西瓜系譜法選育后代群體大小及選擇指標(biāo)的研究

（開封市農(nóng)林科學(xué)研究院，河南開封 475004）

雜交育種是一種傳統(tǒng)的育種方法，在近代較多的西瓜〔Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum et Nakai〕育種方法中，迄今為止，育種成果多、成功幾率大、采用較普遍的仍屬雜交育種（中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院鄭州果樹研究所，2000）。它的理論基礎(chǔ)是通過有性雜交，雌雄性細(xì)胞的結(jié)合使雙親的遺傳基因重組，然后通過后代的基因分離和多代選擇，育成具有優(yōu)良性狀且遺傳穩(wěn)定的固定品種（自交系）。系譜法是西瓜自交系選育最為常用的方法，經(jīng)過6 代以上選育出純合自交系。該選育技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)是針對(duì)一些遺傳力高的性狀連續(xù)幾代進(jìn)行選擇，起到了定向選擇的作用；同時(shí)每一系統(tǒng)的歷年表現(xiàn)都有檔案可查，系統(tǒng)間的親緣關(guān)系十分清楚等。缺點(diǎn)是從F2代起就要進(jìn)行嚴(yán)格選擇，中選率低，特別是對(duì)多基因控制的性狀效果更差，且育種的工作量大，需要試驗(yàn)地面積較大，往往受人力和土地條件限制，不能種植足夠大的群體，使雜種后代的優(yōu)異類型喪失了出現(xiàn)機(jī)會(huì)（張?zhí)煺妫?006）。本試驗(yàn)是運(yùn)用農(nóng)作物雜交育種的基本理論，對(duì)系譜法選育技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)：合理確定了F2代種植群體大小、F2代中前期選擇的技術(shù)指標(biāo)、F3代種植材料份數(shù)、F3代每份材料群體大小、目標(biāo)數(shù)量性狀優(yōu)選等技術(shù)，有效地克服了常規(guī)系譜法選擇的周期長(zhǎng)、量化指標(biāo)少等缺點(diǎn)，使常規(guī)的自交系選育縮短了2～3 代，加速了西瓜種質(zhì)創(chuàng)新的進(jìn)程，對(duì)我國西瓜乃至其他農(nóng)作物的雜交育種具有一定的參考價(jià)值。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料及目標(biāo)性狀選擇方法的確定

供試材料為開封市農(nóng)林科學(xué)研究院西瓜育種雜交后代的93份材料。試驗(yàn)均在本院試驗(yàn)地進(jìn)行，行距2 m。

西瓜有比較多的經(jīng)濟(jì)性狀，包括質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀。本試驗(yàn)采用“邊目標(biāo)質(zhì)量性狀純合，邊目標(biāo)數(shù)量性狀優(yōu)選”的西瓜自交系選育新理念，改變了“邊優(yōu)選，邊純合”的西瓜自交系選育的傳統(tǒng)理念，在對(duì)父母本有差異的目標(biāo)質(zhì)量性狀進(jìn)行純合的基礎(chǔ)上，開展目標(biāo)數(shù)量性狀的優(yōu)選。

1.2 F2代群體大小及種植密度的確定

常規(guī)的西瓜雜交育種考慮到西瓜單株占地面積較大等因素，建議F2代的群體為500株左右（王堅(jiān) 等，1993）。根據(jù)作物多對(duì)相對(duì)性狀雜種遺傳的理論（劉祖洞，1979），本試驗(yàn)提出了以4n為依據(jù)確定F2代群體大?。ò菜?等，2011），再考慮到成苗率90%、自交坐果率80%、數(shù)量性狀優(yōu)選等因素，具體的群體大小按照4n/（90%×80%）+X（n為有差異的質(zhì)量性狀的對(duì)數(shù)，X為數(shù)量性狀優(yōu)選等因素的機(jī)動(dòng)值）確定。

F2代植株的田間種植密度根據(jù)西瓜生長(zhǎng)發(fā)育中前期的選擇淘汰比率而定，使保留植株的株距在50 cm 左右（安水新 等，2011）。

1.3 F3代差異目標(biāo)質(zhì)量性狀的種植份數(shù)和每份材料群體大小的確定

1.3.1 1對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀種植份數(shù)和每份材料種植群體大小的確定 從F2代中選出的符合顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀的材料，在F3代中不出現(xiàn)符合目標(biāo)質(zhì)量性狀純系的概率是2/3，種植n份F2代中選材料，純系不出現(xiàn)的概率為2/3×1/2n-1，如種植9份材料，純系不出現(xiàn)的概率為0.0026%，純系出現(xiàn)的概率為99.7%。因此，為增加純系出現(xiàn)的概率，種植材料份數(shù)要大于9份。本試驗(yàn)種植21份材料。

