陸地棉品質(zhì)和產(chǎn)量性狀配合力及雜種優(yōu)勢(shì)分析

吳 珂, 余 渝, 何良榮, 劉文豪, 王旭文, 李 航, 趙福相

(1.塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院,新疆阿拉爾 843300;(2.新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,新疆石河子 832000)

棉花作為我國(guó)的重要經(jīng)濟(jì)作物之一,在全國(guó)都具有十分重要的經(jīng)濟(jì)地位[1]。陸地棉(GossypiumhirsutumL.)作為棉花4個(gè)栽培種之一,其產(chǎn)量超過(guò)世界棉花總產(chǎn)量的90%[2]。陸地棉由歐洲傳入我國(guó)開(kāi)始,便憑借自身高產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)的優(yōu)勢(shì)快速取代了亞洲棉,占領(lǐng)了我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)大部分的種植面積。一直以來(lái),培育出高產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)異的棉花都是育種專(zhuān)家們共同的心愿,對(duì)提升農(nóng)戶(hù)棉花種植的積極性也顯得尤為重要。雜交育種作為棉花育種的主導(dǎo)方法[3],可以使不同個(gè)體上的多個(gè)優(yōu)良性狀集中于一個(gè)個(gè)體上,具有選育周期短,增產(chǎn)效果大部分來(lái)源于雜交一代的雜種優(yōu)勢(shì)[4]。雜種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象已經(jīng)被應(yīng)用到了許多作物育種實(shí)踐中,不同類(lèi)群(系)的雜交第一代常常顯現(xiàn)出雜種優(yōu)勢(shì),這也是生物界的一個(gè)普遍現(xiàn)象[5],雜種優(yōu)勢(shì)最重要的特征是可以選出質(zhì)量高優(yōu)的組合,配合力也是確定最佳組合的有力工具之一[6],而親本配合力的好壞也是選擇親本的主要根據(jù)[7],為了使父本、母本優(yōu)秀的品質(zhì)遺傳下去,設(shè)計(jì)雜交組合按照育種家的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行,設(shè)計(jì)組合的好壞直接關(guān)系雜交后代的質(zhì)量[8-9]。近年來(lái),不完全雙列雜交法因其研究簡(jiǎn)便,難度小,深受育種家的青睞[10],在作物的雜交育種研究中被廣泛使用。遺傳本身就具有復(fù)雜性和隨機(jī)性,因此并不是所有的組合都可以遺傳到父母本的優(yōu)秀品質(zhì),需要結(jié)合組合本身的遺傳力和配合力來(lái)挑選出綜合表現(xiàn)較好的組合。本試驗(yàn)選用NCII不完全雙列雜交設(shè)計(jì)了50個(gè)雜交群體,估計(jì)早熟陸地棉基因型之間的配合力、遺傳力和雜種優(yōu)勢(shì),并在產(chǎn)量和纖維品質(zhì)方面鑒定出優(yōu)秀的組合,為棉花產(chǎn)量及品質(zhì)的提升提供可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料選用新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所多年收集的新疆優(yōu)良早熟品種(系)作為父本和母本,其中母本材料為塔2、133、石H14、五15-2、新豐186、新石H21、新陸棉3號(hào)、五師1759、科金棉2號(hào)、石研1號(hào)(分別用A1、A2、A3、A4、A5、A6、A7、A8、A9、A10表示),其中父本材料為金墾1645、147-3、25-19、澳棉F1、惠遠(yuǎn)720(分別用B1、B2、B3、B4、B5表示)。本試驗(yàn)對(duì)照材料選用新陸早61號(hào)(CK)。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

該試驗(yàn)于2020—2021年在新疆維吾爾自治區(qū)石河子市新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所試驗(yàn)地種植。2020年選用10×5 NCII設(shè)計(jì)50個(gè)不完全雙列雜交組合。2021年于4月10日播種,采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn),1膜6行,行長(zhǎng)5 m,重復(fù)3次,膜下滴灌,化肥調(diào)控和病蟲(chóng)害預(yù)防等均與大田相同。

