棉花雜交組合F1、F2高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)性狀分析

張凱 ，魯寧寧 ，陳偉 ，陳婭雯 ，趙云雷 ，趙佩 ，龔海燕 ，崔艷利 ，桑曉慧 ，曹志強(qiáng) ，王紅梅 ，3*

（1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 安陽455000；2.河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南 開封475000；3.棉花生物學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室鄭州大學(xué)研究基地，鄭州450000）

棉花是我國主要的經(jīng)濟(jì)作物之一，在國民經(jīng)濟(jì)中占據(jù)重要地位。近年來，我國棉花種植面積逐年下降[1]，選育高產(chǎn)豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗逆的棉花品種顯得尤為重要。利用棉花的雜種優(yōu)勢(shì)是提高產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)、增強(qiáng)抗逆性的有效途徑之一[2]。目前，棉花雜種優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用主要有2種途徑，一是以常規(guī)棉為親本選育雜交種，二是以不育系和恢復(fù)系為親本選育雜交種。通過這2種途徑，可以篩選出具有優(yōu)良性狀的雜交棉品種[3]。但是，在生產(chǎn)實(shí)踐中，通常采取人工去雄的方法培育棉花雜交種，用工成本較高。因此，棉花雜交種的市場(chǎng)價(jià)格越來越高。這在一定程度上制約了棉花雜交種的推廣應(yīng)用，而且人工去雄法制種量小，成本高，無法滿足大面積的種植需求[4]。若可以利用F2，將會(huì)大大提高生產(chǎn)效率，獲得高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的棉花品種，有利于棉花雜交種的推廣應(yīng)用。

為更好地了解棉花雜交種F1、F2的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)及F2的應(yīng)用價(jià)值，比較分析了多個(gè)棉花雜交組合的F1、F2高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)性狀表現(xiàn)差異，對(duì) F2的推廣應(yīng)用前景進(jìn)行分析評(píng)估，以期為棉花生產(chǎn)實(shí)踐中更好地利用棉花雜種優(yōu)勢(shì)、有效發(fā)掘和利用雜種F2提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

以高產(chǎn)豐產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗為育種目標(biāo)，根據(jù)本課題組多年的育種積累，以豐產(chǎn)品種（系）冀棉169、冀棉 958、魯棉研 21號(hào)、T3-1為母本，以優(yōu)質(zhì)品種（系）渝棉 1號(hào)（科棉 2號(hào)）、新疆豐為父本，按不完全雙列雜交設(shè)計(jì)，采取人工授粉的方式配制成雜交組合（表1）。以8個(gè)雜交種的F1、F2為試驗(yàn)材料，以黃河流域棉區(qū)廣泛種植的轉(zhuǎn)基因抗蟲棉常規(guī)種魯棉研28號(hào)作對(duì)照（CK）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)于2017年在中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所安陽東場(chǎng)試驗(yàn)基地進(jìn)行，試驗(yàn)地連作棉花，肥力中等。試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)。小區(qū)為4行區(qū)，行長8 m，行距0.8 m，株距0.27 m，3個(gè)重復(fù)。于 2017年4月中旬播種，播種方式為點(diǎn)播，試驗(yàn)材料的管理同一般棉花田間生產(chǎn)管理。

1.3 試驗(yàn)調(diào)查

田間試驗(yàn)調(diào)查以小區(qū)為單位，調(diào)查試驗(yàn)小區(qū)中間2行植株，適時(shí)準(zhǔn)確記錄棉花各個(gè)生育時(shí)期的相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。每行選連續(xù)10株棉株調(diào)查第一果枝節(jié)位、株高、單株結(jié)鈴數(shù)。按小區(qū)收取50個(gè)鈴，進(jìn)行室內(nèi)考種，計(jì)算鈴重和衣分。之后收花計(jì)算籽棉產(chǎn)量，依據(jù)衣分計(jì)算皮棉產(chǎn)量。棉樣送于農(nóng)業(yè)農(nóng)村部棉花品質(zhì)監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心（HVICC校準(zhǔn)）檢測(cè)纖維上半部平均長度、長度整齊度指數(shù)、斷裂伸長率、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值。

