陸地棉特異種質主要性狀配合力和遺傳力分析

史加亮，李鳳瑞，趙文超，董靈艷，齊洪鑫，王士立，張東樓，楊秀鳳

（德州市農業科學研究院，山東 德州 253000）

棉花是我國主要的經濟作物，也是紡織工業重要的原材料，在國民經濟中占有非常重要的地位。陸地棉（Gossypium hirsutum L.）作為棉花4個栽培種之一，其產量占世界棉花總產量的90%以上［1］。優良品種對促進棉花生產具有重要的帶動作用，而高產優質棉花品種的培育離不開對棉花種質資源的篩選和利用。

特異種質作為綜合性狀較好而又在某一個或幾個性狀上具有突出優勢的種質資源，對于品種改良尤為重要。特異種質性狀的優劣及其遺傳傳遞力是評價利用特異種質的關鍵。而配合力作為衡量雜交組合中親本各性狀配合能力的重要指標，決定了優良性狀的傳遞能力［2］。因此，根據數量性狀遺傳原理，估測親本一般配合力（GCA，general combining ability）和特殊配合力（SCA，special combining ability），正確評定組合的優劣對更好地進行特異種質評價利用和棉花新品種選育具有重大的現實意義［3］。前人對棉花配合力遺傳效應的研究已有大量報道［4-20］，但對棉花特異種質材料如大鈴、高衣分、高纖維品質的研究較少。鑒于此，本試驗選用6個陸地棉特異種質材料和6個陸地棉優良品種（系）配制不完全雙列雜交組合，對其主要性狀進行配合力和遺傳力分析，以期為親本選擇和特異種質材料分析利用提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試親本材料12個，其中母本材料6個，包括本單位自育穩定品系德棉12號（A1）和山東省審定品種德棉10號（A2）、魯棉522（A3）、銀興棉8號（A4）、玉君6號（A5）、瑞棉3號（A6）；父本材料為15094（B1）、15101（B2）、15260（B3）、16N01（B4）、16N03（B5）和德棉13號（B6）共6個本單位自育特異種質材料，其中15094、15101為大鈴材料（單鈴重 ＞8.0 g），15260、16N01為高衣分材料（衣分＞45.0%），德棉13號為優質材料（纖維長度＞32.0 mm，比強度＞35.0 cN/tex，馬克隆值3.6～4.5），16N03為大鈴優質材料。

1.2 試驗設計

2017年在德州市農業科學研究院科技示范園按照NCⅡ不完全雙列雜交設計，人工去雄配置36個雜交組合。2018年同地進行F1代田間試驗。

試驗地年平均氣溫12.9℃，年均日照時數2 592 h，年均降水量547.5 mm。土壤質地為壤土，土壤有機質含量為1.20%、全氮0.66 g/kg、有效磷22.04 mg/kg、速效鉀122.43 mg/kg，pH值8.04。前茬作物為棉花。試驗采用隨機區組設計，重復3次。采用地膜覆蓋方式4行區栽培，行長5.0 m，行距0.76 m，株距0.36 m，種植密度為3.6萬株/hm2。其它田間管理同大田生產。

每小區選生長正常植株10株（不包括邊株）進行定株調查，計單株鈴數、鈴重、衣分、子指、果枝始節、株高。按小區收獲計算籽棉產量、皮棉產量，并留取棉樣寄送至農業農村部棉花品質監督檢驗測試中心（安陽）測定纖維品質。

1.3 數據分析

參照黃遠樟［21］和莫惠棟［22］的NCⅡ遺傳模型的配合力方差分析方法，對36個雜交組合的被測指標進行配合力及遺傳力分析。數據處理與遺傳交配設計統計分析分別采用Microsoft Excel和DPS 7.05軟件［23］進行。

2 結果與分析

2.1 配合力方差分析

由表1可見，各組合中13個性狀均有極顯著差異，說明這些性狀在組合間存在真實的遺傳差異。皮棉產量、子指、纖維比強度、馬克隆值共4個性狀雙親的GCA和SCA方差均達到顯著或極顯著水平，這4個性狀在雜交組合間表現出的差異是加性基因和非加性基因共同作用的結果；籽棉產量、單株鈴數、鈴重、株高、纖維長度這5個性狀主要受父本GCA和SCA的影響；衣分、果枝始節、伸長率和整齊度等性狀受SCA的影響較大。

表1 性狀配合力方差分析

2.2 一般配合力效應分析與親本評價

同一親本由于遺傳特點存在差異，使其在不同性狀中的GCA效應亦存在差異（表2）。特異種質材料方面，就籽棉產量、皮棉產量、單株鈴數GCA值來看，B1、B4和B6表現較好；大鈴材料B1、B2和B5鈴重GCA效應均為正值，且以B1表現最好；從衣分GCA值來看，只有高衣分材料B3和B4為正值；從纖維品質性狀GCA值來看，優質材料B5和B6表現較好，且以B5表現最好。6個母本中，A4和A5在產量和品質性狀方面表現相對較好，并且綜合性狀一般配合力也較好，其中A5能夠提高果枝始節、降低株高，可以作為選育機采棉親本加以利用；A2纖維品質性狀GCA表現較好，可作為優質親本加以利用。

