強冬性和春性甘藍(lán)型油菜變種間雜種優(yōu)勢分析

王瑩 鄭國強 董小云 李輝 魏家萍 崔俊美 武澤峰 劉自剛

（甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院/省部共建干旱生境作物學(xué)國家重點實驗室/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點實驗室，甘肅 蘭州 730070）

油菜（BrassicanapusL.）是一種適應(yīng)性強、經(jīng)濟(jì)價值高、發(fā)展?jié)摿Υ蟮闹匾土献魑?，是中國食用植物油的主要來源?-2］。甘藍(lán)型油菜屬于異源四倍體，依據(jù)感溫特性可分為三種類型：春性、半冬性和冬性［3-4］。三種類型在種植區(qū)域和開花時間方面均存在明顯差異，遺傳背景差異較大，相互雜交可以擴(kuò)大各自基因庫的遺傳差異，篩選出強優(yōu)勢雜交組合［5］。

雜種優(yōu)勢是雜種F1在個別性狀或綜合性狀上優(yōu)于其親本的現(xiàn)象，自然界多種作物普遍存在雜種優(yōu)勢現(xiàn)象，現(xiàn)代農(nóng)業(yè)利用雜種優(yōu)勢實現(xiàn)了作物產(chǎn)量的大幅提高［6］。油菜同樣具有較強的雜種優(yōu)勢，已有研究表明，利用雜種優(yōu)勢是提高油菜產(chǎn)量的有效途徑之一，并通過三系、兩系等途徑選育得到多個表現(xiàn)優(yōu)良的品種［7-8］。李殿榮等［9］通過油菜三系配套選育出油菜雜交種秦油2號，比常規(guī)油菜品種增產(chǎn)30%左右，是我國油菜雜種優(yōu)勢利用研究取得的重大突破。官春云等［10］選育高產(chǎn)雜交種湘雜油1號，比常規(guī)品種增產(chǎn)15%左右，具有明顯的雜種優(yōu)勢。研究表明親本群體遺傳背景差異越大，群體間雜種優(yōu)勢越顯著［11-12］。超級稻的選育成功，證實了雜種優(yōu)勢大小與雙親的遺傳距離大小成正比，品種間的雜種優(yōu)勢＜亞種間的雜種優(yōu)勢＜種間的雜種優(yōu)勢。中國的半冬性油菜對增強歐洲春油菜的育種潛力有顯著效果［13］。半冬油菜與春油菜兩種不同的生態(tài)類型雜交，F(xiàn)1具有明顯的超親優(yōu)勢［14］。利用春性和半冬性親本組配雜交組合，通過農(nóng)藝性狀對比發(fā)現(xiàn)，春性品種（系）與冬性品種（系）組配的雜交組合比同類品種間組配的組合具有更強的雜種優(yōu)勢［15］。在我國北方寒旱區(qū)，甘藍(lán)型強冬性油菜花期在每年5月上旬，7月上旬成熟；而半冬性、春性油菜花期在每年6月底至7月初，8月上旬成熟。由于強冬性與春性油菜長期花期不遇而產(chǎn)生隔離，阻礙了強冬性與春性油菜變種間雜種優(yōu)勢的研究。而近年來，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)油菜課題組（本課題組）通過改變春油菜播期解決了花期不遇的問題。鑒于此，本試驗選用4個春性甘藍(lán)型油菜和8個強冬性甘藍(lán)型油菜，通過冬×春和冬×冬雜交組合類型，獲得6個雜交組合。通過分析親本及其雜交組合在生育期、農(nóng)藝性狀等方面的雜種優(yōu)勢，篩選出冬×春油菜變種間優(yōu)勢組合，以期為冬×春油菜變種間雜種優(yōu)勢利用、變種間雜種優(yōu)勢的研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

本試驗供試材料為8個強冬性甘藍(lán)型油菜和4個春性甘藍(lán)型油菜，以冬×春油菜和冬×冬油菜組配雜交組合，得到6個雜交組合（表1）。本試驗材料均來自本課題組。

