西瓜系谱法选育后代群体大小及选择指标的研究

（开封市农林科学研究院，河南开封 475004）

杂交育种是一种传统的育种方法，在近代较多的西瓜〔Citrullus lanatus（Thunb.）Matsum et Nakai〕育种方法中，迄今为止，育种成果多、成功几率大、采用较普遍的仍属杂交育种（中国农业科学院郑州果树研究所，2000）。它的理论基础是通过有性杂交，雌雄性细胞的结合使双亲的遗传基因重组，然后通过后代的基因分离和多代选择，育成具有优良性状且遗传稳定的固定品种（自交系）。系谱法是西瓜自交系选育最为常用的方法，经过6 代以上选育出纯合自交系。该选育技术的优点是针对一些遗传力高的性状连续几代进行选择，起到了定向选择的作用；同时每一系统的历年表现都有档案可查，系统间的亲缘关系十分清楚等。缺点是从F2代起就要进行严格选择，中选率低，特别是对多基因控制的性状效果更差，且育种的工作量大，需要试验地面积较大，往往受人力和土地条件限制，不能种植足够大的群体，使杂种后代的优异类型丧失了出现机会（张天真，2006）。本试验是运用农作物杂交育种的基本理论，对系谱法选育技术进行了改进：合理确定了F2代种植群体大小、F2代中前期选择的技术指标、F3代种植材料份数、F3代每份材料群体大小、目标数量性状优选等技术，有效地克服了常规系谱法选择的周期长、量化指标少等缺点，使常规的自交系选育缩短了2～3 代，加速了西瓜种质创新的进程，对我国西瓜乃至其他农作物的杂交育种具有一定的参考价值。

1 材料与方法

1.1 试验材料及目标性状选择方法的确定

供试材料为开封市农林科学研究院西瓜育种杂交后代的93份材料。试验均在本院试验地进行，行距2 m。

西瓜有比较多的经济性状，包括质量性状和数量性状。本试验采用“边目标质量性状纯合，边目标数量性状优选”的西瓜自交系选育新理念，改变了“边优选，边纯合”的西瓜自交系选育的传统理念，在对父母本有差异的目标质量性状进行纯合的基础上，开展目标数量性状的优选。

1.2 F2代群体大小及种植密度的确定

常规的西瓜杂交育种考虑到西瓜单株占地面积较大等因素，建议F2代的群体为500株左右（王坚 等，1993）。根据作物多对相对性状杂种遗传的理论（刘祖洞，1979），本试验提出了以4n为依据确定F2代群体大小（安水新 等，2011），再考虑到成苗率90%、自交坐果率80%、数量性状优选等因素，具体的群体大小按照4n/（90%×80%）+X（n为有差异的质量性状的对数，X为数量性状优选等因素的机动值）确定。

F2代植株的田间种植密度根据西瓜生长发育中前期的选择淘汰比率而定，使保留植株的株距在50 cm 左右（安水新 等，2011）。

1.3 F3代差异目标质量性状的种植份数和每份材料群体大小的确定

1.3.1 1对显性目标质量性状种植份数和每份材料种植群体大小的确定 从F2代中选出的符合显性目标质量性状的材料，在F3代中不出现符合目标质量性状纯系的概率是2/3，种植n份F2代中选材料，纯系不出现的概率为2/3×1/2n-1，如种植9份材料，纯系不出现的概率为0.0026%，纯系出现的概率为99.7%。因此，为增加纯系出现的概率，种植材料份数要大于9份。本试验种植21份材料。

按照4n/（90%×80%）+X（n为每份材料种植株数，X为机动株数）确定每份材料种植群体大小，本试验每份供试材料种植15株。

隐性质量性状理论上不再分离，本试验种植4份材料，每份材料15株。

西瓜全缘叶对缺刻叶呈不完全显性，在下一代中不再出现分离，故在确定F3代试验份数、每份株数中将其视作隐性质量性状。

1.3.2 2对目标质量性状种植份数和每份材料种植群体大小的确定 在2对显性质量性状的选择中，F3代中符合目标质量性状的纯系不出现的概率为8/9，也就是说，如果种植1份双显性材料，纯系不出现的概率为8/9；种植2份显性材料，纯系不出现的概率为4/9；种植n份材料，纯系不出现的概率为8/9×1/2n-1。若种植9份材料，纯系不出现的概率为0.0017%，而纯系出现的概率为99.8%。所以为保证纯系出现的概率较大，种植2对显性质量性状的材料份数应在9份以上。本试验为了多选育纯合系，种植试材49份。