按照4n/（90%×80%）+X（n為每份材料種植株數(shù)，X為機(jī)動(dòng)株數(shù)）確定每份材料種植群體大小，本試驗(yàn)每份供試材料種植15株。

隱性質(zhì)量性狀理論上不再分離，本試驗(yàn)種植4份材料，每份材料15株。

西瓜全緣葉對(duì)缺刻葉呈不完全顯性，在下一代中不再出現(xiàn)分離，故在確定F3代試驗(yàn)份數(shù)、每份株數(shù)中將其視作隱性質(zhì)量性狀。

1.3.2 2對(duì)目標(biāo)質(zhì)量性狀種植份數(shù)和每份材料種植群體大小的確定 在2對(duì)顯性質(zhì)量性狀的選擇中，F(xiàn)3代中符合目標(biāo)質(zhì)量性狀的純系不出現(xiàn)的概率為8/9，也就是說，如果種植1份雙顯性材料，純系不出現(xiàn)的概率為8/9；種植2份顯性材料，純系不出現(xiàn)的概率為4/9；種植n份材料，純系不出現(xiàn)的概率為8/9×1/2n-1。若種植9份材料，純系不出現(xiàn)的概率為0.0017%，而純系出現(xiàn)的概率為99.8%。所以為保證純系出現(xiàn)的概率較大，種植2對(duì)顯性質(zhì)量性狀的材料份數(shù)應(yīng)在9份以上。本試驗(yàn)為了多選育純合系，種植試材49份。

每份材料的群體大小主要是根據(jù)2 對(duì)雜合顯性質(zhì)量性狀的分離比率（9∶3∶3∶1）而定，如果種植1株，F(xiàn)3代中目標(biāo)質(zhì)量性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/16，種植2株，性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/32，種植n株，性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/16×1/2n-1。如種植10株，雜合系不出現(xiàn)分離的概率僅為0.0018%，可以忽略不計(jì)。雜合系出現(xiàn)性狀分離的概率達(dá)到99.8%，也就是說，凡是雜合系都能表現(xiàn)出來。按成苗率90%、自交坐果率80%計(jì)算，再加之?dāng)?shù)量性狀優(yōu)選等因素，至少種植14株可以使鑒定純系準(zhǔn)確率達(dá)99.9%以上。所以本試驗(yàn)每份供試材料種植15株。

1對(duì)顯性和1對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀的種植份數(shù)與每份材料種植群體的大小，與1對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀研究基本相同，只是在選用材料時(shí)把目標(biāo)隱性質(zhì)量性狀考慮進(jìn)去即可，本試驗(yàn)種植13份材料。

從理論上說2對(duì)隱性質(zhì)量性狀后代不再分離，本試驗(yàn)種植了6份材料，每份材料種植10株。

1.4 運(yùn)用田間調(diào)查、記載及考種結(jié)果進(jìn)行F2代后期選擇及F3代是否為純合系的判斷標(biāo)準(zhǔn)

在西瓜考種之前，已對(duì)每份F2代保留的所有植株進(jìn)行植物學(xué)性狀的調(diào)查、記載?？挤N前結(jié)合坐果情況，進(jìn)行單果質(zhì)量性狀選擇。然后對(duì)符合目標(biāo)性狀的植株進(jìn)行編號(hào)，記錄在試驗(yàn)記載本上，同時(shí)在中選植株的果實(shí)上標(biāo)記相同編號(hào)。再對(duì)每個(gè)中選單瓜進(jìn)行考種，根據(jù)單瓜質(zhì)量、含糖量、瓤質(zhì)、瓤色、口感、汁液多少、種子性狀等開展后期的選擇與取舍。

在F3代每個(gè)單系中，全部符合目標(biāo)質(zhì)量性狀的為純合系，而出現(xiàn)不符合目標(biāo)質(zhì)量性狀的為雜合系。

2 結(jié)果與分析

2.1 F2代群體大小及西瓜中前期選擇

在目前已研究確定的西瓜主要質(zhì)量性狀中，絕大多數(shù)是受1對(duì)基因控制。2008年春季試驗(yàn)選用本院組配的F2代材料F8203、F8202、F8205、F8208 進(jìn)行試驗(yàn)，這4份材料分別帶有差異目標(biāo)質(zhì)量性狀1對(duì)、2 對(duì)、3 對(duì)和4 對(duì)，試驗(yàn)栽植株數(shù)均大于4n/（90%×80%）。分別在苗期、伸蔓期和幼果期淘汰不符合目標(biāo)性狀的植株約75.0%、81.25%、85.9%和47.8%，分別保留25.0%、18.75%、14.1%和42.2%的植株。依據(jù)雌蕊期之前淘汰比率確定移栽株距，分別為15、15、10 cm 和25 cm。在試驗(yàn)過程中及時(shí)淘汰非目標(biāo)性狀植株，對(duì)保留植株嚴(yán)格自交，以備進(jìn)行中后期選擇（表1）。