表1 雜交組合配制

1.4 數(shù)據(jù)處理

按照如下公式計(jì)算競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)：F1競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)＝（F1－CK）/CK×100%；F2競(jìng) 爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)＝（F2－CK）/CK×100%。以數(shù)值大小比較競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)的高低。利用SAS 9.3軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 F1、F2表型性狀差異比較分析

合適的株型是棉花高產(chǎn)的基礎(chǔ)[5]，第一果枝節(jié)位、株高等表型性狀是判斷棉花長勢(shì)的關(guān)鍵性狀。8個(gè)雜交組合F1、F2的株高、第一果枝節(jié)位如表2所示。有7個(gè)雜交組合的F1、6個(gè)雜交組合的F2株高均高于魯棉研28號(hào)（CK），表現(xiàn)出較強(qiáng)的正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。與F1相比，有6個(gè)組合F2的株高降低，其中組合7、8的F2株高極顯著降低，這說明棉株?duì)I養(yǎng)生長的優(yōu)勢(shì)在減弱；組合2、6的F2株高增加，表現(xiàn)出正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。5個(gè)組合的F1第一果枝節(jié)位高于CK，5個(gè)組合F2第一果枝節(jié)位高于CK，組合 7、8 F1第一果枝節(jié)位與CK差異極顯著，有較高的正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)；F2第一果枝節(jié)位總體上比F1降低，組合4、7、8 的 F2第一果枝節(jié)位大幅低于 F1，組合 2、6 的F2第一果枝節(jié)位比F1小幅增高?？傮w上看，雜交種F1、F2比CK長勢(shì)旺，強(qiáng)分離世代F2的株高、第一果枝節(jié)位雜種優(yōu)勢(shì)大部分比F1下降，僅組合2、6的上升，這說明不同來源的雜交組合不同性狀的表現(xiàn)有差異。

表2 F1、F2株高、第一果枝節(jié)位差異比較

2.2 產(chǎn)量構(gòu)成因素及產(chǎn)量差異比較分析

產(chǎn)量是棉花種植收益的基礎(chǔ)，高產(chǎn)是棉花品種培育最重要的目標(biāo)[6]。棉花產(chǎn)量構(gòu)成要素主要包括單株結(jié)鈴數(shù)、鈴重、衣分。由表3可以看出，有3個(gè)雜交組合的F1單株結(jié)鈴數(shù)高于CK，F(xiàn)2除組合5外均高于 CK；相較于 F1，各組合的F2單株結(jié)鈴數(shù)均有所增多，其中組合2和8的F2單株結(jié)鈴數(shù)相較于CK、F1都顯著增多，這說明棉花雜交F2單株結(jié)鈴數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有所增加。就鈴重來看，7個(gè)雜交組合的 F1均高于 CK， 組合 3、4、6、7、8 的 F1鈴重極顯著高于CK，僅有4個(gè)組合的F2鈴重略高于CK。各組合F2的鈴重普遍比F1低，僅組合1和3的F2鈴重高于F1，其中組合3的F2鈴重與F1差異顯著。8個(gè)組合的F2衣分均低于F1，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)均衰退。由表4可知，8個(gè)參試組合中，有5個(gè)組合的F2籽棉、皮棉產(chǎn)量較F1減少，籽棉減產(chǎn)幅度為0.69%～7.24%，皮棉減產(chǎn)幅度為1.57%～13.22%，產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有所衰退；但組合2、6和 8的F2籽棉、皮棉產(chǎn)量較F1有所增加，這可能與其單株結(jié)鈴數(shù)的顯著增多有關(guān)。相較于CK而言，組合3的F1、F2籽棉、皮棉產(chǎn)量均有較高的正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，且2個(gè)世代的籽棉產(chǎn)量均達(dá)到了差異顯著水平。本試驗(yàn)中F2單株結(jié)鈴數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較F1均增大，所以F2籽棉、皮棉產(chǎn)量的降低可能跟鈴重、衣分的下降有關(guān)。

