棉花DH群体的构建及主要经济性状遗传分析

冀丽霞，郭宝德，黄穗兰，牛永章

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

棉花DH群体的构建及主要经济性状遗传分析

冀丽霞，郭宝德，黄穗兰，牛永章

（山西省农业科学院作物科学研究所，山西太原030031）

母本选用海岛棉（G.barbadense）中具有黄叶指示性状的半配合材料VSG，父本选用优质长绒棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，通过棉花远缘杂交和半配合生殖技术相结合的方法，构建了一套完整的DH永久群体，培育出8个DH长绒棉稳定系，并以这套群体为基础材料进一步分析了棉花主要经济性状如棉纤维长度等的遗传研究。

半配合；远缘杂交；永久群体；经济性状

随着分子生物学研究的不断深入和现代生物技术的迅速发展，在作物遗传育种领域，特别是对于遗传标记与遗传作图等研究，作物群体是最基本的物质基础，而其中永久性群体（permanent population）是最有价值的试验材料[1]。目前，供遗传学研究应用的永久性群体有加倍单倍体DH群体（doubled haploid population）、重组近交系RIL群体（recombinant inbred line population）和近等基因系NIL群体（near-isogenic line population）[2]。其中，DH群体是最理想的永久性群体[3]。利用DH群体可以更准确地开展基因定位（QTL定位）、基因数目的估计、基因连锁的检测、基因之间或基因与环境之间的互作效应等方面的研究[4]。

近年来，南京农业大学、中国棉花研究所先后均开展了棉花半配合生殖的研究，均是从胚胎学和细胞学方面进行了较深入的研究，但在DH群体构建方面尚未见报道[5]。2010—2015年山西省农业科学院作物科学研究所棉花远缘杂交课题组通过棉花远缘杂交和半配合生殖技术相结合，构建了一套稳定的永久群体，并对这套群体的主要经济性状（如棉纤维长度等）进行遗传分析，以促进棉花DH群体的研究利用，为进一步选育出综合性状优良的新品种提供遗传资源[6]。

1 材料和方法

1.1 杂交亲本的配制和杂交技术

母本选用海岛棉（G.barbadense）中具有黄叶指示性状的半配合材料VSG，父本选用优质长绒棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，采用成对杂交的方法，较大规模地开展杂交，由于杂交后代中父本型和父母本嵌合型的单倍体出现的频率一般为5%左右，单倍体加倍成二倍体的成功率为15%～20%[7]。所以，要获得足够数量的单倍体，必须通过大量杂交才能保证[8]。

1.2 单倍体的鉴别与培育

用半配合材料VSG作亲本的杂种一代（F1）出现单倍体的类型有以下3种：母本型单倍体；父本型单倍体和父母本型的嵌合体[9]。一般期望的是后2种类型，由于单倍体的染色体数目（n＝26）是正常二倍体（2 n＝52）的1/2。所以，植株矮小，主茎扭曲，主茎和果枝节间距离缩短，叶片和花瓣变小，花柱变短，柱头萎缩，花药瘦秕，无花粉粒，不能正常授粉结实，因此，单倍体植株一般都生长缓慢、瘦弱，容易夭折，需要对其采取特殊的管理措施。首先，在试验田中，拔掉非单倍体植株和母本型单倍体，只保留父本型和嵌合型单倍体。其次，在生产过程中要加强水肥管理，改善生长发育条件[10]。为了扩大单倍体的群体和改善单倍体的营养状况，可采用嫁接的方法，将单倍体的幼芽作接穗，用具有杂种优势的父本植株作砧木进行嫁接，嫁接后的单倍体幼芽比在原单倍体植株上得到更充足的养分供给，发育迅速，健壮，有利于染色体加倍[11-12]。

1.3 染色体加倍与DH群体的培育

单倍体经染色体加倍后即成为加倍单倍体（DH），由于基因纯合，各种性状已稳定，后代不会产生分离[13]。常用的染色体加倍方法有2种。（1）幼苗加倍：将单倍体的幼苗顶尖浸入0.05%秋水仙碱溶液6 h，环境温度23～26℃。（2）枝条加倍：将单倍体植株上的幼嫩枝条的生长点浸入0.03%～0.05%秋水仙碱加5%二甲基亚砜溶液12～24 h，环境温度28～30℃。棉花是常异花授粉作物，异交率一般为2%～5%，主要靠昆虫传粉，因此，为了保持DH群体的纯度，在繁殖过程中必须严格自交，防止生物混杂和机械混杂。为了加快DH群体的构建，冬季利用温室或海南加代繁殖[14]。

2 结果与分析

2.1 DH群体主要纤维品质的测定

通过远缘杂交与半配合相结合的方法，构建了一套完整的DH永久群体，并培育出8个DH长绒棉稳定系。经农业部棉花品质测试中心检测，8个DH稳定系的2.5%跨长均达到35 mm以上，比强度最低34.3 CN/tex，马克隆值在3.4～4.7（表1），达到了国家中长绒棉新品种育种指标[15]。

表1 DH群体主要纤维品质测定结果

2.2 DH群体各性状的遗传分析

对父本及8个DH群体的生物学性状及品质性状进行平均数、标准差及变异系数的分析。从表2可以看出，8个DH群体的标准差和变异系数均小于父本（（TY－16×99－508）F1），说明8个DH群体整齐一致，没有产生性状分离的现象，利用半配合特性培育的DH群体基因是完全纯合的[16]。

