高粱籽粒品質性狀雜種優勢及相關分析

高鵬，程慶軍，田承華，高海燕，張俊珍，史麗娟，平俊愛

（山西省農業科學院高粱研究所/高粱遺傳育種與種質創新山西省重點實驗室，山西晉中030600）

高粱籽粒品質性狀雜種優勢及相關分析

高鵬，程慶軍，田承華，高海燕，張俊珍，史麗娟，平俊愛

（山西省農業科學院高粱研究所/高粱遺傳育種與種質創新山西省重點實驗室，山西晉中030600）

分析了20個高粱雜交種脂肪含量的雜種優勢及相關性，為優質高粱雜交種選育提供理論依據。利用近紅外谷物分析儀分析20個高粱雜交種及親本的品質性狀，使用DPS對各品質性狀的雜種優勢和相關性進行分析。各品質性狀間雜種優勢的總趨勢是：單寧＞總淀粉＞脂肪＞蛋白質，蛋白質和脂肪的雜種優勢以負向優勢為主，總淀粉和單寧的雜種優勢以正向為主；高粱籽粒中脂肪含量和單寧含量之間達到極顯著正相關水平，總淀粉和其他品質性狀之間都達到極顯著負相關水平；蛋白質含量與低親、中親和高親值都呈不顯著正相關，脂肪含量與低親值呈不顯著負相關、與中親值和高親值均呈極顯著正相關，總淀粉含量與低親值和中親值呈極顯著正相關、與高親值呈不顯著正相關，單寧含量與低親、中親和高親值均呈極顯著正相關。高粱籽粒中單寧含量和總淀粉含量雜種優勢較強，脂肪含量和蛋白質含量優勢較弱，單寧含量和脂肪含量正相關，總淀粉含量和其他品質性狀負相關，脂肪含量遺傳易受高親影響，總淀粉含量易受低親影響，單寧含量與雙親關系均很密切。

高粱籽粒；品質性狀；雜種優勢；相關分析

0 引言

高粱是禾本科一年生草本植物，具有高產、抗旱、抗鹽堿、抗澇、耐貧瘠等特點，被稱為“作物中的駱駝”，是優秀的拓荒作物[1-3]。高粱在中國已有三千余年的栽培歷史，種植面積和產量僅次于小麥、水稻、玉米、大麥，居第五位[4]。

雜種優勢為生物界的普遍現象，利用雜種優勢可以有效提高育種效率，研究表明，玉米的雜種優勢利用最早[5-6]。高粱的雜種優勢應用始于20世紀初期，中國高粱雜種優勢的利用從1956年引進美國‘TX3197A’全面開始[7]。1979年，遼寧農科院高粱研究所從美國引進‘Tx622A’[8]系列雄性不育系，1980年引進了第一個非邁羅細胞質的雄性不育系‘A2TX2753’，先后轉育成‘V4A’、‘7050A’[9-10]等雄性不育系，并用其組配出A2細胞質品種‘晉雜12號’[11]和‘遼雜10號’[12]等廣泛用于大面積生產的高粱品種。2008年，山西省農科院高粱研究所利用‘瀘45A’育成的‘晉雜23號’[13]，將雜種優勢利用推向嶄新的高度。

前人研究結果表明，作物產量性狀增加與品質性狀改良提高之間呈負相關關系[14]，這很大程度影響了高粱品質育種的發展。隨著人民生活水平的提高，高粱的主要用途發生了根本性的變化，目前主要用于飼料、釀造和其他工業[15-16]，而這些用途都對高粱的品質有很高的要求。李鳳英等[17]對高粱農藝性狀的雜種優勢及相關性進行了研究，結果表明：除生育期介于雙親之外，其余5個性狀在Fl代均有超親表現。優勢最強的是單穗粒重和單穗粒數，余則依次為株高、穗長和千粒重。宋高友等[18]對高粱籽粒品質性狀雜種優勢及相關性進行了研究，結果表明：蛋白質、氨基酸、淀粉都具有顯著的雜種優勢，而單寧的雜種優勢不顯著。各性狀間雜種優勢的總趨勢是：總淀粉＞單寧＞蛋白質＞氨基酸。蛋白質、氨基酸、總淀粉呈顯著正相關，與其他性狀無顯著相關性，對各雜交種的脂肪含量沒有進行研究。本研究增加了對20個高粱雜交種脂肪含量的雜種優勢及相關性進行分析研究，探討高粱脂肪含量和其他品質性狀雜種優勢規律及相關性，為優質高粱雜交種選育提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

收集山西和遼寧審（認）定品種20份（見表1）及親本25份（見表2）。

1.2 試驗設計

試驗在山西農科院高粱研究所修文試驗基地進行，雜交種與親本5月同期播種，前茬玉米，采用隨機區組設計，3次重復，小區面積15m2(3 m×5 m)。人工條播，種植密度10.5萬株/hm2，行距0.45 m，株距0.2 m。5月1日播種，田間管理按大田管理進行，10月樣本收獲、晾曬、脫離、考種，后使用近紅外谷物分析儀分析蛋白質、脂肪、總淀粉及單寧在高粱籽粒含量水平。