1.3 性狀測(cè)定

采收時(shí),每個(gè)組合選取10株生長(zhǎng)發(fā)育較均勻且具有代表性的植株,每株收取1個(gè)棉鈴,共選取10個(gè)棉鈴,晾干后室內(nèi)考種測(cè)量其籽棉質(zhì)量(g)、皮棉質(zhì)量(g)、單鈴質(zhì)量(g)、百粒質(zhì)量(g)、衣指(g)、籽指(g)、衣分(%)等指標(biāo)。扎花后取15 g左右的皮棉測(cè)定纖維品質(zhì),由新疆農(nóng)墾科學(xué)院棉花研究所檢測(cè),采用Premier HFT9000,檢測(cè)指標(biāo)包括纖維長(zhǎng)度(纖維2.5%跨度距離,mm)、整齊度(%)、馬克隆值(μg/Inch)、比強(qiáng)度(cN/tex)、伸長(zhǎng)率(%)。

雜種優(yōu)勢(shì)以F1和CK分別代表雜種一代組合各個(gè)性狀和對(duì)照性狀的平均值,競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)=(F-CK)/CK×100%[5]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)使用Microsoft Excel 2016整理后,用Genstat 21st Edition(64 bit)數(shù)據(jù)處理軟件進(jìn)行配合力和遺傳力分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 相關(guān)性狀的配合力方差分析

本試驗(yàn)總共10個(gè)母本,5個(gè)父本,得到50個(gè)組合,12個(gè)性狀的配合力方差分析都具有極顯著性差異。由表1可見(jiàn),籽棉產(chǎn)量、單鈴質(zhì)量、馬克隆值、比強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率這5個(gè)性狀的一般配合力方差和特殊配合力方差都具有極顯著差異,這5個(gè)性狀既受到了加性效應(yīng)的影響,又受到了非加性效應(yīng)(包括顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng))的影響。百粒質(zhì)量、衣指、籽指、衣分這4個(gè)性狀的一般配合力方差均存在顯著差異,特殊配合力無(wú)顯著差異。纖維長(zhǎng)度母本的一般配合力方差呈極顯著差異,父本的一般配合力方差和特殊配合力方差均無(wú)顯著差異。整齊度父本的一般配合力方差呈顯著差異,母本的一般配合力方差和特殊配合力方差均無(wú)顯著差異。由試驗(yàn)結(jié)果可得,親本的一般配合力高,組合的特殊配合力不必然會(huì)高;親本的一般配合力低,組合的特殊配合力也不必然低。

表1 陸地棉12個(gè)性狀的配合力方差分析

2.2 親本一般配合力效應(yīng)值分析

由表2、表3可見(jiàn),同一性狀不同親本間的一般配合力效應(yīng)值和相同親本不同性狀間的一般配合力效應(yīng)值也各不相同。籽棉產(chǎn)量中一般配合力效應(yīng)值最高的親本是A5、B3,皮棉產(chǎn)量中一般配合力效應(yīng)值最高的是A7、B3,百粒質(zhì)量和衣指一般配合力效應(yīng)值最高的是A9、B3,籽指一般配合力效應(yīng)值最高的是A6、B3,單鈴質(zhì)量一般配合力效應(yīng)值最高的是A5、B3,衣分一般配合力效應(yīng)值最高的是A7、B5,纖維長(zhǎng)度一般配合力效應(yīng)值最高的是A8、B3,整齊度一般配合力效應(yīng)值最高的是A3、B3,馬克隆值一般配合力效應(yīng)值最高的是A7、B3,比強(qiáng)度一般配合力效應(yīng)值最高的是A6、A8、B3,伸長(zhǎng)率一般配合力效應(yīng)值最高的是A3、B1。由以上性狀的一般配合力效應(yīng)值綜合來(lái)看,母本中一般配合力效應(yīng)值較好的有A5、A6、A7、A8,父本中一般配合力效應(yīng)值較好的有B3、B10。

