CP系列甘蔗親本及雜交組合育種潛力分析

姚麗，覃偉，趙培方，劉家勇，趙俊，武晉宇，吳才文

?

CP系列甘蔗親本及雜交組合育種潛力分析

姚麗，覃偉，趙培方，劉家勇，趙俊，武晉宇，吳才文*

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，云南 開遠(yuǎn) 661699)

選用15個CP 系列甘蔗親本與國內(nèi)育成的21個親本選配的42個雜交組合為材料，借助R軟件對F1群體的株高、莖徑、錘度、叢有效莖、叢重、叢含糖量等主要性狀的變異系數(shù)、遺傳力、配合力及經(jīng)濟(jì)育種(遺傳)值進(jìn)行分析。結(jié)果表明：6個性狀的平均變異系數(shù)皆表現(xiàn)為表型變異系數(shù)()大于遺傳變異系數(shù)()，其中叢有效莖、叢重及叢含糖量變異較大，株高、莖徑及錘度變異較小；平均遺傳力表現(xiàn)為組合最高(42.53%)，其次是母本(34.35%)，最后是父本(27.07%)；除株高、莖徑受父本影響大于母本外，其余4個性狀皆是受母本影響較大；除組合的錘度、叢有效莖介于雙親之間外，其余4個性狀均表現(xiàn)為組合高于雙親；綜合一般配合力()和經(jīng)濟(jì)育種值()分析，表現(xiàn)較好的CP親本有HoCP95–988(父母本)、CP72–1210(母本)、CP85–1491(母本)、HoCP92–648(母本)、CP72–2086(父本)、CP84–1198(父本)、CP93–1382(父本)、CP94–1100(父本)；綜合特殊配合力()和經(jīng)濟(jì)遺傳值()分析，表現(xiàn)較好的組合有CP72–1210×ROC24、CP85–1491×ROC22、HoCP92–648×桂糖92–66、福農(nóng)95–1702×HoCP95–988、粵糖91–976×HoCP95–988。

CP系列甘蔗親本；遺傳力；配合力；經(jīng)濟(jì)育種值；經(jīng)濟(jì)遺傳值

甘蔗(L.)是世界上重要的糖料作物和能源作物[1]。甘蔗新品種培育是解決品種單一化、種性退化、病蟲害加重、產(chǎn)量及品質(zhì)下降的主要措施，且98%的甘蔗新品種都是通過有性雜交育成[2]。利用國外引進(jìn)的優(yōu)良品種(系)與國內(nèi)優(yōu)良品種雜交是擴(kuò)大血緣遺傳基礎(chǔ)和培育突破性品種的有效途徑[3]。在中國自育的通過鑒定或?qū)彾ǖ?75個品種中，有66.29%是以國外品種作親本而育成[4]。美國擁有世界上保存數(shù)量最大、最全的甘蔗種質(zhì)資源圃，運(yùn)河點(diǎn)雜交的CP系列甘蔗親本大部分具有高產(chǎn)、高糖、抗逆性強(qiáng)等特性，是中國引進(jìn)國外品種數(shù)量較多、應(yīng)用較廣的親本[4–6]。然而，經(jīng)過育種工作者多年觀察及雜交利用后卻發(fā)現(xiàn)，CP系列甘蔗親本雖然具有高產(chǎn)、高糖的特性，但莖徑偏細(xì)的問題也較突出。筆者選用15個CP系列甘蔗親本與21個國內(nèi)主要品種(系)雜交的42個組合為材料，研究F1群體株高、莖徑、錘度、叢有效莖、叢重及叢含糖量等6個主要性狀的遺傳力、配合力及經(jīng)濟(jì)育種(遺傳)值，評價CP系列親本的遺傳特點(diǎn)及育種潛力，以期為CP系列親本的高效利用提供參考依據(jù)。

1　材料與方法

1.1　材料

供試材料為15個CP系列甘蔗親本與21個國內(nèi)育成的主要品種(系)雜交的42個組合，具體詳見表1。

表1　供試材料

1.2　方法

2012—2013年雜交季，在海南甘蔗育種場完成42個組合的雜交；2013年5月下旬，將實(shí)生苗移栽至云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所試驗(yàn)基地。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每個小區(qū)種植2行，每行20苗。3次重復(fù)。行長6.0 m，行距1.0 m。田間栽培按常規(guī)管理進(jìn)行。