表1 供試雜交種F1

表2 供試親本

1.3 評價方法

雜種優勢水平采用平均優勢(heterosis over mean of parents)進行評價，即F1代超過雙親平均數(MP)的百分率[19]，平均優勢的計算見公式(1)。

相關分析及親子相關[20]：簡單相關系數，度量數值型數據間的線性關系。

2 結果與分析

2.1 高粱雜交種F1籽粒品質性狀的雜種優勢分析

表3 雜交種F1籽粒品質性狀的雜種優勢%

表3、表4為各品質性狀的雜種優勢表現。由表4可以看出，各品質性狀雜種優勢的強弱依次為：單寧＞總淀粉＞脂肪＞蛋白質，脂肪和蛋白質的雜種優勢值為負值，分別是-0.72和-3.40，這表明通過雜種優勢來提高脂肪和蛋白質含量較困難。總淀粉和單寧的優勢較強，二者都為正值，分別為0.73和20.30。

由表4還可以看出，各品質性狀的變異系數差別很大，其中單寧＞脂肪＞蛋白質＞總淀粉，說明雖然脂肪和蛋白質的雜種優勢很弱，但通過適當的親本雜交有可能進行改良。由表5的結果可以看出，淀粉的雜種優勢全為正值，單寧的雜種優勢大部分為正值，脂肪的雜種優勢正負值參半，而蛋白質的平均優勢以負值為主。

2.2 高粱籽粒各品質性狀的相關性分析

對20個高粱雜交種及25個親本材料各品質性狀之間相關分析結果見表5。由表5可以看出，蛋白質和脂肪、單寧含量之間相關性指數分別為0.26和0.2，相關性表現為不顯著，脂肪和單寧含量相關性指數達到0.7，呈極顯著正相關。而總淀粉和蛋白質、脂肪、大寧含量之間相關性指數為-0.56、-0.76、-0.46.均達到極顯著負相關水平。

續表3

表4 高粱雜交種F1籽粒品質性狀雜種優勢表現%

表5 高粱籽粒各品質性狀之間相關性

2.3 高粱籽粒各品質性狀的親子相關分析

由表6高粱雜交種與雙親的親子相關性表可知：高粱雜交種的籽粒蛋白質含量與低親、中親、高親值均呈不顯著正相關（r=0.36，0.27和0.1），脂肪含量與低親值呈不顯著負相關，與中親值和高親值均呈顯極著正相關（r=0.81和0.91），總淀粉含量與低親值和中親值呈極顯著正相關（r=0.73和0.8）、與高親值呈不顯著正相關(r=0.35)，單寧含量與低親、中親和高親值均呈極顯著正相關（r=0.54，0.67和0.62）。

表6 高粱籽粒品質性狀的親子相關

3 討論與結論

‘TX3197A’、‘Tx622A’、‘A2TX2753’、‘V4A’、‘7050A’、‘瀘45A’等雄性不育系的引進及育成，代表了雜交高粱育種發展突破創新的發展歷程。本試驗收集的20個高粱雜交種均由歷代主干雄性不育系組培而成，較前人研究更能代表中國高粱的發展水平。且在宋高友的研究基礎上分析了籽粒中脂肪含量的雜種優勢及各品質性狀含量之間的關系，同時對各高粱雜交種的親子相關性進行分析。

高粱籽粒品質性狀雜種優勢總趨勢是：單寧＞總淀粉＞脂肪＞蛋白質，蛋白質和脂肪的雜種優勢以負向優勢為主，總淀粉和單寧的雜種優勢以正向為主。這與宋高友等[18]的研究結果不全一致，宋高友認為各性狀間雜種優勢的總趨勢是：總淀粉＞單寧＞蛋白質＞氨基酸，蛋白質和總淀粉的雜種優勢以正向為主，單寧的雜種優勢以負向為主。此外，雖然蛋白質和脂肪的雜種優勢較弱，但其變異范圍較大，仍可以選出高蛋白和低脂肪的優良雜交組合。高粱籽粒中脂肪含量和單寧含量之間達到極顯著正相關水平，總淀粉含量和其他品質性狀之間均達到極顯著負相關水平。說明脂肪含量雜種優勢雖然很弱，但可以通過測定單寧含量來間接提高脂肪含量水平；而要提高高粱籽粒中淀粉含量，可以通過降低其他組分的含量來間接選擇，但需要綜合考量總淀粉含量和其他組分含量之間的平衡。這與宋高友等[18]研究結果不一致，宋高友認為：蛋白質、氨基酸、總淀粉呈顯著正相關，其他性狀無顯著相關性，可能是在不同品種材料、不同環境條件及不同測定方法下，各品質性狀的表現并不完全一致，導致測定數據差距較大。因此，在今后的試驗中盡量選擇相同的品種材料、栽培環境和測定方法能有效避免誤差的產生。