表2 母本的一般配合力效應(yīng)值

表3 父本的一般配合力效應(yīng)值

2.3 特殊配合力效應(yīng)值分析

由表4可見(jiàn),籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量特殊配合力效應(yīng)值均為正的組合有23個(gè),籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量特殊效應(yīng)值最高的組合是A5B3,籽棉產(chǎn)量效應(yīng)值為11.982,皮棉產(chǎn)量效應(yīng)值為10.996,第2位、第3位的組合是A5B1、A2B4;百粒質(zhì)量、籽指和衣指特殊配合力效應(yīng)值均為正值的組合有19個(gè),百粒質(zhì)量、籽指和衣指特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是A1B2;單鈴質(zhì)量特殊配合力效應(yīng)值為正值的組合有25個(gè),其中特殊配合力效應(yīng)值較高的組合有A5B3、A5B1、A8B5,特殊配合力效應(yīng)值最高的是A5B3;衣分特殊配合力效應(yīng)值為正值的組合有25個(gè),其中特殊配合力效應(yīng)值較高的組合有A8B4、A2B2、A10B5,特殊配合力效應(yīng)值最高的是A8B4;纖維長(zhǎng)度特殊配合力為正值的組合有31個(gè),其中特殊配合力效應(yīng)值較高的組合有A5B5、A5B4、A6B1,特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是A5B5;整齊度特殊配合力效力值為正值的組合有23個(gè),特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是A2B4;馬克隆值特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是A1B2;比強(qiáng)度特殊配合力效應(yīng)值最高的組合是A4B3;伸長(zhǎng)率特殊配合力效應(yīng)值最高的是A10B5。從以上性狀的特殊配合力效應(yīng)值綜合來(lái)看,A5B3、A1B2、A8B4、A5B5、A2B4、A1B2、A4B3、A10B5、A5B1這些組合具有較大的利用價(jià)值。

表4 不同陸地棉組合12個(gè)性狀特殊配合力效應(yīng)值

2.4 遺傳力和雜種優(yōu)勢(shì)分析

由表5可見(jiàn),以新陸早61號(hào)為對(duì)照,對(duì)NCII不完全雙列雜交設(shè)計(jì)的50個(gè)組合的12個(gè)性狀平均雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析。12個(gè)性狀中籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、百粒質(zhì)量、衣指、籽指、單鈴質(zhì)量、衣分、纖維長(zhǎng)度、馬克隆值、伸長(zhǎng)率這10個(gè)性狀的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)均為正值,其中以衣指的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)最大,達(dá)9.47%,其次是皮棉產(chǎn)量和百粒質(zhì)量。12個(gè)性狀中籽棉產(chǎn)量、皮棉產(chǎn)量、衣指、單鈴質(zhì)量、衣分、纖維長(zhǎng)度、馬克隆值、比強(qiáng)度和伸長(zhǎng)率這9個(gè)性狀的中親優(yōu)勢(shì)為正值,其中又以皮棉產(chǎn)量的中親優(yōu)勢(shì)最高,達(dá)5.94%,其次是衣分、馬克隆值,分別為3.74%、3.65%。12個(gè)性狀中超親優(yōu)勢(shì)只有衣分是正值,達(dá)0.99%,其余均為負(fù)值。就每個(gè)組合的性狀平均表現(xiàn)來(lái)看,各性狀指標(biāo)與對(duì)照相比都優(yōu)于對(duì)照。這12個(gè)性狀的一般配合力方差都高于特殊配合力方差,由此說(shuō)明,這些性狀的遺傳力主要根據(jù)加性效應(yīng)來(lái)決定。廣義遺傳力中百粒質(zhì)量、衣指、籽指、衣分、馬克隆值和比強(qiáng)度都超過(guò)40%,其中衣分的廣義遺傳力最高,為63.04%,其次是馬克隆值、衣指,分別為51.43%、48.32%。狹義遺傳力中百粒質(zhì)量、衣指、衣分、馬克隆值均大于40%,其中衣分的狹義遺傳力最高,為63.04%,其次是衣指,為48.32%。綜上所述,在遺傳力上衣分的影響最大。

表5 陸地棉各性狀的遺傳力、雜種優(yōu)勢(shì)分析結(jié)果

2.5 產(chǎn)量最佳組合與對(duì)照之間性狀比較

從表6可以看出,與CK組合相比較籽棉產(chǎn)量高于對(duì)照組合共有14個(gè),其中籽棉產(chǎn)量最大的組合是A5B3,其次為A5B1、A8B3,與對(duì)照相比較增產(chǎn)率分別為19.61%、11.46%、9.85%,同時(shí)A5B3的單鈴質(zhì)量也是最高的。籽棉產(chǎn)量、單鈴質(zhì)量中特殊配合力較高的組合也是A5B3,而親本中籽棉產(chǎn)量一般配合力最高的也是A5B3,與此結(jié)果一致,但是A5B3組合的衣分、整齊度、比強(qiáng)度、伸長(zhǎng)率的特殊配合力都是負(fù)值,一般配合力中的衣分和伸長(zhǎng)率也為負(fù)值,由此可見(jiàn)A5B3組合在產(chǎn)量提升上具有潛在利用價(jià)值。A5B1組合籽棉產(chǎn)量的特殊配合力雖然為正值,但是B1的一般配合力為負(fù)值,由此可知,親本一般配合力低的,得到的組合特殊配合力不一定低。因此在選取組合時(shí),應(yīng)結(jié)合綜合性狀的結(jié)果來(lái)進(jìn)行篩選,以此選取出最優(yōu)秀的組合。