結合各性狀GCA綜合評價，B1為大鈴豐產親本，B4為高衣分豐產親本，B6為優質豐產親本，B5和A2為優質親本，A4和A5為各性狀均表現較好的親本。

表2 親本性狀一般配合力效應

2.3 特殊配合力效應分析

由表3可見，鈴重SCA效應值較高的組合是A1×B3、A5×B5和A4×B2，其中以組合A1×B3效應值最大，為11.11；衣分SCA效應值較高的組合是A1×B5、A4×B3、A3×B3和A6×B2，其中以組合A1×B5效應值最大，為19.34；就籽棉產量和皮棉產量性狀而言，組合SCA效應值均為正值的有16個，其中組合A3×B2、A3×B6、A6×B3和A4×B5的效應值較高；就纖維長度和比強度來看，組合SCA效應值表現較好的有10個，其中以組合A3×B5、A5×B5和A6×B3表現較為突出。

從產量和品質性狀綜合來看，A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3等組合具有較大利用價值。

表3 雜交組合性狀特殊配合力相對效應值

2.4 遺傳力分析

由表4可知，纖維長度、纖維比強度、馬克隆值的Vg＞Vs，遺傳以加性效應為主；衣分、果枝始節、伸長率和整齊度的Vg＜Vs，說明這些性狀的遺傳以非加性效應為主；而籽棉產量、皮棉產量、單株鈴數、鈴重、子指、株高的Vg和Vs值差異不大，說明在后代遺傳中加性效應和非加性效應均比較重要。

遺傳力方面，子指、纖維長度、纖維比強度和馬克隆值具有較高的廣義遺傳力和狹義遺傳力，這些性狀受環境影響較小，可在早代進行選擇；籽棉產量、皮棉產量、單株鈴數、鈴重、衣分、株高、伸長率等性狀雖然廣義遺傳力較高，但狹義遺傳力較低，這些性狀適合在高代進行選擇；果枝始節和纖維整齊度的廣義遺傳力和狹義遺傳力均較低，說明這兩個性狀受環境影響較大。

表4 主要性狀相關遺傳參數

3 討論與結論

通過親本間雜交選育出綜合性狀優于親本的雜交組合是雜交育種的目的［24］。配合力作為選配親本的依據，反映了親本各性狀在雜交組合中的配合能力。親本的GCA是后代的遺傳基礎，而SCA是發揮雜種優勢、配制強優勢組合的關鍵［25］。GCA主要是由基因的加性效應決定，是可遺傳的部分［26］。性狀的GCA高，說明其受外界環境影響較小，遺傳力高，可以通過測定GCA反映親本的利用價值，預測雜種后代的表現［27］。一般來說，單株鈴數、鈴重、衣分、籽棉產量、纖維長度、纖維比強度、整齊度等性狀的GCA越高越好，而株高、馬克隆值等性狀的GCA越低越好。本研究分析了6個陸地棉特異種質材料和6個陸地棉優良品種（系）為親本的GCA，其中A4和B1籽棉產量的GCA最大，鈴重GCA效應值最大的是B1，B4衣分的GCA最大，纖維品質性狀GCA較大的為B5、B6和A2，在組配優質高產組合時要優先考慮這些GCA效應值較大的親本。6個特異種質材料的特異性狀GCA表現均較好，但種質間也存在較大差異，所以對其進行配合力效應研究加以評價篩選是必要的。

SCA反映非加性效應的大小，即基因的顯性和上位性效應，不能穩定遺傳［28］。各測試組合中，F1代產量和品質性狀SCA綜合表現較優的組合為A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3，這些組合可在雜交育種中加以利用。通過對各性狀GCA和SCA的分析得出，親本GCA和組合SCA相互獨立，GCA高的兩個親本組合產生的雜交親本SCA不一定高；親本性狀GCA低的，組合SCA不一定低；同一親本與不同親本組配時，雜交組合的SCA效應值變化較大。本研究中組合籽棉產量和皮棉產量性狀SCA效應值均為正值的有16個，其中至少有一個產量性狀GCA高的材料作親本的組合占81.25%，說明組配高產組合時，應至少選擇一個GCA高的親本，再兼顧SCA的選擇。這也進一步說明了GCA和SCA差異切實存在于不同品種間，通過篩選來獲得具有競爭優勢的新組合是必要的［25］。

性狀表現型是基因型和所在環境共同作用的結果，既能穩定遺傳給后代，又受環境影響［29，30］。遺傳力反映了親本性狀傳遞給后代能力的大小，根據性狀遺傳力的高低可預測選擇效果，對于作物雜交育種具有重要意義［31］。張忠波等［32］指出，棉花產量、單株鈴數遺傳率較低，受環境影響較大；衣分、單鈴重、纖維長度、纖維強度遺傳力較大，容易從表現型加以選擇。李俊文等［33］研究認為，鈴重狹義遺傳率低，不宜在早代進行選擇。袁有祿等［34］研究表明鈴重和衣分以加性效應為主，但顯性遺傳效應也較高。張正圣等［4］研究指出纖維品質性狀以加性效應起主要作用。本試驗結果表明，纖維長度、纖維比強度、馬克隆值的遺傳以加性效應為主，衣分等性狀遺傳以非加性效應為主，鈴重等性狀遺傳中加性效應和非加性效應均比較重要；纖維長度、纖維比強度和馬克隆值具有較高的廣義遺傳力和狹義遺傳力，這些性狀受環境影響較小，可在早代進行選擇；籽棉產量、單株鈴數、鈴重、衣分等性狀雖然廣義遺傳力較高，但是狹義遺傳力較低，這些性狀適合在高代進行選擇。