每份材料的群体大小主要是根据2 对杂合显性质量性状的分离比率（9∶3∶3∶1）而定，如果种植1株，F3代中目标质量性状不出现分离的概率为15/16，种植2株，性状不出现分离的概率为15/32，种植n株，性状不出现分离的概率为15/16×1/2n-1。如种植10株，杂合系不出现分离的概率仅为0.0018%，可以忽略不计。杂合系出现性状分离的概率达到99.8%，也就是说，凡是杂合系都能表现出来。按成苗率90%、自交坐果率80%计算，再加之数量性状优选等因素，至少种植14株可以使鉴定纯系准确率达99.9%以上。所以本试验每份供试材料种植15株。

1对显性和1对隐性目标质量性状的种植份数与每份材料种植群体的大小，与1对显性目标质量性状研究基本相同，只是在选用材料时把目标隐性质量性状考虑进去即可，本试验种植13份材料。

从理论上说2对隐性质量性状后代不再分离，本试验种植了6份材料，每份材料种植10株。

1.4 运用田间调查、记载及考种结果进行F2代后期选择及F3代是否为纯合系的判断标准

在西瓜考种之前，已对每份F2代保留的所有植株进行植物学性状的调查、记载。考种前结合坐果情况，进行单果质量性状选择。然后对符合目标性状的植株进行编号，记录在试验记载本上，同时在中选植株的果实上标记相同编号。再对每个中选单瓜进行考种，根据单瓜质量、含糖量、瓤质、瓤色、口感、汁液多少、种子性状等开展后期的选择与取舍。

在F3代每个单系中，全部符合目标质量性状的为纯合系，而出现不符合目标质量性状的为杂合系。

2 结果与分析

2.1 F2代群体大小及西瓜中前期选择

在目前已研究确定的西瓜主要质量性状中，绝大多数是受1对基因控制。2008年春季试验选用本院组配的F2代材料F8203、F8202、F8205、F8208 进行试验，这4份材料分别带有差异目标质量性状1对、2 对、3 对和4 对，试验栽植株数均大于4n/（90%×80%）。分别在苗期、伸蔓期和幼果期淘汰不符合目标性状的植株约75.0%、81.25%、85.9%和47.8%，分别保留25.0%、18.75%、14.1%和42.2%的植株。依据雌蕊期之前淘汰比率确定移栽株距，分别为15、15、10 cm 和25 cm。在试验过程中及时淘汰非目标性状植株，对保留植株严格自交，以备进行中后期选择（表1）。

表1 西瓜F2代群体大小及其选择 （2008年）

经过中前期选择与淘汰，大大节省了试验用地和管理用工，有效降低了试验成本。

2.2 F3代材料份数及其群体大小

F3代工作重点是鉴定出目标质量性状纯合的单系，并进行数量性状的优选。

2.2.1 1对目标质量性状 主要是指1对显性目标质量性状（1对隐性目标质量性状理论上不再出现分离）。在供试的21份材料中，F9310 等9份材料全部为条带、绿皮，没有分离出绿皮网纹单瓜，为纯合系，可进一步进行目标数量性状优选及利用；其他12份材料均分离出绿皮条带和绿皮网纹，为杂合系，淘汰（表2）。

表2 1对显性目标质量性状纯系鉴定试验

2.2.2 2对目标质量性状 包括2对显性目标质量性状、1对显性和1对隐性目标质量性状、2对隐性目标质量性状。

2对显性目标质量性状：在2011年春季试验的49份材料中，F1302、F1318、F1329、F1330、F1332 等5份材料全部表现为2对显性目标性状，未出现性状分离，为纯系（表3）；F1301 等7份材料出现绿皮、网纹的隐性性状分离，F1309 等37份材料出现短蔓、绿皮的隐性性状分离，均为杂合系，予以淘汰。基本符合受1对基因控制的2对显性质量性状其纯合系为杂合系1/9 的分离比例。

表3 2对显性目标质量性状研究结果 （2011年）

1对显性和1对隐性目标质量性状：在供试的13份材料中，F1362、F1367、F1368、F1370等4份材料没有出现分离，为纯合材料；其余9份材料出现目标质量性状分离，为杂合材料，淘汰。也基本符合受1对基因控制的1对显性质量性状其纯合系为杂合系1/3 的分离比例，见表4。

