北疆棉花三系主要选育指标的遗传效应分析

2017-04-13 08:49代勇强张新宇孙杰
新疆农业科学 2017年1期
关键词:衣分配合力籽棉

代勇强 ,张新宇,孙杰

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子 832003)

北疆棉花三系主要选育指标的遗传效应分析

代勇强 ,张新宇,孙杰

(石河子大学农学院/新疆生产建设兵团绿洲生态农业重点实验室,新疆石河子 832003)

【目的】分析北疆棉花三系主要选育指标的遗传效应,研究三系杂交棉主要选育指标的遗传规律,筛选出高优势的杂交组合。【方法】自育的棉花7个不育系和6个恢复系采用7×6NCⅡ遗传交配设计,配制 42个杂交组合, 对F1代产量、衣分和纤维品质进行遗传方差和配合力的统计分析。【结果】(1)棉花产量同时受显性效应和加性效应的影响,并且可能存在超显性;衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度主要受加性效应的影响,部分显性。(2)不育系一般配合力最高的为3-248A,较高的为2-20A、6-89A,其余的一般配合力较低或负值;恢复系一般配合力最高的为12-278R,较高的为8-420R、9-186R,其余的一般配合力较低或负值。(3)特殊配合力最高的为2×9,较高的为6×12、4×9、3×8、6×8,分别比对照增产23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%,其余的一般配合力较低或负值。【结论】自育的棉花7个不育系和6个恢复系采用NCⅡ遗传交配设计,对F1代的产量、衣分和纤维品质进行遗传效应分析,筛选出高优势的杂交组合2×9,比对照增产23.33%。

三系杂交棉;NCⅡ遗传设计;遗传效应

0 引 言

【研究意义】杂种优势是生物界的普遍现象,已在粮食和蔬菜等作物上广泛利用。应用棉花杂种优势,是提高产量、改进纤维品质和增强抗病虫能力的有效途径。近年来杂交棉在新疆推广应用速度迅猛,使植棉效益大幅度提高,但新疆棉花独特的高密度栽培模式,单位面积用种量大,植棉面积大,需要杂交种子量大,杂交种的供需矛盾较突出。新疆杂交棉的发展,关键是降低杂交制种成本,提高制种产量,选育三系杂交棉是目前解决北疆杂交棉制种成本高和推广面积逐年缩小这个难题时,北疆杂交棉能否大面积应用于生产,在于选育出早熟、高产、优质的强优势杂交组合,并且杂交制种简便、易操作、成本低[1]。所以研究北疆三系杂交棉有利于提高新疆棉花的市场竞争力,对提高棉农植棉收益和新疆植棉业健康稳定可持续发展具有重要意义。【前人研究进展】1975年 Meyer[2]育成了具有野生二倍体棉种哈克尼西棉细胞质的质核互作雄性不育系DES-HAMS 277和DES-HAMS 16,一般陆地棉品种都可作其保持系;同时也育成了相应的恢复系DES-HAF 277和DES-HAF 16,由于这2个恢复系的育性恢复能力不稳定,始终未能在生产中推广应用。1992年美国Stewart[3]育成了具有三裂棉细胞质的质核互作雄性不育系三裂棉8号,但由于未能筛选出高优势杂交组合,目前仍未能在生产中推广应用。中国虽然起步较晚,但研究速度快,1979年河北农科院贾占昌等[4]育成了具有海岛棉细胞质的质核互作雄性不育系104-7A,是我国最早实现陆海三系配套的。1999年山西农科院育成了具有陆地棉细胞质的质核互作雄性不育系晋A,由于未能筛选出高优势杂交组合,目前仍未能在生产中推广应用,2005年郭三堆[5]选育了银棉2号三系杂交棉,推广面积达16.67×104hm2(250万亩)。相继河北、浙江、新疆又成功选育出高优势的新三系杂交组合。【本研究切入点 】这些研究选育的三系杂交棉因适应性差或产量低等不能在新疆北疆进行大面积推广种植。通过3年南繁北育,利用国审品种三系杂交棉银棉2号杂交分离后的不育株,进行5代回交转育了适应新疆北疆的7个棉花不育系。同时对银棉2号杂交分离后的整株可育株进行定株跟踪,代代测交、测配的遗传过滤技术转育了适应北疆的6个恢复系。2015年对这7个不育系和6个恢复系采用7×6NCⅡ遗传交配设计,配制 42个杂交组合,对F1代的产量、衣分和纤维品质进行遗传方差和配合力的统计分析。【拟解决的关键问题 】 以自育的棉花7个不育系和6个恢复系采用NCⅡ设计配制42个组合,对F1代的产量、衣分和纤维品质进行遗传效应分析,研究棉花三系不同类型的亲本与其杂交F1代之间的产量、衣分和纤维品质等遗传规律;研究其亲本的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)效应,为筛选出高优势的杂交组合提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

