陆地棉杂交组合F1、F2 竞争优势研究

裴小雨，刘艳改，周晓箭，李威，王星星，贺昆仑，张飞，任中英，赵俊杰，杨代刚

（中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南安阳455000）

棉花是我国重要的经济作物之一， 其产量关系着我国棉农的生计和纺织业的健康发展。 近年来，我国植棉面积逐渐下降， 棉花产业的可持续发展必须依靠科技创新[1]。 棉花的杂种优势利用是提高产量、改善纤维品质和增强抗逆性的有效途径[2]。 虽然棉花雄性不育系制种的研究与应用已取得很大进展，但由于目前棉花杂种优势利用主要采用人工去雄制种，成本较高，使得棉花杂种一代的优势受到很大的限制， 在一定程度上制约了棉花杂交种的推广和应用。 大量研究表明，有些组合F2虽然出现分离现象，但保持了一定的剩余优势， 具有一定的生产潜力和广泛的适应性以及缓冲性， 说明部分杂交组合的F2是有一定利用价值， 利用棉花F2对于降低制种生产成本具有实际意义[3]，有利于棉花杂种优势的应用。

本研究结合强优势杂交棉选育实践，通过对多个陆地棉杂交组合的F1、F2产量与纤维品质性状的分析评估， 以期对强优势组合的选育以及F2的生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

以2028、9053、中棉所12 为母本，以GK1、sGK9708 选系和中棉所45 为父本， 采用NCⅡ交配设计配制9 个杂交组合，代号1～9（表1）。 2017年在中国农业科学院棉花研究所白壁试验田种植6 个亲本并配制杂交组合，2018 年种植F1收获F2。2019 年在位于长江流域棉区的荆州农业科学院试验基地进行试验， 以9 个杂交组合的F1和F2为试验材料，以鄂抗棉10 号为对照（CK）。 采用营养钵育苗，2019 年4 月17 日播种，5 月24 日移栽。田间设计采用组合拉丁方设计[4]，行长5 m，行距0.9 m，株距为0.4 m，2 行区，3 次重复。移栽后管理与常规大田管理一致。

表1 杂交组合亲本与代号

1.2 试验调查

在9 月15 日分别调查各小区的株高、 单株果枝数、单株结铃数等性状。 每小区采收棉株中部正常吐絮的25 个棉铃，进行室内考种，计算铃重、衣分、籽指等，棉样送农业农村部棉花品质监督检验测试中心进行测定，主要检测指标：纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、马克隆值、断裂伸长率、断裂比强度。

1.3 数据处理

按下列公式计算竞争优势：F1竞争优势（%）＝（F1性状的表型值－对照性状的表型值）/ 对照性状的表型值×100%；F2竞争优势（%）＝（F2性状的表型值－对照性状的表型值）/ 对照性状的表型值×100%。 数据采用Microsoft Excel 2010 和SAS 9.3进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 F1、F2 主要农艺性状与产量构成因素的竞争优势

表2 对9 个杂交组合和CK 的主要农艺性状和产量构成因素进行差异比较。 除组合1 的F2外，其他组合的F1、F2株高均高于CK， 其中组合1、2、3、5 和8 的F1株高显著或者极显著高于CK；除组合1 外， 其它组合的F2的株高与CK 相比仍具有一定的竞争优势， 其中组合2 的F2株高极显著高于CK，但总体较F1下降，表明棉株的营养生长优势减弱。 前8 个杂交组合F1单株果枝数均显著或者极显著高于CK，而组合9 的F1单株果枝数极显著低于CK，具有负向竞争优势；大部分杂交组合F2单株果枝数较F1降低， 而杂交组合7 和9 的F2单株果枝数比F1有所增加， 杂交组合6 的F2单株果枝数极显著高于CK。 就单株结铃数而言，除了组合2、7，其他组合F1单株结铃数高于CK，差异不显著； 组合1、6 和9 的F2单株结铃数表现为负向竞争优势， 其他组合的F2单株结铃数表现为正向竞争优势， 其中组合7 的F2单株结铃数与CK差异达显著水平。 有5 个组合F1铃重高于CK，其中组合3 的F1铃重极显著高于CK； 除组合9 外，其他组合F2铃重均降低，竞争优势均衰退。 就衣分来看，有5 个组合F1的衣分高于CK，组合4、5 和7 的F1衣分显著或者极显著高于CK；仅有4 个组合F2衣分高于CK， 组合6 的F2衣分极显著高于CK。 有6 个组合F1籽指高于CK，其中组合3 的F1籽指极显著高于CK， 仅有2 个组合F2籽指低于CK。 由此可见，本试验中大多数杂交组合F1、F2株高、单株果枝数、单株结铃数、籽指具有竞争优势，F2产量竞争优势减退主要是由于铃重和衣分的降低。