表1 西瓜F2代群體大小及其選擇 （2008年）

經(jīng)過中前期選擇與淘汰，大大節(jié)省了試驗(yàn)用地和管理用工，有效降低了試驗(yàn)成本。

2.2 F3代材料份數(shù)及其群體大小

F3代工作重點(diǎn)是鑒定出目標(biāo)質(zhì)量性狀純合的單系，并進(jìn)行數(shù)量性狀的優(yōu)選。

2.2.1 1對(duì)目標(biāo)質(zhì)量性狀 主要是指1對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀（1對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀理論上不再出現(xiàn)分離）。在供試的21份材料中，F(xiàn)9310 等9份材料全部為條帶、綠皮，沒有分離出綠皮網(wǎng)紋單瓜，為純合系，可進(jìn)一步進(jìn)行目標(biāo)數(shù)量性狀優(yōu)選及利用；其他12份材料均分離出綠皮條帶和綠皮網(wǎng)紋，為雜合系，淘汰（表2）。

表2 1對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀純系鑒定試驗(yàn)

2.2.2 2對(duì)目標(biāo)質(zhì)量性狀 包括2對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀、1對(duì)顯性和1對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀、2對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀。

2對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀：在2011年春季試驗(yàn)的49份材料中，F(xiàn)1302、F1318、F1329、F1330、F1332 等5份材料全部表現(xiàn)為2對(duì)顯性目標(biāo)性狀，未出現(xiàn)性狀分離，為純系（表3）；F1301 等7份材料出現(xiàn)綠皮、網(wǎng)紋的隱性性狀分離，F(xiàn)1309 等37份材料出現(xiàn)短蔓、綠皮的隱性性狀分離，均為雜合系，予以淘汰?；痉鲜?對(duì)基因控制的2對(duì)顯性質(zhì)量性狀其純合系為雜合系1/9 的分離比例。

表3 2對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀研究結(jié)果 （2011年）

1對(duì)顯性和1對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀：在供試的13份材料中，F(xiàn)1362、F1367、F1368、F1370等4份材料沒有出現(xiàn)分離，為純合材料；其余9份材料出現(xiàn)目標(biāo)質(zhì)量性狀分離，為雜合材料，淘汰。也基本符合受1對(duì)基因控制的1對(duì)顯性質(zhì)量性狀其純合系為雜合系1/3 的分離比例，見表4。

表4 1對(duì)顯性和1對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀研究結(jié)果 （2011年）

2對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀：種植的6份材料，均表現(xiàn)為目標(biāo)質(zhì)量性狀，沒有出現(xiàn)分離，為純合材料（表5）。

表5 2對(duì)隱性目標(biāo)質(zhì)量性狀研究結(jié)果表 （2011年）

2.2.3 目標(biāo)數(shù)量性狀優(yōu)選 單瓜質(zhì)量、含糖量、瓜皮厚度等數(shù)量性狀都是在西瓜生長(zhǎng)發(fā)育的中后期及考種工作中才能檢測(cè)出來，果實(shí)發(fā)育天數(shù)也是通過考種而得到，因此在西瓜中、前期目標(biāo)質(zhì)量性狀選擇基礎(chǔ)上開展數(shù)量性狀的優(yōu)選，在自交果實(shí)考種之后根據(jù)目標(biāo)質(zhì)量性狀的后期選擇和數(shù)量性狀的優(yōu)選確定最后中選單瓜。

西瓜主要的數(shù)量性狀，如單瓜質(zhì)量、果實(shí)可溶性固形物含量、生育期、瓜皮厚度等的廣義遺傳力都在50%以上，屬高遺傳率，在選擇時(shí)比較容易。在西瓜自交系的目標(biāo)數(shù)量性狀中，高產(chǎn)和高含糖量一般必不可少，要作為重點(diǎn)選擇；西瓜生育期也是主要經(jīng)濟(jì)性狀之一，包括從播種到坐果期天數(shù)和果實(shí)發(fā)育天數(shù)。按照目標(biāo)性狀要求在試驗(yàn)中、前期進(jìn)行質(zhì)量性狀選擇時(shí)，將其作為取舍依據(jù)。果實(shí)發(fā)育期在決選時(shí)作為一項(xiàng)主要參考指標(biāo)；果皮厚度和果皮硬度也是一項(xiàng)主要經(jīng)濟(jì)性狀，要根據(jù)目標(biāo)性狀的要求進(jìn)行選擇；單瓜種子數(shù)量為中遺傳率，且對(duì)西瓜的品質(zhì)、產(chǎn)量影響不大，作為一般選擇指標(biāo)。

