强冬性和春性甘蓝型油菜变种间杂种优势分析

王莹 郑国强 董小云 李辉 魏家萍 崔俊美 武泽峰 刘自刚

（甘肃农业大学农学院/省部共建干旱生境作物学国家重点实验室/甘肃省作物遗传改良与种质创新重点实验室，甘肃 兰州 730070）

油菜（BrassicanapusL.）是一种适应性强、经济价值高、发展潜力大的重要油料作物，是中国食用植物油的主要来源［1-2］。甘蓝型油菜属于异源四倍体，依据感温特性可分为三种类型：春性、半冬性和冬性［3-4］。三种类型在种植区域和开花时间方面均存在明显差异，遗传背景差异较大，相互杂交可以扩大各自基因库的遗传差异，筛选出强优势杂交组合［5］。

杂种优势是杂种F1在个别性状或综合性状上优于其亲本的现象，自然界多种作物普遍存在杂种优势现象，现代农业利用杂种优势实现了作物产量的大幅提高［6］。油菜同样具有较强的杂种优势，已有研究表明，利用杂种优势是提高油菜产量的有效途径之一，并通过三系、两系等途径选育得到多个表现优良的品种［7-8］。李殿荣等［9］通过油菜三系配套选育出油菜杂交种秦油2号，比常规油菜品种增产30%左右，是我国油菜杂种优势利用研究取得的重大突破。官春云等［10］选育高产杂交种湘杂油1号，比常规品种增产15%左右，具有明显的杂种优势。研究表明亲本群体遗传背景差异越大，群体间杂种优势越显著［11-12］。超级稻的选育成功，证实了杂种优势大小与双亲的遗传距离大小成正比，品种间的杂种优势＜亚种间的杂种优势＜种间的杂种优势。中国的半冬性油菜对增强欧洲春油菜的育种潜力有显著效果［13］。半冬油菜与春油菜两种不同的生态类型杂交，F1具有明显的超亲优势［14］。利用春性和半冬性亲本组配杂交组合，通过农艺性状对比发现，春性品种（系）与冬性品种（系）组配的杂交组合比同类品种间组配的组合具有更强的杂种优势［15］。在我国北方寒旱区，甘蓝型强冬性油菜花期在每年5月上旬，7月上旬成熟；而半冬性、春性油菜花期在每年6月底至7月初，8月上旬成熟。由于强冬性与春性油菜长期花期不遇而产生隔离，阻碍了强冬性与春性油菜变种间杂种优势的研究。而近年来，甘肃农业大学油菜课题组（本课题组）通过改变春油菜播期解决了花期不遇的问题。鉴于此，本试验选用4个春性甘蓝型油菜和8个强冬性甘蓝型油菜，通过冬×春和冬×冬杂交组合类型，获得6个杂交组合。通过分析亲本及其杂交组合在生育期、农艺性状等方面的杂种优势，筛选出冬×春油菜变种间优势组合，以期为冬×春油菜变种间杂种优势利用、变种间杂种优势的研究提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本试验供试材料为8个强冬性甘蓝型油菜和4个春性甘蓝型油菜，以冬×春油菜和冬×冬油菜组配杂交组合，得到6个杂交组合（表1）。本试验材料均来自本课题组。

表1 亲本及其杂交组合Table 1 Parents and their cross combinations

1.2 试验方法

为使亲本花期相近，分别于2019年8月中旬种植冬性亲本，12月中旬种植春性亲本，花期通过人工剥蕾去雄和授粉的方法进行杂交组合选配及亲本品种的自交繁种，成熟期适期收获杂交种F1及亲本。2020年8月15日，种植冬×春、冬×冬杂交组合F1及亲本。试验材料的种植均采用盆栽种植，规格为180.0 mm，每盆种植5株，最终定苗3株，株距为15.0 cm，每个品种种植10盆，其余同油菜盆栽管理一致。上述试验均在甘肃农业大学玻璃温室进行［海拔：1 531.0 m；气压：84.0 kPa；年平均温度：（10.3±2.1） ℃；年平均降水量：（334.0±13.6） mm］。

1.3 测量指标

1.3.1 甘蓝型油菜生育期记载 记载不同品种亲本及杂交种的生育时期。生育期记载内容包括出苗期（period of emerge）、五叶期（five leaves）、抽薹期（bolting）、现蕾期（budding）、花期（flowering period）及全生育期（growth duration）。

1.3.2 甘蓝型油菜农艺性状记载 在成熟期时，每个参试品种取样不少于5株，并对其主要的农艺性状进行考种，考种内容包括株高（plant height，PH）、茎粗（stem diameter，SD）、分枝部位（branch location，BL）、有效分枝数（effective number of branches，BN）、主花序长度（length of main inflorescence，MIL）、角果长度（silique length，SL）、果喙长度（fruit beak length，FBL）、果柄长度（stalk length，STL）、单株有效角果数（effective number of siliques per plant，SPP）、主花有效角果数（effective number of siliques in main inflorescence，MIS）。