1.3　調(diào)查項(xiàng)目和方法

2014年11月20日，各小區(qū)調(diào)查10叢蔗莖的株高、莖徑、有效莖及錘度等指標(biāo)。計算叢質(zhì)量[7]、每公頃有效莖、蔗莖產(chǎn)量、含糖量等。叢質(zhì)量=單莖質(zhì)量×叢有效莖數(shù)；叢含糖量=(含糖量/有效莖數(shù))×叢有效莖數(shù)。

采用R軟件中的混合線性模型來分別計算母本、父本及組合的方差、遺傳力、配合力、親本的經(jīng)濟(jì)育種值()及家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值()[2]。表型變異系數(shù)()和遺傳變異系數(shù)()按唐仕云等[8]的方法進(jìn)行計算。

1.4　數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2007整理數(shù)據(jù)；采用R–3.2.0進(jìn)行遺傳力分析、配合力及經(jīng)濟(jì)育種(遺傳)值等參數(shù)的估算。

2　結(jié)果與分析

2.1　主要性狀的遺傳變異分析

由表2可知，CP系列甘蔗親本及選配的42個組合6個性狀的變異系數(shù)皆表現(xiàn)為表型變異系數(shù)大于遺傳變異系數(shù)。叢含糖量的表型變異系數(shù)最大，其次為叢重，錘度的表型變異系數(shù)最小，而遺傳變異系數(shù)除叢有效莖受母本、父本及組合的變異影響最大外，其余性狀變化趨勢與基本一致，皆是叢含糖量的最大，叢質(zhì)量的次之，錘度的最小，說明叢含糖量變異較大，錘度變異最小。另外，除錘度和叢有效莖的變異皆為母本最大、組合介于雙親之間外，其余4個性狀的變異皆是組合最大，其中父本株高和莖徑的變異大于母本，母本叢質(zhì)量和叢含糖量的變異則大于父本。

表2　親本及組合主要性狀的遺傳變異

2.2　CP系列甘蔗親本及選配組合F1群體主要性狀的遺傳力分析

由表3可以看出，CP系列甘蔗親本及選配組合主要性狀的平均遺傳力表現(xiàn)為莖徑的遺傳力最大，接近60%，其次是叢有效莖和錘度的，這3個性狀的遺傳力均超過平均值(34.65%)，說明它們受環(huán)境的影響較??；除父本的遺傳力小于平均值外，組合與母本的遺傳力大于或與平均值相當(dāng)，說明組合及母本的選配對F1群體的影響較大，父本的影響則較小。另外，6個性狀中除株高和莖徑的遺傳力是父本大于母本外，其余4個性狀的遺傳力均是母本大于父本，說明在這些組合中，父本的株高和莖徑更容易遺傳給后代，而母本的錘度、叢有效莖、叢質(zhì)量、叢含糖量更容易遺傳給后代；因此，利用CP系列親本選配組合時，建議選用株高、莖徑較好的親本作父本，錘度高、叢有效莖多且質(zhì)量大的親本作母本。

表3　親本及組合主要性狀的遺傳力

2.3　CP系列甘蔗親本F1群體主要性狀的一般配合力及經(jīng)濟(jì)育種值分析

由表4可知，50%及以上親本的6個性狀效應(yīng)值皆為負(fù)值，說明大部分CP系列甘蔗親本不適合作母本。其中，CP85–1491除莖徑的效應(yīng)值為負(fù)值外，其余性狀的皆為正值，且排名第2，表明其是易把高產(chǎn)、高糖傳遞給后代的親本；HoCP95–988、CP67–412雖然排名前4，錘度、叢有效莖的皆為正值，但其余性狀都為負(fù)值，說明用作母本時除易把錘度高、有效莖多傳遞給后代外，其余性狀皆不理想；CP72–1210正好相反，除錘度、叢有效莖的效應(yīng)值為負(fù)值外，其余4個性狀的皆為正值，是不可多得的易把大莖、高產(chǎn)性狀傳遞給后代的親本，但其錘度、叢有效莖的配合力較差。另外，CP84–1198的6個性狀皆為負(fù)值，不適合用作母本。

