影響，試驗(yàn)結(jié)果依然可靠，而且還能夠提供篩選耐熱性材料的一個(gè)證據(jù)。

3.2.2?各配合力研究之間的差異

在配合力方面，目前由于材料和種植環(huán)境的不同， 國內(nèi)外學(xué)者對雜交水稻親本配合力的研究結(jié)果具有較大差異[20]。本研究結(jié)果顯示，株高、有效穗、千粒重、每穗實(shí)粒數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、單株產(chǎn)量主要受基因加性效應(yīng)影響。而穗長上主要受基因加性效應(yīng)和基因非加性效應(yīng)互作的共同影響。與馬國華等[21]、楊海亮[22]的研究差異較小。而與王強(qiáng)[23]、葉小英[24]等研究完全不同。

本試驗(yàn)結(jié)果表明，雜交組合的穗長、千粒重的表現(xiàn)更多地依賴于不育系，有效穗數(shù)、每穗總粒數(shù)、結(jié)實(shí)率主要取決于恢復(fù)系。與前人研究[25-27]中長、千粒重依賴于不育系，單株產(chǎn)量、總粒數(shù)受恢復(fù)系的結(jié)果一致，而其余性狀各有著不同差異。在不同材料和環(huán)境的條件下，千粒重主要受基因加性效應(yīng)影響和受不育系影響的研究結(jié)果是最為一致的。而其他性狀在不同的研究有著不同差異。因此，在育種工作中，要實(shí)際考察使用材料的特性。

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