表4 1对显性和1对隐性目标质量性状研究结果 （2011年）

2对隐性目标质量性状：种植的6份材料，均表现为目标质量性状，没有出现分离，为纯合材料（表5）。

表5 2对隐性目标质量性状研究结果表 （2011年）

2.2.3 目标数量性状优选 单瓜质量、含糖量、瓜皮厚度等数量性状都是在西瓜生长发育的中后期及考种工作中才能检测出来，果实发育天数也是通过考种而得到，因此在西瓜中、前期目标质量性状选择基础上开展数量性状的优选，在自交果实考种之后根据目标质量性状的后期选择和数量性状的优选确定最后中选单瓜。

西瓜主要的数量性状，如单瓜质量、果实可溶性固形物含量、生育期、瓜皮厚度等的广义遗传力都在50%以上，属高遗传率，在选择时比较容易。在西瓜自交系的目标数量性状中，高产和高含糖量一般必不可少，要作为重点选择；西瓜生育期也是主要经济性状之一，包括从播种到坐果期天数和果实发育天数。按照目标性状要求在试验中、前期进行质量性状选择时，将其作为取舍依据。果实发育期在决选时作为一项主要参考指标；果皮厚度和果皮硬度也是一项主要经济性状，要根据目标性状的要求进行选择；单瓜种子数量为中遗传率，且对西瓜的品质、产量影响不大，作为一般选择指标。

3 讨论

3.1 西瓜系统选育F2代材料群体大小的确定

按照4n/（90%×80%）+X确定每份F2代材料的群体大小，能够在当代出现符合目标质量性状的纯合材料，再经F3代种植鉴定，可以获得目标质量性状纯合的自交系。注意在选择亲本时有差异的目标质量性状不要超过4对（如有5 对，则F2代材料的群体应在1 500株左右），否则群体太大，系内的试验误差较难控制，而且在F3代种植显性表现型的单瓜份数应大于35（243），难以操作。对于某一对目标数量性状来说，应选择均比较优异或至少1个优异的双亲，以利于优良数量基因的积累、累加，便于目标数量性状的优选。

3.2 西瓜F3代材料种植份数及每份材料种植群体大小的确定

依照≥9份、4n/（90%×80%）+X、≥15株分别确定1对、2对显性目标质量性状F3代材料种植份数、每份F3代材料种植群体大小，能够在F3代选育出目标质量性状纯合的自交系。与传统的西瓜杂交后代系统选育相比，可以把自交系选育代数缩减2～3 代，加快自交系选育速度，提高育种效率，降低育种成本。同时，把种植份数和每份材料的群体大小进行量化，既可保证目标株系出现，又不盲目增加群体种植数量，使该项育种技术更具科学性及可操作性。

3.3 西瓜系谱法自交系选育理念上的改进

因西瓜的杂合体具有一定的杂种优势，在同等试验条件下一般比纯合体的表现要好，在传统的系谱法选育中往往容易把质量性状已经纯合的材料淘汰掉，而选中杂合体，在优选—选杂（合体）—再优选—再选杂的进程中人为地延迟了质量性状纯合速度。与传统的系谱法选育技术相比，改进后的技术关键是理清杂种后代双亲间有差异的目标质量性状，在开展目标质量性状选育的同时进行目标数量性状优选，克服了西瓜传统系谱法自交系选育“选杂”的缺陷，对于瓜类乃至其他农作物的自交系选育都有一定的借鉴作用。在F2代进行中前期选择与淘汰和依据淘汰比例确定移栽密度的技术也是西瓜自交系快速选育的关键内容，一是可以减少试验中后期的工作量，二是可以节省试验用地，较大程度地降低育种成本。

据笔者试验，在质量性状纯合之后，单系内的数量性状表现基本一致。由于数量性状受多基因及微效基因控制，遗传机理复杂，有关质量性状纯合程度对数量性状表现型的影响还有待进一步研究。另外，双亲之间具有3 对以上质量性状差异的西瓜杂种后代的选育技术，也有待进一步试验。

安水新，李相涛，康宇静，霍治邦，刘宏，程志强，张存松.2011.西瓜F2群体大小及选择技术研究.长江蔬菜，（22）：11-13.

刘祖洞.1979.遗传学（上册）.北京：高等教育出版社.

王坚，蒋有条，林德佩，黄传贤.1993.西瓜栽培与育种.北京：农业出版社.

张天真.2006.作物育种学总论.北京：中国农业出版社.

中国农业科学院郑州果树研究所.2000.中国西瓜甜瓜.北京：中国农业出版社.