SSR标记与棉花产量性状杂种优势的相关性分析

孙亚莉，何守朴，陈琼玲，郑晓楠，杜雄明

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030800；2.中国农业科学院棉花研究所，河南安阳455000）

SSR标记与棉花产量性状杂种优势的相关性分析

孙亚莉1，何守朴2，陈琼玲1，郑晓楠1，杜雄明2

（1.山西农业大学信息学院，山西太谷030800；2.中国农业科学院棉花研究所，河南安阳455000）

在陆地棉杂交组合中，铃数和铃质量优势对产量杂种优势起着重要的贡献作用。利用2个衣分差异较大的材料M23（衣分高）和838（衣分低）与其他8个材料杂交，获得两类共16个F1群体，对材料（亲本及F1）的产量相关性状、杂种优势和SSR分子标记聚类及相关性进行了研究。结果表明，以M23作父本的F1群体籽棉产量均值明显高于以838作父本的F1群体，进一步对2个群体的中亲优势和超亲优势分析发现，籽棉产量的增长贡献可能来源于铃质量表现出的杂种优势；利用SSR分子标记技术可以很好地将F1群体和亲本材料区分开来，同时通过分析材料之间相似系数和杂种优势之间的相关性发现，材料之间相似系数越大，衣分和铃数的杂种优势越小，但铃质量的杂种优势越大。研究可为棉花杂种优势利用选择亲本提供理论基础。

棉花；产量；杂种优势；SSR标记；相关分析

棉花作为最重要的天然纤维作物和油料作物，对国民经济起着非常重要的作用。自20世纪90年代，世界棉花的平均产量均有显著提高，然而在产量上要取得更进一步的突破则较为困难；我国的棉花品种区域试验结果也发现，要更大地提高棉花产量难度很大。目前研究表明，利用杂种优势是作物提高产量、改良品质的有效途径[1-3]。

20世纪90年代末，我国棉花育种工作者先后育成多个具有较强优势的杂交组合，并在生产中大面积推广利用[4]，将我国棉花生产和育种推入了以利用杂种优势为主的新阶段[5-7]。然而，棉花杂种优势遗传基础的理论研究，多停留在经典数量遗传研究阶段，难以适应快速发展的棉花育种工作的需要。分子标记技术的发展，为杂种优势遗传基础的理论研究提供了强有力的手段，对改良作物的产量、品质、抗病虫性具有重要意义[8-10]。

分子标记是继形态标记、细胞标记和生化标记之后发展起来的较为理想的遗传标记形式，近年来发展迅速[11]。它具有数量多、分布广、共显性等优越性[12]，在遗传图谱构建、品种（系）的指纹图谱、种质资源的遗传多样性及分类研究、种质资源的创新与鉴定、比较基因组学、分子标记辅助育种等方面起着非常重要的作用[13-14]，可以缩短育种年限，大大提高育种效率，加快育种进程[15-16]。

本研究利用2个衣分差异较大的材料M23（衣分高）和838（衣分低）与其他8个材料杂交，获得两类共16个F1群体，通过亲本与子代之间杂种优势、产量有关性状的比较分析，并结合SSR分子标记技术，从分子水平上分析所选材料的遗传背景及其与杂种优势之间的关系，以期为棉花杂种优势利用及高产育种提供理论基础。

1 材料和方法

1.1 试验材料

本研究所使用植物材料均来自国家棉花种质资源中期库。2个父本材料，分别为M23和838；8个母本材料，分别为（98101/澳991）B、国欣棉3号、9901选、冀169、冀4025、冀958、晋棉38和鑫秋1号。

1.2 试验设计

试验于2009年杂交，2010年将所有亲本和F1种植于中国农业科学院棉花研究所试验地（河南安阳）。采用随机区组设计，每个材料种2行，3个重复。试验地肥力较好且均匀一致，田间管理方法同大田常规方法。

1.3 田间性状观察

本试验对所有材料产量相关的重要性状（果枝数、铃数、籽棉产量、铃质量、衣分等）进行调查。各性状数据采集时期和描述方法参照《棉花种质资源描述规范和数据标准》[17]。

