棉花DH群體的構建及主要經濟性狀遺傳分析

冀麗霞，郭寶德，黃穗蘭，牛永章

（山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031）

棉花DH群體的構建及主要經濟性狀遺傳分析

冀麗霞，郭寶德，黃穗蘭，牛永章

（山西省農業科學院作物科學研究所，山西太原030031）

母本選用海島棉（G.barbadense）中具有黃葉指示性狀的半配合材料VSG，父本選用優質長絨棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，通過棉花遠緣雜交和半配合生殖技術相結合的方法，構建了一套完整的DH永久群體，培育出8個DH長絨棉穩定系，并以這套群體為基礎材料進一步分析了棉花主要經濟性狀如棉纖維長度等的遺傳研究。

半配合；遠緣雜交；永久群體；經濟性狀

隨著分子生物學研究的不斷深入和現代生物技術的迅速發展，在作物遺傳育種領域，特別是對于遺傳標記與遺傳作圖等研究，作物群體是最基本的物質基礎，而其中永久性群體（permanent population）是最有價值的試驗材料[1]。目前，供遺傳學研究應用的永久性群體有加倍單倍體DH群體（doubled haploid population）、重組近交系RIL群體（recombinant inbred line population）和近等基因系NIL群體（near-isogenic line population）[2]。其中，DH群體是最理想的永久性群體[3]。利用DH群體可以更準確地開展基因定位（QTL定位）、基因數目的估計、基因連鎖的檢測、基因之間或基因與環境之間的互作效應等方面的研究[4]。

近年來，南京農業大學、中國棉花研究所先后均開展了棉花半配合生殖的研究，均是從胚胎學和細胞學方面進行了較深入的研究，但在DH群體構建方面尚未見報道[5]。2010—2015年山西省農業科學院作物科學研究所棉花遠緣雜交課題組通過棉花遠緣雜交和半配合生殖技術相結合，構建了一套穩定的永久群體，并對這套群體的主要經濟性狀（如棉纖維長度等）進行遺傳分析，以促進棉花DH群體的研究利用，為進一步選育出綜合性狀優良的新品種提供遺傳資源[6]。

1 材料和方法

1.1 雜交親本的配制和雜交技術

母本選用海島棉（G.barbadense）中具有黃葉指示性狀的半配合材料VSG，父本選用優質長絨棉材料99-508和特早熟系TY-16的F1，采用成對雜交的方法，較大規模地開展雜交，由于雜交后代中父本型和父母本嵌合型的單倍體出現的頻率一般為5%左右，單倍體加倍成二倍體的成功率為15%～20%[7]。所以，要獲得足夠數量的單倍體，必須通過大量雜交才能保證[8]。

1.2 單倍體的鑒別與培育

用半配合材料VSG作親本的雜種一代（F1）出現單倍體的類型有以下3種：母本型單倍體；父本型單倍體和父母本型的嵌合體[9]。一般期望的是后2種類型，由于單倍體的染色體數目（n＝26）是正常二倍體（2 n＝52）的1/2。所以，植株矮小，主莖扭曲，主莖和果枝節間距離縮短，葉片和花瓣變小，花柱變短，柱頭萎縮，花藥瘦秕，無花粉粒，不能正常授粉結實，因此，單倍體植株一般都生長緩慢、瘦弱，容易夭折，需要對其采取特殊的管理措施。首先，在試驗田中，拔掉非單倍體植株和母本型單倍體，只保留父本型和嵌合型單倍體。其次，在生產過程中要加強水肥管理，改善生長發育條件[10]。為了擴大單倍體的群體和改善單倍體的營養狀況，可采用嫁接的方法，將單倍體的幼芽作接穗，用具有雜種優勢的父本植株作砧木進行嫁接，嫁接后的單倍體幼芽比在原單倍體植株上得到更充足的養分供給，發育迅速，健壯，有利于染色體加倍[11-12]。

1.3 染色體加倍與DH群體的培育

單倍體經染色體加倍后即成為加倍單倍體（DH），由于基因純合，各種性狀已穩定，后代不會產生分離[13]。常用的染色體加倍方法有2種。（1）幼苗加倍：將單倍體的幼苗頂尖浸入0.05%秋水仙堿溶液6 h，環境溫度23～26℃。（2）枝條加倍：將單倍體植株上的幼嫩枝條的生長點浸入0.03%～0.05%秋水仙堿加5%二甲基亞砜溶液12～24 h，環境溫度28～30℃。棉花是常異花授粉作物，異交率一般為2%～5%，主要靠昆蟲傳粉，因此，為了保持DH群體的純度，在繁殖過程中必須嚴格自交，防止生物混雜和機械混雜。為了加快DH群體的構建，冬季利用溫室或海南加代繁殖[14]。

2 結果與分析

2.1 DH群體主要纖維品質的測定

通過遠緣雜交與半配合相結合的方法，構建了一套完整的DH永久群體，并培育出8個DH長絨棉穩定系。經農業部棉花品質測試中心檢測，8個DH穩定系的2.5%跨長均達到35 mm以上，比強度最低34.3 CN/tex，馬克隆值在3.4～4.7（表1），達到了國家中長絨棉新品種育種指標[15]。

表1 DH群體主要纖維品質測定結果

2.2 DH群體各性狀的遺傳分析

對父本及8個DH群體的生物學性狀及品質性狀進行平均數、標準差及變異系數的分析。從表2可以看出，8個DH群體的標準差和變異系數均小于父本（（TY－16×99－508）F1），說明8個DH群體整齊一致，沒有產生性狀分離的現象，利用半配合特性培育的DH群體基因是完全純合的[16]。