表1 親本及其雜交組合Table 1 Parents and their cross combinations

1.2 試驗方法

為使親本花期相近，分別于2019年8月中旬種植冬性親本，12月中旬種植春性親本，花期通過人工剝蕾去雄和授粉的方法進(jìn)行雜交組合選配及親本品種的自交繁種，成熟期適期收獲雜交種F1及親本。2020年8月15日，種植冬×春、冬×冬雜交組合F1及親本。試驗材料的種植均采用盆栽種植，規(guī)格為180.0 mm，每盆種植5株，最終定苗3株，株距為15.0 cm，每個品種種植10盆，其余同油菜盆栽管理一致。上述試驗均在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)玻璃溫室進(jìn)行［海拔：1 531.0 m；氣壓：84.0 kPa；年平均溫度：（10.3±2.1） ℃；年平均降水量：（334.0±13.6） mm］。

1.3 測量指標(biāo)

1.3.1 甘藍(lán)型油菜生育期記載 記載不同品種親本及雜交種的生育時期。生育期記載內(nèi)容包括出苗期（period of emerge）、五葉期（five leaves）、抽薹期（bolting）、現(xiàn)蕾期（budding）、花期（flowering period）及全生育期（growth duration）。

1.3.2 甘藍(lán)型油菜農(nóng)藝性狀記載 在成熟期時，每個參試品種取樣不少于5株，并對其主要的農(nóng)藝性狀進(jìn)行考種，考種內(nèi)容包括株高（plant height，PH）、莖粗（stem diameter，SD）、分枝部位（branch location，BL）、有效分枝數(shù)（effective number of branches，BN）、主花序長度（length of main inflorescence，MIL）、角果長度（silique length，SL）、果喙長度（fruit beak length，F(xiàn)BL）、果柄長度（stalk length，STL）、單株有效角果數(shù)（effective number of siliques per plant，SPP）、主花有效角果數(shù)（effective number of siliques in main inflorescence，MIS）。

1.4 數(shù)據(jù)分析

利用Excel 2016進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，SPSS v23.0分析軟件對群體生育期及農(nóng)藝性狀進(jìn)行統(tǒng)計分析。估算超親優(yōu)勢（over-parent，OPH）和雜種優(yōu)勢指數(shù)（index of heterosis，IH），計算公式如下：

式中，HP為高值親本，即同一性狀表現(xiàn)，雙親中的最高值；MP為雙親的平均值。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘藍(lán)型油菜雜交組合F1及親本生育期分析

2.1.1 生育期進(jìn)程分析 由表2可知，甘藍(lán)型冬×春組合的全生育期為221～223 d，冬×冬組合的全生育期為236 d。與親本比較發(fā)現(xiàn)，冬×春組合的生育期變化最為明顯，F(xiàn)1的全生育期天數(shù)均介于冬性親本和春性親本之間，分別較冬性親本和春性親本平均縮短了16.50 d和延長了62.30 d；其中，F(xiàn)1的五葉-抽薹天數(shù)均介于強冬性親本和春性親本之間，分別較強冬性親本和春性親本縮短了19.00 d和延長了64.00 d；分析不同雜交組合類型的F1生育期進(jìn)程發(fā)現(xiàn)，冬×春組合F1較冬×冬組合F1在五葉-抽薹期和全生育期天數(shù)明顯縮短，分別縮短16.30和14.00 d。說明冬×春組合的生育期較強冬性親本明顯縮短。

表2 甘藍(lán)型油菜親本及F1生育期天數(shù)Table 2 The days of growth period of parents and F1 in Brassica napus L./d

2.1.2 生育期雜種優(yōu)勢差異 由甘藍(lán)型油菜冬×春組合超親優(yōu)勢分析結(jié)果得出（表3），除花期多為正向優(yōu)勢外，生育階段多為負(fù)向優(yōu)勢，其中花期超親優(yōu)勢為-3.70%～7.41%，均值為1.85%，且冬×春組合（1.85%）＞冬×冬組合（-3.70%）。雜種優(yōu)勢指數(shù)分析結(jié)果表明，冬×春組合F1在各階段的平均雜種優(yōu)勢指數(shù)分別為92.50%、121.00%、98.54%、99.53%、105.30%、105.46%和111.49%；并且在五葉-抽薹期、花期、成熟期和生育期天數(shù)均比冬×冬組合高，較冬×冬組合分別高22.70、3.30、25.43和13.36個百分點。說明在整個生育期內(nèi)，冬×春組合在五葉期-抽薹期和全生育期天數(shù)的雜種優(yōu)勢更為明顯，并且冬×春變種間生育期的雜種優(yōu)勢強于同種間雜交組合。

表3 甘藍(lán)型油菜F1生育期雜種優(yōu)勢Table 3 Phenotypic heterosis of growth period of F1 in Brassica napus L./%