1.4 数据分析

利用Excel 2016进行数据分析处理，SPSS v23.0分析软件对群体生育期及农艺性状进行统计分析。估算超亲优势（over-parent，OPH）和杂种优势指数（index of heterosis，IH），计算公式如下：

式中，HP为高值亲本，即同一性状表现，双亲中的最高值；MP为双亲的平均值。

2 结果与分析

2.1 甘蓝型油菜杂交组合F1及亲本生育期分析

2.1.1 生育期进程分析 由表2可知，甘蓝型冬×春组合的全生育期为221～223 d，冬×冬组合的全生育期为236 d。与亲本比较发现，冬×春组合的生育期变化最为明显，F1的全生育期天数均介于冬性亲本和春性亲本之间，分别较冬性亲本和春性亲本平均缩短了16.50 d和延长了62.30 d；其中，F1的五叶-抽薹天数均介于强冬性亲本和春性亲本之间，分别较强冬性亲本和春性亲本缩短了19.00 d和延长了64.00 d；分析不同杂交组合类型的F1生育期进程发现，冬×春组合F1较冬×冬组合F1在五叶-抽薹期和全生育期天数明显缩短，分别缩短16.30和14.00 d。说明冬×春组合的生育期较强冬性亲本明显缩短。

表2 甘蓝型油菜亲本及F1生育期天数Table 2 The days of growth period of parents and F1 in Brassica napus L./d

2.1.2 生育期杂种优势差异 由甘蓝型油菜冬×春组合超亲优势分析结果得出（表3），除花期多为正向优势外，生育阶段多为负向优势，其中花期超亲优势为-3.70%～7.41%，均值为1.85%，且冬×春组合（1.85%）＞冬×冬组合（-3.70%）。杂种优势指数分析结果表明，冬×春组合F1在各阶段的平均杂种优势指数分别为92.50%、121.00%、98.54%、99.53%、105.30%、105.46%和111.49%；并且在五叶-抽薹期、花期、成熟期和生育期天数均比冬×冬组合高，较冬×冬组合分别高22.70、3.30、25.43和13.36个百分点。说明在整个生育期内，冬×春组合在五叶期-抽薹期和全生育期天数的杂种优势更为明显，并且冬×春变种间生育期的杂种优势强于同种间杂交组合。

表3 甘蓝型油菜F1生育期杂种优势Table 3 Phenotypic heterosis of growth period of F1 in Brassica napus L./%

2.2 不同甘蓝型油菜杂交组合F1及亲本株型性状差异

2.2.1 株型性状分析 由表4可知，冬×春组合F1及亲本的株型性状均表现出不同的差异。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在株高、茎粗、分枝部位、有效分枝数和主花序长度性状比父本分别增加了4.30%、5.26%、15.83%、16.67%和1.27%；比母本分别增加了7.23%、25.00%、6.62%、40.00%和-5.88%，其中株高与亲本达到差异显著水平。17NTS57-4×P113-1在株高、茎粗、分枝部位、有效分枝数和主花序长度性状性状比父本分别增加了-9.63%、20.00%、-35.63%、0.00%和89.87%；比母本分别增加了9.42%、-10.00%、21.74%、50.00%和57.89%，株高、分枝部位和主花序长度与亲本相比达到差异显著水平。18NLJ32×10-1061-2在株高、茎粗、分枝部位、有效分枝数和主花序长度性状比父本分别增加了20.82%、-14.29%、15.88%、40.00%和46.15%；比母本分别增加了28.97%、-10.00%、7.07%、40.00%和78.13%，其中株高、分枝部位和主花序长度与亲本相比达到差异显著水平。17NTS57-5×2402B-1在株高、茎粗、分枝部位、有效分枝数和主花序长度性状比父本分别增加了-5.84%、25.00%、7.39%、-16.67%和-5.10%；比母本分别增加了19.65%、0.00%、46.51%、-28.57%和57.63%，其中株高、分枝部位与亲本相比达到差异显著水平。在与冬×冬组合相比较，冬×春组合的F1各株型性状均值均介于冬×冬组合F1之间，分别比冬×冬组合增加了-24.80%、-56.32%、-7.44%、-36.36%和-22.52%。

