棉花杂交组合F1、F2高产优质性状分析

张凯 ，鲁宁宁 ，陈伟 ，陈娅雯 ，赵云雷 ，赵佩 ，龚海燕 ，崔艳利 ，桑晓慧 ，曹志强 ，王红梅 ，3*

（1.中国农业科学院棉花研究所/棉花生物学国家重点实验室，河南 安阳455000；2.河南大学生命科学学院/棉花生物学国家重点实验室，河南 开封475000；3.棉花生物学国家重点实验室郑州大学研究基地，郑州450000）

棉花是我国主要的经济作物之一，在国民经济中占据重要地位。近年来，我国棉花种植面积逐年下降[1]，选育高产丰产、优质、抗逆的棉花品种显得尤为重要。利用棉花的杂种优势是提高产量、改善纤维品质、增强抗逆性的有效途径之一[2]。目前，棉花杂种优势的应用主要有2种途径，一是以常规棉为亲本选育杂交种，二是以不育系和恢复系为亲本选育杂交种。通过这2种途径，可以筛选出具有优良性状的杂交棉品种[3]。但是，在生产实践中，通常采取人工去雄的方法培育棉花杂交种，用工成本较高。因此，棉花杂交种的市场价格越来越高。这在一定程度上制约了棉花杂交种的推广应用，而且人工去雄法制种量小，成本高，无法满足大面积的种植需求[4]。若可以利用F2，将会大大提高生产效率，获得高产、优质的棉花品种，有利于棉花杂交种的推广应用。

为更好地了解棉花杂交种F1、F2的竞争优势及F2的应用价值，比较分析了多个棉花杂交组合的F1、F2高产、优质性状表现差异，对 F2的推广应用前景进行分析评估，以期为棉花生产实践中更好地利用棉花杂种优势、有效发掘和利用杂种F2提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

以高产丰产、优质、多抗为育种目标，根据本课题组多年的育种积累，以丰产品种（系）冀棉169、冀棉 958、鲁棉研 21号、T3-1为母本，以优质品种（系）渝棉 1号（科棉 2号）、新疆丰为父本，按不完全双列杂交设计，采取人工授粉的方式配制成杂交组合（表1）。以8个杂交种的F1、F2为试验材料，以黄河流域棉区广泛种植的转基因抗虫棉常规种鲁棉研28号作对照（CK）。

1.2 试验设计

田间试验于2017年在中国农业科学院棉花研究所安阳东场试验基地进行，试验地连作棉花，肥力中等。试验采用裂区设计。小区为4行区，行长8 m，行距0.8 m，株距0.27 m，3个重复。于 2017年4月中旬播种，播种方式为点播，试验材料的管理同一般棉花田间生产管理。

1.3 试验调查

田间试验调查以小区为单位，调查试验小区中间2行植株，适时准确记录棉花各个生育时期的相关试验数据。每行选连续10株棉株调查第一果枝节位、株高、单株结铃数。按小区收取50个铃，进行室内考种，计算铃重和衣分。之后收花计算籽棉产量，依据衣分计算皮棉产量。棉样送于农业农村部棉花品质监督检验测试中心（HVICC校准）检测纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂伸长率、断裂比强度、马克隆值。

表1 杂交组合配制

1.4 数据处理

按照如下公式计算竞争优势：F1竞争优势＝（F1－CK）/CK×100%；F2竞 争优势＝（F2－CK）/CK×100%。以数值大小比较竞争优势的高低。利用SAS 9.3软件对试验数据进行统计分析。

2 结果与分析

2.1 F1、F2表型性状差异比较分析

合适的株型是棉花高产的基础[5]，第一果枝节位、株高等表型性状是判断棉花长势的关键性状。8个杂交组合F1、F2的株高、第一果枝节位如表2所示。有7个杂交组合的F1、6个杂交组合的F2株高均高于鲁棉研28号（CK），表现出较强的正向竞争优势。与F1相比，有6个组合F2的株高降低，其中组合7、8的F2株高极显著降低，这说明棉株营养生长的优势在减弱；组合2、6的F2株高增加，表现出正向竞争优势。5个组合的F1第一果枝节位高于CK，5个组合F2第一果枝节位高于CK，组合 7、8 F1第一果枝节位与CK差异极显著，有较高的正向竞争优势；F2第一果枝节位总体上比F1降低，组合4、7、8 的 F2第一果枝节位大幅低于 F1，组合 2、6 的F2第一果枝节位比F1小幅增高。总体上看，杂交种F1、F2比CK长势旺，强分离世代F2的株高、第一果枝节位杂种优势大部分比F1下降，仅组合2、6的上升，这说明不同来源的杂交组合不同性状的表现有差异。