2.2 不同甘藍(lán)型油菜雜交組合F1及親本株型性狀差異

2.2.1 株型性狀分析 由表4可知，冬×春組合F1及親本的株型性狀均表現(xiàn)出不同的差異。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數(shù)和主花序長度性狀比父本分別增加了4.30%、5.26%、15.83%、16.67%和1.27%；比母本分別增加了7.23%、25.00%、6.62%、40.00%和-5.88%，其中株高與親本達(dá)到差異顯著水平。17NTS57-4×P113-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數(shù)和主花序長度性狀性狀比父本分別增加了-9.63%、20.00%、-35.63%、0.00%和89.87%；比母本分別增加了9.42%、-10.00%、21.74%、50.00%和57.89%，株高、分枝部位和主花序長度與親本相比達(dá)到差異顯著水平。18NLJ32×10-1061-2在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數(shù)和主花序長度性狀比父本分別增加了20.82%、-14.29%、15.88%、40.00%和46.15%；比母本分別增加了28.97%、-10.00%、7.07%、40.00%和78.13%，其中株高、分枝部位和主花序長度與親本相比達(dá)到差異顯著水平。17NTS57-5×2402B-1在株高、莖粗、分枝部位、有效分枝數(shù)和主花序長度性狀比父本分別增加了-5.84%、25.00%、7.39%、-16.67%和-5.10%；比母本分別增加了19.65%、0.00%、46.51%、-28.57%和57.63%，其中株高、分枝部位與親本相比達(dá)到差異顯著水平。在與冬×冬組合相比較，冬×春組合的F1各株型性狀均值均介于冬×冬組合F1之間，分別比冬×冬組合增加了-24.80%、-56.32%、-7.44%、-36.36%和-22.52%。

表4 甘藍(lán)型油菜親本及F1株型性狀表現(xiàn)Table 4 Phenotypic performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.2.2 株型性狀雜種優(yōu)勢差異 由表5可知，冬×春組合F1在株型性狀中均表現(xiàn)出不同的雜種優(yōu)勢。對株高性狀的超親優(yōu)勢分析表明，雜交種F1超親優(yōu)勢為-9.63%～20.82%，均值為2.41%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2均為正向優(yōu)勢，分別為4.30%和20.82%，并且冬×春組合（2.41%）＞冬×冬組合（-0.41%）；在莖粗性狀分析中，雜交種F1超親優(yōu)勢為-14.29%～5.26%，均值為-4.76%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1為正向優(yōu)勢，超親優(yōu)勢為5.26%，冬×冬組合（31.82%）＞冬×春組合（-4.76%）；在分枝部位分析中，雜交種F1超親優(yōu)勢為-35.63%～7.39%，均值為-3.64%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1、18NLJ32×10-1061-2和17NTS57-5×2402B-1為正向優(yōu)勢，分別為6.62%、7.07%和7.39%，并且冬×冬組合（-3.44%）＞冬×春組合（-3.64%）；有效分枝數(shù)的超親優(yōu)勢分析表明，冬×春組合F1的超親優(yōu)勢為-28.57%～40.00%，均值為7.02%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2為正向雜種優(yōu)勢，分別為16.67%和40.00%，并且冬×春組合（7.02%）＞冬×冬組合（-8.33%）；在主花序長度性狀分析中，冬×春組合的超親優(yōu)勢為-5.88%～57.89%，均值為23.27%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優(yōu)勢，分別為57.89%和46.15%，并且冬×春組合（23.27%）＞冬×冬組合（4.68%）。

表5 甘藍(lán)型油菜F1株型性狀和分枝性狀雜種優(yōu)勢Table 5 Heterosis on plant type and branch traits of F1 in Brassica napus L./%

雜種優(yōu)勢指數(shù)分析中，冬×春組合F1在株高、莖粗、分枝、有效分枝數(shù)和主花序長度性狀指數(shù)范圍分別為98.99%～124.76%、87.80%～114.29%、84.21%～123.93%、76.92%～140.00%和97.56%～172.41%，均值分別為108.72%、104.01%、107.62%、116.05%和137.25%。

綜上所述，冬×春組合雜交種在株高、分枝部位和主花序長度性狀方面多為正向雜種優(yōu)勢，說明冬×春組合在株高、分枝部位和主花序長度性狀方面具有較強的雜種優(yōu)勢，且優(yōu)于冬×冬組合。

