棉花永久F2群體纖維品質性狀的遺傳分析

摘要：利用不同環境下種植的棉花（Gossypium hirsutum L.）永久F2群體，獲得2年三環境的永久F2群體資料。估算纖維品質性狀各項遺傳方差比值和進行品質性狀雜種優勢預測。結果表明， 永久F2群體的纖維品質5個性狀的遺傳方式基本一致，都受加性、顯性以及加性和環境互作的影響，纖維長度和伸長率以加性和顯性效應為主，整齊度以顯性效應為主，馬克隆值以加性以及加性和環境互作效應為主，均達到極顯著水平。纖維比強度的遺傳受加性、顯性以及互作效應的作用較小，作用不顯著。永久F2群體的雜種優勢預測估算結果表明，永久F2群體的纖維品質性狀雜種優勢非常小，中親優勢小于3%，并且伸長率性狀呈負向雜種優勢。試驗結果可為合理利用永久F2群體材料提供理論依據。

關鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；永久F2群體；纖維品質；雜種優勢；遺傳率

中圖分類號：S562；S331 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5758-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.008

Analysis of Genetic Effects for Fiber Quality in Upland Cotton Immotalized F2 Populations

WANG Bao-qin1，LIU Shu-mei1，LI Bin1，LI Jun-wen2，HAN Yan-hong1，JIA Xin-he1

（1.Zhengzhou Research Institute of Agricultural and forestry Sciences，Zhengzhou 450005，China；

2.Cotton Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Anyang 455000，Henan，China）

Abstract： Planting the Immotalized F2 populations（IF2） in different environment，Data of permanent population in two years was analyzed for five traits of fiber quality under three environments， and genetic variance components and heterosis were estimated as well. The results showed that the five characters related to fiber quality were controlled by additive effects， dominant effects and additive×environment effects. The main effects in 2.5% staple strength and elongation were dominant effects and additive effects， uniformity was mainly dominant effects， while micronaire was additive×environment effects. They all reached extremely significant level. The small effects in fiber strength was additive， dominant and epistatic effects. It's not significant. Prediction of heterosis estimation on permanent groups indicated that the heterosis in permanent IF2 populations was very little， with less than 3% for mid-parent and a negative heterosis for elongation. The experimental results provided a theoretical basis for the rational use of permanent IF2 populations.

Key words： cotton（Gossypium hirsutum L.）； immotalized F2 population （IF2）； fiber quality； heterosis； heritability

國內外學者對棉花（Gossypium hirsutum L.）纖維品質性狀的遺傳效應進行了較多的研究，認為纖維品質性狀的遺傳主要受加性效應控制，其次為顯性效應，同時還存在著加性、上位性與環境的互作效應[1-3]。張文英等[4]的研究認為，陸地棉纖維品質性狀主要受加性效應的影響，顯性效應也有較大作用。但是李衛華等[5]認為陸地棉2.5%跨長、比強度和麥克隆值分別以顯性方差、加性方差和上位性方差為主。

早期的研究認為纖維長度等品質性狀存在一定的雜種優勢[6]，但近些年的研究表明纖維品質無雜種優勢或不明顯[7]。本研究采用朱軍[8]的遺傳模型，調查研究陸地棉永久F2群體的5項主要纖維品質性狀（纖維長度、整齊度、比強度、伸長率和馬克隆值），進行遺傳效應及雜種優勢分析。旨在為新型遺傳材料永久F2群體的合理運用提供依據，使得永久F2群體在棉花育種研究中發揮更大的作用。

1 材料與方法

1.1 研究材料

利用中國農業科學院棉花研究所提供的196個（sGK中9708×0-153）RILs群體，構建出含98個組合的永久F2群體，在河南鄭州、安陽試驗地種植，分別于2011和2012年開展多年多點試驗。

1.2 試驗方法

種植親本sGK9708、0-153及其（sGK9708×0-153）F1，永久F2群體及其重組自交系親本群體及生產對照品種魯棉研21；其中sGK9708、0-153及其（sGK9708×0-153）F1作為試驗對照、魯棉研21作為生產對照。試驗采用隨機區組設計，重復2次，4行區，小區長5.1 m，寬3.4 m。棉花采用直播等行種植，行距0.85 m，株距0.3 m。全生育期的田間管理隨當地大田田間管理，管理措施與一般大田棉花生產相同。收花測產前，棉花吐絮盛期，每小區隨機收取20個正常吐絮的棉鈴進行室內考種后，纖維送農業部棉花品質檢測中心進行纖維品質分析。

1.3 統計分析方法

采用“A-D模型”和最小范數二階無偏估算法（MINQUE法）估算各性狀的加性、顯性、加性×環境、顯性×環境方差分量分析[9-11]。并用群體中親優勢、群體超親優勢和群體競爭優勢來預測雜種優勢。