迄今為止，國內外關于高粱品質性狀的親子相關性的研究尚未見報道。本研究發現高粱蛋白質含量與低親、中親和高親值都呈不顯著正相關，證明高粱籽粒蛋白質含量與雙親關系不密切，蛋白質含量主要受環境因子影響，特別是氮肥使用量的影響。因此，在以后的試驗中盡量選擇不施肥或者相同的肥力環境，盡量減少環境因子對蛋白質遺傳的影響。高粱籽粒中脂肪含量與低親值呈不顯著負相關，與中親值和高親值均呈顯著正相關，證明高粱籽粒脂肪含量更易受高脂肪親本影響。高粱籽粒中總淀粉含量與低親值和中親值呈顯著正相關，與高親值呈不顯著正相關，證明高粱籽粒總淀粉含量更易受低淀粉親本影響，在常規育種中可以避免選擇低淀粉含量的親本來有效提高高粱籽粒總淀粉含量水平。高粱籽粒中單寧含量與低親、中親和高親值均呈顯著正相關，表明高粱籽粒單寧含量和與雙親關系很密切，要提高或降低高粱籽粒單寧含量水平，選擇合適的親本至關重要。

綜上所述，高粱籽粒中單寧含量和總淀粉含量雜種優勢較強，脂肪含量和蛋白質含量雜種優勢較弱，單寧含量和脂肪含量正相關，總淀粉含量和其他品質性狀負相關，脂肪含量遺傳易受高親影響，總淀粉含量易受低親影響，單寧含量與雙親關系均很密切。因此在今后的高粱品質育種中，注意選擇高淀粉、低脂肪、低單寧的親本更容易選育出品質優良的高粱雜交種。

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Heterosis and Correlation Analysis of Quality Traits of Sorghum Grain

Gao Peng,Cheng Qingjun,Tian Chenghua,Gao Haiyan,Zhang Junzhen,Shi Lijuan,Ping Junai
(Sorghum Institute of Shanxi Academy of Agricultural Sciences/Shanxi Key Laboratory for Sorghum Genetics and Germplasm Development,Jinzhong 030600,Shanxi,China)

The heterosis and correlation of lipid content of 20 sorghum hybrids were studied to provide a theoretical basis for high quality sorghum breeding.The quality traits of 20 sorghum hybrids and their parents were analyzed by using near infrared grain analyzer,and the heterosis and correlation of sorghum quality traits were analyzed by DPS.The trend of heterosis among quality traits was tannins＞total starch＞lipid＞protein.The heterosis of protein and lipid were mainly negative,while total starch and tannins were mainly positive.The correlation between lipid and tannin was significantly positive,but the correlations between starch and other quality traits were significantly negative.Protein content had no significantly positive correlation with values of low parent,mid-parent and high parent.Lipid content had no significantly negative correlated with low parent value;while it had significantly positive correlation with mid-parent value and high parent value.Total starch content had a significantly positive correlation with low parent value and mid-parent value except for high parent value.Tannins content had a significantly positive correlation with low parent value,mid-parent valueand high parent value,respectively.The tannin content and starch content had higher heterosis in sorghum grain,and protein and lipid had lower heterosis.The tannin and lipid were positively correlated.Total starch and other quality characters were negatively correlated.In the genetic,the lipid content was susceptible to high value parent and total starch content was susceptible to low value parent,while the tannin content was very close with parents.

Sorghum Grain;Quality Traits;Heterosis;Correlation Analysis

S514

A論文編號：cjas16070017

現代農業產業技術體系“國家高粱產業化技術體系建設”(CARS-06-01-01)；農業科技成果轉化資金項目“機械化栽培高粱新品種晉雜35號中試與示范”(2014GB2A300009)；“十二五”國家科技支撐計劃項目“優質高粱高效生產技術研究與示范”(2014BAD07B02)；山西省科學技術廳“釀造專用高粱育種及利用山西省科技創新重點團隊”(2014131015)；山西省農科院育種工程項目“機械化釀造高粱種質創新及新品種選育和甜高粱光敏品系創制及新品種選育”(16yzgc017)。

高鵬，男，1983年出生，山西臨汾人，助理研究員，本科，主要從事釀造高粱育種工作。通信地址：030600山西省榆次區蘊華西街238號高粱研究所，Tel：0354-8593672，E-mail：shadow_warrior@163.com。

程慶軍，男，1970年出生，山西昔陽人，研究員，碩士，主要從事釀造高粱育種工作。通信地址：030600山西省晉中市榆次區蘊華西街238號高粱研究所，Tel：0354-8593663，E-mail：shadow_warrior@163.com。

2016-07-19，

2016-10-13。