棉花复合杂交育成亲本主要产量性状的杂种优势及配合力分析

时间：2024-05-24

(南京农业大学棉花研究所/作物遗传与种质创新国家重点实验室，江苏南京 210095)

·问题探讨·

朱协飞
(南京农业大学棉花研究所/作物遗传与种质创新国家重点实验室，江苏南京 210095)

为测定利用复合杂交育成的5个亲本的育种应用潜力，将5个亲本与4个推广品种采用不完全双列杂交设计配制20个组合，对组合的产量及相关性状的杂种优势进行分析，并对5个亲本的产量及相关性状进行配合力分析。结果：铃数对产量的贡献最大；A 1亲本在铃数，A 2亲本在衣分，A 3亲本在铃重，A 5亲本在铃重、衣分性状上一般配合力(GCA)为正，A 5亲本是一个较理想的亲本；具有较高特殊配合力效应(SCA)的组合有A 5×B 3、A 2×B 2、A 3×B 1。结论：利用复合杂交培育高配合力亲本是可行的；但不同来源的亲本在同一性状，同一亲本的不同性状间一般配合力(GCA)是不同的；同一性状的不同组合间，同一组合的不同性状间特殊配合力(SCA)效应也都存在大小或方向上的差异。

配合力；产量；中亲优势；超亲优势

杂种优势是自然界中的普遍现象，亲本的异质性及互补能力是产生杂种优势的主要原因[1]。棉花杂种优势利用是提高棉花产量、改进纤维品质、改变生育期及增强抗逆能力的有效途径[2-4]。据统计，棉花杂种一代平均增产15%左右[5]。目前，大多数作物的杂交育种仍主要依靠大量随机地配制组合，这种方法不仅费时费力，而且盲目性大。为了提高选择亲本和配制组合的预见性，开展杂种优势预测性研究具有十分重要的意义[6]。杂种优势利用实践表明，选择配合力高的品系是选育强优组合的前提条件，亲本的配合力高低是决定杂种优势的主要因素，是选育理想亲本的重要依据。只有育出高配合力的亲本，才有可能组配出强优势的杂交组合[7]。

本研究通过对5个利用复合杂交育成的棉花亲本的产量及相关性状的一般配合力和特殊配合力进行研究与分析，旨在评定这几个新育成亲本的利用价值，为选育强优势组合提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

供试亲本共9个，其中4个母本分别为徐棉21号(B 1)、苏棉27(B 2)、苏棉25(B 3)、泗棉5号(B 4)，均为审定品种，分别来自育种单位。5个被测亲本为父本，分别为：NAU-21(A 1)、NAU-27(A 2)、NAU-32(A 3)、NAU-33(A 4)、NAU-45(A 5)。其来源：利用长江流域优良杂交种南抗3号、泗杂3号、鄂杂棉10号与黄河流域的中棉所29、鲁棉研40号等优良杂交种分别进行复合杂交，构建多个原始群体，然后从群体中经5～6代选择，最终获得的优良亲本。

1.2 方法

2015年在安徽省当涂县姑熟镇南京农业大学皖江基地进行试验，试验设计:采用苗床育苗大田移栽方式，于4月9日播种，5月7日移栽。随机区组排列，设3次重复，4行区。行长为5 m，行距为1 m，小区实际面积20 m2，折合密度为30 000株/hm2。试验田的田间管理同大田生产一致。生育进程的记载参照长江流域棉花区试方案。性状调查：在棉花打顶后调查单株铃数，每行选取10个单株调查数，然后以平均数代表该性状的值。吐絮收取25铃棉花进行考种。考种项目包括单铃重、衣分等。籽棉、皮棉产量为实收产量。

亲本配合力方差，亲本产量及相关性状的一般配合力和组合特殊配合力方差分析，采用DPS统计软件进行统计分析[8]。根据NCII方法进行配合力分析，按模型I(固定模型)估算一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)效应值等。

