含斑茅血缘甘蔗亲本及组合经济育种值评价

2017-05-30王勤南谢静张垂明吴其卫吴嘉云符成刘少谋

热带作物学报 2017年7期

王勤南　谢静　张垂明　吴其卫　吴嘉云　符成　刘少谋

摘要为评价含斑茅血缘甘蔗亲本的遗传特点和组合的选配效果，采用澳大利亚家系试验法，借助R软件对25个家系F1群体的株高、茎径、有效茎、蔗茎产量、锤度等5个主要数量性状进行遗传变异、遗传方差及经济育种值（EBV）分析。结果表明：株高、茎径和锤度受父母本加性基因效应和非加性基因效应所制约，蔗茎产量和有效茎受母本加性基因效应和非加性基因效应所制约。10个母本经济育种值变幅为-1 724.93～908.78元，有5个母本经济育种值为正值；9个父本经济育种值变幅为-167.33～243.86元，有4个父本经济育种值为正值；25个家系经济育种值变幅为-1 749.43～1 474.77元，有14個家系经济育种值为正值。10个母本中，崖城11-31、崖城07-71和崖城06-140可作为生产性母本；9个父本中，崖城05-164和崖城07-20可作为生产性父本。25个家系中，桂糖02-761×崖城05-164、德蔗93-88×崖城06-61、崖城11-31×ROC22、崖城07-71×HoCP02-623和崖城12-8×K86-110等5个家系可作为生产性家系，该批组合易选育出高经济效益的新品种，建议加大力度使用。

关键词甘蔗；斑茅；亲本、实生苗；经济权重；经济育种值

中图分类号 S566.1 文献标识码 A

Abstract In this paper， the Australian family test method was used to evaluate the genetic characteristics of sugarcane with consanguinity of E. arundinaceus and the effect of crosses selection. The plant height， stalk diameter， millable stalks， cane yield and brix in 25 F1 groups were studied by R sofeware， the analysis of genetic variation， genetic variance and economic breeding value（EBV）was conducted. The results suggested that plant height， stalk diameter and brix were determined by the additive gene effect of female parents and non-additive gene effect， and cane yield and millable stalks were determined by the additive gene effect of female parents. The EBVs of 10 female parents were from -1724.3 RMB to 908.78 RMB， and 5 of them were above zero. The EBVs of 9 male parents were from -167.33 RMB to 243， 86 RMB，and 4 of them were above zero. The EBVs of 25 families were from -1749.43 RMB to 1474.77 RMB， and 14 of them were above zero. Among the 10 female parents， Yacheng 11-31， Yacheng 07-71， Yacheng 06-140 were recommended to be used in commercial crossing. Among the 9 male parents， Yacheng 05-164 and Yacheng 07-20 were recommended to be used in commercial crossing. Among the 25 families， the cross combinations Guitang 02-761 × Yacheng 05-164， Dezhe 93-88 × Yacheng 06-61， Yacheng 11-31 × ROC22， Yacheng 07-71 × HoCP 02-623 and Yacheng 12-8 × K86-110 could be used widely in sugarcane breeding.

Key words Sugarcane； E. arundinaceus； parent； seedling； economic breeding value

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.07.015

甘蔗育种者在新品种选育工作中面临的首要问题之一就是如何进行杂交亲本选配。开展甘蔗亲本及组合评价，揭示甘蔗亲本的遗传特点和育种潜力，以期提高组合选配的预见性和后代选择的效率，并从中筛选出优良亲本和组合，为合理利用亲本及组合的选配提供科学依据，对我国甘蔗育种具有重要的参考意义。一直以来，国内甘蔗育种机构均采用配合力分析从甘蔗主要经济性状对亲本和家系进行评价[1-6]。经济育种值从甘蔗品种性状改良权衡出发，兼顾工农各方效益，促使工农效益一致，作为评价甘蔗品种对产业贡献的一个参数，是目前国际上动植物育种最广泛的一种先进遗传评价方法，克服了配合力分析中NCⅡ设计因种子发芽率低，苗数不足，使试验无法进行的问题。

