6個粵糖甘蔗親本及其雜交組合的育種價值評價

曾巧英, 黃俊堅, 楊湛端, 陳勇生, 齊永文, 吳嘉云

6個粵糖甘蔗親本及其雜交組合的育種價值評價

曾巧英, 黃俊堅, 楊湛端, 陳勇生, 齊永文, 吳嘉云*

(廣東省甘蔗遺傳改良工程技術(shù)研究中心，廣東省科學(xué)院生物工程研究所，廣州 510316)

為了解粵糖系列甘蔗()親本的遺傳特點和組合選配效果，采用家系評價方法，對以6個粵糖系列親本(‘粵糖00-236’、‘粵糖03-373’、‘粵糖93-159’、‘粵糖94-128’、‘粵糖99-66’、‘粵糖08-1966’)為核心配置的55個組合F1群體的6個主要性狀的遺傳效應(yīng)、經(jīng)濟育種值等參數(shù)進行估算。結(jié)果表明，6個性狀中莖徑受母本、父本加性基因效應(yīng)和非加性基因效應(yīng)影響，株高、錘度、含糖量和蔗莖產(chǎn)量受父本加性基因效應(yīng)和非加性基因效應(yīng)影響，而有效莖數(shù)受父本加性基因效應(yīng)影響。6個親本中，‘粵糖94-128’作為母本的蔗莖產(chǎn)量的一般配合力效應(yīng)值和經(jīng)濟育種值最高，適宜做高產(chǎn)的母本，而‘粵糖93-159’作為父本的含糖量的一般配合力效應(yīng)值最高，經(jīng)濟育種值也較高，適宜做高糖父本。55個組合中，‘粵糖94- 128’×桂糖02-761’、‘粵糖00-236’ב桂糖94-119’和‘桂糖02-467’ב粵糖93-159’等的特殊配合力效應(yīng)值和組合經(jīng)濟育種值均較優(yōu)，可作為重點生產(chǎn)性家系。這為應(yīng)用粵糖親本進行雜交組合配置提供了依據(jù)。

甘蔗；粵糖親本；一般配合力；特殊配合力；經(jīng)濟育種值; 育種

雜交育種是甘蔗()遺傳改良和培育新品種的重要途徑之一，但是由于甘蔗的倍性復(fù)雜，染色體數(shù)目多(通常80~140條)，再加上許多數(shù)量性狀同時受遺傳和環(huán)境影響，導(dǎo)致甘蔗雜交后代性狀存在較大的偶然性[1]。在甘蔗雜交育種中，甘蔗親本和組合的選配直接影響到甘蔗選育到優(yōu)良品種的效率，親本間配合力越好，選育到優(yōu)良品種的概率越大，因此對甘蔗親本和組合進行合理評價是甘蔗育種的重要研究內(nèi)容之一[2–3]。

近40年來，甘蔗育種者采用多種不同的方法進行性狀的遺傳分析，如采用雙列雜交統(tǒng)計模型、不完全雙列雜交模型(NCⅡ)等進行親本的配合力分析和家系的綜合評價[4–6]。但是由于甘蔗開花習(xí)性特殊，品種間開花時間、花粉育性、種子結(jié)實率和發(fā)芽率等不同，限制了可以組配的雜交組合和實生苗數(shù)量，使得甘蔗親本和雜交組合遺傳評價無法大規(guī)模進行。近年來，澳大利亞甘蔗試驗總局(BSES)采用甘蔗家系選擇技術(shù)-最佳線性無偏預(yù)測[7–9]，能對不平衡數(shù)據(jù)進行分析，使得大規(guī)模進行甘蔗親本的遺傳分析和組合評價成為現(xiàn)實，提高了甘蔗雜交育種的準(zhǔn)確性和品種選育的效率[10–13]。

本研究以6個粵糖系列親本為核心，配置55個雜交組合，采用最佳線性無偏預(yù)測方法估算親本和組合在株高、莖徑、有效莖數(shù)、錘度、蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量等6個主要性狀上的遺傳效應(yīng)和育種值，以期從數(shù)量遺傳上評判粵糖親本及其雜交組合的優(yōu)劣，從中篩選出優(yōu)良親本和家系，為甘蔗雜交育種親本選配提供參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 材料

以廣州甘蔗糖業(yè)研究所培育的6個甘蔗()優(yōu)異品種‘粵糖00-236’、‘粵糖03- 373’、‘粵糖93-159’、‘粵糖94-128’、‘粵糖99-66’和‘粵糖08-1966’為親本材料，海南甘蔗育種場根據(jù)親本的開花情況配制55個雜交組合。

