早熟陸地棉與轉(zhuǎn)Bt基因棉的配合力和雜種優(yōu)勢分析

王旭文 劉麗 孔憲輝 王娟 余渝

摘要：新疆是我國最大的優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)，轉(zhuǎn)Bt抗蟲棉能有效控制棉鈴蟲的蔓延和發(fā)生。為快速有效的培育出適應(yīng)新疆的優(yōu)質(zhì)抗蟲棉，利用6個(gè)當(dāng)?shù)卦缡烀奁贩N（系）和5個(gè)抗蟲棉品種（系），按照不完全雙列雜交（NCII）設(shè)計(jì)配制30個(gè)雜交組合，分析了親本的配合力和雜交組合的雜種優(yōu)勢。結(jié)果表明：親本一般配合力較好的親本為B2、B4、A4、A6，特殊配合力較好的組合是A1×B4、A2×B1、A3×B1、A4×B3、A5×B2、A6×B3;多數(shù)農(nóng)藝性狀雜種優(yōu)勢明顯，其中始果枝位高度正向優(yōu)勢明顯;在品質(zhì)性狀中除馬克隆值為負(fù)向優(yōu)勢外，其余都為正向優(yōu)勢。研究結(jié)果表明，可以通過雜種優(yōu)勢選擇來解決新疆機(jī)采棉始果枝著生位的高度較低和新疆棉花馬克隆值等級不高等問題。

關(guān)鍵詞：早熟陸地棉;轉(zhuǎn)Bt基因棉;雜種優(yōu)勢;配合力

中圖分類號：S562.035.1? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? 文章編號：2095-3143（2020）05-0030-10

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.05.004

Abstract： Xinjiang is the largest high-quality cotton production region in China. Transgenic Bt cotton can effectively control the spread and occurrence of bollworm. In order to breed new transgenic insect-resistant cotton varieties adapted to Xinjiang rapidly and effectively， this study used 6 local early maturing cotton varieties （lines） and 5 transgenic Bt cotton varieties （lines）， made 30 hybrid combinations according to incomplete diallel cross （NCII） design， analyzed the combining ability of parents and heterosis of hybrid combinations. The results showed that the parents with good general combining ability were B2， B4， A4 and A6. The better combination of special combining ability is： A1×B4， A2×B1， A3×B1， A4×B3， A5×B2， A6×B3. The heterosis of most agronomic traits was obvious， among the height of first branch was significant positive advantage. The quality traits were all positive? heterosis， except for the micronaire. The results lay a theoretical foundation for breeding high quality insect-resistant cotton for Xinjiang. The selection of heterosis can be used to solve the problems of low height of first branch and low grade value of micronaire in xinjiang cotton.

Key words： Early maturing upland cotton; Transgenic Bt cotton; Heterosis; Combining ability

0? 引言

棉花是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物，而新疆是我國最大優(yōu)質(zhì)棉產(chǎn)區(qū)。20多年來新疆的植棉面積和產(chǎn)量居全國各省區(qū)之首。目前，新疆棉花的種植面積占到了全國的75%，棉花的產(chǎn)量占到了全國的85%[1]。北疆植棉區(qū)是優(yōu)質(zhì)棉的主產(chǎn)區(qū)，該地區(qū)日照豐富、海拔較低、夏季溫度高，但存在有效積溫不足（大約3600℃）和無霜期短（大約180天）的問題。該地區(qū)要求推廣棉花品種生育期在120天左右，近年來機(jī)采棉的大面積推廣對棉花的生育期要求更加嚴(yán)格，所以在北疆地區(qū)推廣的棉花品種多為自育早熟陸地棉。

轉(zhuǎn)Bt基因抗蟲棉育成和推廣，有效地控制了棉鈴蟲的蔓延和發(fā)生，穩(wěn)定了我國棉花生產(chǎn)，其經(jīng)濟(jì)效益、生態(tài)效益和社會效益十分顯著，推廣速度十分迅速[2]。事實(shí)證明，轉(zhuǎn)Bt抗蟲棉在新疆不推自廣，棉農(nóng)大多是非抗蟲棉不種，抗蟲棉需求量很大，而引進(jìn)的轉(zhuǎn)基因棉材料往往要經(jīng)過育種過程的改良才能大面積應(yīng)用。如何快速有效育成適應(yīng)新疆的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗蟲的棉花新品種，成了新疆棉花科研工作者重要研究方向。很多研究表明，利用棉花雜種優(yōu)勢可以大幅度提高纖維產(chǎn)量、改善纖維品質(zhì)并增強(qiáng)抗病蟲等逆境能力[3-7]，但因陸地棉高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、早熟等主要經(jīng)濟(jì)性狀均為數(shù)量性狀，受微效多基因控制及環(huán)境影響，使得雜交棉性狀表現(xiàn)極其復(fù)雜[8]。棉花雜種優(yōu)勢利用有人工去雄授粉、雄性不育昆蟲輔助授粉和化學(xué)殺雄等方法[9]，而無論那種方法都應(yīng)加強(qiáng)親本一般配合力和特殊配合力的選擇研究，要選育出強(qiáng)優(yōu)勢雜交組合，首先要了解親本的配合力及雜交組合的雜種優(yōu)勢。本研究從雜種優(yōu)勢和雜交育種的角度分析轉(zhuǎn)基因抗蟲棉配合力、遺傳力和雜種優(yōu)勢，目的是通過對生物技術(shù)育成的轉(zhuǎn)基因棉品種進(jìn)行改良，從而育成適應(yīng)北疆早熟植棉區(qū)的抗蟲棉新品種。

