董承光,周小凤,马晓梅,王 娟,韩柏岳,王 新,田 琴,李保成*
(1.新疆农垦科学院棉花研究所,新疆 石河子 832000; 2.山西省农业技术推广总站,山西 太原 030002)
【研究意义】棉花芽黄性状是一种叶片表现出叶绿素缺乏的黄色突变性状,尤其在苗期表现明显、稳定且容易辨别,是理想的标记性状[1]。【前人研究进展】已有研究表明,芽黄性状遗传方式简单,大多受一对隐性基因控制[2]。因此芽黄性状可作为优异基因资源应用于棉花种质创新及杂种优势的研究[3-4]。首先,芽黄性状可直接用于棉花杂种优势研究,芽黄品系与常规品种之间杂交,F1具有明显杂种优势,杂种优势利用潜力较大[5-7];另外,芽黄还可作为指示性状用于棉花不育系及恢复系等三系杂交棉的选育应用[8]。配合力是杂种优势利用和亲本选配的重要参考指标[9]。在棉花杂种优势利用中,选择优异亲本材料,评价亲本材料的配合力对杂交棉选育具有重要的意义[10-11]。【本研究切入点】本研究以课题组发现和选育的4个芽黄突变材料71-7、62-17、115-23、53-39为研究对象,与4个常规优良品系进行杂交,采用不完全双列杂交设计(NCⅡ),分析F1代产量和纤维品质性状的杂种优势和配合力。【拟解决的关键问题】本研究以期为今后利用这些芽黄材料提供理论依据,并为新疆高效杂交棉品种选育提供新的育种途径。
按照不完全双列杂交的要求,分别以71-7、62-17、115-23、53-39 4个芽黄材料为母本,以石大棉268、XNY16-1、金垦1763、鲁早452 4个优良品系为父本,2018年配制16个组合(表1),获得F1种子,2019年,将16个组合的F1种子种植于新疆农垦科学院棉花研究所试验基地,试验采用随机区组设计,重复3次,行长8.8 m,宽窄行66 cm+10 cm,6行区,株距10 cm。对照品种为新陆早61号,各材料人工点播,膜下滴管栽培,以当地常规方法进行田间管理。
在棉花吐絮后期每小区收中部20铃,室内扎花考种单铃重、衣分、衣指、籽指;考种结束后,分别取每个材料的皮棉10~15 g检测棉花纤维品质,包括:纤维长度、比强度、麦克隆值、整齐度、伸长率;各性状调查标准参考棉花种质资源描述规范和数据标准[12],纤维品质检测在农业部西北内陆区棉花生物学与遗传育种重点实验室纤维检测室印度普瑞美HFT9000纤维检测仪上进行;数据分析采用EXCEL及DPS软件进行分析,其中竞争优势=(F1-CK)/CK×100 %。
以新陆早61号为对照,分析4个芽黄突变体和常规棉品种间16个组合杂种一代的竞争优势,如表2所示,衣分、单铃重、衣指和籽指4个主要产量性状的平均竞争优势均为正值,分别为0.96 %、4.98 %、11.78 %和10.78 %;而纤维长度、纤维比强度、马克隆值、整齐度及伸长率等5个纤维品质性状中,只有马克隆值的平均竞争优势为正值,为2.95 %,其它4个性状的平均竞争优势则表现为负值。就各性状的优势组合率而言,4个产量性状的优势组合率都达到75 %以上,其中衣指性状的16个组合全部表现为正向竞争优势,而5个纤维品质性状的优势组合率较低,尤其纤维比强度性状16个组合全部表现为负向竞争优势。
由表3可以看出,9个性状中除整齐度在16个F1组合基因型间表现差异不显著外,其它8个性状的表现均为显著或极显著水平,说明这些性状的变异主要受核基因控制,并可进行进一步的配合力分析。衣分、单铃重、衣指、籽指和伸长率等5个性状的特殊配合力方差均不显著,而一般配合力方差达显著或极显著水平,说明这5个性状可能主要受加性基因效应控制;纤维长度性状同时具有极显著的母本一般配合力方差和显著的组合间特殊配合力方差,说明该性状可能主要受母本的加性基因效应控制,而且基因的非加性效应作用也明显存在。
表1 各杂交组合亲本来源
表2 各组合 F1代产量及纤维品质性状的竞争优势
表3 各性状的配合力方差分析结果
