陸地棉雜交組合F1、F2 競爭優(yōu)勢研究

裴小雨，劉艷改，周曉箭，李威，王星星，賀昆侖，張飛，任中英，趙俊杰，楊代剛

（中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所/ 棉花生物學國家重點實驗室，河南安陽455000）

棉花是我國重要的經(jīng)濟作物之一， 其產(chǎn)量關系著我國棉農(nóng)的生計和紡織業(yè)的健康發(fā)展。 近年來，我國植棉面積逐漸下降， 棉花產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展必須依靠科技創(chuàng)新[1]。 棉花的雜種優(yōu)勢利用是提高產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)和增強抗逆性的有效途徑[2]。 雖然棉花雄性不育系制種的研究與應用已取得很大進展，但由于目前棉花雜種優(yōu)勢利用主要采用人工去雄制種，成本較高，使得棉花雜種一代的優(yōu)勢受到很大的限制， 在一定程度上制約了棉花雜交種的推廣和應用。 大量研究表明，有些組合F2雖然出現(xiàn)分離現(xiàn)象，但保持了一定的剩余優(yōu)勢， 具有一定的生產(chǎn)潛力和廣泛的適應性以及緩沖性， 說明部分雜交組合的F2是有一定利用價值， 利用棉花F2對于降低制種生產(chǎn)成本具有實際意義[3]，有利于棉花雜種優(yōu)勢的應用。

本研究結合強優(yōu)勢雜交棉選育實踐，通過對多個陸地棉雜交組合的F1、F2產(chǎn)量與纖維品質(zhì)性狀的分析評估， 以期對強優(yōu)勢組合的選育以及F2的生產(chǎn)應用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

以2028、9053、中棉所12 為母本，以GK1、sGK9708 選系和中棉所45 為父本， 采用NCⅡ交配設計配制9 個雜交組合，代號1～9（表1）。 2017年在中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所白壁試驗田種植6 個親本并配制雜交組合，2018 年種植F1收獲F2。2019 年在位于長江流域棉區(qū)的荊州農(nóng)業(yè)科學院試驗基地進行試驗， 以9 個雜交組合的F1和F2為試驗材料，以鄂抗棉10 號為對照（CK）。 采用營養(yǎng)缽育苗，2019 年4 月17 日播種，5 月24 日移栽。田間設計采用組合拉丁方設計[4]，行長5 m，行距0.9 m，株距為0.4 m，2 行區(qū)，3 次重復。移栽后管理與常規(guī)大田管理一致。

表1 雜交組合親本與代號

1.2 試驗調(diào)查

在9 月15 日分別調(diào)查各小區(qū)的株高、 單株果枝數(shù)、單株結鈴數(shù)等性狀。 每小區(qū)采收棉株中部正常吐絮的25 個棉鈴，進行室內(nèi)考種，計算鈴重、衣分、籽指等，棉樣送農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗測試中心進行測定，主要檢測指標：纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、馬克隆值、斷裂伸長率、斷裂比強度。

1.3 數(shù)據(jù)處理

按下列公式計算競爭優(yōu)勢：F1競爭優(yōu)勢（%）＝（F1性狀的表型值－對照性狀的表型值）/ 對照性狀的表型值×100%；F2競爭優(yōu)勢（%）＝（F2性狀的表型值－對照性狀的表型值）/ 對照性狀的表型值×100%。 數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2010 和SAS 9.3進行統(tǒng)計與分析。

2 結果與分析

2.1 F1、F2 主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量構成因素的競爭優(yōu)勢

表2 對9 個雜交組合和CK 的主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量構成因素進行差異比較。 除組合1 的F2外，其他組合的F1、F2株高均高于CK， 其中組合1、2、3、5 和8 的F1株高顯著或者極顯著高于CK；除組合1 外， 其它組合的F2的株高與CK 相比仍具有一定的競爭優(yōu)勢， 其中組合2 的F2株高極顯著高于CK，但總體較F1下降，表明棉株的營養(yǎng)生長優(yōu)勢減弱。 前8 個雜交組合F1單株果枝數(shù)均顯著或者極顯著高于CK，而組合9 的F1單株果枝數(shù)極顯著低于CK，具有負向競爭優(yōu)勢；大部分雜交組合F2單株果枝數(shù)較F1降低， 而雜交組合7 和9 的F2單株果枝數(shù)比F1有所增加， 雜交組合6 的F2單株果枝數(shù)極顯著高于CK。 就單株結鈴數(shù)而言，除了組合2、7，其他組合F1單株結鈴數(shù)高于CK，差異不顯著； 組合1、6 和9 的F2單株結鈴數(shù)表現(xiàn)為負向競爭優(yōu)勢， 其他組合的F2單株結鈴數(shù)表現(xiàn)為正向競爭優(yōu)勢， 其中組合7 的F2單株結鈴數(shù)與CK差異達顯著水平。 有5 個組合F1鈴重高于CK，其中組合3 的F1鈴重極顯著高于CK； 除組合9 外，其他組合F2鈴重均降低，競爭優(yōu)勢均衰退。 就衣分來看，有5 個組合F1的衣分高于CK，組合4、5 和7 的F1衣分顯著或者極顯著高于CK；僅有4 個組合F2衣分高于CK， 組合6 的F2衣分極顯著高于CK。 有6 個組合F1籽指高于CK，其中組合3 的F1籽指極顯著高于CK， 僅有2 個組合F2籽指低于CK。 由此可見，本試驗中大多數(shù)雜交組合F1、F2株高、單株果枝數(shù)、單株結鈴數(shù)、籽指具有競爭優(yōu)勢，F(xiàn)2產(chǎn)量競爭優(yōu)勢減退主要是由于鈴重和衣分的降低。