表2 F1、F2株高、第一果枝节位差异比较

2.2 产量构成因素及产量差异比较分析

产量是棉花种植收益的基础，高产是棉花品种培育最重要的目标[6]。棉花产量构成要素主要包括单株结铃数、铃重、衣分。由表3可以看出，有3个杂交组合的F1单株结铃数高于CK，F2除组合5外均高于 CK；相较于 F1，各组合的F2单株结铃数均有所增多，其中组合2和8的F2单株结铃数相较于CK、F1都显著增多，这说明棉花杂交F2单株结铃数的竞争优势有所增加。就铃重来看，7个杂交组合的 F1均高于 CK， 组合 3、4、6、7、8 的 F1铃重极显著高于CK，仅有4个组合的F2铃重略高于CK。各组合F2的铃重普遍比F1低，仅组合1和3的F2铃重高于F1，其中组合3的F2铃重与F1差异显著。8个组合的F2衣分均低于F1，竞争优势均衰退。由表4可知，8个参试组合中，有5个组合的F2籽棉、皮棉产量较F1减少，籽棉减产幅度为0.69%～7.24%，皮棉减产幅度为1.57%～13.22%，产量竞争优势有所衰退；但组合2、6和 8的F2籽棉、皮棉产量较F1有所增加，这可能与其单株结铃数的显著增多有关。相较于CK而言，组合3的F1、F2籽棉、皮棉产量均有较高的正向竞争优势，且2个世代的籽棉产量均达到了差异显著水平。本试验中F2单株结铃数的竞争优势较F1均增大，所以F2籽棉、皮棉产量的降低可能跟铃重、衣分的下降有关。

表3 F1和F2产量构成因素差异比较

表4 F1、F2产量竞争优势比较

2.3 纤维品质指标差异比较分析

如表5所示，通过5个指标评价纤维品质。除组合6外，F2的上半部平均长度均比F1减少，组合4的F2上半部平均长度较F1减少4.76%，差异达到了显著水平，竞争优势有所下降；相对来说，组合7、8的上半部平均长度正向竞争优势较高，其F1、F2均有正向竞争优势，纤维长度最长。在断裂比强度上，只有3个组合F2断裂比强度比F1增加，差异并不明显；组合5、7的F1、F2断裂比强度有正向竞争优势。F2马克隆值在5.2～5.6，普遍低于 F1，也不高于CK。F2长度整齐度指数的竞争优势大多衰退，仅组合2的F2长度整齐度指数略微增加；5个组合的F1、2个组合F2的长度整齐度指数较CK有正向竞争优势，但差异均不显著。在断裂伸长率上，8个组合F1、F2的断裂伸长率较CK竞争优势不显著；组合2、6的F2断裂伸长率相较于 F1显著增加，其他组合均无明显差异。整体上看，F2的纤维品质较F1均有所下降，但差异较小，品质指标优良。

3 结论与讨论

棉花生产实践中，“矮、密、早”栽培模式是棉花高产、优质、低耗栽培的重要途径[7]。本研究表明，棉花F1和F2的表型性状有一定差异，存在竞争衰退现象。相较于常规种，棉花杂交种的株高正向竞争优势较明显，长势比较旺盛。大部分F2的皮棉、籽棉产量较F1有不同程度的减少，部分组合减产幅度超过10%。本试验中，F2单株结铃数的竞争优势较F1均增大，所以铃重、衣分的降低可能是导致F2产量竞争优势衰退的主要原因。组合2、6的F2有较小幅度增产，这可能与单株结铃数显著增多有关。与常规种相比，不同杂交组合的产量竞争优势也有差异，强优势组合的杂交种F2依然具有正向竞争优势，这说明筛选优势组合能够起到一定的增产作用。从纤维品质的表现来看，F2的纤维上半部平均长度、断裂比强度、马克隆值、长度整齐度指数都略微下降，断裂伸长率略提升。总体上看，分离世代F2的棉纤维品质较F1有些许降低，但仍优良。

表5 F1、F2纤维品质指标差异比较

表5 （续） F1、F2纤维品质指标差异比较

综上所述，棉花F2是否能够有效利用不能一概而论。不同品种间的杂交组合，其表型性状、产量性状、纤维品质性状表现均有差异。F2和F1相比，棉花产量性状优势会有不同程度的衰退，但是强优势组合的F2可以保持较高幅度增产优势，这与郑新疆等[8]的研究结果一致；一些优良品种杂交组合的F2竞争优势增加，部分优势组合还会有较大的增产幅度。分离世代F2的纤维品质较F1小幅降低。由此可见，在棉花生产实践中，部分强优势组合的F2依然具有增产潜力，发掘和利用好优良杂交组合的F2将有利于棉花杂种优势的应用。