2.3 不同甘藍(lán)型油菜雜交組合F1及親本角果性狀差異

2.3.1 角果性狀分析 由表6可知，冬×春組合F1的角果性狀表現(xiàn)不同差異。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)性狀中比父本分別增加了4.26%、-9.49%、16.67%、27.54%和-6.67%；比母本分別增加72.94%、26.07%、32.43%、83.62%和7.69%，其中角果長度、果柄長度和單株有效角果數(shù)與親本相比均達(dá)到差異顯著水平。17NTS57-4×P113-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)性狀中比父本分別增加了11.76%、17.34%、2.44%、23.96%和18.28%，比母本分別增加了67.03%、45.00%、13.51%、112.50%和41.03%，其中，角果長度、果喙長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)與親本相比均達(dá)到了差異顯著水平。18NLJ32×10-1061-2在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)性狀中比父本分別增加了18.33%、11.94%、5.00%、0.97%和28.09%，比母本分別增加了39.22%、11.94%、2.44%、134.23%和54.05%，其中，角果長度、果喙長度、主花序有效角果數(shù)與親本相比均達(dá)到了差異顯著水平。17NTS57-5×2402B-1在角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)性狀中比父本分別增加了6.30%、-24.32%、-14.63%、16.77%和-8.42%，比母本分別增加了46.74%、-2.06%、-18.60%、40.29%和20.83%，其中角果長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)與親本相比較均達(dá)到了差異顯著水平。在與冬×冬組合相比較中，冬×春組合的F1角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)分別比冬×冬組合增加了2.86%、-3.42%、-6.04%、-46.39%和-43.25%。

表6 甘藍(lán)型油菜親本及F1角果性狀表現(xiàn)Table 6 Pod performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.3.2 角果性狀雜種優(yōu)勢差異 由表7可知，冬×春組合F1的角果性狀均表現(xiàn)不同的雜種優(yōu)勢。對角果長度超親優(yōu)勢分析表明，冬×春組合F1的超親優(yōu)勢為4.26%～18.33%，均值為10.16%，各雜交種均為正向雜種優(yōu)勢，分別為4.26%、11.76%、18.33%和6.30%，并且冬×春組合（10.16%）＞冬×冬（-23.28%）；在對果喙長度分析中，冬×春組合F1的超親優(yōu)勢為-24.32%～17.34%，均值為-1.13%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優(yōu)勢，分別為17.34%和11.94%，并且冬×冬組合（0.90%）＞冬×春組合（-1.13%）；在對果柄長度分析中，冬×春組合F1的超親優(yōu)勢為-18.60%～16.67%，均值為0.74%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1、17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向優(yōu)勢，分別為16.67%、2.44%和2.44%，并且冬×春組合（0.74%）＞冬×冬（-10.31%）；在對單株有效角果數(shù)性狀分析，雜交種F1的超親優(yōu)勢為0.97%～27.54%，均值為17.31%，各雜交種均為正向雜種優(yōu)勢，分別為27.54%、23.96%、0.97%和16.77%，冬×春組合（17.31%）＞冬×冬（-2.87%）；對主花序角果數(shù)分析中，雜交種F1的超親優(yōu)勢為-8.42%～28.09%，均值為7.82%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2為正向雜種優(yōu)勢，分別為18.28%和28.09%，冬×冬組合（8.54%）＞冬×春（7.82%）。

表7 甘藍(lán)型油菜F1角果性狀雜種優(yōu)勢Table 7 Heterosis on pod traits of F1 in Brassica napus L./%

雜種優(yōu)勢指數(shù)分析表明，冬×春組合F1的角果長度、果喙長度、果柄長度、單株有效角果數(shù)和主花序有效角果數(shù)的指數(shù)范圍分別為123.29%～133.92%、85.38%～129.71%、83.33%～124.05%、127.45%～156.58%和100.00%～139.88%，均值分別為128.81%、108.10%、104.69%、143.92%和118.18%。

綜上所述，甘藍(lán)型油菜冬×春組合F1在角果長度和單株有效角果數(shù)方面具有較強的正向雜種優(yōu)勢，且優(yōu)于甘藍(lán)型油菜冬×冬組合。

