陸地棉特異種質(zhì)主要性狀配合力和遺傳力分析

史加亮，李鳳瑞，趙文超，董靈艷，齊洪鑫，王士立，張東樓，楊秀鳳

（德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，山東 德州 253000）

棉花是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物，也是紡織工業(yè)重要的原材料，在國民經(jīng)濟(jì)中占有非常重要的地位。陸地棉（Gossypium hirsutum L.）作為棉花4個(gè)栽培種之一，其產(chǎn)量占世界棉花總產(chǎn)量的90%以上［1］。優(yōu)良品種對(duì)促進(jìn)棉花生產(chǎn)具有重要的帶動(dòng)作用，而高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)棉花品種的培育離不開對(duì)棉花種質(zhì)資源的篩選和利用。

特異種質(zhì)作為綜合性狀較好而又在某一個(gè)或幾個(gè)性狀上具有突出優(yōu)勢(shì)的種質(zhì)資源，對(duì)于品種改良尤為重要。特異種質(zhì)性狀的優(yōu)劣及其遺傳傳遞力是評(píng)價(jià)利用特異種質(zhì)的關(guān)鍵。而配合力作為衡量雜交組合中親本各性狀配合能力的重要指標(biāo)，決定了優(yōu)良性狀的傳遞能力［2］。因此，根據(jù)數(shù)量性狀遺傳原理，估測(cè)親本一般配合力（GCA，general combining ability）和特殊配合力（SCA，special combining ability），正確評(píng)定組合的優(yōu)劣對(duì)更好地進(jìn)行特異種質(zhì)評(píng)價(jià)利用和棉花新品種選育具有重大的現(xiàn)實(shí)意義［3］。前人對(duì)棉花配合力遺傳效應(yīng)的研究已有大量報(bào)道［4-20］，但對(duì)棉花特異種質(zhì)材料如大鈴、高衣分、高纖維品質(zhì)的研究較少。鑒于此，本試驗(yàn)選用6個(gè)陸地棉特異種質(zhì)材料和6個(gè)陸地棉優(yōu)良品種（系）配制不完全雙列雜交組合，對(duì)其主要性狀進(jìn)行配合力和遺傳力分析，以期為親本選擇和特異種質(zhì)材料分析利用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試親本材料12個(gè)，其中母本材料6個(gè)，包括本單位自育穩(wěn)定品系德棉12號(hào)（A1）和山東省審定品種德棉10號(hào)（A2）、魯棉522（A3）、銀興棉8號(hào)（A4）、玉君6號(hào)（A5）、瑞棉3號(hào)（A6）；父本材料為15094（B1）、15101（B2）、15260（B3）、16N01（B4）、16N03（B5）和德棉13號(hào)（B6）共6個(gè)本單位自育特異種質(zhì)材料，其中15094、15101為大鈴材料（單鈴重 ＞8.0 g），15260、16N01為高衣分材料（衣分＞45.0%），德棉13號(hào)為優(yōu)質(zhì)材料（纖維長度＞32.0 mm，比強(qiáng)度＞35.0 cN/tex，馬克隆值3.6～4.5），16N03為大鈴優(yōu)質(zhì)材料。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年在德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院科技示范園按照NCⅡ不完全雙列雜交設(shè)計(jì)，人工去雄配置36個(gè)雜交組合。2018年同地進(jìn)行F1代田間試驗(yàn)。

試驗(yàn)地年平均氣溫12.9℃，年均日照時(shí)數(shù)2 592 h，年均降水量547.5 mm。土壤質(zhì)地為壤土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為1.20%、全氮0.66 g/kg、有效磷22.04 mg/kg、速效鉀122.43 mg/kg，pH值8.04。前茬作物為棉花。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次。采用地膜覆蓋方式4行區(qū)栽培，行長5.0 m，行距0.76 m，株距0.36 m，種植密度為3.6萬株/hm2。其它田間管理同大田生產(chǎn)。

每小區(qū)選生長正常植株10株（不包括邊株）進(jìn)行定株調(diào)查，計(jì)單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、子指、果枝始節(jié)、株高。按小區(qū)收獲計(jì)算籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量，并留取棉樣寄送至農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（安陽）測(cè)定纖維品質(zhì)。

1.3 數(shù)據(jù)分析

參照黃遠(yuǎn)樟［21］和莫惠棟［22］的NCⅡ遺傳模型的配合力方差分析方法，對(duì)36個(gè)雜交組合的被測(cè)指標(biāo)進(jìn)行配合力及遺傳力分析。數(shù)據(jù)處理與遺傳交配設(shè)計(jì)統(tǒng)計(jì)分析分別采用Microsoft Excel和DPS 7.05軟件［23］進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 配合力方差分析