表4 甘蓝型油菜亲本及F1株型性状表现Table 4 Phenotypic performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.2.2 株型性状杂种优势差异 由表5可知，冬×春组合F1在株型性状中均表现出不同的杂种优势。对株高性状的超亲优势分析表明，杂交种F1超亲优势为-9.63%～20.82%，均值为2.41%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2均为正向优势，分别为4.30%和20.82%，并且冬×春组合（2.41%）＞冬×冬组合（-0.41%）；在茎粗性状分析中，杂交种F1超亲优势为-14.29%～5.26%，均值为-4.76%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1为正向优势，超亲优势为5.26%，冬×冬组合（31.82%）＞冬×春组合（-4.76%）；在分枝部位分析中，杂交种F1超亲优势为-35.63%～7.39%，均值为-3.64%，其中，17NTS57-2×CY12PXW-6-1、18NLJ32×10-1061-2和17NTS57-5×2402B-1为正向优势，分别为6.62%、7.07%和7.39%，并且冬×冬组合（-3.44%）＞冬×春组合（-3.64%）；有效分枝数的超亲优势分析表明，冬×春组合F1的超亲优势为-28.57%～40.00%，均值为7.02%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1和18NLJ32×10-1061-2为正向杂种优势，分别为16.67%和40.00%，并且冬×春组合（7.02%）＞冬×冬组合（-8.33%）；在主花序长度性状分析中，冬×春组合的超亲优势为-5.88%～57.89%，均值为23.27%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2为正向优势，分别为57.89%和46.15%，并且冬×春组合（23.27%）＞冬×冬组合（4.68%）。

表5 甘蓝型油菜F1株型性状和分枝性状杂种优势Table 5 Heterosis on plant type and branch traits of F1 in Brassica napus L./%

杂种优势指数分析中，冬×春组合F1在株高、茎粗、分枝、有效分枝数和主花序长度性状指数范围分别为98.99%～124.76%、87.80%～114.29%、84.21%～123.93%、76.92%～140.00%和97.56%～172.41%，均值分别为108.72%、104.01%、107.62%、116.05%和137.25%。

综上所述，冬×春组合杂交种在株高、分枝部位和主花序长度性状方面多为正向杂种优势，说明冬×春组合在株高、分枝部位和主花序长度性状方面具有较强的杂种优势，且优于冬×冬组合。

2.3 不同甘蓝型油菜杂交组合F1及亲本角果性状差异

2.3.1 角果性状分析 由表6可知，冬×春组合F1的角果性状表现不同差异。17NTS57-2×CY12PXW-6-1在角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数性状中比父本分别增加了4.26%、-9.49%、16.67%、27.54%和-6.67%；比母本分别增加72.94%、26.07%、32.43%、83.62%和7.69%，其中角果长度、果柄长度和单株有效角果数与亲本相比均达到差异显著水平。17NTS57-4×P113-1在角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数性状中比父本分别增加了11.76%、17.34%、2.44%、23.96%和18.28%，比母本分别增加了67.03%、45.00%、13.51%、112.50%和41.03%，其中，角果长度、果喙长度、单株有效角果数和主花序有效角果数与亲本相比均达到了差异显著水平。18NLJ32×10-1061-2在角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数性状中比父本分别增加了18.33%、11.94%、5.00%、0.97%和28.09%，比母本分别增加了39.22%、11.94%、2.44%、134.23%和54.05%，其中，角果长度、果喙长度、主花序有效角果数与亲本相比均达到了差异显著水平。17NTS57-5×2402B-1在角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数性状中比父本分别增加了6.30%、-24.32%、-14.63%、16.77%和-8.42%，比母本分别增加了46.74%、-2.06%、-18.60%、40.29%和20.83%，其中角果长度、果柄长度、单株有效角果数与亲本相比较均达到了差异显著水平。在与冬×冬组合相比较中，冬×春组合的F1角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数分别比冬×冬组合增加了2.86%、-3.42%、-6.04%、-46.39%和-43.25%。

表6 甘蓝型油菜亲本及F1角果性状表现Table 6 Pod performance of parents and F1 in Brassica napus L.

2.3.2 角果性状杂种优势差异 由表7可知，冬×春组合F1的角果性状均表现不同的杂种优势。对角果长度超亲优势分析表明，冬×春组合F1的超亲优势为4.26%～18.33%，均值为10.16%，各杂交种均为正向杂种优势，分别为4.26%、11.76%、18.33%和6.30%，并且冬×春组合（10.16%）＞冬×冬（-23.28%）；在对果喙长度分析中，冬×春组合F1的超亲优势为-24.32%～17.34%，均值为-1.13%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2为正向优势，分别为17.34%和11.94%，并且冬×冬组合（0.90%）＞冬×春组合（-1.13%）；在对果柄长度分析中，冬×春组合F1的超亲优势为-18.60%～16.67%，均值为0.74%，其中17NTS57-2×CY12PXW-6-1、17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2为正向优势，分别为16.67%、2.44%和2.44%，并且冬×春组合（0.74%）＞冬×冬（-10.31%）；在对单株有效角果数性状分析，杂交种F1的超亲优势为0.97%～27.54%，均值为17.31%，各杂交种均为正向杂种优势，分别为27.54%、23.96%、0.97%和16.77%，冬×春组合（17.31%）＞冬×冬（-2.87%）；对主花序角果数分析中，杂交种F1的超亲优势为-8.42%～28.09%，均值为7.82%，其中17NTS57-4×P113-1和18NLJ32×10-1061-2为正向杂种优势，分别为18.28%和28.09%，冬×冬组合（8.54%）＞冬×春（7.82%）。