1.4 SSR分子标记分析

1.4.1 提取DNA 采用改良的CTAB法提取棉花材料基因组DNA。

1.4.2 模板DNA纯度和浓度检测 用BECKMAN DU800紫外分光光度计检测DNA纯度与浓度。

1.4.3 PCR扩增 其扩增程序列于表1，对其产物用8%非变性聚丙烯酰胺电泳进行检测，筛选得到多态性引物124对。

1.5 数据处理与分析

1.5.1 中亲优势 对试验材料的各个数量性状进行中亲优势的计算。中亲优势是指杂种的某一数量性状平均值（F1）与双亲相应性状平均值（MP）的差数除以双亲相应性状的平均值（MP）。

表1 SSR的PCR扩增程序

1.5.2 超亲优势 对试验材料的各个数量性状进行超亲优势的计算。超亲优势是指杂种某一数量性的平均值（F1）与高值亲本（HP）相应性状平均值差数除以高值亲本相应性状的平均值。

1.5.3 数据记录 SSR分子标记通过人工统计稳定且易于辨认的差异性条带数，有带时赋值为“1”，无带时赋值为“0”，录入计算机生成分子标记的“1，0”矩阵。

1.5.4 聚类分析 分子标记数据采用Jaccard模型进行相似系数运算，并且采用未加权类平均法（unweighted pair group method arithmetic averages，UPGMA）对遗传相似系数矩阵进行聚类分析，生成聚类图。

1.5.5 相关分析 用SAS8.0统计分析软件对中亲优势、超亲优势和SSR分子标记相似系数进行相关分析。

2 结果与分析

2.1 所选材料产量相关的主要农艺性状及其变异

根据调查标准对所有材料进行了农艺性状调查，因为种植了3个重复，因此除籽棉产量数据外，其他数据均用平均值表示。从表2可以看出，除衣分和铃数外，M23的其他性状均低于838。

对所选材料的铃质量、衣分、果枝数、铃数等产量相关性状进行了调查，并将所有数据分为亲本、F1（838）（以材料838作父本的F1群体）和F1（M23）（以材料M23作父本的F1群体）3个群体进行统计分析，各性状平均值和变异系数如表3所示。

从表3可以看出，经过与M23杂交以后，F1（M23）群体籽棉产量均值提高幅度较大，而且变异系数相对较小，说明与M23杂交后，所有材料在产量上均表现较明显的杂种优势。而与产量相关的性状除铃数外，F1（M23）群体较亲本均有较小幅度的提高，且变异系数不大。

表2 所选材料的相关农艺性状分析

表3 所选材料产量及其相关主要农艺性状变异分析

2.2 各性状之间的相关分析

为了明确各性状之间的相互关系，本研究以所有亲本和F1为样本，对各性状进行相关分析，结果发现，铃质量与果枝数呈极显著正相关；与籽棉产量呈正相关的有果枝数和铃质量；衣分与果枝数呈显著负相关（表4）。由于本研究所选取的样本包括亲本和F1，因此，该结果说明，在棉花中影响籽棉产量的主要性状是果枝数和铃质量。

表4 所有材料各性状之间的相关分析

2.3 中亲优势与超亲优势

为了进一步研究所选材料之间的杂种优势，本研究对调查性状的中亲优势和超亲优势进行了统计，结果表明，F1（M23）群体籽棉产量的中亲优势和超亲优势都明显高于F1（838）群体，进一步对其构成性状进行分析发现，只有铃质量表现出较明显的中亲优势和超亲优势（表5），说明产量的优势可能主要来自于铃质量的贡献。

表5 所有组合的中亲优势和超亲优势分析

2.4 SSR聚类分析

为了从分子水平上分析所选材料的遗传背景及其与杂种优势之间的关系，本研究从800对SSR引物中筛选出124对多态性好、条带清晰、重复性高的引物作为多态性引物，对材料之间的遗传关系进行分析。通过聚类分析发现，SSR分子标记可以很好地将F1与亲本材料区分开来，而在其内部，M23和838都与其各自的F1聚为一类。说明SSR标记可以准确地鉴定陆地棉的F1材料及其亲本（图1）。