表4　CP系列甘蔗親本作母本主要性狀的一般配合力效應(yīng)相對值

由表5可知，株高、莖徑、錘度、叢質(zhì)量、叢含糖量的效應(yīng)值大部分為正值，而叢有效莖的大部分為負(fù)值，說明CP系列甘蔗作父本時，易獲得大莖、高產(chǎn)、高糖的后代，但叢有效莖相對較少。其中，CP93–1382作父本，6個性狀值皆為正效應(yīng)，且排名第2，表明其是不可多得的大莖、高產(chǎn)、高糖父本；HoCP95–988除莖徑的為負(fù)值外，其余5個性狀的皆為正值，且叢有效莖、叢質(zhì)量、叢含糖量的皆為最大，排名第1，表明其是高產(chǎn)、高糖父本；CP72–2086除叢有效莖的為負(fù)值外，其余5個性狀的皆為正值，排名第5，表明其是一個大莖、高糖配合力較好的父本；CP94–1100除株高、叢有效莖的為負(fù)值外，其余4個性狀的皆為正值，且錘度、莖徑的最大，排名第3，表明其作父本時易選出莖粗的高糖F1群體；CP84–1198因?yàn)閰灿行o、叢質(zhì)量的為負(fù)值，排名倒數(shù)第1，但其余性狀的都較大(特別是株高)，作父本時易獲得大莖、植株高、糖分高的F1群體；CP72–1210作父本，莖徑、叢質(zhì)量、叢含糖量的為正值，說明其作父本易獲得大莖、高糖的F1群體；HoCP93–750除株高值較大外，其余性狀值皆較小，不適合用作父本。

表5　CP系列甘蔗親本作父本主要性狀的一般配合力效應(yīng)相對值

2.4　CP系列甘蔗親本選配組合F1群體主要性狀的特殊配合力及經(jīng)濟(jì)遺傳值分析

由表6可看出，42個組合中，株高特殊配合力()表現(xiàn)為正效應(yīng)的組合有20個，其中含CP72–1210的有4個(皆作母本)，含HoCP95–988(皆作父本)、CP84–1198(2個作父本)的各有3個，含CP85–1491(皆作母本)、CP72–2086(皆作父本)的各2個；莖徑值為正效應(yīng)的有19個，其中含有CP72–1210的有6個(5個作母本)，含CP89–2143(2個作母本)、CP72–2086(2個作父本)的各有3個，含CP94–1100(皆作父本)、CP93–1382(1個作父本)的各2個；錘度值是正值的組合有22個，說明用CP系列親本配的組合甘蔗糖分皆較高，其中含HoCP95–988(2個作父本)、CP84–1198(2個作父本)、CP92–1666(皆作母本)、CP72–2086(2個作母本)的組合各有3個，含CP72–1210(皆作母本)、CP89–2143(皆作母本)的各2個；叢有效莖為正值(包括0，下同)的組合有19個，其中含HoCP95–988的組合有5個(3個作父本)，含CP72–1210(皆作母本)、CP85– 1491(皆作母本)、CP93–1382(1個作父本)的各2個；叢質(zhì)量值為正值的有22個組合，含CP72–1210的5個(4個作母本)，HoCP95–988的4個(3個作父本)，CP72–2086(皆作父本)、CP84–1198 (皆作父本)、CP94–1100(皆作父本)、CP89–2143(1個作母本)、CP93–1382(1個作父本)的各2個，CP85–1491的1個(作母本)；叢含糖量為正效應(yīng)的組合有23個，其中含CP72–1210的5個(4個為母本)，HoCP95–988的4個(3個作父本)，含CP72–2086的3個(2個作父本)，含CP93–1382(1個作父本)、CP94–1100(皆作父本)、CP84–1198(皆作父本)的各2個。根據(jù)6個性狀的，綜合性狀較好的10個組合為第6、7、15、22、25、31、34、35、38、39號。

42個組合中，為正值的組合有21個，其中含HoCP95–988的組合有5個(2個母本、3個父本)，約占所有正值組合的24%，含CP89–2143的有3個(2個作母本)，含CP85–1491(皆作母本)、HoCP92– 648(皆作母本)、CP94–1100(皆作父本)、CP84–1198 (1個作父本)的各2個，含CP67–412(作母本)、CP72–1210(作母本)、CP72–2086(作母本)、CP89–1509(作母本)、CP93–1382(作父本)的各1個。根據(jù)值排名前10的組合是第1、7、15、16、19、25、28、31、39、42號。

