棉花杂交后代表型性状遗传分析

任 丹，黄雅婕，崔进鑫，庞 博，高文伟

(新疆农业大学农学院/棉花教育部工程研究中心，乌鲁木齐 830052)

0 引 言

【研究意义】杂交育种是常用的育种方法[1]。陆地棉具有株高较低、果枝数多、铃数多的高产性状。而海岛棉作为栽培种具有纤维品质好的特点，但株高偏高、始节数高、有效铃数较少，产量较低[2]。在棉花育种中，常用海岛棉与陆地棉杂交的办法获得具有高产性状的材料[3]。研究海陆杂交后代群体的农艺性状的遗传分析对筛选具有高产特性的单株有实际意义。【前人研究进展】张凯等[4]对棉花杂交后代研究发现，F2杂交种的株高竞争优势明显，部分强优势组合产量的增多可能与单株结铃数的显著增多有关；王天友等[5]对F2代进行研究发现，不同果枝类型品质性状与产量性状间相互影响。齐海坤等[6]对F2:3代的研究发现，株型性状与产量和品质之间均存在显著或极显著的遗传相关，高产高品质的株型特征为单株营养枝数较多；选育高产优质的棉花新品种时要选择铃数较多、铃重较小的材料；张小全等[7]对海陆杂交种与陆陆杂交种后代之间进行比较发现，海陆杂交种在株高、果枝数、果节数、单株结铃数上都比陆陆杂交种高。农艺性状与产量之间密切相关。【本研究切入点】农艺性状与产量、品质之间都有密切的关系。以往的研究大多是针对单一海陆杂交或者陆陆杂交进行研究，而缺乏对海陆杂交之间正、反交后代群体表型性状的差别研究。需分析棉花杂交后代表型性状遗传变异并筛选优异单株。【拟解决的关键问题】利用正、反海陆杂交群体，对农艺性状的变异系数、相关性分析和主成分分析进行比较，研究海陆杂交F2代中农艺性状遗传变异，为早期杂交育种选择高产、优异株系提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 材 料

TM-1是陆地棉的标准系。品种新海16号，属中熟品种，生育期141 d。生长势较强，零式分枝，棉株中下部混生有限果枝，茎杆较硬，铃柄较长。材料均由新疆农业大学提供。

1.2 方 法

2019年4月将TM-1和新海16号种植于新疆塔城地区沙湾县棉花育种基地，并于7月初配置TM-1×新海16号杂交群体LH和新海16号×TM-1杂交群体HL。于10月将收获的F1种子在海南乐东县进行南繁获得F2代种子。2020年4月将F2的种子在塔城地区沙湾县棉花育种基地进行播种，在吐絮期时对110份海陆群体以及84份陆海群体F1、F2调查株高、始节高、始节数、果枝数、有效果枝数、总铃数、有效成铃数、单铃重、衣分[5]。

1.3 数据处理

用SPSS26.0、Excel2019和DPS9.0进行统计分析、相关分析和主成分分析。

2 结果与分析

2.1 亲本及F1的农艺性状

研究表明，杂交一代F1中正、反交之间在各个形状上较亲本都有变化。尤其是在与产量有显著相关的性状中。海陆杂交F1在株高、始节高、始节数、总铃数、有效铃数上优于两个亲本。陆海杂交F1在有效果枝、总铃数、有效成铃数上优于两亲本。在正、反交之间F1代在各个性状上没有表现出显著差异。表1

表1 亲本、F1农艺性状显著相关性Table 1 Analysis of significant correlation between parents and F1 agronomic traits

2.2 F2代主要农艺性状变异

研究表明，在海陆群体中表现出总铃数和有效铃数明显增多，并且始节高和始节数也有明显的增加。在陆海群体中也表现出总铃数和有效铃数较亲本高，始节高和始节数明显高于两亲本的表现。

在海陆群体和陆海群体中果枝数和有效果枝数均较亲本TM-1有所增加。在海陆群体中各农艺性状的变异系数在0.19%～0.66%，变异幅度较大。其中始节数变异系数最大，衣分变异系数最小。变异系数从大到小的排列顺序为始节数>总铃数>有效成铃数>有效果枝数>株高>始节高>单铃重>果枝数>衣分。

在陆海群体中各个农艺性状的变异系数在0.13%～0.50%。其中变异系数最高的是总铃数和有效成铃数，变异系数最小的是株高。变异系数从大到小的排列顺序为总铃数>有效铃数>单铃重>有效果枝数>始节数>果枝数>始节高>衣分>株高。表2

表2 亲本及F2群体各性状的描述性统计Table2 Descriptive statistical analysis of all traits in parents and populations