1.2 試驗設(shè)計

55個雜交組合的種子于2018年9月15日播種，10月10日送往韶關(guān)翁源縣試驗基地(北緣霜凍蔗區(qū))進行假植，2019年3月15日從各組合隨機選取150株實生苗，完全按隨機區(qū)組設(shè)計種植于翁源試驗基地實生苗圃，單行區(qū)，每行定植50株，行長16.5 m，株距0.33 m，行距1.1 m，3次重復(fù)。田間栽培管理按常規(guī)大田管理進行。

1.3 測定指標(biāo)

2019年11月10-15日調(diào)查實生苗的株高(H, cm)、莖徑(D, cm)、有效莖數(shù)(N)，2019年12月15-20日調(diào)查實生苗錘度(B, %)，2次調(diào)查均在每小區(qū)連續(xù)抽樣10叢。每叢選取代表性單株測定株高、莖徑和錘度。取代表性蔗莖中部節(jié)位的蔗汁測定錘度。單莖重(, kg)=0.7854×2×(-30)×1.0/1000；蔗莖產(chǎn)量(, t/hm2)=×/666.67×15/1000，其中蔗糖分(, %)=×1.0825-7.703。

1.4 數(shù)據(jù)分析

親本和組合的方差分析、一般配合力(general combining ability, GCA)和特殊配合力(special com- bining ability, SCA)效應(yīng)和經(jīng)濟育種值采用R軟件進行分析[14]，模型采用混合線性模型，經(jīng)濟育種值分析中的性狀經(jīng)濟權(quán)重的確定參考鄧祖湖等[15]。

2 結(jié)果和分析

2.1 性狀的遺傳變異分析

55個組合F1代的6個性狀的基本情況見表1,平均株高164 cm，莖徑2.57 cm，有效莖9.732× 104條/hm2，錘度21.4%，蔗糖分15.45%，蔗莖產(chǎn)量69.16 t/hm2。6個指標(biāo)的變異系數(shù)不同，以蔗莖產(chǎn)量的最大，達24.06%，其次是有效莖數(shù)，變異系數(shù)最小的是錘度，僅為4.80 %。

方差分析表明，6個性狀中，僅莖徑在母本間表現(xiàn)出顯著的差異，其他性狀母本間沒有顯著差異。不同于母本，6個性狀在父本間均表現(xiàn)出顯著的差異。除了有效莖以外，其他5個性狀在組合間均表現(xiàn)出顯著的差異?？梢姡狙芯恐懈餍誀钍芨副竞徒M合的影響更為顯著。

表1 組合F1代產(chǎn)量糖分相關(guān)的6個性狀

表2 性狀的方差分析

2.2 蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的配合力分析

粵糖系列母本和父本對蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的一般配合力效應(yīng)進行分析(表3)。從蔗糖分來看，‘粵糖00-236’、‘粵糖93-159’和‘粵糖08-196’作為母本的效應(yīng)值為正，易將高糖性狀傳給后代，適宜做高糖母本，而‘粵糖93-159’作為父本具有正效應(yīng)，適宜做高糖父本。從蔗莖產(chǎn)量來看，‘粵糖00-236’、‘粵糖03-373’和‘粵糖94-128’作為母本和父本的一般配合力效應(yīng)值均為正，適宜做高產(chǎn)親本，而‘粵糖93- 159’和‘粵糖08-196’作物母本和父本的一般配合力效應(yīng)值為負(fù)，不適宜用于改良甘蔗產(chǎn)量。

分析不同組合對蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的遺傳效應(yīng)，結(jié)果表明，對蔗糖分特殊配合力效應(yīng)值最大的組合是‘粵糖00-236’בHoCP03-708’，最低的是‘粵糖94-128’ב粵糖93-159’；對蔗莖產(chǎn)量特殊配合力的效應(yīng)值最大的是‘粵糖94-128’ב桂糖02-761’，最低的是‘粵糖99-66’בHoCP01-564’。55個組合中有12個組合對2個性狀特殊配合力均為正值，15個組合為負(fù)值，其中‘崖城07-65’ב粵糖93-159’對2個性狀的負(fù)效應(yīng)均較大。

表3 粵糖親本的蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的一般配合力效應(yīng)值

2.3 經(jīng)濟育種值分析

以6個粵糖親本作為母本，對其F1代5個性狀的經(jīng)濟育種值進行分析(表4)，6個母本的經(jīng)濟育種值為–37.65~44.21元，其中3個母本的經(jīng)濟育種值為正值，以‘粵糖94-128’的最高，是最理想的母本，而‘粵糖08-196’的最低。