1? 材料與方法

1.1? 供試材料

供試母本為當(dāng)?shù)卦缡烀奁贩N（系）6份，分別為07195、石H8、C6-5-3、Z1112、217、墾1242，分別以A1～A6代碼表示;供試父本為自育和引進(jìn)的抗蟲棉品種（系）5份，分別為105-15、10-45、74-1、Sic74、907，分別以B1～B5代碼表示。按照不完全雙列雜交（NCII）設(shè)計(jì)配制雜交30個(gè)組合。

1.2? 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2014年將F1代隨機(jī)區(qū)組種植，2次重復(fù);小區(qū)長5 m，行距為30 cm 和60 cm的寬窄行，株距為10 cm，雙行區(qū)，小區(qū)面積9 m2。以新陸早36號為對照，每重復(fù)設(shè)置2個(gè)對照小區(qū)。

1.3? 調(diào)查內(nèi)容與方法

吐絮期調(diào)查株高、果枝數(shù)、始果枝位的節(jié)位、始果枝位的高度、收獲株數(shù)、鈴數(shù)，收獲期分霜前、霜后實(shí)收產(chǎn)量，兩者合計(jì)為總產(chǎn)量;每個(gè)處理取20個(gè)鈴回室內(nèi)考種，纖維送農(nóng)業(yè)部棉花檢測中心（安陽）測定纖維品質(zhì)。

1.4? 數(shù)據(jù)處理方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)以小區(qū)平均值為單位進(jìn)行處理，進(jìn)行方差分析、配合力分析，方差分析和配合力分析運(yùn)用DPS軟件，并用Excel計(jì)算組合競爭優(yōu)勢（CH）。

競爭優(yōu)勢（CH%）=（組合F1值-對照值）/對照值×100

2? 結(jié)果與分析

2.1? 各性狀方差分析和配合力方差分析

對5份抗蟲棉父本、6份早熟陸地棉母本配制的30個(gè)組合的植株性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀進(jìn)行方差分析（見表1）。結(jié)果表明：除單鈴重外，組合間差異均達(dá)到顯著水平和極顯著水平，說明這些性狀的差異是由材料本身遺傳差異產(chǎn)生的。對父本和母本的一般配合力方差分析表明，父本的一般配合力方差除果枝數(shù)、總產(chǎn)量、整齊度性狀外，其它性狀均達(dá)到顯著水平;母本的一般配合力方差除果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重、長度、整齊度等性狀外，均達(dá)顯著水平，說明這些性狀受基因的加性效應(yīng)控制為主，早代可以加強(qiáng)這些性狀的選擇。對組合的特殊配合力分析表明，除株高、始節(jié)位、單鈴重、長度、馬克隆值、比強(qiáng)度外，其它性狀均達(dá)到顯著水平。一般配合力低的親本，其組合的特殊配合力不一定低，也可以通過組配強(qiáng)優(yōu)勢組合，來選擇優(yōu)良品系。進(jìn)一步分析表明，在植株性狀和產(chǎn)量性狀中親本一般配合力方差都較大，說明父本、母本貢獻(xiàn)都大，容易產(chǎn)生超親優(yōu)勢的組合。

2.2? ?廣義遺傳力和狹義遺傳力分析

對14個(gè)性狀廣義遺傳力分析表明（表2）：株高、始果枝位高度、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、衣分、霜前產(chǎn)量、霜后產(chǎn)量、總產(chǎn)量8個(gè)性狀的廣義遺傳力較大，表明這些性狀受加性遺傳和非加性遺傳共同作用，但非加性遺傳占主導(dǎo)作用;其它性狀的廣義遺傳力較低。狹義遺傳力大于50%的性狀有6個(gè)，分別為株高、始果枝位高度、衣分、霜前產(chǎn)量、霜后產(chǎn)量、總產(chǎn)量。說明該性狀受加性遺產(chǎn)和非加性遺傳共同作用。株高、始果枝位高度、衣分、霜前產(chǎn)量、霜后產(chǎn)量、總產(chǎn)量6個(gè)性狀的廣義遺傳力和狹義遺傳力都較高。衡量棉花品質(zhì)主要三大指標(biāo)——長度、比強(qiáng)度、馬克隆值的廣義遺傳力和狹義遺傳力相當(dāng)，都在40%左右，說明這些性狀親本選配時(shí)要考慮親本的廣義遺傳力和狹義遺傳力，后代選擇時(shí)以早代選擇為主。