3 討論

生育期作為作物生長發(fā)育特性的綜合標(biāo)志，也是油菜重要的農(nóng)藝性狀，決定了適宜的生長季節(jié)和種植區(qū)域［16］。已有研究表明，生育期與產(chǎn)量密切相關(guān)［17］。鄭本川等［18］對甘藍(lán)型油菜生育期天數(shù)與產(chǎn)量構(gòu)成性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，營養(yǎng)生長天數(shù)、角果成熟天數(shù)與單株產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)，開花天數(shù)則與單株產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)。Li等［19］發(fā)現(xiàn)控制開花時間QTL和種子產(chǎn)量和千粒重的QTL在染色體上成簇分布，表明開花時間與油菜種子產(chǎn)量和千粒重有關(guān)，進(jìn)一步證實了生育期與種子產(chǎn)量有一定的相關(guān)性。除了確保種子產(chǎn)量外，控制植物生育期還具有重要的農(nóng)學(xué)意義。我國北方寒旱區(qū)冬季干燥寒冷，甘藍(lán)型油菜是北方理想的冬季作物，但現(xiàn)在推廣的品種生育期普遍較長，嚴(yán)重影響了后茬作物的種植，而且晚熟油菜生長后期會面臨高溫或雨季等不良?xì)夂?，較大影響了油菜的產(chǎn)量和品質(zhì)，成為甘藍(lán)型冬油菜擴(kuò)大生產(chǎn)面積的主要阻礙［20-21］。因此，選育生育期適當(dāng)?shù)脑缡炱贩N，是當(dāng)前我國油菜育種的主要目標(biāo)之一。選擇生育期長短適宜的品種，可以提高土地利用率，還可以在不同地區(qū)廣泛種植，同時保證產(chǎn)量和品質(zhì)［18］。本研究利用甘藍(lán)型強冬性油菜與春性油菜雜交，雜交種F1總生育期天數(shù)介于雙親之間，較冬性親本的生育期天數(shù)明顯縮短，說明甘藍(lán)型油菜冬×春組合雜交種可以有效縮短甘藍(lán)型冬性油菜的生育期，并且冬×春組合各生育期階段也有雜種優(yōu)勢差異。利用冬×春組合雜種優(yōu)勢可有效解決甘藍(lán)型強冬性油菜生育期過長等問題，對改良油菜農(nóng)藝性狀及擴(kuò)展油菜適種區(qū)均具有重要的實際應(yīng)用意義。

雜種優(yōu)勢利用是創(chuàng)制新品種的有效手段之一，最新培育出含油率高、抗病性較強的新品種天彩油1號正是得益于雜交手段［22-23］。研究表明，不同生態(tài)地區(qū)的材料間差異較大，遺傳距離較遠(yuǎn)，親本間雜種優(yōu)勢越強［24］。本研究所得結(jié)果與前人研究結(jié)果相似。有研究表明，油菜品種間雜交在株型、分枝數(shù)、分枝部位及莖粗等農(nóng)藝性狀方面存在明顯的雜種優(yōu)勢［25-26］。本研究對冬×春組合的雜交種農(nóng)藝性狀進(jìn)行雜種優(yōu)勢分析，結(jié)果表明冬×春組合的雜交種在株高、分枝部位、主花序長度、角果長度和單株有效角果數(shù)等具有較強的雜種優(yōu)勢，這與前人研究結(jié)果一致［27-28］。油菜產(chǎn)量構(gòu)成因素中，角果長度和單株有效角果數(shù)具有決定性作用，并且單株有效角果數(shù)的雜種優(yōu)勢最為明顯［29-30］。本研究發(fā)現(xiàn)冬×春組合中雜交種F1角果長度和單株有效角果數(shù)雜種優(yōu)勢尤為明顯，說明甘藍(lán)型強冬性油菜和春性油菜變種間雜交可能會提高甘藍(lán)型油菜產(chǎn)量。這些研究結(jié)果對今后甘藍(lán)型油菜變種間雜種優(yōu)勢利用、雜交新品種的選育具有重要的理論價值。

4 結(jié)論

通過變種間組配雜交組合，分析甘藍(lán)型冬×春組合和冬×冬組合生育期及農(nóng)藝性狀雜種優(yōu)勢強弱，發(fā)現(xiàn)冬×春組合雜交種較甘藍(lán)型冬性油菜生育期天數(shù)縮短。變種間雜交種在株高、分枝部位、主花序長度、角果長度和單株有效角果數(shù)等性狀方面具有較強的雜種優(yōu)勢；同時角果長度和單株有效角果數(shù)的超親優(yōu)勢和雜種優(yōu)勢指數(shù)最高，說明甘藍(lán)型油菜變種間雜種優(yōu)勢的利用更具有發(fā)展?jié)摿Α?/p>