表7 甘蓝型油菜F1角果性状杂种优势Table 7 Heterosis on pod traits of F1 in Brassica napus L./%

杂种优势指数分析表明，冬×春组合F1的角果长度、果喙长度、果柄长度、单株有效角果数和主花序有效角果数的指数范围分别为123.29%～133.92%、85.38%～129.71%、83.33%～124.05%、127.45%～156.58%和100.00%～139.88%，均值分别为128.81%、108.10%、104.69%、143.92%和118.18%。

综上所述，甘蓝型油菜冬×春组合F1在角果长度和单株有效角果数方面具有较强的正向杂种优势，且优于甘蓝型油菜冬×冬组合。

3 讨论

生育期作为作物生长发育特性的综合标志，也是油菜重要的农艺性状，决定了适宜的生长季节和种植区域［16］。已有研究表明，生育期与产量密切相关［17］。郑本川等［18］对甘蓝型油菜生育期天数与产量构成性状进行相关性分析发现，营养生长天数、角果成熟天数与单株产量呈显著正相关，开花天数则与单株产量呈显著负相关。Li等［19］发现控制开花时间QTL和种子产量和千粒重的QTL在染色体上成簇分布，表明开花时间与油菜种子产量和千粒重有关，进一步证实了生育期与种子产量有一定的相关性。除了确保种子产量外，控制植物生育期还具有重要的农学意义。我国北方寒旱区冬季干燥寒冷，甘蓝型油菜是北方理想的冬季作物，但现在推广的品种生育期普遍较长，严重影响了后茬作物的种植，而且晚熟油菜生长后期会面临高温或雨季等不良气候，较大影响了油菜的产量和品质，成为甘蓝型冬油菜扩大生产面积的主要阻碍［20-21］。因此，选育生育期适当的早熟品种，是当前我国油菜育种的主要目标之一。选择生育期长短适宜的品种，可以提高土地利用率，还可以在不同地区广泛种植，同时保证产量和品质［18］。本研究利用甘蓝型强冬性油菜与春性油菜杂交，杂交种F1总生育期天数介于双亲之间，较冬性亲本的生育期天数明显缩短，说明甘蓝型油菜冬×春组合杂交种可以有效缩短甘蓝型冬性油菜的生育期，并且冬×春组合各生育期阶段也有杂种优势差异。利用冬×春组合杂种优势可有效解决甘蓝型强冬性油菜生育期过长等问题，对改良油菜农艺性状及扩展油菜适种区均具有重要的实际应用意义。

杂种优势利用是创制新品种的有效手段之一，最新培育出含油率高、抗病性较强的新品种天彩油1号正是得益于杂交手段［22-23］。研究表明，不同生态地区的材料间差异较大，遗传距离较远，亲本间杂种优势越强［24］。本研究所得结果与前人研究结果相似。有研究表明，油菜品种间杂交在株型、分枝数、分枝部位及茎粗等农艺性状方面存在明显的杂种优势［25-26］。本研究对冬×春组合的杂交种农艺性状进行杂种优势分析，结果表明冬×春组合的杂交种在株高、分枝部位、主花序长度、角果长度和单株有效角果数等具有较强的杂种优势，这与前人研究结果一致［27-28］。油菜产量构成因素中，角果长度和单株有效角果数具有决定性作用，并且单株有效角果数的杂种优势最为明显［29-30］。本研究发现冬×春组合中杂交种F1角果长度和单株有效角果数杂种优势尤为明显，说明甘蓝型强冬性油菜和春性油菜变种间杂交可能会提高甘蓝型油菜产量。这些研究结果对今后甘蓝型油菜变种间杂种优势利用、杂交新品种的选育具有重要的理论价值。

4 结论

通过变种间组配杂交组合，分析甘蓝型冬×春组合和冬×冬组合生育期及农艺性状杂种优势强弱，发现冬×春组合杂交种较甘蓝型冬性油菜生育期天数缩短。变种间杂交种在株高、分枝部位、主花序长度、角果长度和单株有效角果数等性状方面具有较强的杂种优势；同时角果长度和单株有效角果数的超亲优势和杂种优势指数最高，说明甘蓝型油菜变种间杂种优势的利用更具有发展潜力。