斑茅（S. arundinaceum Retz）是甘蔗的近缘属植物，具有生长旺盛，抗旱耐贫瘠，抗病抗虫性强，适应性广，生态竞争能力强等优异性状。因此，斑茅越来越受到国内外甘蔗界育种家的重视，期望通过甘蔗与斑茅远缘杂交，将斑茅的特异性状导入甘蔗，寻求甘蔗育种新的突破。

广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场从20世纪50 年代中期开始斑茅与甘蔗的远缘杂交利用的研究，但直到2001 年才突破甘蔗与斑茅杂交第1 代杂种（F1）杂交不孕的难题，获得第2 代杂种（BC1），2003 年成功育成一批第3代杂种（BC2）。现已将回交世代推进到BC5及保存大量的育种中间材料[7-10]，并已筛选出农艺性状较优的含斑茅血缘的甘蔗优良亲本供给全国各育种单位利用。本文以25个家系的F1代分离群体为供试材料，借鉴澳大利亚家系试验法，借助R软件及相关程序，通过对株高、茎径、有效茎、蔗茎产量、蔗糖分等5个主要数量性状进行遗传变异、遗传方差及经济育种值（EBV）进行分析，进而筛选出一批优良含斑茅血缘甘蔗亲本，给全国各育种单位提供组合选配参考，实现含斑茅血缘甘蔗亲本的高效利用，为选育出突破性新品种提供理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

参试亲本有20个，其中崖城05-164、崖城06-166、崖城06-111、崖城06-140、崖城06-61、崖城06-63、崖城07-20、崖城07-65、崖城07-71、崖城09-60、崖城11-31、崖城11-35、崖城11-36、崖城11-84和崖城12-8等15个亲本为广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场自主创制经分子标记鉴定为含斑茅血缘的真杂种。共配制杂交组合25个，作母本10个，作父本9个，同时作母本和父本4个。

1.2 方法

1.2.1 组合选配及杂交 2013～2014杂交季节根据20个亲本的开花情况在海南甘蔗育种场对所配制的25个杂交组合进行杂交。操作规程如下：分别取上述20个亲本形态在孕穗期小笔管至大笔管阶段进行高压包茎，待高压包茎出根且形态正处于要开花（未杨花）时砍下甘蔗，移至室内杂交温室进行严格套袋，套袋后置于杂交温室单元格中，单元格上下左右均用布罩住。杂交期间，杂交温室温度控制在25～28 ℃，湿度控制在80%～100%，经过7～14 d（视花期而定）花期结束后，移至杂交成熟区进行培养直至花穗成熟。

1.2.2 试验设计 2015年3月12日播种，4月22日假植，6月26日从各组合随机取60株实生苗，按随机完全区组设计定值于广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场创新圃里，单行区，每行定值20株，行长4.5 m，株距0.2 m，行距1.2 m，3次重复。田间栽培管理按常规。

1.2.3 测定指标 2015年12月31日，分别从各小区内选取连续的10丛，并测定株高、茎径、锤度，并分别以有效茎/（千条/hm2）=行有效茎×15×667/（4×1.3）×

1 000，单茎重=（0.785 4×茎径2×株高×1.0 g/cm3）/1 000，蔗茎产量/（t/hm2）=单茎重×有效茎×10-6，蔗糖分/%=平均锤度×1.082 5-7.703，估算有效茎、单茎重、蔗茎产量、蔗糖分。

1.3 數据分析

1.3.1 混合线性模型BLUP 最佳线性无偏预测（BLUP）[11-14]是目前国际上动植物育种最广泛的一种先进的一种遗传评价方法，不仅能对不完全双列杂交遗传设计进行分析，还能对不平衡数据进行分析。混合线性模型BLUP效应是由固定效应和随机效应组成的，是将观察值表示为对有影响的各遗传与环境因子之和。其模型矩阵表示为Y=Xb+Zu+e，其中Y是观察值向量，b是固定效应向量，X是b的结构矩阵，u是随机效应向量，Z是u的结构矩阵，e是随机残差向量。

1.3.2 经济育种值经济育种值是一线性函数，其模型为EBV=∑BiWi，其中，EBV为经济育种值，Bi为性状i的育种值，Wi为性状i的经济权重。

1.3.3 性状经济权重的确定经济权重表示某个性状的改良单位值对生产单位产品能给整个产业产生的多少效益[15]。本文性状经济权重的确定（表1）参考邓祖湖等[16-20]。