选用7个自育的棉花雄性不育系分别为1-225A、2-20A、3-248A、4-228A、5-22A、6-89A、7-70A,不育率均为100%,选用的6个棉花恢复系分别为8-420R、9-186R、10-195R、11-204R、12-278R、13-石R4,对不育系的恢复度均为100%,采用NCⅡ设计配制42个组合。

1.2 方 法

2014年冬在海南三亚南繁基地对棉花7个不育系和6个恢复系按NCⅡ设计配制42个组合,花期对不育系分别授粉,挂牌,收获42个杂交组合,于2015年夏在新疆奎屯试验基地将42个组合的杂交种和其中对应的13个亲本(7个不育系亲本用保持系代替)及对照新陆早43号按随机区组排列,2.05 m地膜一膜三行,株距12 cm,1行区,株数7 500株/667 m2,行长2.55 m,每个材料小区面积2 m2,重复3次,参照自治区棉花区域试验要求,田间管理同大田一致,收获前取中部20铃考种,测衣分、铃重等,并送皮棉样到农业部棉花纤维品质检验监督检测中心进行纤维品质检测,成熟后全部采收称重。

1.3 数据统计

按照《植物数量遗传学》[6]P123-P128和P282-P284中7×6 NCⅡ遗传交配设计进行遗传方差和配合力的统计分析。

2 结果与分析

2.1 棉花三系主要选育指标的遗传方差

选用棉花7个自育的雄性不育系1-225A、2-20A 、3-248A 、4-228A 、5-22A、6-89A 、 7-70A,和选用的棉花6个恢复系8-420R 、9-186R 、 10-195R 、 11-204R、12-278R、13-石R4,配制42个组合的各指标进行考种。表1

2.1.1 遗传方差

研究表明,小区籽棉产量、衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度的方差分析母本间、父本间、母本×父本互作项均达到极显著水平。表2

2.1.2 遗传效应

研究表明,籽棉产量的显性遗传方差与加性遗传方差近各半,显性效应占总遗传方差的50.9%,并且可能存在超显性;衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度主要受加性效应的影响,部分显性,其加性效应占总遗传方差比例分别为84.89%、86.91%、79.4%、65.93%;与孙济中等[8](1994)汇总了国内外200多篇棉花杂种优势主要经济性状的基因效应分析的结论大体一致,只有籽棉产量的遗传效应有差异。表3

2.2 棉花三系杂交棉F1代籽棉产量配合力的方差

2.2.1 配合力方差

研究表明,组合间差异显著,说明组合间存在真实的遗传差异;父本间、母本间、母本×父本均方都达到1%的显著水平,说明母本一般配合力效应间、父本一般配合力效应间和特殊配合力效应间都存在极显著的显著差异。表5

表2 7×6 NCⅡ遗传交配设计方差

Table 2 Variance analysis of 7×6 NCⅡ genetic cross design

变异来源VariationsourceDF产量YieldSS产量YieldMS产量YieldF衣分PercentageSS衣分PercentageMS衣分PercentageF上半部平均长度LengthSS上半部平均长度LengthMS区组Grop20000200780029母本Female60921901537153734182656971101731111821185304父本Male508886017771777912951825932611385992772母×父Female×Male301217300406406798522661745117883505961误差Error82007940001483820565563800679总Total125