2 結果與分析

2.1 永久F2群體及RILs群體三環境下的纖維品質性狀表現

永久F2群體和RILs群體纖維品質性狀在2年三環境中的平均結果（表1）表明，纖維長度、纖維強度、整齊度指數在E1、E2、E3三環境下永久F2群體均比RILs群體略高，馬克隆值在E1、E2下IF2群體均比RILs群體略高，而在E3下略低，伸長率在三環境下均表現為永久F2群體均比RILs群體略低。2012年纖維長度、纖維強度、馬克隆值均比2011年的對應值高，伸長率表現相反，整齊度在2年的表現不一致。結果表明，永久F2群體的纖維品質性狀中纖維長度、整齊度指數、纖維強度、馬克隆值均具有正向雜種優勢，伸長率指數表現為負向雜種優勢。在不同環境下，雜種優勢的大小不同，表現的雜種優勢方向不完全相同，可能是環境影響較大，2011年種植的E1、E2生長后期雨澇天氣時間較長，從而影響到部分纖維品質性狀，而E3為2012年種植，基本沒有雨澇天氣。環境的影響機制如何，還有待于進一步研究。

2.2 永久F2群體纖維品質的雜種優勢表現

對永久F2群體纖維品質中親優勢、超親優勢和競爭優勢進行估算（表2），永久F2群體在E1、E2、E3三個環境中纖維長度、整齊度、纖維強度的中親優勢均為正向優勢，平均依次為2.51%、0.72%、1.61%，伸長率的中親優勢均為負值，平均為-1.83%。E2環境下多數性狀的中親優勢比E1、E3環境下高。馬克隆值在E1、E2中的中親優勢為正值，而在E3中為負值。說明永久F2群體與其親本RILs群體的品質性狀相比較有極明顯的雜種優勢。纖維長度在E2、E3下具有超親優勢，而纖維強度、馬克隆值、伸長率、整齊度在三環境下超親優勢都小于零，其中馬克隆值和伸長率消減的程度較大，也就是說品質性狀的超親優勢表現不明顯或者無優勢。永久F2群體與魯棉研21對比，纖維長度、纖維強度、整齊度指數在三環境下均具有正向競爭優勢。馬克隆值、伸長率在E1下競爭優勢為正值，在E2、E3下為負值，并且絕對值較大，說明纖維長度、纖維強度、整齊度具有明顯的競爭優勢，在同年不同地區以及不同年份種植的永久F2群體競爭優勢表現的大小不同，受環境影響較大。

2.3 永久F2群體纖維品質遺傳方差及其遺傳率的分析

由永久F2群體纖維品質性狀的各項遺傳方差分量和機誤方差分量占表型方差比值結果（表3）可見，永久F2群體纖維品質的5個性狀中纖維長度、整齊度、馬克隆值、伸長率的加性效應、顯性效應以及加性與環境的互作效應都達到0.01的極顯著水平。纖維比強度的加性效應、顯性效應及加性×環境互作效應都大于零，但是不顯著。纖維長度除受顯性與環境互作控制外，其余各指標顯性與環境互作不顯著，也即纖維強度、馬克隆值、伸長率、整齊度的顯性效應受環境影響不明顯。因此基因的加性效應、顯性效應是影響纖維品質的主要成分，加性效應受環境影響比較大。纖維品質性狀與環境存在較大的互作效應，對雜種優勢的預測需分環境進行。

3 小結與討論

棉花纖維品質性狀的遺傳分析結果因試驗材料不同而異[12，13]。總的來說，永久F2群體纖維品質5個性狀主要受加性效應、顯性效應以及加性×環境互作效應的作用，不同的性狀其加性、顯性效應以及加性、顯性×環境互作效應所占的比重略有不同。各品質性狀的機誤方差比率較大，表明易受環境因素影響。因此由于環境條件的改變，各性狀的遺傳特點和遺傳相關性會產生變化。對棉花永久F2群體纖維品質性狀的遺傳研究對于棉花遺傳育種具有重要的理論和實踐意義。

孫君靈等[14，15]報道，常規棉、優質棉纖維品質性狀的遺傳變異主要來自于加性效應并同時受非加性效應的影響，纖維比強度以顯性效應為主。Wang等[16]在利用IF2群體進行QTL定位研究棉花纖維品質遺傳時認為基因的加性效應是纖維品質遺傳中最重要的部分，顯性效應較弱。本研究的結果與前人的研究結果不盡相同，本研究中永久F2群體的纖維品質5個性狀的遺傳方式基本一致，都受加性、顯性以及加性×環境互作的作用。其中，纖維長度和伸長率以加性和顯性效應為主，整齊度以顯性效應為主，馬克隆值以加性以及加性×環境互作效應為主，均達到極顯著水平。纖維比強度的遺傳受加性、顯性以及互作效應的作用較小，不顯著。因此在利用永久F2群體研究時應考慮纖維品質性狀的遺傳效應，協調各性狀之間的相互關系。

纖維品質性狀的雜種優勢比較小，一般中親優勢只有0～3%[12]。本研究結果也表明，永久F2群體的纖維品質性狀雜種優勢非常小，中親優勢小于3%。并且伸長率性狀呈負向雜種優勢。

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