表2 父本及8個DH群體各種性狀的遺傳分析

2.3 DH群體產量表現

培育出的8個DH群體不僅可作為遺傳種質資源利用，有的還可直接用于生產。從表3可以看出，DH896產量高，2013，2014年2 a平均籽棉產量2 245.5 kg/hm2，比對照晉棉37號增產3.1%；皮棉產量874.5 kg/hm2，比對照晉棉37號增產2.8%。

表3 DH群體2013—2014年2 a平均產量測定結果

3 討論與結論

棉花由于花粉培養的難度較大，國內外至今尚未獲得花粉培養成單倍體植株的報道，更談不上DH加倍單倍體群體的構建。但是棉花半配合（Semigamy）材料的發現，為培養棉花單倍體和構建DH群體提供了條件[17]。棉花半配合生殖特性是由顯性單基因（Se）控制[18]。目前在棉花遺傳育種中普遍應用的半配合材料是具有黃葉指示性狀的VSG。自1963年Turcotte首次報導了VSG具有半配合生殖特性之后，有學者先后用VSG與海島棉和陸地棉雜交，F1均獲得一部分單倍體植株和少量加倍單倍體植株[19]。近年來，山西省農業科學院作物科學研究所棉花遠緣雜交課題組利用VSG與棉花遠緣雜交后代雜交曾獲得30多個加倍單倍體植株。實踐證明，利用VSG培育單倍體和加倍單倍體（DH）是一條有效的途徑。

國內外遺傳育種學家一致認為，培育成功一個新的種質資源材料比選育一個新品種更有價值[12]。山西省農業科學院作物科學研究所棉花遠緣雜交課題組培育出的DH群體由于基因純合，各種性狀相對穩定，此套DH群體的構建將為棉花各種性狀的基因定位、基因克隆等奠定良好的物質基礎，對促進我國棉花遺傳改良具有重要的理論意義和應用價值[20]。

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［3］張能義，薜慶中.水稻DH群體數量性狀的遺傳分析[J].作物學報，1997，23（1）：123-126.

［4］姚星偉，江漢民，文正華.青花菜小孢子供體與DH群體性狀相關性初步研究[J].天津農業科學，2012，18（2）：1-4.

［5］蘇展，程海濤，郭玉華.水稻DH群體鹽脅迫下苗高的主基因-多基因混合模型遺傳分析 [J].華北農學報，2011，26（3）：210-213.

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［7］任志強，牛偉，楊慧珍，等.棉花單倍體育種新技術：半配合生殖育種介紹[J].作物雜志，2003（4）：45-46.

［8］張海洋，潘家駒，王順華.棉花半配合材料的形態特征和遺傳特性的研究初報[J].南京農業大學學報，1994，17（1）：6-14.

［9］張海洋，潘家駒，張天真，等.棉花半配合材料VSG在遺傳育種中的應用[J].西北農業學報，1995，4（2）：17-21.

［10］韓雪梅，吳樹彪，牛永章，等.棉花半配合材料VSG-1受精過程觀察初報[J].山西農業大學學報，1996（3）：102-105.

［11］張海洋，張天真，潘家駒，等.棉花單倍體植株染色體加倍研究[J].河南農業科學，1996（7）：10-12.

［12］牛永章，彭鎖堂，張原根，等.棉花VSG半配合生殖特性及同工酶分析[J].華北農學報，1997，12（12）：134-138.

［13］王坤波.棉花半配特性及其應用研究[J].國外農學：棉花，1987（1）：1-7.

［14］祝水金.棉花半配合生殖與單倍體育種研究進展 [J].江西棉花，1994，26（3）：15-18.

［15］郭寶德，牛永章，黃穗蘭，等.半配合材料VSG快速穩定棉花遠緣雜種后代的研究[J].華北農學報，2003，18（3）：28-31.

［16］姜偉，何覺民，陸建農.中國主要棉花栽培群體的遺傳多樣化分析[J].農業生物技術學報，2008，16（1）：127-133.

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［18］梁正蘭，姜如琴，鐘文南，等.三元雜種（海島棉-瑟伯氏棉-陸地棉）的研究及新品種選育 [J].作物學報，1996，22（6）：673-680.

［19］邵小強，余莜南.棉花主要經濟性狀遺傳特性的研究進展[J].江西棉花，2011，33（4）：5-8.

［20］梁正蘭.棉花遠緣雜交的遺傳與育種[M].北京：科學技術出版社，1999.

Construction of Cotton DH Group and Genetic Analysis of Major Economic Traits

JI Lixia，GUOBaode，HUANGSuilan，NIUYongzhang
（Institute ofCrop Sciences，Shanxi AcademyofAgricultural Sciences，Taiyuan 030031，China）

Semigamy material VSG with yellow indicating traits was selected as female parent in island cotton（G.barbadense）, hybrid generation of high quality long-staple cotton 99-508 and extra early maturity TY-16 as male parent.Through combining with distant hybridization and semigamy breeding technology,a complete set of DH permanent population was constructed,eight DH long-staple cotton systems were cultivated,and the main cotton economic traits were further analysed,based on this group ofmaterials,for example genetic studies ofcotton fiber length,etc.

semigamy;distant hybridization;permanent group;economic trait

S562

A

1002-2481（2016）08-1059-03

10.3969/j.issn.1002-2481.2016.08.02

2016-03-24

冀麗霞（1975-），女，山西平遙人，助理研究員，碩士，主要從事棉花遺傳育種研究工作。