变异来源Variationsource上半部平均长度LengthF马克隆值McronaireSS马克隆值McronaireMS马克隆值McronaireF断裂比强度StrengthSS断裂比强度StrengthMS断裂比强度StrengthFF005F01区组Grop0033200942母本Female272911226812044728397128791221465214168234329父本Male408223419046846506295709591423904245351母×父Female×Male87793289101096152265792193144817422误差Error058960007212422601515总Total

表3 7×6 NCⅡ遗传交配设计遗传效应

Table 3 Genetic effect of 7×6 NCⅡ genetic cross design

遗传效应Geneticeffect籽棉产量Yield衣分Percentage上半部平均长度Length马克隆值Mcronaire断裂比强度Strength母本遗传方差FemaleGeneticvariance00188905162989032263212父本遗传方差MaleGeneticvariance0019622282031080051205316加性方差Additivevariance001915902417528019741975显性方差Dominantvariance0019810509026410051210208总遗传方差TotalGeneticvariance0038969533201690248629958加性方差占比Additivevariancerate491%8489%8691%794%6593%平均显性度Averagedominance101810421903882050930719

注:平均显性度=(显性方差/加性方差)1/2比值小于1、近于1、大于1分别为某一性状是部分显性、完全显性、超显性的标准[7]

Note: Average dominance ratio is less than 1,and close to 1,is greater than the part 1 separately for a certain trait is Partial dominant,completely dominant ,Overdominant[7]

表4 7×6 NCⅡ遗传交配设计组合籽棉产量总和二向

Table 4 Two dimensional sum of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design

母本Female父本Male8-420R9-186R10-195R11-204R12-278R13-石R4总Total平均Average26931824826129723816310911-225A30829328423724530221315740872-20A2823344326327530330519191073-248A38739835629428836529419951114-228A32029141328024927023917420975-22A26726422526624626022114820826-89A27037825226430342123918571037-70A2552752582132463322281552086总Total208922292231181718522253173912121平均Average099106106087088107083096

表5 7×6 NCⅡ遗传交配设计组合籽棉产量随机区组配合力方差(固定模型)

Table 5 Variance analysis of combining ability in random area group of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design(fixed model)

变异来源VariationsourceDFSSMSFF005F01区组 Grop200002组合 Combination413027800738738∗∗169211母本 Female609219015371537∗∗234329父本 Male508886017771777∗∗245351母×父 Female×Male301217300406406∗∗17422误差 Error82007940001总 Total12531074

2.2.2 籽棉产量一般配合力和特殊配合力效应估计值

母本一般配合力最高的为3-248A,较高的为2-20A、6-89A,其余的一般配合力较低或负值;父本一般配合力最高的为12-278R,较高的为8-420R、9-186R,其余的一般配合力较低或负值。表6

表6 7×6 NCⅡ遗传交配设计组合籽棉产量一般配合力和特殊配合力效应估计值

Table 6 The general combining ability and the special combining ability effect estimate of cotton yield with 7×6 NCⅡ genetic cross design

母本Female父本Male8-420R9-186R10-195R11-204R12-278R13-石R4Gi(f)1-225A001-002001003003-003-0092-20A-007031-001-007-0170080113-248A012-002-004-007000154-228A-01031005-006-018-0040015-22A-004-017016008-006005-0146-89A013-029-006006026-010077-70A-004-01-006004014003-01Gi(m)0101-009-008011-013Y=096

注:母本GCA的标准误为0.075 5,父本GCA的标准误为0.081 2,SCA的标准误为0.199 2

Note: Female standard error of GCA is 0.075,5, Male standard error of GCA is 0.081,2, Standard error of SCA is 0.199,2

表7 几个组合与对照籽棉产量特殊配合力效应

Table 7 Combined with the control of seed cotton yield specific combing ability analysis

组合Combination籽棉产量均值Yieldaverage比对照增产Yieldincreasethanthecontrol(%)母本一般配合力Femalegeneralcombiningability父本一般配合力Malegeneralcombiningability特殊配合力Specialcombiningability评价Evaluate2×9148+233301101031最优方案6×12140+16670070110264×9138+1500001010313×8133+1083015010126×8126+500007010133×12122+16701501103×9119-08301501-002CK120