2.5 材料之间相似系数与杂种优势的相关性分析

为了进一步研究材料之间遗传距离是否与杂种优势之间存在着相关性，进一步分析了材料之间的相似系数与各性状之间的相关性，结果表明，SSR相似系数与铃数的中亲优势呈极显著负相关，与铃质量的中亲优势呈显著正相关，与衣分的中亲优势和超亲优势均呈显著负相关（表6）。说明在本研究所配置组合中，选用遗传背景越接近的材料作为亲本，其F1铃数的中亲优势小，衣分的中亲优势和超亲优势都随之减小，只有铃质量的中亲优势有所提高。

表6 材料之间SSR相似系数与各性状中亲优势和超亲优势的相关性分析

3 讨论

前人的研究表明，铃数和铃质量优势对产量起着重要的贡献作用[18]。张凤鑫[19]统计31个陆地棉组合结果表明，F1对产量优势的贡献主要来源于铃数和铃质量的增加；陈祖海等[20]研究6个陆地棉族系种质与常规棉品种的组合发现，F1产量优势同样来源于铃数与铃质量的增加。本研究结果表明，所选择的组合中，虽然父本M23籽棉产量低于父本838，但其杂交F1在籽棉产量上却具有更大的优势，经分析发现，这些优势可能来源于铃质量；然而M23的铃质量却低于838，衣分远高于838，说明亲本衣分高低可能对F1铃质量有着潜在的影响，从而进一步影响籽棉产量。因此，在棉花杂种优势利用上，如果希望提高籽棉产量，可以通过选择衣分较高的材料作为亲本。

杂种优势是自然界存在的普遍现象，利用杂种优势对作物性状进行改良是长久以来作物育种的主要方向之一。棉花作为常异花授粉植物，只要选择合适的亲本，杂种优势依然存在并可以被利用。分子标记技术可以很好地区分材料之间的遗传背景关系，因此，利用分子标记技术可以辅助指导杂种优势利用中进行亲本的选择。袁力行等[21]利用4种分子标记技术对15个玉米骨干自交系所配置的组合进行遗传距离与杂种优势相关性研究发现，分子标记遗传距离与F1产量呈显著正相关；王学德等[22]研究发现，棉花中当亲本遗传距离处于一定范围内，杂种优势才能达到最大；赵庆勇等[23]利用SSR标记对水稻组合研究发现，分子标记遗传距离与杂种优势相关性状均达到极显著正相关。本研究分析了材料之间的SSR相似系数和其性状的中亲优势及超亲优势之间的相关性，虽然没有发现相似系数与籽棉产量之间的显著相关性，但亲本之间的相似系数可能影响铃数、铃质量和衣分的杂种优势。与以往研究不同的是，本研究发现，铃质量中亲优势与相似系数呈显著正相关，这可能是由选择材料不同所引起的。

［1］秦鸿德.陆地棉产量与纤维品质性状QTL定位和标记辅助轮回选择[D].南京：南京农业大学，2007.

［2］范术丽，喻树迅，宋美珍，等.短季棉早熟性的分子标记及QTL定位[J].棉花学报，2006，18（3）：135-139.

［3］郭旺珍，张天真，丁业掌，等.分子标记辅助聚合2个棉纤维高强主效 QTLs的选择效果 [J].遗传学报，2005，32（12）：1275-1285.

［4］崔秀珍，李哲，吴世秀，等.陆地棉不同类型杂交种主要性状杂种优势比较分析[J].江苏农业科学，2010（5）：122-124.

［5］姜保功，孔繁玲，张群远，等.棉花产量组分的改良对产量的影响[J].棉花学报，2000，12（5）：258-260.

［6］胡文静，张晓，张天真，等.陆地棉优质纤维QTL的分子标记筛选及优质来源分析[J].作物学报，2008，34（4）：578-586.

［7］喻树迅.棉花育种材料与方法研究的现状与发展方向 [J].中国棉花，1999，26（12）：1-6.

［8］郝德荣，何林池，刘水东，等.抗虫棉数量性状遗传距离与杂种优势关系的研究[J].金陵科学学报，2008，24（4）：50-55.

［9］田琴，孔宪辉，余渝，等.早熟陆地棉基于性状主成分和SSR分子标记的遗传距离分析 [J].新疆农业科学，2011，48（4）：611-615.