2 结果与分析

2.1 性状的遗传变异分析

25个组合F1群体5个性状的平均值列于表2，组合间平均株高变幅为154.53～261.00 cm，有12个组合超过总平均值（186.99 cm）；平均茎径为1.55～2.63 cm，有15个组合超过总平均值（2.29 cm）；平均公顷有效茎为42.61～156.25，有11个组合超过总平均值（78.25）；平均锤度为16.91～23.64%，有14个组合超过总平均值（19.60%）；平均公顷蔗茎产量为34.43t～100.81 t，有11个组合超过总平均值（59.69 t）。这些性状中有效茎和蔗茎产量变异系数较大，株高和茎径变异系数较小，锤度变异系数最小。

对后代材料的蔗茎产量、锤度、有效茎、株高和茎径5个性状按母本、父本和组合进行分类方差分析。结果表明（表3），锤度、株高和茎径在母本、父本和组合间均表现出显著的差异，说明锤度、株高和茎径皆显著地受母本、父本和杂交组合的影响。蔗茎产量和有效茎在母本和组合间均表现出极显著的差异，说明蔗茎产量和有效茎皆极显著地受母本和组合间的影响。

2.2 母本经济育种值

从10个母本5个性状的经济育种值（表4）可知：10个母本经济育种值变幅为-1 724.93～908.78元，有5个母本经济育种值为正值。10个母本中，崖城11-31是最理想的母本，其经济育种值最高（908.78元）；其次为崖城07-71，其经济育种值为493.03元；再次为崖城06-140、崖城07-65和崖城12-8，其经济育种值在260～450元之间；最后是崖城06-111等5个母本经济育种值最低，其经济育种值在-1 800～-100元之间。

2.3 父本经济育种值

从9个父本5个性状的经济育种值（表5）可知：9个父本经济育种值变幅为-167.33～243.86元，有4个父本经济育种值为正值。9个父本中，崖城05-164是最理想的父本，其经济育种值最高（243.86元）；其次为崖城07-20，其经济育种值为134.77；再其次为崖城06-61和崖城06-63，其经济育种值分别为95.34和31.76；最后是崖城09-60、崖城06-166等8个父本经济育种值最低，其经济育种值在-170～-2元之间。

2.4 家系经济遗传值

从25个家系5个性状的经济育种值（表6）可知：25个家系经济育种值变幅为-1 749.43～1 474.77元，有14个家系经济育种值为正值。25个家系中，桂糖02-761×崖城05-164表现最突出的家系，其经济育种值最高（1 474.77元）；其次为福农德蔗93-88×崖城06-61等4个家系，其经济育种值在500～1 100元之间；再次为崖城07-65×HoCP03-708等9个家系，其经济育种值为0～300元之间；最后是崖城11-36×ROC22等11个家系经济育种值最低，其经济育种值在-1 800～-70元之间。

3 讨论

变异系数是衡量杂交组合后代性状的变异程度。本研究通过对含斑茅血缘甘蔗亲本主要性状遗传特点的研究结果表明，含斑茅血缘甘蔗亲本各性状变异系数大小顺序为有效茎>蔗茎产量>株高>茎径>锤度，与笔者先前研究的崖城系列性状变异系数大小相比[20]，含斑茅血缘甘蔗亲本具有较大的有效茎变异系数，其它性状变异系数大小顺序与崖城系列亲本是一致的。分类方差分析结果表明：株高、茎径和锤度受父母本加性基因效应和非加性基因效应所制约，蔗茎产量和有效茎受母本加性基因效应和非加性基因效应所制约。

经济育种值是在数量遗传学和育种学的基础上，从甘蔗品种改良性状权衡和兼顾工农效益出发，作为评价甘蔗品种对产业贡献的重要参数，是当前国动植物育种最先进的遗传评价方法之一[21]。本研究通过对含斑茅血缘甘蔗亲本的经济育种值进行分析，初步筛选出一批高经济育种值的含斑茅血缘甘蔗亲本，使用该批亲本选育出高经济效益的新品种机率较大。崖城11-31、崖城07-71和崖城06-140可作为生产性母本，加大力度使用；崖城07-65和崖城12-8亲本，建議作母本继续杂交观察；崖城06-111、崖城06-166、崖城11-36、崖城11-35和崖城11-84，作母本经济育种值均为负值，建议少用。崖城05-164和崖城07-20可作为生产性父本，加大力度使用；崖城06-61和崖城06-63建议作父本继续杂交观察；崖城09-60、崖城06-166、崖城07-71、崖城06-111和崖城11-84作父本经济育种值均为负值，建议少用。