2.2.3 籽棉产量特殊配合力效应

特殊配合力最高的为2×9,较高的为6×12、4×9、3×8、6×8、分别比对照增产23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%,其余的一般配合力较低或负值。表7

3 讨 论

通过采用7×6 NCⅡ遗传交配设计,可以了解选育三系杂交棉主要指标的遗传基因效应和配合力。材料不同,所表现出的结果就不尽相同[9]。衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度主要受加性效应的影响,部分显性,所以在选育品质优的三系杂交棉时应尽量选择保持系和恢复系两个亲本之间的衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度等性状差异较小为好。通过对籽棉产量的配合力的分析结果来看,同一性状不同亲本的一般配合力不同,同一性状的特殊配合力效应因组合不同而有明显差异[10]。在选育高产的三系杂交棉时应尽量选择保持系和恢复系两个亲本产量性状都较高的为好。

4 结 论

籽棉产量的显性遗传方差与加性遗传方差近各半,显性效应占总遗传方差的50.9%,并且可能存在超显性;衣分、上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度主要受加性效应的影响,部分显性,其加性效应占总遗传方差比例分别为84.89%、86.91%、79.4%、65.93%。不育系一般配合力最高的为3-248A,较高的为2-20A、6-89A,其余的一般配合力较低或负值;恢复系一般配合力最高的为12-278R,较高的为8-420R、9-186R,其余的一般配合力较低或负值;特殊配合力最高的为2×9,较高的为6×12、4×9、3×8、6×8、分别比对照增产23.33%、16.67%、15%、10.83%、5%,其余的一般配合力较低或负值。自育的棉花7个不育系和6个恢复系采用NCⅡ遗传交配设计,对F1代的产量、衣分和纤维品质进行遗传效应分析,为筛选出高优势的杂交组合提供了理论依据。

References)

[1] 黄滋康,黄观武.中国棉花杂交种与杂种优势利用[M].北京:中国农业出版社,2008.

HUANG Zi-kang, HUANG Guan-wu.(2008).ChinesecottonhybridandHeterosis[M]. Bengjing:China Agriculture Press. (in Chinese)

[2] Meyer, V. G. (1975). Male sterility from gossypium harknessii.JournalofHeredity, (1).

[3]KaironmS.RoleofhybyidcottoninIndianeconomy. [C].PvocWorldCotton Res Conf,Greece,1998:75.

[4]王学德. 三系杂交棉-棉花细胞雄性不育的研究与利用[M]. 北京:科学出版社,2011.

WANG Xue-de. (2011).Three-lineHybridCotton-ResearchandApplicationofMaleSterilityinCottonCell[M]. Bengjing: Science Press. (in Chinese)

[5]黄滋康,季道藩,潘家驹. 中国棉花遗传育种学[M].济南:山东科学技术出版社,2003.

HUANG Zi-kang, JI Dao-fan, PAN Jia-ju. (2003).CottonBreedinginChina[M] Jinan:Shangdong Science and Technology Press. (in Chinese)

[6]孔繁玲. 植物数量遗传学[M]. 北京:中国农业大学出版社,2013.

KONG Fan-ling. (2013).QuantitativeGeneticsinPlants[M]. Bengjing: China Agricultural University Press. (in Chinese)

[7]周有耀.陆地棉产量及纤维品质性状的遗传分析[J].中国农业大学学报,1988,7(2):135-142.

ZHOU You-yao. (1988). Genetic analysis of yield and fiber quality traits in upland cotton [J].JournalofChinaAgriculturalUniversity, 7(2):135-142. (in Chinese)

[8]张金发,邓忠,孙济中,等. 陆海种间杂种优势和配合力分析[J].华中农业大学学报,1994,13(1):9-14.

ZHANG Jin-fa, DENG Zhong, SUN Ji-zhong, et al. (1994). Analysis on Heterosis and combining ability of interspecific hybrids between upland cotton and island cotton [J].JournalofHuazhongAgriculturalUninversity,13(1):9-14. (in Chinese)

[9]朱华国,耿卫东,韩亚东,等. 新疆棉花三系杂交种产量及品质性状的遗传分析[J].新疆农业科学,2014,51(2):213-219.

