早熟矮秆高粱亲本系配合力和遗传力分析

2017-05-06段有厚邹剑秋

辽宁农业科学 2017年2期

关键词：矮秆配合力遗传力

段有厚，卢峰，邹剑秋

（辽宁省农业科学院创新中心，辽宁沈阳 110161）

早熟矮秆高粱亲本系配合力和遗传力分析

段有厚，卢峰，邹剑秋

（辽宁省农业科学院创新中心，辽宁沈阳 110161）

为了筛选出早熟矮秆性状优良的高粱亲本，科学评价自选不育系和恢复系在育种应用的价值。本试验以5个高粱自选不育系和5个自选恢复系，采用不完全双列杂交设计（NCII），配制25个杂交组合，并对其株高、穗长、柄伸长、生育期、产量、穗粒重和千粒重7个主要农艺性状的配合力及遗传力进行了分析。结果表明：P03A是产量、柄伸长和穗粒重性状表现优良的不育系，2055A是能够缩短生育期、降株高和提高千粒重较好的不育系；0-01是产量和穗粒重表现优良的恢复系。穗长、株高、柄伸长、生育期的狭义遗传力均大于60%，表明这4个性状加性遗传的作用较突出；而产量、穗粒重和千粒重的狭义遗传力均小于60%，但其广义遗传力均高于70%，说明这3个性状受加性效应和非加性遗传共同作用明显，受环境及栽培条件的影响较大。

早熟矮秆；高粱；配合力；遗传力

高粱是世界杂种优势利用较早的农作物之一。杂种优势的利用主要集中于高产杂交种的选育。随着市场需求和种植业产业结构的变化，早熟、矮秆、适于机械化栽陪管理的新模式对高粱育种提出了新的要求。在干旱和半干旱地区大面积高粱生产中，种植早熟矮秆适于机械化栽培高粱杂交种成为促进高粱产业发展的关键。在高粱杂交种选育中，亲本的选择和杂交组合的选配又是高产杂交种选育的关键。衡量高粱亲本利用价值最重要参数主要是配合力和遗传力，测定和评价高粱亲本的配合力和遗传力对杂种优势研究和杂交育种实践具有重要意义。

目前国内对高秆大穗型高粱主要农艺性状、产量及品质等方面的配合力与遗传力已有较多研究，但是对早熟矮秆高粱亲本系和杂交种配合力与遗传力的报道较少见。因此，通过对 5个自选不育系和5个自选恢复系主要性状配合力及遗传力进行分析，以期通过科学、准确的评价分析其主要农艺性状的遗传规律，为选育适宜干旱和半干旱地区生态条件的早熟矮秆杂交高粱新品种提供理论参考和依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

自选5个高粱不育系：083A、P03A、01-26A、1401A、和2055A；自选5个高粱恢复系：2381、653-1、0-01、5014和5025。本试验于2015～2016年在辽宁省农业科学院创新中心试验地进行。试验土壤类型为壤土，前茬为向日葵。0～20 cm耕层土壤有机质含量为19．05 g／kg、全氮0．08 g／kg、速效钾110．6 mg／kg、有效磷20．7 mg／kg、pH为6．3。

1.2 试验设计

2015年采用不完全双列杂交（NCII）方法以5个不育系为母本，以5个恢复系为父本进行杂交，组配成 25个杂交组合，2016年将这些组合按照随机区组设计种植，3重复。每小区8行，行长5 m，行距0．6 m。密度为13．5万株／hm2，种肥磷酸二铵150 kg／hm2，拔节期追施尿素300 kg／hm2。其他管理同一般生产田。

1.3 测量项目

待高粱成熟时，测量株高、穗长和柄伸长，计算各组合生育期天数，每区取5株收获考种，计算其穗粒重和千粒重，收中间6行测产。

1.4 数据处理

以各组合性状的小区均值为基础，参照刘来福等的方法计算配合力、遗传力。用Excel 2003和DPS系统对数据进行处理和统计分析。

2 结果与分析

2.1 各性状的配合力方差分析

由表1可以看出，7个性状区组间差异不显著，说明重复间差异不显著，地力和环境对其影响较小。组合间差异均达极显著水平，说明各组合间存在真实的遗传差异。母本中各性状的各项方差均达到极显著水平，父本中除千粒重性状未达到显著水平外，其余性状配合力方差均达到显著和极显著水平，母本 ×父本的各性状特殊配合力方差均达到极显著水平，说明各性状的表现受加性和非加性基因效应的共同作用。母本在多个性状表现上的一般配合力方差明显大于组合的特殊配合力方差，父本中产量和籽粒性状的一般配合力方差小于组合的特殊配合力方差，说明本试验母本在杂种优势中的加性效应更突出。

