高粱籽粒品质性状杂种优势及相关分析

高鹏，程庆军，田承华，高海燕，张俊珍，史丽娟，平俊爱

（山西省农业科学院高粱研究所/高粱遗传育种与种质创新山西省重点实验室，山西晋中030600）

高粱籽粒品质性状杂种优势及相关分析

高鹏，程庆军，田承华，高海燕，张俊珍，史丽娟，平俊爱

（山西省农业科学院高粱研究所/高粱遗传育种与种质创新山西省重点实验室，山西晋中030600）

分析了20个高粱杂交种脂肪含量的杂种优势及相关性，为优质高粱杂交种选育提供理论依据。利用近红外谷物分析仪分析20个高粱杂交种及亲本的品质性状，使用DPS对各品质性状的杂种优势和相关性进行分析。各品质性状间杂种优势的总趋势是：单宁＞总淀粉＞脂肪＞蛋白质，蛋白质和脂肪的杂种优势以负向优势为主，总淀粉和单宁的杂种优势以正向为主；高粱籽粒中脂肪含量和单宁含量之间达到极显著正相关水平，总淀粉和其他品质性状之间都达到极显著负相关水平；蛋白质含量与低亲、中亲和高亲值都呈不显著正相关，脂肪含量与低亲值呈不显著负相关、与中亲值和高亲值均呈极显著正相关，总淀粉含量与低亲值和中亲值呈极显著正相关、与高亲值呈不显著正相关，单宁含量与低亲、中亲和高亲值均呈极显著正相关。高粱籽粒中单宁含量和总淀粉含量杂种优势较强，脂肪含量和蛋白质含量优势较弱，单宁含量和脂肪含量正相关，总淀粉含量和其他品质性状负相关，脂肪含量遗传易受高亲影响，总淀粉含量易受低亲影响，单宁含量与双亲关系均很密切。

高粱籽粒；品质性状；杂种优势；相关分析

0 引言

高粱是禾本科一年生草本植物，具有高产、抗旱、抗盐碱、抗涝、耐贫瘠等特点，被称为“作物中的骆驼”，是优秀的拓荒作物[1-3]。高粱在中国已有三千余年的栽培历史，种植面积和产量仅次于小麦、水稻、玉米、大麦，居第五位[4]。

杂种优势为生物界的普遍现象，利用杂种优势可以有效提高育种效率，研究表明，玉米的杂种优势利用最早[5-6]。高粱的杂种优势应用始于20世纪初期，中国高粱杂种优势的利用从1956年引进美国‘TX3197A’全面开始[7]。1979年，辽宁农科院高粱研究所从美国引进‘Tx622A’[8]系列雄性不育系，1980年引进了第一个非迈罗细胞质的雄性不育系‘A2TX2753’，先后转育成‘V4A’、‘7050A’[9-10]等雄性不育系，并用其组配出A2细胞质品种‘晋杂12号’[11]和‘辽杂10号’[12]等广泛用于大面积生产的高粱品种。2008年，山西省农科院高粱研究所利用‘泸45A’育成的‘晋杂23号’[13]，将杂种优势利用推向崭新的高度。

前人研究结果表明，作物产量性状增加与品质性状改良提高之间呈负相关关系[14]，这很大程度影响了高粱品质育种的发展。随着人民生活水平的提高，高粱的主要用途发生了根本性的变化，目前主要用于饲料、酿造和其他工业[15-16]，而这些用途都对高粱的品质有很高的要求。李凤英等[17]对高粱农艺性状的杂种优势及相关性进行了研究，结果表明：除生育期介于双亲之外，其余5个性状在Fl代均有超亲表现。优势最强的是单穗粒重和单穗粒数，余则依次为株高、穗长和千粒重。宋高友等[18]对高粱籽粒品质性状杂种优势及相关性进行了研究，结果表明：蛋白质、氨基酸、淀粉都具有显著的杂种优势，而单宁的杂种优势不显著。各性状间杂种优势的总趋势是：总淀粉＞单宁＞蛋白质＞氨基酸。蛋白质、氨基酸、总淀粉呈显著正相关，与其他性状无显著相关性，对各杂交种的脂肪含量没有进行研究。本研究增加了对20个高粱杂交种脂肪含量的杂种优势及相关性进行分析研究，探讨高粱脂肪含量和其他品质性状杂种优势规律及相关性，为优质高粱杂交种选育提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

收集山西和辽宁审（认）定品种20份（见表1）及亲本25份（见表2）。

1.2 试验设计

试验在山西农科院高粱研究所修文试验基地进行，杂交种与亲本5月同期播种，前茬玉米，采用随机区组设计，3次重复，小区面积15m2(3 m×5 m)。人工条播，种植密度10.5万株/hm2，行距0.45 m，株距0.2 m。5月1日播种，田间管理按大田管理进行，10月样本收获、晾晒、脱离、考种，后使用近红外谷物分析仪分析蛋白质、脂肪、总淀粉及单宁在高粱籽粒含量水平。

