10個(gè)黃皮辣椒自交系主要性狀配合力及雜種優(yōu)勢(shì)分析

任福森，焦禹順，郭志偉，陳昊放，劉賀娟，孫 強(qiáng)

(新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院/新鄉(xiāng)市甜(辣)椒工程技術(shù)研究中心，河南 新鄉(xiāng) 453000)

雜種優(yōu)勢(shì)一般是指雜種一代的數(shù)量性狀表現(xiàn)平均值優(yōu)于親本或?qū)φ辗N的現(xiàn)象，在生物界普遍存在。雜種優(yōu)勢(shì)可以采用中親優(yōu)勢(shì)、超親優(yōu)勢(shì)、超標(biāo)優(yōu)勢(shì)等指標(biāo)來度量，其中超標(biāo)優(yōu)勢(shì)在實(shí)際生產(chǎn)中具有重要意義。一般配合力(General combining ability，GCA)是指1個(gè)純系(自交系)親本在一系列雜交組合中某一性狀的平均表現(xiàn)；特殊配合力(Special combining ability，SCA)是指2個(gè)特定親本系所組配的雜交種的某一性狀的表現(xiàn)[1]。親本配合力是雜種優(yōu)勢(shì)利用的遺傳基礎(chǔ)。

辣椒是一種雜種優(yōu)勢(shì)較明顯的作物[2-6]，其F1在生長(zhǎng)勢(shì)、抗病抗逆性、豐產(chǎn)性、品質(zhì)等方面存在優(yōu)勢(shì)[7]。我國辣椒商品種經(jīng)過 4～5次更新?lián)Q代后，除一些地方特色品種外，90%以上的辣椒品種實(shí)現(xiàn)了良種雜交一代化[8]，而鮮食羊角類型辣椒雜交種使用率達(dá)95%以上[9]，雜種優(yōu)勢(shì)利用取得重要進(jìn)展。親本的選配對(duì)雜種優(yōu)勢(shì)的發(fā)揮非常重要，而配合力高低是選擇親本的主要依據(jù)。中原地區(qū)人們普遍喜歡黃皮辣椒類型，但是目前市場(chǎng)上的黃皮辣椒品種稀少，且存在產(chǎn)量低、抗病性差等問題，亟需培育符合中原地區(qū)人們消費(fèi)習(xí)慣的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)雜交黃皮辣椒新品種。鑒于此，對(duì)10個(gè)黃皮辣椒自交系的配合力和雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究，以期選配優(yōu)良黃皮辣椒親本和雜交組合，并為黃皮辣椒的雜種優(yōu)勢(shì)利用提供理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

以新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院辣椒課題組繁育的10個(gè)黃皮辣椒自交系為親本，將其分為兩組，以A50、A54、A61、A59、A105為母本(分別用W1、W2、W3、W4、W5表示)，A86、A241、A242、A244、A77為父本(分別用Q1、Q2、Q3、Q4、Q5表示)，按不完全雙列雜交設(shè)計(jì)組配25個(gè)雜交組合，如表1所示。

表1 10個(gè)黃皮辣椒自交系不完全雙列雜交組合設(shè)計(jì)

1.2 試驗(yàn)方法

2016年1月將參加試驗(yàn)的辣椒材料播種育苗，3月份定植在新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)地大棚中。采用隨機(jī)區(qū)組排列，每小區(qū)種植30株，株距35 cm，行距60 cm，試驗(yàn)田管理按常規(guī)方式進(jìn)行。2016年5月按試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行雜交，收獲F1。

將收獲的F1種子于2017年1—7月種植在大棚中，同時(shí)種植新科18號(hào)黃皮辣椒作為對(duì)照，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，每小區(qū)種植30株。對(duì)F1的11個(gè)主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行調(diào)查，11個(gè)主要農(nóng)藝性狀分別為株高、株幅、葉長(zhǎng)、葉寬、初花節(jié)位、果長(zhǎng)、果寬、果肉厚、單株果數(shù)、單果質(zhì)量、單位面積產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

使用SPSS 22.0、Microsoft Excel 2010軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，計(jì)算各性狀的GCA、SCA、超標(biāo)優(yōu)勢(shì)、Pearson相關(guān)系數(shù)。其中不完全雙列雜交配合力的估算方法[10]如下：

gcai(j)=xi(j)-x

(1)

scaij=xij-x-gcai-gcaj

(2)