2 结果与分析

2.1 产量及相关性状试验结果与杂种优势分析

供试品种及其杂交组合F1的产量及相关性状结果见表1。由表1可知，20个组合在铃数、铃重、衣分、籽棉产量、皮棉产量这5个性状上的平均数均高于2个亲本的平均数，其中单株铃数比A亲本高2.4个，比B亲本高2.1个；铃重比A、B亲本高0.1 g；衣分比A亲本高0.6%，比B亲本高0.8%个；籽棉产量比A亲本高360 kg/hm2，比B亲本高333 kg/hm2；皮棉产量比A亲本高172.5 kg/hm2，比B亲本高166.5 kg/hm2。结果表明，A、B亲本配制的杂交种无论是产量还是产量相关因素均高于亲本。

表1 亲本及其杂交组合的产量及相关性状结果

组合/亲本铃数(个/株)铃重(g)衣分(%)籽棉(kg/hm2)皮棉(kg/hm2)A1×B128．05．840．83882．01584．0A1×B229．85．242．63751．51600．5A1×B326．25．342．33367．51423．5A1×B428．16．240．14102．51644．0A2×B124．95．743．03435．01476．0A2×B230．55．343．23852．01662．0A2×B326．75．344．53393．01507．5A2×B426．96．440．14092．01641．0A3×B127．96．040．83981．01624．5A3×B228．35．343．93621．01588．5A3×B326．75．641．73589．51497．0A3×B425．76．541．64012．51669．5A4×B126．45．840．93658．51498．5A4×B227．75．841．83832．51603．5A4×B326．85．242．13351．01410．0A4×B426．26．142．53802．51615．5A5×B126．06．341．13900．01603．5A5×B226．75．644．53579．01591．5A5×B326．36．042．93756．01611．0A5×B427．26．243．13930．01693．5A124．75．642．43297．01399．5A223．75．841．03312．01357．5A326．05．739．53576．01413．0A426．25．741．63568．51485．0A523．55．543．43163．51372．5B124．45．940．93439．51405．5B226．75．343．23409．51471．5B323．95．740．43309．01336．5B425．45．741．13484．51432．5F1平均数27．25．842．23744．01578．0A平均数24．85．741．63384．01405．5B平均数25．15．741．43411．01411．5

进一步分析20个组合5个产量及相关性状的中亲优势和超亲优势(见表2)发现，铃重中亲优势11个为正，超亲优势10个为正；衣分中亲优势12个为正，超亲优势8个为正。单株铃数中亲优势全部为正，超亲优势18个为正；籽棉产量中亲优势19个为正，超亲优势18个为正；皮棉产量中亲优势全部为正，超亲优势19个为正。表明组合杂种优势的表现在性状之间存在较大差异，同一性状的杂种优势又因组合不同而不同。整体来看，杂交组合主要产量性状的中亲优势、超亲优势是普遍存在的。

表2 各组合杂种优势分析

组合铃数铃重衣分籽棉皮棉中亲优势高亲优势中亲优势高亲优势中亲优势高亲优势中亲优势高亲优势中亲优势高亲优势A1×B114．313．51．2-1．7-1．8-3．815．312．912．912．7A1×B216．012．0-4．0-6．5-0．1-1．311．910．011．48．7A1×B37．85．9-6．0-6．52．4-0．32．01．84．11．7A1×B412．310．89．18．2-3．8-5．521．017．816．114．7A2×B13．52．2-1．8-2．95．04．81．8-0．16．95．0A2×B221．014．2-5．1-9．22．6-0．114．613．017．513．0A2×B312．211．9-8．7-9．29．38．52．52．412．011．1A2×B49．66．010．79．8-2．4-2．420．417．517．614．5A3×B111．07．43．21．11．5-0．213．511．315．315．0A3×B27．56．0-3．1-6．53．61．73．71．210．28．0A3×B37．02．6-2．6-2．3-0．43．34．30．48．96．0A3×B40．1-1．214．614．61．51．113．712．217．316．5A4×B14．20．6-0．3-2．3-0．7-1．64．42．63．60．9A4×B25．13．65．51．8-1．3-3．29．87．48．48．0A4×B37．12．4-9．6-9．42．71．2-2．6-6．10．0-5．0A4×B41．4-0．16．76．72．72．27．86．610．78．8A5×B18．86．810．06．0-2．5-5．318．113．415．414．0A5×B26．40．03．11．22．72．58．95．011．98．1A5×B310．910．16．44．92．4-1．216．113．519．017．4A5×B411．27．110．18．22．0-0．718．212．820．718．2