一般配合力是指某一亲本品种和其他若干品种杂交后,杂交后代在某个数量性状上表现的平均值。它反映了亲本品种把性状传递给后代群体的能力,可以在品种之间进行比较,以选择最佳的杂交亲本。一般来说,衣分、单铃重、衣指、子指、纤维长度、比强度等性状的一般配合力越高越好,而马克隆值性状的一般配合力越低越好。本研究对8个亲本的一般配合力进行了分析,从表4可以看出,一般配合力在同一亲本的不同性状间和同一性状的不同亲本间效应大小各不相同。在母本中,芽黄材料53-39表现较好,马克隆值一般配合力表现为负值,其它8个性状的一般配合力全部表现为正值,说明其在所有9个性状上具有正向加性基因效应,其次为62-17材料,9个性状中有5个性状(单铃重、衣指、纤维长度、纤维比强度和马克隆值)表现出正向效应,再次为71-7和115-23,分别只有1个性状表现出正向效应;在父本中,XNY16-1表现较好,9个性状中有6个性状(衣分、单铃重、纤维长度、纤维比强度、马克隆值、整齐度)表现出正向效应,其次为石大棉268 和鲁早452,分别有5个性状表现出正向效应,再次为金垦1763,有3个性状表现为正向效应。综合来说,53-39和XNY16-1 2个材料是良好的杂交亲本材料,可作为骨干亲本用于后续的杂交育种研究。
表4 各亲本产量品质性状一般配合力的相对效应值
特殊配合力反映了特定亲本组合产生杂种优势的潜在能力,依据此可以选配最佳的组合。由表5可以看出,本研究所组配的16个杂交组合特殊配合力在不同性状上效应表现各不相同。结合当前新疆棉花育种实际,衣分、纤维长度、纤维比强度为重要育种目标性状,因此理想的杂交组合应在上述性状表现上具有较高的特殊配合力,就衣分的特殊配合力而言,组合K15(53-39×金垦1763)、K1(71-7×石大棉268)、K2(71-7×XNY16-1)表现较好;就纤维长度的特殊配合力而言,表现较好的组合有K3(71-7×金垦1763)、K5(62-17×石大棉268)、K4(71-7×鲁早452);就纤维比强度而言,组合K10(115-23×XNY16-1)、K15(53-39×金垦1763)、K5(62-17×石大棉268)表现较好。
表5 各组合特殊配合力效应值
表6 各组合的总配合力效应
将父本的一般配合力、母本的一般配合力以及它们配制的杂交组合的特殊配合力效应值按照简单的线性关系相加之和便是总配合力效应,它可以更好的判断杂交组合的优劣,对棉花杂交育种具有很好的指导意义。由表6可知,组合K5(62-17×石大棉268),K13(53-39×石大棉268),K14(53-39×XNY16-1),K15(53-39×金垦1763),K16(53-39×鲁早452)的总配合力效应在大部分性状上表现为正向效应,组合综合表现良好。
芽黄性状在棉花杂种优势研究中具有重要的利用价值,前人对芽黄材料的杂种优势利用研究表明,陆地棉芽黄品系与常规品种杂交,其F1具有明显的杂种优势,杂种后代的利用潜力较大[6-7],王学德等[5]以芽黄品系配制的杂交组合表明,其F1代产量性状优势最大,产量构成因素和早熟性次之,纤维品质性状也存在优势。本研究以课题组发现和选育的4个芽黄突变材料为母本,以4个常规优良品系为父本配制了16个组合,结果表明利用芽黄突变材料进行F1代杂种优势利用,可以提高棉花产量,尤其衣指和籽指的增加。然而从纤维品质性状的竞争优势看,尤其纤维长度和纤维比强度2个主要育种目标,大部分组合表现出负向竞争优势,优势组合率较低,进一步反映出产量和品质性状的负相关性[13-14]。
配合力分析可用以评价一个亲本材料在杂种优势利用或杂交育种中的利用价值。本研究发现一般配合力在同一亲本的不同性状间和同一性状的不同亲本间效应大小各不相同,与前人研究结果较为一致[15]。本研究8个亲本材料中,芽黄材料53-39在所有9个性状上一般配合力均表现为正向加性基因效应,而且由其所配制的4个组合其总配合力效应在大部分性状上表现为正向效应,组合综合表现良好。说明该芽黄材料可以作为重要亲本材料应用于后续的杂交育种研究。另外,通过对双亲和杂交组合各性状的一般配合力和特殊配合力分析发现,双亲一般配合力和组合特殊配合力之间没有必然的相关关系,亲本一般配合力高的性状,组合特殊配合力不一定高,反之亦然。因此,在棉花育种实践中,要得到强优势组合,应均衡考虑一般配合力及特殊配合力。本研究结果中,从综合性状来看,K5、K13、K14、K15和K16等组合具有较大利用潜力。
利用芽黄突变材料进行F1代杂种优势利用,其产量相关性状杂种优势明显;芽黄材料53-39各性状的一般配合力较好,且与其组配的杂交组合综合表现优良,可作为优良的杂交亲本材料进行后续的杂交棉育种研究;组合K5、K13、K14、K15和K16等5个组合具有较高的总配合力效应,组合综合表现良好,可进一步应用于杂交棉强优势组合选育研究。