式中，gcai(j)表示i(或j)親本的GCA，scaij表示親本i與j雜交組合的SCA，xi(j)表示以i(或j)為親本的所有組合的平均值，xij表示以i和j為親本的組合的平均值，x表示所有組合的總平均值。

(3)

式中，YF1表示F1的單位面積產(chǎn)量，YCK表示對(duì)照的單位面積產(chǎn)量。

2 結(jié)果與分析

2.1 10個(gè)黃皮辣椒自交系主要農(nóng)藝性狀的配合力效應(yīng)方差分析

各性狀的配合力效應(yīng)方差分析結(jié)果(表2)表明，除株幅、果寬、果肉厚的SCA及父本株幅的GCA差異未達(dá)到顯著水平外，其余各性狀的GCA和SCA差異均達(dá)到了顯著或極顯著水平，因此有必要進(jìn)一步估算各性狀的配合力效應(yīng)值。

表2 10個(gè)黃皮辣椒自交系主要農(nóng)藝性狀配合力效應(yīng)方差分析

注：W為母本，Q為父本，W×Q為雜交組合； *、**分別表示在0.05、0.01水平顯著、極顯著，下同。

2.2 10個(gè)黃皮辣椒自交系主要農(nóng)藝性狀的GCA效應(yīng)分析

根據(jù)性狀調(diào)查結(jié)果計(jì)算每個(gè)親本的GCA相對(duì)效應(yīng)值，結(jié)果如表3所示。單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值最高的親本依次是Q5、Q4、W3，利用這幾個(gè)材料可能組配出高產(chǎn)組合。分析其余性狀可知，親本W(wǎng)3的初花節(jié)位GCA效應(yīng)值在所有親本中最低，表明W3具有早花、早熟特性，但是其株高和單株果數(shù)效應(yīng)值為負(fù)；親本W(wǎng)4的株高、葉寬、初花節(jié)位、單株果數(shù)GCA效應(yīng)值在所有親本中是最高的，但是W4的果長(zhǎng)、果寬、果肉厚、單果質(zhì)量GCA效應(yīng)值在所有親本中最低，并且W4的單位面積產(chǎn)量的GCA效應(yīng)值為負(fù)；親本Q1的株高、葉長(zhǎng)、葉寬、單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值在所有親本中均是最低的；親本Q5的株幅、果長(zhǎng)、果肉厚、單果質(zhì)量、單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值均是最高的，缺點(diǎn)是單株果數(shù)GCA效應(yīng)值較低。

表3 10個(gè)黃皮辣椒自交系主要農(nóng)藝性狀的GCA相對(duì)效應(yīng)值

根據(jù)GCA的作用方向和育種要求，可將11個(gè)性狀分為3類：Ⅰ類性狀包括株高、株幅、葉長(zhǎng)、葉寬4個(gè)性狀，表征辣椒自交系的營(yíng)養(yǎng)體生長(zhǎng)狀況；Ⅱ類性狀包括初花節(jié)位1個(gè)性狀，表征自交系的早熟性；Ⅲ類性狀包括果長(zhǎng)、果寬、果肉厚、單株果數(shù)、單果質(zhì)量、單位面積產(chǎn)量6個(gè)性狀，表征自交系的果實(shí)生長(zhǎng)、產(chǎn)量狀況。根據(jù)上述分類和各親本的GCA效應(yīng)值分析發(fā)現(xiàn)，親本W(wǎng)4的Ⅰ類性狀的GCA效應(yīng)值普遍較高，表明用其配制的組合材料營(yíng)養(yǎng)體長(zhǎng)得比較高大；Ⅱ類性狀的GCA效應(yīng)值最高，表明用其配制的組合材料偏晚熟；Ⅲ類性狀中除單株果數(shù)外，GCA效應(yīng)值普遍較低，表明用其配制的組合材料的果實(shí)個(gè)頭較小，產(chǎn)量較低。而親本Q5的Ⅲ類性狀除單株果數(shù)外，GCA效應(yīng)值普遍較高，表明用其配制的組合材料果實(shí)較長(zhǎng)、果肉較厚、果實(shí)質(zhì)量大，產(chǎn)量較高。

