棉花雜交后代表型性狀遺傳分析

任 丹，黃雅婕，崔進(jìn)鑫，龐 博，高文偉

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/棉花教育部工程研究中心，烏魯木齊 830052)

0 引 言

【研究意義】雜交育種是常用的育種方法[1]。陸地棉具有株高較低、果枝數(shù)多、鈴數(shù)多的高產(chǎn)性狀。而海島棉作為栽培種具有纖維品質(zhì)好的特點(diǎn)，但株高偏高、始節(jié)數(shù)高、有效鈴數(shù)較少，產(chǎn)量較低[2]。在棉花育種中，常用海島棉與陸地棉雜交的辦法獲得具有高產(chǎn)性狀的材料[3]。研究海陸雜交后代群體的農(nóng)藝性狀的遺傳分析對(duì)篩選具有高產(chǎn)特性的單株有實(shí)際意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】張凱等[4]對(duì)棉花雜交后代研究發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)2雜交種的株高競爭優(yōu)勢(shì)明顯，部分強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合產(chǎn)量的增多可能與單株結(jié)鈴數(shù)的顯著增多有關(guān)；王天友等[5]對(duì)F2代進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，不同果枝類型品質(zhì)性狀與產(chǎn)量性狀間相互影響。齊海坤等[6]對(duì)F2:3代的研究發(fā)現(xiàn)，株型性狀與產(chǎn)量和品質(zhì)之間均存在顯著或極顯著的遺傳相關(guān)，高產(chǎn)高品質(zhì)的株型特征為單株?duì)I養(yǎng)枝數(shù)較多；選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的棉花新品種時(shí)要選擇鈴數(shù)較多、鈴重較小的材料；張小全等[7]對(duì)海陸雜交種與陸陸雜交種后代之間進(jìn)行比較發(fā)現(xiàn)，海陸雜交種在株高、果枝數(shù)、果節(jié)數(shù)、單株結(jié)鈴數(shù)上都比陸陸雜交種高。農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量之間密切相關(guān)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量、品質(zhì)之間都有密切的關(guān)系。以往的研究大多是針對(duì)單一海陸雜交或者陸陸雜交進(jìn)行研究，而缺乏對(duì)海陸雜交之間正、反交后代群體表型性狀的差別研究。需分析棉花雜交后代表型性狀遺傳變異并篩選優(yōu)異單株。【擬解決的關(guān)鍵問題】利用正、反海陸雜交群體，對(duì)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)、相關(guān)性分析和主成分分析進(jìn)行比較，研究海陸雜交F2代中農(nóng)藝性狀遺傳變異，為早期雜交育種選擇高產(chǎn)、優(yōu)異株系提供理論參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材 料

TM-1是陸地棉的標(biāo)準(zhǔn)系。品種新海16號(hào)，屬中熟品種，生育期141 d。生長勢(shì)較強(qiáng)，零式分枝，棉株中下部混生有限果枝，莖桿較硬，鈴柄較長。材料均由新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)提供。

1.2 方 法

2019年4月將TM-1和新海16號(hào)種植于新疆塔城地區(qū)沙灣縣棉花育種基地，并于7月初配置TM-1×新海16號(hào)雜交群體LH和新海16號(hào)×TM-1雜交群體HL。于10月將收獲的F1種子在海南樂東縣進(jìn)行南繁獲得F2代種子。2020年4月將F2的種子在塔城地區(qū)沙灣縣棉花育種基地進(jìn)行播種，在吐絮期時(shí)對(duì)110份海陸群體以及84份陸海群體F1、F2調(diào)查株高、始節(jié)高、始節(jié)數(shù)、果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、總鈴數(shù)、有效成鈴數(shù)、單鈴重、衣分[5]。

1.3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS26.0、Excel2019和DPS9.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)分析和主成分分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及F1的農(nóng)藝性狀