2.2.1 各性状的一般配合力分析

一般配合力（GCA）反映亲本性状在一系列杂交组合中的平均表现，由基因的加性效应决定。亲本的一般配合力效应值高说明与该性状有利的微效基因数量多，加性基因效应大，遗传较稳定。从表2可以看出，株高性状中一般配合力：不育系1401A最高，2055A最低；恢复系2381最高，5025最低。穗长性状中一般配合力：不育系01-26最高，2055A最低；恢复系5025最高，653-1最低。柄伸长性状中一般配合力：P03A最高，2055最低；恢复系2381最高，653-1最低。生育期性状中一般配合力：083A最高，2055最低；恢复系2381最高，5025最低。产量和穗粒重性状中一般配合力：P03A最高，01-26A最低；恢复系0-01最高，5025最低。千粒重性状中一般配合力：2055A最高，P03A最低；恢复系653-1最高，2381最低。

说明同一性状不同亲本间的一般配合力效应不同，同一亲本不同性状间的一般配合力效应也不同。以2055A为例，其株高、穗长、柄伸长和生育期的一般配合力较低，千粒重较高，以其为不育系组配的杂交种可能是矮秆早熟大粒品种，但穗子和柄伸长可能短些。以恢复系2381组配的杂交种则可能是高秆晚熟品种。单从产量和穗粒重角度看，组配高产大穗品种，P03A和0-01或许是更好的不育系和恢复系。所以，在高粱育种工作过程中，改良某种性状的同时，必须注意相关性状的变化。

2.2.2 组合的特殊配合力分析

特殊配合力（SCA））是2个亲本杂交后通过相互作用表现出来的非加性效应，即基因的显性、超显性和上位性效应，受外界环境影响较大，不能稳定地遗传，但可以作为选配组合的参考。从表3可以看出，株高、生育期、产量和穗粒重特殊配合力最大值组合均为P03A的不同组合；株高、穗长、柄伸长和生育期特殊配合力最小值组合均为2055的不同组合。柄伸长和株高的极值变幅较大；生育期和千粒重极值变幅较小。同一亲本不同组合间及同一组合不同性状间的SCA效应值差异明显。

2.2.3 一般配合力与特殊配合力的关系

从表2和表 3可以看出，在株高性状中，不育系1401A和恢复系2381的一般配合力最高，但其组合的特殊配合力却不是最高；在穗长性状中，一般配合力最高不育系0-26A和最低的653-1组配的特殊配合力效应值却最高；在产量性状中，特殊配合力效应值最高的不是P03A／0-01，而是P03A／2381。以此类推，其它性状也是类似情形。这说明配合力的遗传较为复杂，2个综合性状优良的材料往往不能组配出最佳组合，杂种优势最强的组合其双亲不一定都有最好的一般配合力，亲本一般配合力高的组合的特殊配合力并不一定高。因此，大多研究认为，要想获得强优势的杂交组合，双亲之一必须要有较高的一般配合力。由此可见，亲本一般配合力的高低与其组合特殊配合力的高低并不完全一致，两者之间有关联，但不是必然相关。因此在高粱育种亲本选择时，亲本的一般配合力和组合的特殊配合力须兼顾考虑。

2.3 基因型、配合力方差和遗传力估算

为了更深入地了解双亲及其互作对杂交 F1代性状的影响，根据随机模型估算各性状的一般配合力基因型方差和特殊配合力基因型方差，并估算一般配合力和特殊配合力基因型方差与总方差的比重（Vg、Vs），再估算广义遗传力（hB2）和狭义遗传力（hN2）。