2.3? 一般配合力分析

一般配合力是由基因的加性效應(yīng)所決定的，是可以遺傳的部分[10]。一般配合力是由材料本身決定的，受環(huán)境影響較小，一般配合力高的性狀，其雜交后代表現(xiàn)好，在后代中選擇出優(yōu)于親本的性狀機(jī)率較大。特殊配合力是兩個(gè)特定親本雜交后雜交組合的表現(xiàn)，一般是不能遺傳的，主要由超顯性和加性效應(yīng)所決定的，所以特殊配合力高的組合，在其后代中不一定選育出好的材料。各親本各性狀的一般配合力結(jié)果見表3，表中可以看出：株高、始果枝位高度、始果枝位節(jié)數(shù)、單鈴重、衣分、總產(chǎn)量、長度、馬克隆值、比強(qiáng)度的一般配合力較高。

對親本的一般配合力分析表明：在植株性狀中要求棉花株高、果枝數(shù)較大且為正值，要求始果枝位高度配合力高且始果枝位節(jié)數(shù)絕對值較小;這樣的材料前期長勢好，始果枝位高度滿足目前機(jī)采棉要求，始果枝位節(jié)數(shù)相對較少，有利于早現(xiàn)蕾、果枝數(shù)較多;因此，株型較好的親本有B2、A4。在棉花產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成因素中要求產(chǎn)量、單株結(jié)鈴數(shù)、單鈴重、衣分的配合力高且為正值，較好親本有B3、A3、A6;對于產(chǎn)量構(gòu)成因素中B2親本單株鈴數(shù)、單鈴重一般配合力較高，B4、A5親本衣分的一般配合力較高。在棉花主要纖維品質(zhì)指標(biāo)中，纖維長度表現(xiàn)一般配合力高的親本是B4，纖維比強(qiáng)度表現(xiàn)一般配合力高的親本是B3、A4，馬克隆值一般配合力要求為負(fù)值，表現(xiàn)較好親本是B1、B2、B4、A1、A4。綜合分析，親本一般配合力較好的親本為B2、B4、A4、A6。

2.4? 特殊配合力分析

通過對30個(gè)組合特殊配合力計(jì)算結(jié)果（表4）表明：果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、整齊度的特殊配合力較高;株高最高的為A6×B2，最低的為A5×B1;始果枝位高度最高的為A1×B4，最低的為A6×B3;果枝數(shù)最高的為A3×B3，最低的為A3×B2;單株鈴數(shù)最高的為A2×B5，最低的為A2×B4;單鈴重最高的為A1×B2，最低的為A5×B4，但相差不大;衣分最高的為A3×B5，最低的為A6×B2;總產(chǎn)量最高的為A1×B1，最低的為A1×B3;長度最高的為A5×B2，最低的為A6×B5;比強(qiáng)度最高的為A1×B2，最低的為A1×B4;馬克隆值最高的為A1×B4，最低的為A2×B5。綜合考察棉花植株性狀、產(chǎn)量及產(chǎn)量性狀、品質(zhì)主要性狀，特殊配合力較好的組合是：A1×B4、A2×B1、A3×B1、A4×B3、A5×B2、A6×B3。

2.5? 雜種優(yōu)勢分析

從各組合所有性狀雜種優(yōu)勢平均結(jié)果（表5）來看：在植株性狀中，株高略有降低，始果枝位高度、始果枝位節(jié)數(shù)、果枝數(shù)都有增加，特別是始果枝位高度的正向競爭優(yōu)勢明顯;在產(chǎn)量及產(chǎn)量構(gòu)成性狀中，單鈴重正向競爭優(yōu)勢11.9%，實(shí)收總產(chǎn)量正向競爭優(yōu)勢22.2%，衣分和霜前產(chǎn)量具有正向競爭優(yōu)勢，單株鈴數(shù)具有負(fù)向競爭優(yōu)勢;在品質(zhì)性狀中，纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度具有正向競爭優(yōu)勢，馬克隆值具有負(fù)向競爭優(yōu)勢，但優(yōu)勢都不明顯。說明轉(zhuǎn)基因抗蟲雜交棉前期生長勢強(qiáng)，通過雜交可以選育出產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、馬克隆值等級較好的品種。