綜合6個性狀的值及值，2種評價皆好的有第7、15、25、31、39號組合。相反，第3、14號組合6個性狀的及值皆為負(fù)值，說明這2個組合的綜合性狀皆不太理想。

表6　42個組合主要性狀的特殊配合力效應(yīng)相對值

表6(續(xù))

3　結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，參試的大部分CP系列甘蔗用作母本時，6個性狀的效應(yīng)值幾乎皆為負(fù)值(特別是莖徑、叢質(zhì)量及叢含糖量)；作父本時，除叢有效莖幾乎全部為負(fù)值外，其他性狀的效應(yīng)值幾乎全部為正值，說明大部分CP系列甘蔗較適宜作父本，選配莖粗、豐產(chǎn)的優(yōu)良親本與之雜交，較易獲得高產(chǎn)、高糖的大莖F1群體。當(dāng)然也有例外，如CP72–1210、CP85–1491及HoCP92–648等CP甘蔗親本就較適合作母本。

僅通過傳統(tǒng)的遺傳力、配合力分析，存在試驗(yàn)設(shè)計復(fù)雜、依賴經(jīng)驗(yàn)、評價不夠客觀及準(zhǔn)確等問題。目前，國際上動(植)物育種應(yīng)用最廣泛的線性無偏預(yù)測模型估算的或是一種可以克服不完全雙列雜交設(shè)計缺點(diǎn)，并兼顧主要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳效應(yīng)與經(jīng)濟(jì)權(quán)重形成的可分析不平衡數(shù)據(jù)的先進(jìn)遺傳評價方法[9]，是澳大利亞甘蔗試驗(yàn)總局(BSES)用于評價親本、組合及品系的統(tǒng)一方法[3,10–12]，但此方法在國內(nèi)甘蔗上的運(yùn)用還在初步階段[13–16]。鄧祖湖等[13]研究表明，在選擇性狀時必須根據(jù)不同階段選擇對經(jīng)濟(jì)重要的數(shù)量性狀，且它們不能是包容關(guān)系。研究[14–16]表明，對于主要性狀的選擇及權(quán)重的分配應(yīng)隨育種目標(biāo)的改變而作相應(yīng)的調(diào)整。本研究中選用的是株高、莖徑、有效莖及錘度4個性狀來計算()，結(jié)果表明，雖然大部分親本、組合的、與、的分析結(jié)果基本一致, 但仍有少部分兩者之間存在差異，這可能是由于國內(nèi)外育種目標(biāo)不同、選擇的性狀及其權(quán)重的不同而造成的，也可能與本研究部分親本使用次數(shù)較少有關(guān)。如何高效的將該評價方法運(yùn)用于中國甘蔗實(shí)生苗階段的選種有待進(jìn)一步研究。

[1] HENRY R H，KOLE C．Genetics，Genomics and Breeding of Sugarcane[M]．New Hampshire：Science Publishers，2010．

[2] 吳才文，趙培方，夏紅明，等．現(xiàn)代甘蔗雜交育種及選擇技術(shù)[M]．北京：科學(xué)出版社，2014．

[3] 吳才文，劉家勇，趙俊，等．甘蔗引進(jìn)親本創(chuàng)新利用及育種潛力分析[J]．西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2008，21(6)：1671–1675．

[4] 鄧海華，李奇?zhèn)ィ瓹P 72–1210 在我國甘蔗育種中的利用[J]．廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2007(11)：18–21．

[5] 林彥銓，陳如凱，何啟鈞，等．從配合力探討新 CP 甘蔗品種的育種潛力[J]．福建農(nóng)學(xué)院學(xué)報，1991，20(2)：123–128．

[6] 李海明，楊焜正，吳水金．淺談甘蔗 CP系列親本的育種效果[J]．甘蔗糖業(yè)，2005(3)：1–4．

[7] 徐良年，鄧祖湖，陳如凱，等．CL系列甘蔗親本的遺傳力及配合力分析[J]．植物遺傳資源學(xué)報，2006，7(4)：445–449．

[8] 唐仕云，王倫旺，楊榮仲，等．糖能兼用甘蔗主要性狀的遺傳參數(shù)與改良效果的分析[J]．熱帶作物學(xué)報，2015，36(4)：665–672．