2.2 组合间差异显著性检验

对20个杂交组合及9个亲本的5个产量及相关性状进行方差分析，结果见表3。从表3可看出，5个产量及相关性状均达极显著水平，表明这5个性状在各杂交组合及亲本间存在真实的遗传差异，可进一步作配合力方差分析。

表3 产量及相关性状方差分析

变异来源自由度铃数铃重衣分籽棉皮棉区组间20．910．000．12117．2029．45处理间288．16∗∗0．39∗∗5．22∗∗939．92∗∗152．88∗∗误差560．380．020．2251．1610．21总变异86

注：“*”和“**”分别表示在0.05和0.01水平差异显著。下同。

2.3 配合力方差分析

对20个杂交组合及9个亲本的产量及相关性状进行配合力方差分析(见表4)。结果表明:组合间各性状的方差均达到极显著水平，说明各性状的基因型间存在显著的遗传差异；被测亲本(A)铃数、衣分的方差均达到显著水平，铃重、籽棉、皮棉产量均达极显著水平，表明各性状的一般配合力(GCA)在参试亲本间差异显著或极显著；亲本A、B所有性状的特殊配合力(SCA)达到极显著水平，表明这些产量及相关性状的特殊合力对F1杂种的表现有明显的作用。

表4 产量及相关性状配合力方差分析

变异来源自由度铃数铃重衣分籽棉皮棉区组20．580．010．0492．3616．67组合195．48∗∗0．52∗∗5．16∗∗749．04∗∗87．02∗∗B33．920．274．33214．2865．45A414．11∗2．32∗∗12．68∗2760．83∗∗326．41∗∗A×B123．85∗∗0．15∗∗3．56∗∗424．34∗∗34．36∗∗误差380．450．020．1856．8811．52

2.4 配合力效应分析

2.4.1 亲本的一般配合力效应(GCA)

9个亲本的产量及相关性状的一般配合力效应见表5，从表5可看出，各亲本一般配合力效应都有明显差异，表明各亲本在这些性状上的加性效应是不同的。5个产量及相关性状上的GCA效应值：A 1亲本有2个为正，分别是铃数、籽棉产量；A 2亲本有2个为正，分别是铃数、衣分；A 3亲本有4个为正，分别是铃数、铃重、籽棉产量和皮棉产量；A 5亲本有4个为正，分别是铃重、衣分、籽棉产量和皮棉产量。说明这几个亲本在以上性状上具有加性效应。综合起来看，A 5亲本尽管在铃数上呈负效应，但其他4个性状均呈正效应，且效应值较大，是一个较理想的亲本。

表5 各亲本的一般配合力效应值

亲本铃数铃重衣分籽棉皮棉A13．25-2．31-1．730．84-0．91A20．40-1．881．20-1．38-0．34A30．001．45-0．401．521．12A4-1．44-1．16-0．78-2．23-2．90A5-2．213．901．711．253．02B1-1．832．43-2．020．72-1．28B25．32-5．662．44-0．472．03B3-2．30-5．321．23-6．75-5．52B4-1．198．55-1．656．504．77

2.4.2 各组合的特殊配合力效应(SCA)

20个组合5个产量及相关性状的特殊配合力(SCA)效应见表6。在20个组合中，5个性状的特殊配合力(SCA)效应表现全部为正的有1个组合，即A 1×B 1；4个性状为正的有2个组合，即A 1×B 4、A 5×B 3；3个性状为正的有6个组合，即A 1×B 2、A 2×B 2、A 2×B 3、A 3×B 1、A 3×B 3、A 4×B 2；2个性状为正的有6个组合，即A 1×B 3、A 2×B 4、A 3×B 4、A 4×B 4、A 5×B 1、A 5×B 4；仅1个性状为正的有5个组合，即A 2×B 1、A 3×B 2、A 4×B 1、A 4×B 3、A 5×B 2。从性状方面看，铃数为正的有11个，铃重为正的有9个，衣分为正的有10个，籽棉产量为正的有9个。结果表明:同一性状的不同组合间，同一组合的不同性状间特殊配合力(SCA)效应都存在大小或方向上的差异，这表明基因互作方式的多样性。综合起来看，具有较高SCA的组合有A 5×B 3、A 2×B 2、A 3×B 1，这3个组合在多个性状上呈正效应，且效应值较大。