2.3 F2杂交后代表型性状的相关性

研究表明，在海陆群体中9个表型性状之间都有显著或极显著的相关性，各个性状之间是相互影响、相互制约的。其中始节高与始节数、果枝数与有效果枝数、果枝数与总铃数、果枝数与有效成铃数、有效果枝数与总铃数、有效果枝数与有效成铃数、总铃数与有效成铃数呈极显著正相关；株高与果枝数、株高与有效果枝数、呈显著正相关。始节高与果枝数、始节高与有效果枝数呈极显著负相关。表3

表3 海陆群体表型性状相关性Table 3 Correlation analysis of agronomic traits in HL populations

陆海群体各个表型性状间存在着显著相关性，但与海陆群体中不同。始节高与始节数、果枝数与有效果枝数、果枝数与有效成铃数、有效果枝数与有效成铃数之间呈极显著正相关；果枝数与总铃数、有效果枝数与总铃数呈显著正相关。始节高与总铃数、始节高与有效成铃数呈极显著负相关。表4

表4 陆海杂交群体表型性状相关性Table 4 Correlation analysis of agronomic traits in LH.populations

2.4 F2代农艺性状主成分

研究表明，3个主成分的累积贡献率为70.977%，包含了9个表型性状的大部分信息。 在第1主成分中特征值是3.829，贡献率为42.545%，其中绝对值较高的性状有果枝数、有效果枝数、总铃数和有效铃数，此类性状都与产量有关，第1成分为产量因子；第2主成分的特征值是1.397，贡献率为15.519%，其中绝对值较高的性状有始节高和始节数此类性状与株型相关，第2主成分为株型因子；第3主成分的特征值为1.162，贡献率为12.913%，绝对值最高的性状有株高，此类性状与株高相关所以为株高因子。表 5

表5 海陆群体主成分Table 5 Principal component loading matrix of HL populations

4个主成分的累计贡献率为82.335%。第1主成分特征值为3.664，贡献率为40.713%，其中绝对值较高的性状是果枝数、有效果枝数、总铃数和有效铃数，此类性状和产量相关，所以第1主成分为产量因子。第2主成分特征值为1.424，贡献率为15.821%，绝对值最高的性状是始节高与有效果枝数，此类性状与果枝数相关，因此第2主成分为果枝数因子。第3主成分特征值为1.194，贡献率为13.264%，绝对值最高的性状为株高，此成分的性状与株高相关，第3主成分为株高因子。第4主成分特征值为1.128，贡献率为12.538%，绝对值较高的性状是总铃数，第4主成分为总铃数因子。表6

表6 陆海群体主成分Table 6 Principal component loading matrix of LH populations

2.5 优良株系的筛选

研究表明，变异系数较高的性状包括始节数、总铃数和有效铃数。果枝数、有效果枝数、铃数和有效铃数都在第1主成分贡献率较高。4个性状变异幅度较大，可作为早期育种选择单株的主要农艺性状。获得符合要求的单株40株。40个单株符合株高中等偏高、始节数较低、铃数和有效铃数较多，符合高产植株农艺性状。

3 讨 论

农艺性状作为遗传育种表型性状选择的重要依据，其中有效铃数和株高是重要的产量性状。而F2是遗传分离最大也最明显的一个阶段，也是育种者对后代性状选择最难也最重要的一年[8]。试验通过对海陆杂交后代正、反交群体农艺性状的遗传变异进行分析发现，在正、反交中，始节数、铃数和有效铃数的变异系数都很高，性状分离较广，变异类型丰富，早期选择的潜力较大，与李瑞莲等[9]的研究F2代在铃数上会有增加相一致。在正、反交群体里各个农艺性状之间都存在显著或极显著差异，与陈娇等[10]对水稻F2群体农艺性状的研究结果相同。

育种中常常通过杂交的方法来选择育种材料[10-12]。杂交在棉花育种上抗虫、抗病、纤维品质和产量上都有较多研究[14-18]。F1，F2在产量、品质上都有降低，但比亲本还是有显著性的提高。F2群体的利用研究是有必要的。可以为早期的育种单株选择提供理论依据。F2中变异系数较高的性状可以用来作为早期选择育种的指标。

4 结 论

在海陆杂交后代的群体中正交和反交群体之间农艺性状没有明显的差异。后代群体中铃数和有效铃数变异范围广，各个性状之间相关性显著。果枝数、有效果枝数、总铃数和有效铃数在HL和LH群体间的遗传变异幅度较大，可以作为早期育种材料选择的主要表型性状。筛选出具有优良性状单株40株。