以5個粵糖親本作為父本，其F1代5個性狀的經(jīng)濟育種值為–1 287.06~1 050.33，經(jīng)濟育種值的變化幅度遠高于粵糖母本。‘粵糖00-236’、‘粵糖93- 159’和‘粵糖08-196’等作為父本的經(jīng)濟育種值為正值，其中‘粵糖08-196’的最高，最適合作為父本材料使用，而‘粵糖03-373’作為父本的經(jīng)濟育種值最低，最不適合做父本使用。

對55個組合F1代5個性狀的經(jīng)濟育種值進行分析(表6)，可見，55個組合的經(jīng)濟育種值為–431.44~ 411.59元，有29個組合的經(jīng)濟育種值為正值，其中‘粵糖94-128’ב桂糖02-761’表現(xiàn)最突出，經(jīng)濟育種值最高(411.59元)；其次為‘粵糖00-236’ב桂糖94-119’。有26個組合的經(jīng)濟育種值為負(fù)值，其中‘崖城07-65’× ‘粵糖93-159’的經(jīng)濟育種值最低，為–431.44元。

表4 55個組合蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的特殊配合力效應(yīng)值

表5 粵糖親本作為母本和父本的經(jīng)濟育種值

表6 55個組合的經(jīng)濟育種值(EBV)

3 結(jié)論和討論

自從我國引進了澳大利亞家系選擇技術(shù)，在各育種單位得到了廣泛的發(fā)展與應(yīng)用[3,7,16]。一般家系評價采用了在新植蔗對家系的表現(xiàn)進行評價，然后在第一年宿根蔗進行家系內(nèi)選擇，這種家系與家系內(nèi)選擇相結(jié)合的方法比傳統(tǒng)的甘蔗單株選擇更為有效，特別是對于遺傳力較低的性狀[10]。但是由于宿根蔗的甘蔗極易倒伏，單株選擇效果較差，因此我國大多數(shù)育種單位實行在新植蔗進行實生苗家系評價和篩選。然而傳統(tǒng)的甘蔗實生苗春播春植的方法，新植實生苗生長周期較正常蔗短，直接影響到家系評價和篩選的準(zhǔn)確性。本次研究中采用秋播春植的方式進行實生苗的播種種植，不同于春播春植，這種方法延長了甘蔗實生苗的生長期，其生長的時間接近一個正常的生長周期，采用這種種植方式對新植甘蔗進行親本、組合的評價和選擇相對較為準(zhǔn)確。

粵糖系列甘蔗品種是廣東省科學(xué)院生物工程研究所培育的親本，在我國育種中發(fā)揮重要的作用，其中一些粵糖系列親本也是當(dāng)前中國主栽甘蔗品種，例如‘粵糖93-159’、‘粵糖94-128’、‘粵糖00- 236’等品種，在全國的推廣面積都居于我國自育品種的前列[17]。本次對6個粵糖系列親本進行遺傳分析顯示‘粵糖93-159’親本對糖分的一般配合力效應(yīng)值較高，是優(yōu)異的高糖親本，而‘粵糖00-236’、‘粵糖03-737’和‘粵糖94-128’對蔗莖產(chǎn)量的一般配合力效應(yīng)值較高，是優(yōu)異的高產(chǎn)親本。合理利用這些優(yōu)異的甘蔗品種作為親本進行甘蔗的品種改良，將有利于獲得產(chǎn)量、糖分、適應(yīng)性更為優(yōu)異的甘蔗品種。