表2 父本及8个DH群体各种性状的遗传分析

2.3 DH群体产量表现

培育出的8个DH群体不仅可作为遗传种质资源利用，有的还可直接用于生产。从表3可以看出，DH896产量高，2013，2014年2 a平均籽棉产量2 245.5 kg/hm2，比对照晋棉37号增产3.1%；皮棉产量874.5 kg/hm2，比对照晋棉37号增产2.8%。

表3 DH群体2013—2014年2 a平均产量测定结果

3 讨论与结论

棉花由于花粉培养的难度较大，国内外至今尚未获得花粉培养成单倍体植株的报道，更谈不上DH加倍单倍体群体的构建。但是棉花半配合（Semigamy）材料的发现，为培养棉花单倍体和构建DH群体提供了条件[17]。棉花半配合生殖特性是由显性单基因（Se）控制[18]。目前在棉花遗传育种中普遍应用的半配合材料是具有黄叶指示性状的VSG。自1963年Turcotte首次报导了VSG具有半配合生殖特性之后，有学者先后用VSG与海岛棉和陆地棉杂交，F1均获得一部分单倍体植株和少量加倍单倍体植株[19]。近年来，山西省农业科学院作物科学研究所棉花远缘杂交课题组利用VSG与棉花远缘杂交后代杂交曾获得30多个加倍单倍体植株。实践证明，利用VSG培育单倍体和加倍单倍体（DH）是一条有效的途径。

国内外遗传育种学家一致认为，培育成功一个新的种质资源材料比选育一个新品种更有价值[12]。山西省农业科学院作物科学研究所棉花远缘杂交课题组培育出的DH群体由于基因纯合，各种性状相对稳定，此套DH群体的构建将为棉花各种性状的基因定位、基因克隆等奠定良好的物质基础，对促进我国棉花遗传改良具有重要的理论意义和应用价值[20]。

［1］王坤波.论棉花永久群体种类特色与应用价值 [J].棉花学报，2000，12（1）：40-44.

［2］蔡岳，梁增浩.小麦DH群体的构建及其应用研究[J].现代农业科技，2013（2）：24-25.

［3］张能义，薜庆中.水稻DH群体数量性状的遗传分析[J].作物学报，1997，23（1）：123-126.

［4］姚星伟，江汉民，文正华.青花菜小孢子供体与DH群体性状相关性初步研究[J].天津农业科学，2012，18（2）：1-4.

［5］苏展，程海涛，郭玉华.水稻DH群体盐胁迫下苗高的主基因-多基因混合模型遗传分析 [J].华北农学报，2011，26（3）：210-213.

［6］袁有禄，张天真，郭旺珍，等.棉花高品质纤维性状QTLs的分子标记筛选及其定位[J].遗传学报，2001，28（12）：1151-1161.

［7］任志强，牛伟，杨慧珍，等.棉花单倍体育种新技术：半配合生殖育种介绍[J].作物杂志，2003（4）：45-46.

［8］张海洋，潘家驹，王顺华.棉花半配合材料的形态特征和遗传特性的研究初报[J].南京农业大学学报，1994，17（1）：6-14.

［9］张海洋，潘家驹，张天真，等.棉花半配合材料VSG在遗传育种中的应用[J].西北农业学报，1995，4（2）：17-21.

［10］韩雪梅，吴树彪，牛永章，等.棉花半配合材料VSG-1受精过程观察初报[J].山西农业大学学报，1996（3）：102-105.

［11］张海洋，张天真，潘家驹，等.棉花单倍体植株染色体加倍研究[J].河南农业科学，1996（7）：10-12.

［12］牛永章，彭锁堂，张原根，等.棉花VSG半配合生殖特性及同工酶分析[J].华北农学报，1997，12（12）：134-138.

［13］王坤波.棉花半配特性及其应用研究[J].国外农学：棉花，1987（1）：1-7.

［14］祝水金.棉花半配合生殖与单倍体育种研究进展 [J].江西棉花，1994，26（3）：15-18.

［15］郭宝德，牛永章，黄穗兰，等.半配合材料VSG快速稳定棉花远缘杂种后代的研究[J].华北农学报，2003，18（3）：28-31.

［16］姜伟，何觉民，陆建农.中国主要棉花栽培群体的遗传多样化分析[J].农业生物技术学报，2008，16（1）：127-133.

［17］赵国忠，冯恒文，李爱国，等.棉属8个野生种2个二倍体栽培种对陆地棉的改良效应[J].华北农学报，1994，9（4）：44-48.

［18］梁正兰，姜如琴，钟文南，等.三元杂种（海岛棉-瑟伯氏棉-陆地棉）的研究及新品种选育 [J].作物学报，1996，22（6）：673-680.

［19］邵小强，余莜南.棉花主要经济性状遗传特性的研究进展[J].江西棉花，2011，33（4）：5-8.

［20］梁正兰.棉花远缘杂交的遗传与育种[M].北京：科学技术出版社，1999.

Construction of Cotton DH Group and Genetic Analysis of Major Economic Traits

JI Lixia，GUOBaode，HUANGSuilan，NIUYongzhang
（Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Semigamy material VSG with yellow indicating traits was selected as female parent in island cotton（G.barbadense）, hybrid generation of high quality long-staple cotton 99-508 and extra early maturity TY-16 as male parent.Through combining with distant hybridization and semigamy breeding technology,a complete set of DH permanent population was constructed,eight DH long-staple cotton systems were cultivated,and the main cotton economic traits were further analysed,based on this group ofmaterials,for example genetic studies ofcotton fiber length,etc.

semigamy;distant hybridization;permanent group;economic trait

S562

A

1002-2481（2016）08-1059-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.02

2016-03-24

冀丽霞（1975-），女，山西平遥人，助理研究员，硕士，主要从事棉花遗传育种研究工作。