ZHU Hua-guo, GENG Wei-dong, HAN Ya-dong, et al. (2014). Primary Genetic Analysis on Yield and Quality Traits of Three Line Hybrids F1 of Cotton in Xinjiang [J].XinjiangAgriculturalSciences, 51(2):213-219. (in Chinese)

[10]孔宪辉,余渝,刘丽,等. 陆地棉主要性状杂种优势与配合力研究[J]. 西北农业学报,2011,20(9):54-60.

KONG Xian-hui, YU Yu, LIU Li, et al. (2011). Analysis the heterosis and combining ability of maun traits for upland cotton [J].ActaAgricultureBoreali-occidentalisSinica, 20(9):54-60. (in Chinese)

Fund project:National science and technology support plans, "New varieties of cotton cultivation and propagation" (2011BAD35B05) and Animal and plant breeding special project of Shehezi University (gxs2012-yz-04)

Genetic Effect Analysis of Main Breeding Targets of Three Lines Hybrids Cotton in Northern Xinjiang

DAI Yong-qiang,ZHANG Xin-yu, SUN Jie

(KeylaboratoryofOasisEco-agricultureofXinjiangProductionandConstrictionCrops,CollegeofAgronomy,ShiheziUniversity,ShiheziXinjiang832003,China)

【Objective】 This study aims to understand the genetic rules of main selection index of three lines hybrids of Xinjiang cotton with genetic effect analysis to screen high heterosis hybrid combination.【Method】Forty-two crosses were made between 7 sterile lines and 6 restorer lines by using 7×6NCⅡ cross design. The yield, lint percentage and fiber quality of F1generation were used to carry out statistical analysis of genetic variance and combining ability.【Result】Yield was affected by both dominant and additive effects, and may be affected by overdominance effects. Lint percentage, length, micronaire and strength were predominantly affected by additive effect and partly by partial dominance effect. In the sterile lines, 3-248A showed the highest general combining ability, 2-20A and 6-89A showed higher general combining ability, but other restorer lines showed low or negative general combing ability. In the restorer lines, 12-278R showed the highest general combining ability, 8-420R and 9-186R showed higher general combining ability, but other restorer lines showed low or negative general combing ability. In cross combinations, 2×9 showed the highest specific combining ability, 6×12, 4×9, 3×8 and 6×8 showed higher specific combining ability, exhibiting 23.33%, 16.67%, 15%, 10.83% and 5% higher yield than that of the control, respectively, but other combinations showed low or negative specific combining ability.【Conclusion】Filter out the high advantages of hybrid 2×9,exhibiting 23.33% higher yield than that of control respectively, lint percentage and fiber quality of F1generation made between 7 sterile lines and 6 restorer lines with 7×6NCⅡ cross design.

three lines hybrids cotton; NCⅡ genetic cross design; genetic effect analysis

2016-09-18

国家科技支撑计划“棉花新品种培育与扩繁”(2011BAD35B05);石河子大学动植物育种专项(gxs2012-yz-04)

代勇强(1975-),男,湖南人,助理农艺师,硕士生,研究方向为棉花遗传育种,(E-mail)fenghuoliannian@163.com

孙杰(1969-),男,江苏人,教授,博士生导师,研究方向为棉花遗传育种,(E-mail)sunjie@shzu.edu.cn

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.01.001

S562

A

1001-4330(2017)01-0001-09

猜你喜欢
衣分配合力籽棉
国内外籽棉加湿系统的研究现状与发展趋势
籽棉干燥工艺与设备的现状及发展趋势
鲁西南植棉区种植密度对蒜后直播短季棉农艺性状和产量的影响
籽棉加湿刍议
浅析棉花衣分和价格的关系
玉米自交系的产量性状配合力分析
自花授粉与自然授粉对棉花F2群体铃重和衣分的影响
湘沙猪配套系杂交组合肥育、胴体及肉质性状配合力测定
棉花产量组分等性状的品种间及收花期间差异性分析
8个春小麦品种的主要农艺性状的配合力分析