由表1可見，各組合中13個(gè)性狀均有極顯著差異，說明這些性狀在組合間存在真實(shí)的遺傳差異。皮棉產(chǎn)量、子指、纖維比強(qiáng)度、馬克隆值共4個(gè)性狀雙親的GCA和SCA方差均達(dá)到顯著或極顯著水平，這4個(gè)性狀在雜交組合間表現(xiàn)出的差異是加性基因和非加性基因共同作用的結(jié)果；籽棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)、鈴重、株高、纖維長度這5個(gè)性狀主要受父本GCA和SCA的影響；衣分、果枝始節(jié)、伸長率和整齊度等性狀受SCA的影響較大。

表1 性狀配合力方差分析

2.2 一般配合力效應(yīng)分析與親本評(píng)價(jià)

同一親本由于遺傳特點(diǎn)存在差異，使其在不同性狀中的GCA效應(yīng)亦存在差異（表2）。特異種質(zhì)材料方面，就籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)GCA值來看，B1、B4和B6表現(xiàn)較好；大鈴材料B1、B2和B5鈴重GCA效應(yīng)均為正值，且以B1表現(xiàn)最好；從衣分GCA值來看，只有高衣分材料B3和B4為正值；從纖維品質(zhì)性狀GCA值來看，優(yōu)質(zhì)材料B5和B6表現(xiàn)較好，且以B5表現(xiàn)最好。6個(gè)母本中，A4和A5在產(chǎn)量和品質(zhì)性狀方面表現(xiàn)相對(duì)較好，并且綜合性狀一般配合力也較好，其中A5能夠提高果枝始節(jié)、降低株高，可以作為選育機(jī)采棉親本加以利用；A2纖維品質(zhì)性狀GCA表現(xiàn)較好，可作為優(yōu)質(zhì)親本加以利用。

結(jié)合各性狀GCA綜合評(píng)價(jià)，B1為大鈴豐產(chǎn)親本，B4為高衣分豐產(chǎn)親本，B6為優(yōu)質(zhì)豐產(chǎn)親本，B5和A2為優(yōu)質(zhì)親本，A4和A5為各性狀均表現(xiàn)較好的親本。

表2 親本性狀一般配合力效應(yīng)

2.3 特殊配合力效應(yīng)分析

由表3可見，鈴重SCA效應(yīng)值較高的組合是A1×B3、A5×B5和A4×B2，其中以組合A1×B3效應(yīng)值最大，為11.11；衣分SCA效應(yīng)值較高的組合是A1×B5、A4×B3、A3×B3和A6×B2，其中以組合A1×B5效應(yīng)值最大，為19.34；就籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量性狀而言，組合SCA效應(yīng)值均為正值的有16個(gè)，其中組合A3×B2、A3×B6、A6×B3和A4×B5的效應(yīng)值較高；就纖維長度和比強(qiáng)度來看，組合SCA效應(yīng)值表現(xiàn)較好的有10個(gè)，其中以組合A3×B5、A5×B5和A6×B3表現(xiàn)較為突出。

從產(chǎn)量和品質(zhì)性狀綜合來看，A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3等組合具有較大利用價(jià)值。

表3 雜交組合性狀特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值

2.4 遺傳力分析

由表4可知，纖維長度、纖維比強(qiáng)度、馬克隆值的Vg＞Vs，遺傳以加性效應(yīng)為主；衣分、果枝始節(jié)、伸長率和整齊度的Vg＜Vs，說明這些性狀的遺傳以非加性效應(yīng)為主；而籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)、鈴重、子指、株高的Vg和Vs值差異不大，說明在后代遺傳中加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)均比較重要。

遺傳力方面，子指、纖維長度、纖維比強(qiáng)度和馬克隆值具有較高的廣義遺傳力和狹義遺傳力，這些性狀受環(huán)境影響較小，可在早代進(jìn)行選擇；籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、株高、伸長率等性狀雖然廣義遺傳力較高，但狹義遺傳力較低，這些性狀適合在高代進(jìn)行選擇；果枝始節(jié)和纖維整齊度的廣義遺傳力和狹義遺傳力均較低，說明這兩個(gè)性狀受環(huán)境影響較大。

表4 主要性狀相關(guān)遺傳參數(shù)