表1 供试杂交种F1

表2 供试亲本

1.3 评价方法

杂种优势水平采用平均优势(heterosis over mean of parents)进行评价，即F1代超过双亲平均数(MP)的百分率[19]，平均优势的计算见公式(1)。

相关分析及亲子相关[20]：简单相关系数，度量数值型数据间的线性关系。

2 结果与分析

2.1 高粱杂交种F1籽粒品质性状的杂种优势分析

表3 杂交种F1籽粒品质性状的杂种优势%

表3、表4为各品质性状的杂种优势表现。由表4可以看出，各品质性状杂种优势的强弱依次为：单宁＞总淀粉＞脂肪＞蛋白质，脂肪和蛋白质的杂种优势值为负值，分别是-0.72和-3.40，这表明通过杂种优势来提高脂肪和蛋白质含量较困难。总淀粉和单宁的优势较强，二者都为正值，分别为0.73和20.30。

由表4还可以看出，各品质性状的变异系数差别很大，其中单宁＞脂肪＞蛋白质＞总淀粉，说明虽然脂肪和蛋白质的杂种优势很弱，但通过适当的亲本杂交有可能进行改良。由表5的结果可以看出，淀粉的杂种优势全为正值，单宁的杂种优势大部分为正值，脂肪的杂种优势正负值参半，而蛋白质的平均优势以负值为主。

2.2 高粱籽粒各品质性状的相关性分析

对20个高粱杂交种及25个亲本材料各品质性状之间相关分析结果见表5。由表5可以看出，蛋白质和脂肪、单宁含量之间相关性指数分别为0.26和0.2，相关性表现为不显著，脂肪和单宁含量相关性指数达到0.7，呈极显著正相关。而总淀粉和蛋白质、脂肪、大宁含量之间相关性指数为-0.56、-0.76、-0.46.均达到极显著负相关水平。

续表3

表4 高粱杂交种F1籽粒品质性状杂种优势表现%

表5 高粱籽粒各品质性状之间相关性

2.3 高粱籽粒各品质性状的亲子相关分析

由表6高粱杂交种与双亲的亲子相关性表可知：高粱杂交种的籽粒蛋白质含量与低亲、中亲、高亲值均呈不显著正相关（r=0.36，0.27和0.1），脂肪含量与低亲值呈不显著负相关，与中亲值和高亲值均呈显极著正相关（r=0.81和0.91），总淀粉含量与低亲值和中亲值呈极显著正相关（r=0.73和0.8）、与高亲值呈不显著正相关(r=0.35)，单宁含量与低亲、中亲和高亲值均呈极显著正相关（r=0.54，0.67和0.62）。

表6 高粱籽粒品质性状的亲子相关

3 讨论与结论

‘TX3197A’、‘Tx622A’、‘A2TX2753’、‘V4A’、‘7050A’、‘泸45A’等雄性不育系的引进及育成，代表了杂交高粱育种发展突破创新的发展历程。本试验收集的20个高粱杂交种均由历代主干雄性不育系组培而成，较前人研究更能代表中国高粱的发展水平。且在宋高友的研究基础上分析了籽粒中脂肪含量的杂种优势及各品质性状含量之间的关系，同时对各高粱杂交种的亲子相关性进行分析。

高粱籽粒品质性状杂种优势总趋势是：单宁＞总淀粉＞脂肪＞蛋白质，蛋白质和脂肪的杂种优势以负向优势为主，总淀粉和单宁的杂种优势以正向为主。这与宋高友等[18]的研究结果不全一致，宋高友认为各性状间杂种优势的总趋势是：总淀粉＞单宁＞蛋白质＞氨基酸，蛋白质和总淀粉的杂种优势以正向为主，单宁的杂种优势以负向为主。此外，虽然蛋白质和脂肪的杂种优势较弱，但其变异范围较大，仍可以选出高蛋白和低脂肪的优良杂交组合。高粱籽粒中脂肪含量和单宁含量之间达到极显著正相关水平，总淀粉含量和其他品质性状之间均达到极显著负相关水平。说明脂肪含量杂种优势虽然很弱，但可以通过测定单宁含量来间接提高脂肪含量水平；而要提高高粱籽粒中淀粉含量，可以通过降低其他组分的含量来间接选择，但需要综合考量总淀粉含量和其他组分含量之间的平衡。这与宋高友等[18]研究结果不一致，宋高友认为：蛋白质、氨基酸、总淀粉呈显著正相关，其他性状无显著相关性，可能是在不同品种材料、不同环境条件及不同测定方法下，各品质性状的表现并不完全一致，导致测定数据差距较大。因此，在今后的试验中尽量选择相同的品种材料、栽培环境和测定方法能有效避免误差的产生。