研究表明，雜交一代F1中正、反交之間在各個(gè)形狀上較親本都有變化。尤其是在與產(chǎn)量有顯著相關(guān)的性狀中。海陸雜交F1在株高、始節(jié)高、始節(jié)數(shù)、總鈴數(shù)、有效鈴數(shù)上優(yōu)于兩個(gè)親本。陸海雜交F1在有效果枝、總鈴數(shù)、有效成鈴數(shù)上優(yōu)于兩親本。在正、反交之間F1代在各個(gè)性狀上沒有表現(xiàn)出顯著差異。表1

表1 親本、F1農(nóng)藝性狀顯著相關(guān)性Table 1 Analysis of significant correlation between parents and F1 agronomic traits

2.2 F2代主要農(nóng)藝性狀變異

研究表明，在海陸群體中表現(xiàn)出總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)明顯增多，并且始節(jié)高和始節(jié)數(shù)也有明顯的增加。在陸海群體中也表現(xiàn)出總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)較親本高，始節(jié)高和始節(jié)數(shù)明顯高于兩親本的表現(xiàn)。

在海陸群體和陸海群體中果枝數(shù)和有效果枝數(shù)均較親本TM-1有所增加。在海陸群體中各農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在0.19%～0.66%，變異幅度較大。其中始節(jié)數(shù)變異系數(shù)最大，衣分變異系數(shù)最小。變異系數(shù)從大到小的排列順序?yàn)槭脊?jié)數(shù)>總鈴數(shù)>有效成鈴數(shù)>有效果枝數(shù)>株高>始節(jié)高>單鈴重>果枝數(shù)>衣分。

在陸海群體中各個(gè)農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)在0.13%～0.50%。其中變異系數(shù)最高的是總鈴數(shù)和有效成鈴數(shù)，變異系數(shù)最小的是株高。變異系數(shù)從大到小的排列順序?yàn)榭傗彅?shù)>有效鈴數(shù)>單鈴重>有效果枝數(shù)>始節(jié)數(shù)>果枝數(shù)>始節(jié)高>衣分>株高。表2

表2 親本及F2群體各性狀的描述性統(tǒng)計(jì)Table2 Descriptive statistical analysis of all traits in parents and populations

2.3 F2雜交后代表型性狀的相關(guān)性

研究表明，在海陸群體中9個(gè)表型性狀之間都有顯著或極顯著的相關(guān)性，各個(gè)性狀之間是相互影響、相互制約的。其中始節(jié)高與始節(jié)數(shù)、果枝數(shù)與有效果枝數(shù)、果枝數(shù)與總鈴數(shù)、果枝數(shù)與有效成鈴數(shù)、有效果枝數(shù)與總鈴數(shù)、有效果枝數(shù)與有效成鈴數(shù)、總鈴數(shù)與有效成鈴數(shù)呈極顯著正相關(guān)；株高與果枝數(shù)、株高與有效果枝數(shù)、呈顯著正相關(guān)。始節(jié)高與果枝數(shù)、始節(jié)高與有效果枝數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。表3

表3 海陸群體表型性狀相關(guān)性Table 3 Correlation analysis of agronomic traits in HL populations

陸海群體各個(gè)表型性狀間存在著顯著相關(guān)性，但與海陸群體中不同。始節(jié)高與始節(jié)數(shù)、果枝數(shù)與有效果枝數(shù)、果枝數(shù)與有效成鈴數(shù)、有效果枝數(shù)與有效成鈴數(shù)之間呈極顯著正相關(guān)；果枝數(shù)與總鈴數(shù)、有效果枝數(shù)與總鈴數(shù)呈顯著正相關(guān)。始節(jié)高與總鈴數(shù)、始節(jié)高與有效成鈴數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)。表4

表4 陸海雜交群體表型性狀相關(guān)性Table 4 Correlation analysis of agronomic traits in LH.populations

2.4 F2代農(nóng)藝性狀主成分

研究表明，3個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率為70.977%，包含了9個(gè)表型性狀的大部分信息。 在第1主成分中特征值是3.829，貢獻(xiàn)率為42.545%，其中絕對(duì)值較高的性狀有果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)，此類性狀都與產(chǎn)量有關(guān)，第1成分為產(chǎn)量因子；第2主成分的特征值是1.397，貢獻(xiàn)率為15.519%，其中絕對(duì)值較高的性狀有始節(jié)高和始節(jié)數(shù)此類性狀與株型相關(guān)，第2主成分為株型因子；第3主成分的特征值為1.162，貢獻(xiàn)率為12.913%，絕對(duì)值最高的性狀有株高，此類性狀與株高相關(guān)所以為株高因子。表 5