表6 陸地棉產(chǎn)量最佳組合的主要性狀與對(duì)照均值比較

3 討論與結(jié)論

雜種優(yōu)勢(shì)現(xiàn)象是普遍存在于大自然界中的生物特征之一[11-13],在作物研究中已經(jīng)被得到廣泛應(yīng)用。本試驗(yàn)中提出的競(jìng)爭(zhēng)雜種優(yōu)勢(shì)則是有著更直接經(jīng)濟(jì)意義的衡量標(biāo)準(zhǔn)“有用雜種優(yōu)勢(shì)”[4]。調(diào)查表明,競(jìng)爭(zhēng)雜種優(yōu)勢(shì)的衣分和皮棉產(chǎn)量的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)比例最大,分別達(dá)9.47%、8.45%,說(shuō)明這些優(yōu)良的早熟陸地棉親本設(shè)計(jì)的雜交組合,F1代對(duì)產(chǎn)量提升具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。不同棉花品種間具有一般配合力和特殊配合力的差別,采用優(yōu)選親本可以得到具有競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的新組合[14]。通常一般配合力指一個(gè)親本品種和其他很多品種的一系列雜交組合子代特性平均數(shù),一般配合力主要受到加性效應(yīng)的影響,主要體現(xiàn)在親本品種把特性傳遞給下一代群體的能力,可在品種之間加以對(duì)比,以選取最好的雜交親本,是評(píng)價(jià)親本潛在育種能力的重要指標(biāo)[15]。特殊配合力指某特定雜交群體的某特性實(shí)際測(cè)定數(shù)值和依據(jù)雙親一般配合力算得的理論精度之間的離差,特殊配合力主要受親本種類(lèi)間基因的非加性效應(yīng)(包括顯性效應(yīng)和上位性效應(yīng))影響,特殊配合力體現(xiàn)了特定親本組合產(chǎn)生雜種優(yōu)勢(shì)的潛在能力,據(jù)此可以選配最佳的組合。本試驗(yàn)優(yōu)良組合中的A5B1,籽棉產(chǎn)量的特殊配合力為正值且排在第2位,親本A5的一般配合力為正值,而親本B1的一般配合力為負(fù)數(shù);組合A8B4籽棉產(chǎn)量的特殊配合力為負(fù)值,但親本A8、B4的一般配合力均為正值,其余幾個(gè)組合與此結(jié)果大體一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明,一般配合高的親本,得到的組合特殊配合力不一定高;一般配合力低的親本,得到的組合特殊配合力也不一定低;因此一般特殊配合力和特殊配合力效應(yīng)值相對(duì)獨(dú)立。本試驗(yàn)研究結(jié)果與前人部分研究結(jié)果[16-20]一致,對(duì)優(yōu)良組合的選育具有潛在意義。所以,在選配雜交棉組合時(shí),除了加強(qiáng)親本一般配合力選取外,還應(yīng)注意特殊配合力的選擇,以及考慮綜合性的表現(xiàn)[21]。

本試驗(yàn)總共選取了15個(gè)陸地棉品種(系),雜種競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)中優(yōu)勢(shì)高的是衣分、皮棉產(chǎn)量,達(dá)9.47%、8.45%。在配合力分析中,在母本中一般配合力效應(yīng)值較好的有A5、A6、A7、A8,而父本中一般配合力效應(yīng)值較好的有B1、B3。其中特殊配合力綜合較好的組合是A5B3、A8B4、A4B3、A5B5、A2B4、A1B2、A10B5,籽棉產(chǎn)量與對(duì)照產(chǎn)量相比產(chǎn)量較高的組合有A5B3、A5B1、A8B3,增產(chǎn)率達(dá)19.61%、11.46%、9.85%。綜合比較,對(duì)增產(chǎn)有利的組合有A5B3、A5B1、A8B3;對(duì)品質(zhì)提升有利的組合有A8B4、A4B3、A5B5、A2B4、A1B1、A10B5。這些組合在生產(chǎn)和提升品質(zhì)方面都具有較大的潛在利用價(jià)值。