迄今为止，国内外关于高粱品质性状的亲子相关性的研究尚未见报道。本研究发现高粱蛋白质含量与低亲、中亲和高亲值都呈不显著正相关，证明高粱籽粒蛋白质含量与双亲关系不密切，蛋白质含量主要受环境因子影响，特别是氮肥使用量的影响。因此，在以后的试验中尽量选择不施肥或者相同的肥力环境，尽量减少环境因子对蛋白质遗传的影响。高粱籽粒中脂肪含量与低亲值呈不显著负相关，与中亲值和高亲值均呈显著正相关，证明高粱籽粒脂肪含量更易受高脂肪亲本影响。高粱籽粒中总淀粉含量与低亲值和中亲值呈显著正相关，与高亲值呈不显著正相关，证明高粱籽粒总淀粉含量更易受低淀粉亲本影响，在常规育种中可以避免选择低淀粉含量的亲本来有效提高高粱籽粒总淀粉含量水平。高粱籽粒中单宁含量与低亲、中亲和高亲值均呈显著正相关，表明高粱籽粒单宁含量和与双亲关系很密切，要提高或降低高粱籽粒单宁含量水平，选择合适的亲本至关重要。

综上所述，高粱籽粒中单宁含量和总淀粉含量杂种优势较强，脂肪含量和蛋白质含量杂种优势较弱，单宁含量和脂肪含量正相关，总淀粉含量和其他品质性状负相关，脂肪含量遗传易受高亲影响，总淀粉含量易受低亲影响，单宁含量与双亲关系均很密切。因此在今后的高粱品质育种中，注意选择高淀粉、低脂肪、低单宁的亲本更容易选育出品质优良的高粱杂交种。

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Heterosis and Correlation Analysis of Quality Traits of Sorghum Grain

Gao Peng,Cheng Qingjun,Tian Chenghua,Gao Haiyan,Zhang Junzhen,Shi Lijuan,Ping Junai
(Sorghum Institute of Shanxi Academy of Agricultural Sciences/Shanxi Key Laboratory for Sorghum Genetics and Germplasm Development,Jinzhong 030600,Shanxi,China)

The heterosis and correlation of lipid content of 20 sorghum hybrids were studied to provide a theoretical basis for high quality sorghum breeding.The quality traits of 20 sorghum hybrids and their parents were analyzed by using near infrared grain analyzer,and the heterosis and correlation of sorghum quality traits were analyzed by DPS.The trend of heterosis among quality traits was tannins＞total starch＞lipid＞protein.The heterosis of protein and lipid were mainly negative,while total starch and tannins were mainly positive.The correlation between lipid and tannin was significantly positive,but the correlations between starch and other quality traits were significantly negative.Protein content had no significantly positive correlation with values of low parent,mid-parent and high parent.Lipid content had no significantly negative correlated with low parent value;while it had significantly positive correlation with mid-parent value and high parent value.Total starch content had a significantly positive correlation with low parent value and mid-parent value except for high parent value.Tannins content had a significantly positive correlation with low parent value,mid-parent valueand high parent value,respectively.The tannin content and starch content had higher heterosis in sorghum grain,and protein and lipid had lower heterosis.The tannin and lipid were positively correlated.Total starch and other quality characters were negatively correlated.In the genetic,the lipid content was susceptible to high value parent and total starch content was susceptible to low value parent,while the tannin content was very close with parents.

Sorghum Grain;Quality Traits;Heterosis;Correlation Analysis

S514

A论文编号：cjas16070017

现代农业产业技术体系“国家高粱产业化技术体系建设”(CARS-06-01-01)；农业科技成果转化资金项目“机械化栽培高粱新品种晋杂35号中试与示范”(2014GB2A300009)；“十二五”国家科技支撑计划项目“优质高粱高效生产技术研究与示范”(2014BAD07B02)；山西省科学技术厅“酿造专用高粱育种及利用山西省科技创新重点团队”(2014131015)；山西省农科院育种工程项目“机械化酿造高粱种质创新及新品种选育和甜高粱光敏品系创制及新品种选育”(16yzgc017)。

高鹏，男，1983年出生，山西临汾人，助理研究员，本科，主要从事酿造高粱育种工作。通信地址：030600山西省榆次区蕴华西街238号高粱研究所，Tel：0354-8593672，E-mail：shadow_warrior@163.com。

程庆军，男，1970年出生，山西昔阳人，研究员，硕士，主要从事酿造高粱育种工作。通信地址：030600山西省晋中市榆次区蕴华西街238号高粱研究所，Tel：0354-8593663，E-mail：shadow_warrior@163.com。

2016-07-19，

2016-10-13。