表2 F1、F2 農(nóng)藝與產(chǎn)量構成因素的差異比較

表2 （續(xù)）

2.2 F1、F2 產(chǎn)量的競爭優(yōu)勢

對F1、F2籽棉和皮棉產(chǎn)量分析， 從表3 可知，9個雜交組合的F1產(chǎn)量中， 組合5、6 和8 的籽棉產(chǎn)量均顯著高于CK，增幅為20.25%～28.37%，組合4、5、6 和8 的F1皮棉產(chǎn)量均顯著高于CK，增幅為15.59%～35.58%， 組合5、6 和8 的F1的籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量均顯著高于CK。 9 個參試組合中，有7個組合的F2籽棉、皮棉產(chǎn)量較F1均降低，其中籽棉減產(chǎn)幅度為1.64%～47.09%， 皮棉減產(chǎn)幅度為9.03%～48.28%， 可見產(chǎn)量競爭優(yōu)勢有所衰退，但組合5 的F2籽棉、皮棉產(chǎn)量較F1提高，這可能與衣分有關。 與CK 相比，組合2、3、5 和6 的F2籽棉和皮棉產(chǎn)量較CK 提高， 籽棉產(chǎn)量增幅0.70%～9.58%，皮棉產(chǎn)量增幅5.06%～18.3%。在本試驗中，組合5 的F2籽棉和皮棉產(chǎn)量較F1提高， 分別為11.10%和7.56%， 該組合的F2籽棉和皮棉產(chǎn)量較CK 也提高，分別為4.16%和8.80%。

2.3 F1、F2 纖維品質(zhì)的競爭優(yōu)勢

如表4 所示，通過對5 個指標進行纖維品質(zhì)的評價。3 個組合F1上半部平均長度有一定的正向競爭優(yōu)勢， 組合2 的F1上半部平均長度顯著高于CK；組合6 和9 的F2上半部平均長度競爭優(yōu)勢為負值， 且組合6 的F2上半部平均長度顯著低于CK，其他組合F2的上半部平均長度均比對照有所增加。 所有組合F2的長度整齊度指數(shù)的競爭優(yōu)勢均為負值； 組合3、4 和8 的F1長度整齊度指數(shù)的競爭優(yōu)勢為正值，但值都比較小。在斷裂比強度上，只有3 個組合F1斷裂比強度有一定正向競爭優(yōu)勢， 組合2、6 和8 的F2斷裂比強度的競爭優(yōu)勢為負值，與CK 差異不顯著。所有組合F1、F2的馬克隆值均低于CK， 其中組合3 的F1、F2的馬克隆值極顯著低于CK。 斷裂伸長率方面，9 個組合F1、F2的斷裂伸長率較CK 競爭優(yōu)勢不顯著，其中組合2 和8 的F1斷裂伸長率相較于CK 增加，組合4、5 和7 的F2斷裂伸長率相較于CK 增加。 整體來看，F(xiàn)2的纖維品質(zhì)較F1有所下降，但差異較小，品質(zhì)指標優(yōu)良。

3 討論與結論

棉花是異源四倍體，F(xiàn)2分離現(xiàn)象不嚴重， 而且棉花生育期、收獲期比較長，株型和熟性分離對產(chǎn)量的直接影響不大，理論上來講，棉花F2仍具有一定的雜種優(yōu)勢[5]。 本研究表明，9 個組合的F1和F2株高有正向競爭優(yōu)勢，長勢比較旺盛。 組合5、6 和8 的F1籽棉和皮棉產(chǎn)量比對照提高，籽棉產(chǎn)量增幅20.25%～28.37%，皮棉產(chǎn)量增幅18.39%～35.85%，組合5 和6 的F2籽棉和皮棉產(chǎn)量比對照提高，其中組合5 的F2籽棉和皮棉產(chǎn)量較F1提高， 說明組合5 的F2在產(chǎn)量方面具有一定雜種優(yōu)勢， 可以利用其F2的雜種優(yōu)勢。 大部分組合F1和F2在單株果枝數(shù)和單株結鈴數(shù)存在一定競爭優(yōu)勢，F(xiàn)2鈴重和衣分存在競爭衰退現(xiàn)象， 皮棉產(chǎn)量由F1到F2降低明顯，主要受鈴重和衣分2 個性狀退化的影響，但有些強優(yōu)勢組合的雜種優(yōu)勢在F2中仍能很好延續(xù)，結果與前人研究結果[6-8]一致。從纖維品質(zhì)的表現(xiàn)來看，F(xiàn)2的纖維上半部平均長度、斷裂比強度、馬克隆值、斷裂伸長率較F1均有所降低，但品質(zhì)仍優(yōu)良，符合紡織業(yè)要求。由于目前棉花雜交制種大部分采用人工去雄制種的方法，制種技術一直沒有取得突破性進展，限制了雜交棉的大面積推廣應用，而一些優(yōu)良的F2在產(chǎn)量和品質(zhì)方面仍具有較強的雜種優(yōu)勢，將這些優(yōu)良的F2應用于棉花生產(chǎn)，不僅可降低成本，而且可以提高棉花產(chǎn)量，還可以加速棉花雜交種的推廣應用。

表3 F1、F2 產(chǎn)量競爭優(yōu)勢分析

表4 F1、F2 纖維品質(zhì)指標分析