由表4可知，在穗长、柄伸长、产量、穗粒重和千粒重5个性状方面，母本对杂交F1的遗传影响大于父本；在株高和生育期2个方面，父本对杂交F1的遗传影响大于母本，所以在早熟矮秆高粱选育方面，母本的创制、改良和利用须注重多个性状，父本则更应注重株高选择。

一般配合力基因型方差均大于特殊配合力基因型方差，说明这些性状的遗传主要受加性基因控制，育种上应以选择亲本更为重要。但产量和穗粒重的特殊配合力基因型方差在遗传总方差中所占的比重也较大，分别为33．01%和37．59%，说明在这2个性状中非加性基因的作用也比较为突出，在早熟矮秆高粱育种中应重视双亲的互作效应。

由表4还可以看出，各性状的广义遗传力（hB2）均高于狭义遗传力（hN2），各性状的狭义遗传力从大到小的顺序依次为：穗长＞株高＞柄伸长＞生育期＞产量＞千粒重＞穗粒重。除穗粒重和千粒重的广义遗传力稍低外，其它各性状的广义遗传力都较高，且穗粒重的广义遗传力与狭义遗传力之间的差异较大，具有较高的特殊配合力方差，说明穗粒重的非加性遗传作用较突出，而其余6个性状的狭义遗传力都较高，说明这些性状的加性遗传作用较显著。

表1 各性状的方差和配合力方差分析

表2 各亲本的一般配合力的效应值

表3 特殊配合力极值及其组合名称

表4 基因型、配合力方差和遗传力数值

3 结论与讨论

3.1 早熟矮秆高粱主要农艺性状的遗传规律

7 个性状的一般配合力（除千粒重的父本外）和特殊配合力均达差异显著或极显著水平，表明这些性状受加性和非加性基因的共同作用，同时亲本的一般配合力方差均明显高于组合的特殊配合力方差，说明这些性状的遗传主要受加性基因控制。这与大多数研究者的结论类似。

3.2 亲本及其组合的综合性状表现与评价

一般配合力效应由亲本基因型的加性效应基因决定，其效应值高低，决定该性状基因遗传可能性大小，一般配合力越大，其受外界环境影响越小，越有利于改善产生强优势杂种后代。特殊配合力则是某一个特定组合某一性状减去双亲一般配合力后所呈现表型偏差，受环境的影响较大，不能稳定遗传，但可以指导杂种优势的利用和杂交种的选育，所以在育种过程中也应考虑组合特殊配合力的应用。

本试验结果表明，P03A是产量、柄伸长和穗粒重性状表现优良的不育系，01-26A是穗长性状表现好的不育系，2055A是能够缩短生育期、降株高和提高千粒重较好的不育系；0-01是产量和穗粒重表现优良的恢复系，5025是缩短生育期、降株高和增加穗长较好的恢复系，2381是产量和柄伸长表现较好的恢复系。这些亲本系不仅在某些性状上表现出较好的一般配合力，而且组配出了高产、矮秆、柄伸长和熟期短的杂交组合：P03A／2381、01-26A／653-1、P03A／5025和2055A／5025。

3.3 早熟矮秆高粱农艺性状的遗传力分析

遗传力表明某一性状受到遗传控制的程度，广义遗传力是指遗传变异占表现型总变异的百分数，或遗传方差占表现型方差的百分数，反映遗传性状选择效果优劣。狭义遗传力指群体内加性遗传方差占表型方差的比率，能更准确地反映选择效果优劣。

本试验中高粱穗长、株高、柄伸长、生育期的狭义遗传力均大于60%，表明加性遗传的作用较突出，这些性状由亲本直接传递给杂种的能力较强，可进行早代选择；而产量、穗粒重和千粒重的狭义遗传力均小于60%，但其广义遗传力均高于70%，说明这3个性状受加性效应和非加性遗传共同作用明显，受环境及栽培条件的影响较大。

综上所述，在早熟矮秆高粱育种实践中，必须综合考虑不育系或恢复系农艺性状优势和不足，充分了解同一亲本不同性状配合力的差异，这样才能组配出生高产、优质、广适和经济效益显著的高粱杂交种，才能最大限度地挖掘亲本的价值，为高粱生产和农业增产增收做出贡献。

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