［10］邢朝柱，靖深蓉，邢以华.中国棉花杂种优势利用研究回顾与展望[J].棉花学报，2007，19（5）：337-345.

［11］艾买提·图如普，申怀伟，梁亚军，等.棉花杂交种SSR标记检测技术的研究[J].新疆农业科学，2010，47（9）：1733-1736.

［12］方宣均，吴为人，唐纪良，等.作物DNA标记辅助育种[M].北京：科学出版社，2001.

［13］张献龙，孙济中.棉花生物技术研究概况Ⅱ：棉花分子生物学研究[J].武汉植物学研究，1999，17（4）：362-370.

［14］张天真.棉花纤维品质分子育种的现状及展望 [J].棉花学报，2000，12（6）：321-326.

［15］左开井，孙济中.世界棉花分子生物学研究进展[J].棉花学报，1998，10（1）：1-5.

［16］Abdalla A M，Reddy O U K，El-Zik K M，et al.Genetic diversity and relationships of diploid and tetraploid cottons revealed using AFLP [J].Theoretical and Applied Genetics，2001，102（2/3）：222-229.

［17］周忠丽，杜雄明.棉花种质资源描述规范和数据标准 [M].北京：中国农业出版社，2005.

［18］王婷.陆地棉铃重相关性状的QTL定位分析[D].南京：南京农业大学，2013.

［19］张凤鑫.棉花多逆抗性育种理论与实践的研究[J].西南农业大学学报，1987（增刊）：14-30.

［20］陈祖海，刘金兰.陆地棉族系种质系与陆地棉品种间的杂种优势利用研究[J].棉花学报，1994，6（3）：141-154.

［21］袁力行，傅骏骅，刘新芝，等.利用分子标记预测玉米杂种优势的研究[J].中国农业科学，2000，3（6）：6-12.

［22］王学德，潘家驹.棉花亲本遗传距离与杂种优势间的相关性研究[J].作物学报，1990，16（1）：32-38.

［23］赵庆勇，朱镇，张亚东，等.SSR标记遗传距离与粳稻杂种优势的相关性分析[J].中国水稻科学，2009，23（2）：141-147.

声明

本刊已许可中国学术期刊（光盘版）电子杂志社在中国知网及其系列数据库产品中以数字化方式复制、汇编、发行、信息网络传播本刊全文。该社著作权使用费与本刊稿酬一并支付。作者向本刊提交文章发表的行为即视为同意我部上述声明。

《山西农业科学》编辑部

Correlation Analysis between SSR Marker and the Heterosis of Yield Traits in Cotton

SUN Ya-li1，HE Shou-pu2，CHEN Qiong-ling1，ZHENG Xiao-nan1，DU Xiong-ming2
（1.College of Information，Shanxi Agricultural University，Taigu 030800，China；2.Institute of Cotton，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Anyang455000，China）

In upland cotton hybridization,the heterosis of boll number and boll weight played the most important roles in yield heterosis.In this study,2 germplasm（M23,high lint percentage;838,low lint percentage）with greatly different lint percentage were used as paternal materials to cross with 8 other germplasm,got two kinds of 16 F1groups.By analyzing the yield related traits,heterosis and genetic distance,the results showed that the yield（with seed）of F1population which used M23 as father was higher than 838,further analysis of mid-parent heterosis and over-parent heterosis indicated that the contribution to yield trait was mainly from the heterosis of boll weight.The parents and F1could be well distinguished and clustered by similarity coefficient derived from SSR markers.The result of correlation analysis between similarity coefficient and heterosis indicated that the greater of similarity coefficient between germplasm,the smaller heterosis of lint percentage and boll number was,nevertheless,the boll weight heterosis was greater.This research could support the selection of parent in cotton heterosis utilization.

cotton;yield;heterosis;SSR markers;correlation analysis

S562

A

1002-2481（2016）05-0591-05

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.05.06

2016-02-27

国家自然科学基金项目（31571716）；国家高技术研究发展计划（863计划）项目子课题（2011AA10A102）

孙亚莉（1986-），女，山西朔州人，助教，主要从事生物化学与分子生物学研究及教学工作。杜雄明为通信作者。