2.3 10個(gè)黃皮辣椒自交系組合主要農(nóng)藝性狀的SCA效應(yīng)分析

根據(jù)性狀調(diào)查結(jié)果計(jì)算每個(gè)組合的SCA相對(duì)效應(yīng)值，并根據(jù)各性狀SCA效應(yīng)值進(jìn)行歸類，結(jié)果列于表4。由表4可知，SCA效應(yīng)值表現(xiàn)為正向的雜交組合個(gè)數(shù)與負(fù)向的雜交組合個(gè)數(shù)差別不大，效應(yīng)值變幅最大的是株幅，變幅最小的是單果質(zhì)量。在SCA為正向效應(yīng)值的組合中，W1Q5在株高、株幅上的SCA效應(yīng)值最大，W2Q2在葉長(zhǎng)、葉寬、單株果數(shù)上的SCA效應(yīng)值最大，W1Q3在果肉厚、單果質(zhì)量、單位面積產(chǎn)量上的SCA效應(yīng)值最大。在SCA為負(fù)向效應(yīng)值的組合中，W1Q4在株幅、單位面積產(chǎn)量上的SCA負(fù)向效應(yīng)值最大。

表4 10個(gè)黃皮辣椒自交系主要農(nóng)藝性狀的SCA相對(duì)效應(yīng)值

2.4 10個(gè)黃皮辣椒自交系組合主要農(nóng)藝性狀的雜種優(yōu)勢(shì)分析

為分析高產(chǎn)組合的雜種優(yōu)勢(shì)，將單位面積產(chǎn)量超標(biāo)優(yōu)勢(shì)居前10的雜交組合列于表5。超標(biāo)優(yōu)勢(shì)>40%的雜交組合有2個(gè)，分別是W1Q3、W3Q4，超標(biāo)優(yōu)勢(shì)在30%～40%的雜交組合有2個(gè)，分別是W5Q4、W5Q5。配合力分析表明，單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值最高的親本是Q5、Q4、W3(表3)，由其作為雙親本或親本之一組合而來的W3Q4、W5Q4、W5Q5的超標(biāo)優(yōu)勢(shì)均在30%以上，說明GCA對(duì)雜交組合的產(chǎn)量表現(xiàn)具有重要作用。在單位面積產(chǎn)量超標(biāo)優(yōu)勢(shì)最大的10個(gè)雜交組合中，Q4作為親本之一出現(xiàn)的次數(shù)最多，達(dá)到4次，進(jìn)一步表明Q4具有較大的育種潛力，獲得高產(chǎn)組合的可能性較大。另外，單位面積產(chǎn)量超標(biāo)優(yōu)勢(shì)最大的雜交組合W1Q3，其雙親的單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值并不高，但是其單位面積產(chǎn)量SCA效應(yīng)值在所有組合中最高(表4)，這表明SCA對(duì)雜交組合的產(chǎn)量表現(xiàn)也具有重要作用。

表5 單位面積產(chǎn)量超標(biāo)優(yōu)勢(shì)居前10的黃皮辣椒雜交組合

2.5 10個(gè)黃皮辣椒自交系雜交組合主要農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析

10個(gè)黃皮辣椒自交系雜交組合主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)性分析結(jié)果見表6?？梢钥闯?，株高與株幅、葉寬均顯著正相關(guān)，葉長(zhǎng)與葉寬極顯著正相關(guān)，單株果數(shù)與葉寬顯著正相關(guān)。單位面積產(chǎn)量與果寬顯著正相關(guān)，與果肉厚、單果質(zhì)量均極顯著正相關(guān)，說明果寬、果肉厚、單果質(zhì)量對(duì)辣椒產(chǎn)量具有重要的正向影響。果寬與果肉厚、單果質(zhì)量均顯著正相關(guān)。果肉厚與單果質(zhì)量極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.838。單果質(zhì)量與單株果數(shù)顯著負(fù)相關(guān)，說明同時(shí)對(duì)單果質(zhì)量和單株果數(shù)2個(gè)性狀進(jìn)行改良取得辣椒高產(chǎn)的難度較大，應(yīng)該選擇其中1個(gè)性狀進(jìn)行改良。