通过对25家系经济育种值分析，初步筛选出一批高经济育种值的家系，使用该批家系易选育出高经济效益的新品种。桂糖02-761×崖城05-164、德蔗93-88×崖城06-61、崖城11-31×ROC22、崖城07-71×HoCP02-623和崖城12-8×K86-110等5个家系可作为生产性家系，加大力度使用；崖城07-65×HOCP03-708、崖城06-140×HoCP02-610、崖城07-74×柳城07-500、崖城06-166×粤农73-204、柳城03-182×崖城05-164、崖城07-71×HoCP05-902等12个家系，建议继续杂交观察；崖城11-36×ROC22、粤糖91-976×崖城07-71等11个家系经济育种值均为负值，建议少用。

本研究表明，崖城11-31、崖城07-71、崖城06-140和崖城05-164可作为重点亲本加以利用，该批亲本是广州甘蔗糖业研究所海南甘蔗育种场利用热带种与海南斑茅远缘杂交并不断回交选育而成，是国内首次利用亲本经济育种值进行评价，并提供给全国各育种单位进行杂交利用。同其他甘蔗常用亲本比，含斑茅血缘亲本杂交后代具有较强的生势、较好的蔗茎产量遗传力[22]和较好的宿根性。近年来，利用该批亲本进行杂交已提供给全国各甘蔗育种单位花穗126穗，组合69个，经多年的选育观察已储备大量的育种中间材料，并有不少材料具有成为新品种的潜力。

此外，不同的甘蔗与斑茅杂交或回交后代抗黑穗病、抗花叶病和抗旱表现出高度分离[23-24]，崖城07-71和崖城06-140在大田试验具有很强的抗黑穗病，对其进行花叶病毒、黄叶病毒、杆状病毒和宿根矮化病毒检测均为阴性。因此，崖城07-71和崖城06-140除具有很高的经济育种值外，还有望成为甘蔗育种中高抗的抗源亲本加以利用。

参考文献

[1] 陈如凯，林彦铨，张木清，等. 现代甘蔗育种理论与实践[M]. 北京：中国农业出版社， 2003： 57-58.

[2] 李奇伟. 现代甘蔗改良技术[M]. 广州：华南理工大学出版社， 2000： 13-17.

[3] 彭绍光.甘蔗育种学[M]. 北京：中国农业出版社， 1990： 1-392.

[4] 邓祖湖，徐良年，陈如凯，等. 甘蔗实生苗净光合速率与经济性状的配合力分析[J]. 热带作物学报， 2006， 27（1）： 33-38.

[5] 徐良年，罗俊，陈如凯，等. 甘蔗杂交后代主要荧光性状的遗传力及配合力分析[J]. 热带作物学报， 2007， 28（1）： 34-39.

[6] 邓祖湖，林彦铨，张木清，等. 甘蔗实生苗及其宿根性状配合力分析[J]. 福建农业大学报， 2000， 29（3）： 286-291.

[7] 符成，邓海华，刘少谋，等. 海南甘蔗育种场斑茅研究利用[J]. 甘蔗糖业， 2003（6）： l-5.

[8] 符成，邓海华，陈西文，等. 斑茅及其杂种后代丰要经济性状研究[J]. 甘蔗糖业， 2004（4）： 1-5.

[9] 符成，刘少谋，胡后祥，等. 甘蔗斑茅属间远缘杂种崖城01-87回交人选品系的评价[J]. 作物杂志， 2009（1）： 35-39.

[10] 刘少谋，符成，陈勇生. 近十年海南甘蔗育种场斑茅后代回交利用研究[J]. 甘蔗糖业， 2007（2）： 1-6.

[11] 王斌会. R语言统计分析软件教程[M]. 北京：中国教育文化出版社： 2007： 1-216