表3 F1和F2產(chǎn)量構(gòu)成因素差異比較

表4 F1、F2產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)比較

2.3 纖維品質(zhì)指標(biāo)差異比較分析

如表5所示，通過5個(gè)指標(biāo)評(píng)價(jià)纖維品質(zhì)。除組合6外，F(xiàn)2的上半部平均長度均比F1減少，組合4的F2上半部平均長度較F1減少4.76%，差異達(dá)到了顯著水平，競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)有所下降；相對(duì)來說，組合7、8的上半部平均長度正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較高，其F1、F2均有正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，纖維長度最長。在斷裂比強(qiáng)度上，只有3個(gè)組合F2斷裂比強(qiáng)度比F1增加，差異并不明顯；組合5、7的F1、F2斷裂比強(qiáng)度有正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。F2馬克隆值在5.2～5.6，普遍低于 F1，也不高于CK。F2長度整齊度指數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)大多衰退，僅組合2的F2長度整齊度指數(shù)略微增加；5個(gè)組合的F1、2個(gè)組合F2的長度整齊度指數(shù)較CK有正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，但差異均不顯著。在斷裂伸長率上，8個(gè)組合F1、F2的斷裂伸長率較CK競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)不顯著；組合2、6的F2斷裂伸長率相較于 F1顯著增加，其他組合均無明顯差異。整體上看，F(xiàn)2的纖維品質(zhì)較F1均有所下降，但差異較小，品質(zhì)指標(biāo)優(yōu)良。

3 結(jié)論與討論

棉花生產(chǎn)實(shí)踐中，“矮、密、早”栽培模式是棉花高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、低耗栽培的重要途徑[7]。本研究表明，棉花F1和F2的表型性狀有一定差異，存在競(jìng)爭(zhēng)衰退現(xiàn)象。相較于常規(guī)種，棉花雜交種的株高正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較明顯，長勢(shì)比較旺盛。大部分F2的皮棉、籽棉產(chǎn)量較F1有不同程度的減少，部分組合減產(chǎn)幅度超過10%。本試驗(yàn)中，F(xiàn)2單株結(jié)鈴數(shù)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)較F1均增大，所以鈴重、衣分的降低可能是導(dǎo)致F2產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)衰退的主要原因。組合2、6的F2有較小幅度增產(chǎn)，這可能與單株結(jié)鈴數(shù)顯著增多有關(guān)。與常規(guī)種相比，不同雜交組合的產(chǎn)量競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)也有差異，強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的雜交種F2依然具有正向競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，這說明篩選優(yōu)勢(shì)組合能夠起到一定的增產(chǎn)作用。從纖維品質(zhì)的表現(xiàn)來看，F(xiàn)2的纖維上半部平均長度、斷裂比強(qiáng)度、馬克隆值、長度整齊度指數(shù)都略微下降，斷裂伸長率略提升?？傮w上看，分離世代F2的棉纖維品質(zhì)較F1有些許降低，但仍優(yōu)良。

表5 F1、F2纖維品質(zhì)指標(biāo)差異比較

表5 （續(xù)） F1、F2纖維品質(zhì)指標(biāo)差異比較

綜上所述，棉花F2是否能夠有效利用不能一概而論。不同品種間的雜交組合，其表型性狀、產(chǎn)量性狀、纖維品質(zhì)性狀表現(xiàn)均有差異。F2和F1相比，棉花產(chǎn)量性狀優(yōu)勢(shì)會(huì)有不同程度的衰退，但是強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的F2可以保持較高幅度增產(chǎn)優(yōu)勢(shì)，這與鄭新疆等[8]的研究結(jié)果一致；一些優(yōu)良品種雜交組合的F2競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)增加，部分優(yōu)勢(shì)組合還會(huì)有較大的增產(chǎn)幅度。分離世代F2的纖維品質(zhì)較F1小幅降低。由此可見，在棉花生產(chǎn)實(shí)踐中，部分強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合的F2依然具有增產(chǎn)潛力，發(fā)掘和利用好優(yōu)良雜交組合的F2將有利于棉花雜種優(yōu)勢(shì)的應(yīng)用。