表6 10個(gè)黃皮辣椒自交系雜交組合主要農(nóng)藝性狀間的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

本研究中配合力分析表明，單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值最高的親本是Q5、Q4、W3，即自交系A(chǔ)77、A244、A61；單位面積產(chǎn)量SCA效應(yīng)值最高的組合是W1Q3，即組合A50×A242；雜種優(yōu)勢(shì)分析顯示，超標(biāo)優(yōu)勢(shì)在30%以上的組合分別是W1Q3、W3Q4、W5Q4、W5Q5，即組合A50×A242、A61×A244、A105×A244、A105×A77。

翟秀明等[11]在對(duì)黃色線辣椒的雜種優(yōu)勢(shì)進(jìn)行研究時(shí)，將超標(biāo)優(yōu)勢(shì)>30%的雜交組合定義為強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，將超標(biāo)優(yōu)勢(shì)<30%的雜交組合定義為弱優(yōu)勢(shì)雜交組合，其研究中表現(xiàn)最好的2個(gè)組合超標(biāo)優(yōu)勢(shì)分別達(dá)到75%、56%。按照此定義，本研究中的雜交組合A50×A242、A61×A244、A105×A244、A105×A77可以稱為強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，其中表現(xiàn)最好的2個(gè)組合A50×A242、A61×A244的超標(biāo)優(yōu)勢(shì)分別達(dá)到46.255%、42.616%。

一般認(rèn)為，親本配合力的大小與雜交組合的性狀表現(xiàn)呈正相關(guān)。茍才明[12]認(rèn)為，在玉米育種中GCA和SCA對(duì)雜交組合的產(chǎn)量表現(xiàn)都具有重要作用，在選擇至少1個(gè)GCA效應(yīng)值高的材料作親本的基礎(chǔ)上，選擇SCA效應(yīng)值高的組合可以得到較好的結(jié)果。本研究中A61×A244、A105×A244、A105×A77為強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，其親本至少有1個(gè)是GCA效應(yīng)值較高的，這與茍才明[12]的研究結(jié)果相符。但是，在強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合中超標(biāo)優(yōu)勢(shì)最大的組合A50×A242，其雙親的產(chǎn)量GCA效應(yīng)值并不高，而產(chǎn)量SCA效應(yīng)值在所有組合中是最高的，這與茍才明[12]的研究結(jié)果不同，推測(cè)在辣椒雜種優(yōu)勢(shì)利用中，選擇SCA效應(yīng)值高的組合也是可行的，不一定要滿足至少有1個(gè)親本GCA效應(yīng)值較高的條件。

在相關(guān)性分析結(jié)果中，果寬、果肉厚、單果質(zhì)量?jī)蓛芍g都表現(xiàn)為顯著或極顯著正相關(guān)，這與郭志偉等[9]的研究結(jié)果一致。單果質(zhì)量與單株果數(shù)呈顯著的負(fù)相關(guān)，這與張芮豪等[13]對(duì)加工型辣椒的研究結(jié)果相符。但是在其研究中，單株產(chǎn)量與單株果數(shù)極顯著正相關(guān)，與單果質(zhì)量不相關(guān)，這和本研究中單位面積產(chǎn)量與單株果數(shù)不相關(guān)，而與單果質(zhì)量極顯著正相關(guān)的結(jié)果不同，這可能是由于兩者的研究對(duì)象不同所致。在豐產(chǎn)育種選擇時(shí)，加工型辣椒更注重對(duì)單株果數(shù)的選擇，而黃皮辣椒更注重對(duì)單果質(zhì)量的選擇。

綜上所述，親本A77、A244、A61的單位面積產(chǎn)量GCA效應(yīng)值較高，可作為優(yōu)良的雜交親本使用；雜交組合中以A50×A242的產(chǎn)量SCA效應(yīng)值最高，其產(chǎn)量表現(xiàn)也是所有組合中最好的。雜種優(yōu)勢(shì)分析表明，A50×A242、A61×A244、A105×A244、A105×A77的產(chǎn)量超標(biāo)優(yōu)勢(shì)均在30%以上，是強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合，可以作為優(yōu)良的雜交組合使用。