表5 海陸群體主成分Table 5 Principal component loading matrix of HL populations

4個(gè)主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為82.335%。第1主成分特征值為3.664，貢獻(xiàn)率為40.713%，其中絕對(duì)值較高的性狀是果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)，此類性狀和產(chǎn)量相關(guān)，所以第1主成分為產(chǎn)量因子。第2主成分特征值為1.424，貢獻(xiàn)率為15.821%，絕對(duì)值最高的性狀是始節(jié)高與有效果枝數(shù)，此類性狀與果枝數(shù)相關(guān)，因此第2主成分為果枝數(shù)因子。第3主成分特征值為1.194，貢獻(xiàn)率為13.264%，絕對(duì)值最高的性狀為株高，此成分的性狀與株高相關(guān)，第3主成分為株高因子。第4主成分特征值為1.128，貢獻(xiàn)率為12.538%，絕對(duì)值較高的性狀是總鈴數(shù)，第4主成分為總鈴數(shù)因子。表6

表6 陸海群體主成分Table 6 Principal component loading matrix of LH populations

2.5 優(yōu)良株系的篩選

研究表明，變異系數(shù)較高的性狀包括始節(jié)數(shù)、總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)。果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、鈴數(shù)和有效鈴數(shù)都在第1主成分貢獻(xiàn)率較高。4個(gè)性狀變異幅度較大，可作為早期育種選擇單株的主要農(nóng)藝性狀。獲得符合要求的單株40株。40個(gè)單株符合株高中等偏高、始節(jié)數(shù)較低、鈴數(shù)和有效鈴數(shù)較多，符合高產(chǎn)植株農(nóng)藝性狀。

3 討 論

農(nóng)藝性狀作為遺傳育種表型性狀選擇的重要依據(jù)，其中有效鈴數(shù)和株高是重要的產(chǎn)量性狀。而F2是遺傳分離最大也最明顯的一個(gè)階段，也是育種者對(duì)后代性狀選擇最難也最重要的一年[8]。試驗(yàn)通過對(duì)海陸雜交后代正、反交群體農(nóng)藝性狀的遺傳變異進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，在正、反交中，始節(jié)數(shù)、鈴數(shù)和有效鈴數(shù)的變異系數(shù)都很高，性狀分離較廣，變異類型豐富，早期選擇的潛力較大，與李瑞蓮等[9]的研究F2代在鈴數(shù)上會(huì)有增加相一致。在正、反交群體里各個(gè)農(nóng)藝性狀之間都存在顯著或極顯著差異，與陳嬌等[10]對(duì)水稻F2群體農(nóng)藝性狀的研究結(jié)果相同。

育種中常常通過雜交的方法來選擇育種材料[10-12]。雜交在棉花育種上抗蟲、抗病、纖維品質(zhì)和產(chǎn)量上都有較多研究[14-18]。F1，F(xiàn)2在產(chǎn)量、品質(zhì)上都有降低，但比親本還是有顯著性的提高。F2群體的利用研究是有必要的?？梢詾樵缙诘挠N單株選擇提供理論依據(jù)。F2中變異系數(shù)較高的性狀可以用來作為早期選擇育種的指標(biāo)。

4 結(jié) 論

在海陸雜交后代的群體中正交和反交群體之間農(nóng)藝性狀沒有明顯的差異。后代群體中鈴數(shù)和有效鈴數(shù)變異范圍廣，各個(gè)性狀之間相關(guān)性顯著。果枝數(shù)、有效果枝數(shù)、總鈴數(shù)和有效鈴數(shù)在HL和LH群體間的遺傳變異幅度較大，可以作為早期育種材料選擇的主要表型性狀。篩選出具有優(yōu)良性狀單株40株。