3 討論

3.1 西瓜系統(tǒng)選育F2代材料群體大小的確定

按照4n/（90%×80%）+X確定每份F2代材料的群體大小，能夠在當(dāng)代出現(xiàn)符合目標(biāo)質(zhì)量性狀的純合材料，再經(jīng)F3代種植鑒定，可以獲得目標(biāo)質(zhì)量性狀純合的自交系。注意在選擇親本時(shí)有差異的目標(biāo)質(zhì)量性狀不要超過4對(duì)（如有5 對(duì)，則F2代材料的群體應(yīng)在1 500株左右），否則群體太大，系內(nèi)的試驗(yàn)誤差較難控制，而且在F3代種植顯性表現(xiàn)型的單瓜份數(shù)應(yīng)大于35（243），難以操作。對(duì)于某一對(duì)目標(biāo)數(shù)量性狀來說，應(yīng)選擇均比較優(yōu)異或至少1個(gè)優(yōu)異的雙親，以利于優(yōu)良數(shù)量基因的積累、累加，便于目標(biāo)數(shù)量性狀的優(yōu)選。

3.2 西瓜F3代材料種植份數(shù)及每份材料種植群體大小的確定

依照≥9份、4n/（90%×80%）+X、≥15株分別確定1對(duì)、2對(duì)顯性目標(biāo)質(zhì)量性狀F3代材料種植份數(shù)、每份F3代材料種植群體大小，能夠在F3代選育出目標(biāo)質(zhì)量性狀純合的自交系。與傳統(tǒng)的西瓜雜交后代系統(tǒng)選育相比，可以把自交系選育代數(shù)縮減2～3 代，加快自交系選育速度，提高育種效率，降低育種成本。同時(shí)，把種植份數(shù)和每份材料的群體大小進(jìn)行量化，既可保證目標(biāo)株系出現(xiàn)，又不盲目增加群體種植數(shù)量，使該項(xiàng)育種技術(shù)更具科學(xué)性及可操作性。

3.3 西瓜系譜法自交系選育理念上的改進(jìn)

因西瓜的雜合體具有一定的雜種優(yōu)勢(shì)，在同等試驗(yàn)條件下一般比純合體的表現(xiàn)要好，在傳統(tǒng)的系譜法選育中往往容易把質(zhì)量性狀已經(jīng)純合的材料淘汰掉，而選中雜合體，在優(yōu)選—選雜（合體）—再優(yōu)選—再選雜的進(jìn)程中人為地延遲了質(zhì)量性狀純合速度。與傳統(tǒng)的系譜法選育技術(shù)相比，改進(jìn)后的技術(shù)關(guān)鍵是理清雜種后代雙親間有差異的目標(biāo)質(zhì)量性狀，在開展目標(biāo)質(zhì)量性狀選育的同時(shí)進(jìn)行目標(biāo)數(shù)量性狀優(yōu)選，克服了西瓜傳統(tǒng)系譜法自交系選育“選雜”的缺陷，對(duì)于瓜類乃至其他農(nóng)作物的自交系選育都有一定的借鑒作用。在F2代進(jìn)行中前期選擇與淘汰和依據(jù)淘汰比例確定移栽密度的技術(shù)也是西瓜自交系快速選育的關(guān)鍵內(nèi)容，一是可以減少試驗(yàn)中后期的工作量，二是可以節(jié)省試驗(yàn)用地，較大程度地降低育種成本。

據(jù)筆者試驗(yàn)，在質(zhì)量性狀純合之后，單系內(nèi)的數(shù)量性狀表現(xiàn)基本一致。由于數(shù)量性狀受多基因及微效基因控制，遺傳機(jī)理復(fù)雜，有關(guān)質(zhì)量性狀純合程度對(duì)數(shù)量性狀表現(xiàn)型的影響還有待進(jìn)一步研究。另外，雙親之間具有3 對(duì)以上質(zhì)量性狀差異的西瓜雜種后代的選育技術(shù)，也有待進(jìn)一步試驗(yàn)。

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