3 討論與結(jié)論

通過親本間雜交選育出綜合性狀優(yōu)于親本的雜交組合是雜交育種的目的［24］。配合力作為選配親本的依據(jù)，反映了親本各性狀在雜交組合中的配合能力。親本的GCA是后代的遺傳基礎(chǔ)，而SCA是發(fā)揮雜種優(yōu)勢(shì)、配制強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的關(guān)鍵［25］。GCA主要是由基因的加性效應(yīng)決定，是可遺傳的部分［26］。性狀的GCA高，說明其受外界環(huán)境影響較小，遺傳力高，可以通過測(cè)定GCA反映親本的利用價(jià)值，預(yù)測(cè)雜種后代的表現(xiàn)［27］。一般來說，單株鈴數(shù)、鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量、纖維長度、纖維比強(qiáng)度、整齊度等性狀的GCA越高越好，而株高、馬克隆值等性狀的GCA越低越好。本研究分析了6個(gè)陸地棉特異種質(zhì)材料和6個(gè)陸地棉優(yōu)良品種（系）為親本的GCA，其中A4和B1籽棉產(chǎn)量的GCA最大，鈴重GCA效應(yīng)值最大的是B1，B4衣分的GCA最大，纖維品質(zhì)性狀GCA較大的為B5、B6和A2，在組配優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)組合時(shí)要優(yōu)先考慮這些GCA效應(yīng)值較大的親本。6個(gè)特異種質(zhì)材料的特異性狀GCA表現(xiàn)均較好，但種質(zhì)間也存在較大差異，所以對(duì)其進(jìn)行配合力效應(yīng)研究加以評(píng)價(jià)篩選是必要的。

SCA反映非加性效應(yīng)的大小，即基因的顯性和上位性效應(yīng)，不能穩(wěn)定遺傳［28］。各測(cè)試組合中，F(xiàn)1代產(chǎn)量和品質(zhì)性狀SCA綜合表現(xiàn)較優(yōu)的組合為A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3，這些組合可在雜交育種中加以利用。通過對(duì)各性狀GCA和SCA的分析得出，親本GCA和組合SCA相互獨(dú)立，GCA高的兩個(gè)親本組合產(chǎn)生的雜交親本SCA不一定高；親本性狀GCA低的，組合SCA不一定低；同一親本與不同親本組配時(shí)，雜交組合的SCA效應(yīng)值變化較大。本研究中組合籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量性狀SCA效應(yīng)值均為正值的有16個(gè)，其中至少有一個(gè)產(chǎn)量性狀GCA高的材料作親本的組合占81.25%，說明組配高產(chǎn)組合時(shí)，應(yīng)至少選擇一個(gè)GCA高的親本，再兼顧SCA的選擇。這也進(jìn)一步說明了GCA和SCA差異切實(shí)存在于不同品種間，通過篩選來獲得具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新組合是必要的［25］。

性狀表現(xiàn)型是基因型和所在環(huán)境共同作用的結(jié)果，既能穩(wěn)定遺傳給后代，又受環(huán)境影響［29，30］。遺傳力反映了親本性狀傳遞給后代能力的大小，根據(jù)性狀遺傳力的高低可預(yù)測(cè)選擇效果，對(duì)于作物雜交育種具有重要意義［31］。張忠波等［32］指出，棉花產(chǎn)量、單株鈴數(shù)遺傳率較低，受環(huán)境影響較大；衣分、單鈴重、纖維長度、纖維強(qiáng)度遺傳力較大，容易從表現(xiàn)型加以選擇。李俊文等［33］研究認(rèn)為，鈴重狹義遺傳率低，不宜在早代進(jìn)行選擇。袁有祿等［34］研究表明鈴重和衣分以加性效應(yīng)為主，但顯性遺傳效應(yīng)也較高。張正圣等［4］研究指出纖維品質(zhì)性狀以加性效應(yīng)起主要作用。本試驗(yàn)結(jié)果表明，纖維長度、纖維比強(qiáng)度、馬克隆值的遺傳以加性效應(yīng)為主，衣分等性狀遺傳以非加性效應(yīng)為主，鈴重等性狀遺傳中加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)均比較重要；纖維長度、纖維比強(qiáng)度和馬克隆值具有較高的廣義遺傳力和狹義遺傳力，這些性狀受環(huán)境影響較小，可在早代進(jìn)行選擇；籽棉產(chǎn)量、單株鈴數(shù)、鈴重、衣分等性狀雖然廣義遺傳力較高，但是狹義遺傳力較低，這些性狀適合在高代進(jìn)行選擇。