表2 F1、F2 农艺与产量构成因素的差异比较

表2 （续）

2.2 F1、F2 产量的竞争优势

对F1、F2籽棉和皮棉产量分析， 从表3 可知，9个杂交组合的F1产量中， 组合5、6 和8 的籽棉产量均显著高于CK，增幅为20.25%～28.37%，组合4、5、6 和8 的F1皮棉产量均显著高于CK，增幅为15.59%～35.58%， 组合5、6 和8 的F1的籽棉产量和皮棉产量均显著高于CK。 9 个参试组合中，有7个组合的F2籽棉、皮棉产量较F1均降低，其中籽棉减产幅度为1.64%～47.09%， 皮棉减产幅度为9.03%～48.28%， 可见产量竞争优势有所衰退，但组合5 的F2籽棉、皮棉产量较F1提高，这可能与衣分有关。 与CK 相比，组合2、3、5 和6 的F2籽棉和皮棉产量较CK 提高， 籽棉产量增幅0.70%～9.58%，皮棉产量增幅5.06%～18.3%。在本试验中，组合5 的F2籽棉和皮棉产量较F1提高， 分别为11.10%和7.56%， 该组合的F2籽棉和皮棉产量较CK 也提高，分别为4.16%和8.80%。

2.3 F1、F2 纤维品质的竞争优势

如表4 所示，通过对5 个指标进行纤维品质的评价。3 个组合F1上半部平均长度有一定的正向竞争优势， 组合2 的F1上半部平均长度显著高于CK；组合6 和9 的F2上半部平均长度竞争优势为负值， 且组合6 的F2上半部平均长度显著低于CK，其他组合F2的上半部平均长度均比对照有所增加。 所有组合F2的长度整齐度指数的竞争优势均为负值； 组合3、4 和8 的F1长度整齐度指数的竞争优势为正值，但值都比较小。在断裂比强度上，只有3 个组合F1断裂比强度有一定正向竞争优势， 组合2、6 和8 的F2断裂比强度的竞争优势为负值，与CK 差异不显著。所有组合F1、F2的马克隆值均低于CK， 其中组合3 的F1、F2的马克隆值极显著低于CK。 断裂伸长率方面，9 个组合F1、F2的断裂伸长率较CK 竞争优势不显著，其中组合2 和8 的F1断裂伸长率相较于CK 增加，组合4、5 和7 的F2断裂伸长率相较于CK 增加。 整体来看，F2的纤维品质较F1有所下降，但差异较小，品质指标优良。

3 讨论与结论

棉花是异源四倍体，F2分离现象不严重， 而且棉花生育期、收获期比较长，株型和熟性分离对产量的直接影响不大，理论上来讲，棉花F2仍具有一定的杂种优势[5]。 本研究表明，9 个组合的F1和F2株高有正向竞争优势，长势比较旺盛。 组合5、6 和8 的F1籽棉和皮棉产量比对照提高，籽棉产量增幅20.25%～28.37%，皮棉产量增幅18.39%～35.85%，组合5 和6 的F2籽棉和皮棉产量比对照提高，其中组合5 的F2籽棉和皮棉产量较F1提高， 说明组合5 的F2在产量方面具有一定杂种优势， 可以利用其F2的杂种优势。 大部分组合F1和F2在单株果枝数和单株结铃数存在一定竞争优势，F2铃重和衣分存在竞争衰退现象， 皮棉产量由F1到F2降低明显，主要受铃重和衣分2 个性状退化的影响，但有些强优势组合的杂种优势在F2中仍能很好延续，结果与前人研究结果[6-8]一致。从纤维品质的表现来看，F2的纤维上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、断裂伸长率较F1均有所降低，但品质仍优良，符合纺织业要求。由于目前棉花杂交制种大部分采用人工去雄制种的方法，制种技术一直没有取得突破性进展，限制了杂交棉的大面积推广应用，而一些优良的F2在产量和品质方面仍具有较强的杂种优势，将这些优良的F2应用于棉花生产，不仅可降低成本，而且可以提高棉花产量，还可以加速棉花杂交种的推广应用。

表3 F1、F2 产量竞争优势分析

表4 F1、F2 纤维品质指标分析