表6 各组合的特殊配合力效应值

组合铃数铃重衣分籽棉皮棉A1×B11．830．460．492．122．64A1×B21．19-1．270．38-0．190．32A1×B3-4．580．120．73-4．15-3．29A1×B41．560．69-1．612．220．33A2×B1-6．86-1．132．71-7．60-4．80A2×B26．62-1．13-1．284．713．72A2×B30．24-1．473．02-1．261．47A2×B4-0．013．73-4．454．16-0．39A3×B14．71-0．40-0．834．093．15A3×B2-1．08-3．292．06-4．35-2．41A3×B30．520．40-1．941．11-0．69A3×B4-4．153．290．70-0．85-0．05A4×B10．39-1．27-0．14-0．77-0．88A4×B2-1．977．40-2．465．032．50A4×B32．57-3．93-0．61-1．52-2．16A4×B4-0．99-2．203．21-2．730．54A5×B1-0．072．34-2．232．17-0．11A5×B2-4．76-1．711．29-5．20-4．12A5×B31．254．88-1．215．834．67A5×B43．59-5．522．15-2．79-0．43

3 结论与讨论

配合力是评价亲本利用价值的重要指标[9]，一般配合力呈加性效应，能够稳定遗传。本研究通过对5个亲本一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)分析，结果表明： 1) 同性状的不同亲本间，同一亲本的不同性状间一般配合力(GCA)不同。就本研究而言，A 1亲本在铃数，A 2亲本在衣分，A 3亲本在铃重，A 5亲本在铃重、衣分性状上一般配合力(GCA)为正，利用这些亲本配制杂交种在这些性状上获得高优势组合的可能性要大。综合起来看，A 5亲本尽管在铃数上呈负效应，但其他4个性状均呈正效应，且效应值较大，是一个较理想的亲本。 2) 20个同一性状的不同组合间，同一组合的不同性状间特殊配合力(SCA)效应都存在大小或方向上的差异。因此在配制杂交种时除了要考虑亲本一般配合力(GCA)外，还应考虑基因互作方式的多样性，即特殊配合力大小。3) 通过对20个组合的杂种优势分析，铃重、衣分的中亲优势和超亲优势在不同性状上表现不同，而20个组合的铃数普遍具有中亲优势和超亲优势。就本研究而言，杂交组合籽棉、皮棉产量的增加主要得益于铃数的贡献。因此在选择亲本时要充分考虑亲本铃数对组合的影响。

复合杂交涉及的亲本多，杂种遗传构成复杂，后代分离严重，提供选择的机会多。本研究用于构建原始群体的2个杂交种来源于不同棉区，所涉及的4个亲本亲缘关系远，更容易产生性状互补，为培育高配合力亲本最终育成强优势组合打下了基础。从研究结果看，利用复合杂交培育高配合力亲本是一条有效途径。

[1]袁隆平.杂交水稻学[M].北京:中国农业出版社,2002.

[2]李永旗,崔爱花,张丽娟,等.10个杂交组合高产与优质竞争优势分析[J].棉花科学,2015,37(4):17-21.

[3]张丽娟,李直兴,崔爱花,等.以大铃抗病棉花材料配置的组合F1竞争优势测定[J].棉花科学,2014,36(5):19-22.

[4]喻树迅,范术丽.我国棉花遗传育种进展与展望[J].棉花学报,2003,15(2):120-124.

[5]邢朝柱,靖深蓉,邢以华.中国棉花杂种优势利用研究回顾和展望[J].棉花学报,2007,19(5):337-345.

[6]宿俊吉,陈红,余渝,等.陆地棉遗传距离与纤维品质性状中亲优势及F1、F2表现的关性研究[J].棉花学报,2013,25(2):142-147.

[7]杨春华,李仕贵.籼型三系杂交水稻流通系主要农艺性状配合力及遗传力分析[J].西南农业学报,2005,18(3):234-239.

[8]唐启义.DPS数据处理系统[M].北京:科学出版社,2010.

[9]张天真,靖深蓉,金林.杂种棉选育的理论与实践[M].北京:科学出版社,1998.

Analyses of Heterosis and Combining Ability of Main Yield Traits of Multiple-crossing Cotton Parents in Breeding

ZHUXiefei