甘蔗選育種的最終目標(biāo)是選育對原料甘蔗生產(chǎn)及其加工的整個產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟效益最優(yōu)的品種。因此在親本評價中僅以產(chǎn)量和糖分作為標(biāo)準(zhǔn)進行評判,無法反映品種的改良為蔗農(nóng)和糖廠帶來的經(jīng)濟效益[18]。在家系選擇技術(shù)體系中采用了經(jīng)濟育種值,利用性狀遺傳效應(yīng)和經(jīng)濟權(quán)重構(gòu)建的選擇指數(shù)對親本和組合進行評估，將性狀遺傳與經(jīng)濟效應(yīng)有機結(jié)合[10,19]，能更合理的評價甘蔗親本及其組合。近年來，我國育種家借鑒這種方法，成功地對一些常用甘蔗親本及雜交組合進行了分析評價，為科學(xué)選配甘蔗雜交組合提供依據(jù)[6,19–22]。本次對粵糖系列親本和組合經(jīng)濟育種值的分析可見，無論是以‘粵糖00-236’做父本還是母本的經(jīng)濟育種值均為正值, 可見‘粵糖00-236’無論做母本還是父本都較適宜。一些優(yōu)異的組合，如‘粵糖94-128’ב桂糖02-761’經(jīng)濟育種值最高，同時對蔗莖產(chǎn)量的特殊配合力效應(yīng)值也最高，‘粵糖00-236’ב桂糖94-119’經(jīng)濟育種值較高，蔗莖產(chǎn)量的特殊配合力效應(yīng)值較高，同時蔗糖分的特殊配合力效應(yīng)值也為正；‘桂糖02-467’ב粵糖93-159’經(jīng)濟育種值較好，蔗糖分和蔗莖產(chǎn)量的特殊配合力效應(yīng)值均為正。這些組合可以作為重點組合考慮，加大選擇的力度。這些結(jié)果為利用粵糖系列親本進行品種選育提供了一定的參考依據(jù)。

綜上所述，本研究從方差分析和親本的經(jīng)濟育種值分析中均可見，6個粵糖親本作為母本對后代的影響差異不大，但是作為父本則存在顯著的差異，因此在選擇粵糖系列親本做父本時需要考慮親本的遺傳效應(yīng)。6個品種當(dāng)中，‘粵糖94-128’最適宜作為高產(chǎn)的母本，‘粵糖93-159’適宜作為高糖的父本，而‘粵糖00-236’作為高產(chǎn)高糖的父本和母本均較適宜。另外，‘粵糖94-128’ב桂糖02-761’、‘粵糖00-236’ב桂糖94-119’、‘桂糖02-467’ב粵糖93- 159’等特殊配合力效應(yīng)值和組合經(jīng)濟育種值均較優(yōu)的組合，可作為今后選育種的的重點家系。

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Assessment on Breeding Value of Six Yuetang Parents of Sugarcane and Their Cross Combinations

ZENG Qiao-ying, HUANG Jun-jian, YANG Zhan-duan, CHENG Yong-sheng, QI Yong-wen, WU Jia-yun*

(Guangdong Sugarcane Genetic Improvement Engineering Center, Institute of Bioengineering, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou 510316, China)

In order to understand the genetic characteristics and effects of combination selection of Yuetang parents of sugarcane (), the genetic effects, economic breeding values of 6 main traits of F1population from 55 combinations were estimated by using family test method, which families were combined from 6 Yuetang parents, such as ‘YT00-236’, ‘YT03-373’, ‘YT93-159’, ‘YT94-128’, ‘YT99-66’, and ‘YT08-1966’. The results showed that among six parameters, the stalk diameter was controlled primarily by female and male additive genes effects and non-additive genes effects. The plant height, brix, sugar content and cane yield were mainly controlled by male additive genes effects and non-additive genes effects. The tiller number was controlled just by male additive genes effects. The general combining ability (GCA) of cane yield and economy breeding value (EBV) in ‘YT94-128’ as female were the highest among six varieties, which could be used as high-yield female, while ‘YT93-159’ possessed the highest GCA of sugar content and relatively high EBV as male, which could be used as high-sugar male. Among the 55 combinations, the cross combinations ‘YT94-128’בGuitang02-761’, ‘YT00-236’בGuitang94-119’ and ‘Guitang02-467’בYT93-159’ had better special combining ability and EBV than the others, which could be considered as the most important productive families. Therefore, these would provide helpful information for using Yuetang parents in cross combination.

; Yuetang sugarcane parents; General combining ability; Special combining ability; Economic breeding value; Breeding

10.11926/jtsb.4271

2020–06–24

2020–09–21

廣東省科學(xué)院項目(2020GDASYL-20200302005); 國家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系項目(CARS-20-1-4); 甘蔗良種重大科研聯(lián)合攻關(guān)項目; 廣東省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系創(chuàng)新團隊項目(2019KJ 104-04)資助

This work was supported by the Project of Guangdong Academy of Sciences (Grant No. 2020GDASYL-20200302005), the Project of National Technology System of sugarcane Industry (Grant No. CARS201707), the Projects of Major Joint Research on Sugarcane Varieties, and the Project for Innovation Team of Guangdong Modern Agricultural Industrial Technology System (Grant No. 2019KJ 104-04).

曾巧英，女，博士，副研究員，研究方向為甘蔗品種選育與抗逆遺傳機制研究。E-mail: zengqiaoying123@163.com

. E-mail: jiayunng@163.com