[9] 程勝利，姚軍，梁春年，等．BLUP 方法的發(fā)展及現(xiàn)狀[J]．中國草食動物，2005，25(3)：55–56．

[10] XIANMING W，JACKSON P，STRINGER J，et al. Relative Economic Genetic Value (Regv)– an Improved Selection Index to Replace Net Merit Grade (NMG) in the Australian Sugarcane Variety Improvement Program[M]. Sydney：Australian Society of Sugar Cane Technologists，2008．

[11] KIMBENG C A，MCRAE T A，COX M．Optimizing early generation selection in sugarcane breeding[J]．Pro Int Soc Sugar Cane Technol，2001，24：488–493．

[12] STRINGER J K，COX M C，ATKIN F C，et al．Family selection improves the efficiency and effectiveness of selecting original seedlings and parents[J]．Sugar Tech，2011，13(1)：36–41．

[13] 鄧祖湖，徐良年，韋先明，等．經(jīng)濟(jì)遺傳值在甘蔗選育種的應(yīng)用研究I．經(jīng)濟(jì)遺傳值及性狀經(jīng)濟(jì)權(quán)重的確定[J]．中國糖料，2011(1)：39–43．

[14] 王勤南，劉少謀，符成，等．甘蔗常用親本及雜交組合經(jīng)濟(jì)育種值分析[J]．熱帶亞熱帶植物學(xué)報，2013，20(1)：561–566．

[15] 王勤南，符成，常海龍，等．崖城系列甘蔗親本及組合經(jīng)濟(jì)育種值評價[J]．西南農(nóng)業(yè)學(xué)報，2014，27(5)：1827–1833．

[16] 安汝東，周清明，俞華先，等．9個云南甘蔗創(chuàng)新親本作為父本的經(jīng)濟(jì)育種值分析[J]．湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版)，2015，41(2)：113–118．

責(zé)任編輯：尹小紅

英文編輯：梁 和

Analysis on breeding potential of series of CP parents and their cross combinations in sugarcane

YAO Li, QIN Wei, ZHAO Peifang, LIU Jiayong, ZHAO Jun, WU Jinyu, WU Caiwen*

(Sugarcane Research Institute of Yunnan Academy of Agricultural Sciences/Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661699, China)

42 cross combinations, which come from the crossing with 15 parents of CP series and 21 varieties clones developed in China, were used as materials. The coefficient of variation (), heritability, combining ability and economic breeding or genetic values of the main characters, such as plant height, stalk diameter, brix, millable stalk per stool, cluster weight, sugar yield per stool of F1populations were analyzed by R software. The results showed that: the coefficients of phenotype variation () were larger than the coefficients of genetic variation () in the coefficients of average variation of six traits, and the variations of millable stalk per stool, cluster weight and sugar yield per stool were larger than the variations of plant height, stalk diameter and brix; the average heritability of six traits was the highest (42.53%) in the combinations, 34.35% in female parent and 27.07% in male; all traits were more affected by female except plant height and stalk diameterall traits of combinations were higher than those of their parents except the traits of brix and millable stalk per stoolwhich were between the male and the female. The parents of CP, HoCP95–988 (as female and male), CP72–1210 (as female), CP85–1491 (as female), HoCP92–648 (as female), CP72–2086 (as male), CP84–1198 (as male), CP93–1382 (as male), CP94–1100 (as male) had better general combining ability () and economic breeding value () than the others. The combinations, CP72–1210×ROC24, CP85–1491×ROC22, HoCP92– 648×Guitang92–66, Funong95–1702×HoCP95–988, Yuetang91–976×HoCP95–988 had better special combining ability () and economic genetic value () than the others.

series of CP parents; heritability; combing ability; economic breeding value; economic genetic value

S566.1

A

1007-1032(2017)06-07

2017–03–28

2017–11–02

國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項(xiàng)(CARS–170101)；云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放課題(2015DG015–07)；云南省科技創(chuàng)新人才計劃項(xiàng)目(2014HC015)；云南省重大科技專項(xiàng)(2015ZA001)；云南省科技惠明計劃(農(nóng)業(yè))項(xiàng)目(2014RA059)

姚麗(1984—)，女，云南金平人，碩士，助理研究員，主要從事甘蔗遺傳育種研究，yaoli84714@163.com；

通信作者，吳才文，研究員，主要從事甘蔗遺傳育種研究，gksky_wcw@163.com

投稿網(wǎng)址：http://xb.hunau.edu.cn