早熟陆地棉与转Bt基因棉的配合力和杂种优势分析

王旭文 刘丽 孔宪辉 王娟 余渝

摘要：新疆是我国最大的优质棉产区，转Bt抗虫棉能有效控制棉铃虫的蔓延和发生。为快速有效的培育出适应新疆的优质抗虫棉，利用6个当地早熟棉品种（系）和5个抗虫棉品种（系），按照不完全双列杂交（NCII）设计配制30个杂交组合，分析了亲本的配合力和杂交组合的杂种优势。结果表明：亲本一般配合力较好的亲本为B2、B4、A4、A6，特殊配合力较好的组合是A1×B4、A2×B1、A3×B1、A4×B3、A5×B2、A6×B3;多数农艺性状杂种优势明显，其中始果枝位高度正向优势明显;在品质性状中除马克隆值为负向优势外，其余都为正向优势。研究结果表明，可以通过杂种优势选择来解决新疆机采棉始果枝着生位的高度较低和新疆棉花马克隆值等级不高等问题。

关键词：早熟陆地棉;转Bt基因棉;杂种优势;配合力

中图分类号：S562.035.1    文献标识码：A    文章编号：2095-3143（2020）05-0030-10

DOI：10.3969/j.issn.2095-3143.2020.05.004

Abstract： Xinjiang is the largest high-quality cotton production region in China. Transgenic Bt cotton can effectively control the spread and occurrence of bollworm. In order to breed new transgenic insect-resistant cotton varieties adapted to Xinjiang rapidly and effectively， this study used 6 local early maturing cotton varieties （lines） and 5 transgenic Bt cotton varieties （lines）， made 30 hybrid combinations according to incomplete diallel cross （NCII） design， analyzed the combining ability of parents and heterosis of hybrid combinations. The results showed that the parents with good general combining ability were B2， B4， A4 and A6. The better combination of special combining ability is： A1×B4， A2×B1， A3×B1， A4×B3， A5×B2， A6×B3. The heterosis of most agronomic traits was obvious， among the height of first branch was significant positive advantage. The quality traits were all positive  heterosis， except for the micronaire. The results lay a theoretical foundation for breeding high quality insect-resistant cotton for Xinjiang. The selection of heterosis can be used to solve the problems of low height of first branch and low grade value of micronaire in xinjiang cotton.

Key words： Early maturing upland cotton; Transgenic Bt cotton; Heterosis; Combining ability

0  引言

棉花是我國重要的经济作物，而新疆是我国最大优质棉产区。20多年来新疆的植棉面积和产量居全国各省区之首。目前，新疆棉花的种植面积占到了全国的75%，棉花的产量占到了全国的85%[1]。北疆植棉区是优质棉的主产区，该地区日照丰富、海拔较低、夏季温度高，但存在有效积温不足（大约3600℃）和无霜期短（大约180天）的问题。该地区要求推广棉花品种生育期在120天左右，近年来机采棉的大面积推广对棉花的生育期要求更加严格，所以在北疆地区推广的棉花品种多为自育早熟陆地棉。

转Bt基因抗虫棉育成和推广，有效地控制了棉铃虫的蔓延和发生，稳定了我国棉花生产，其经济效益、生态效益和社会效益十分显著，推广速度十分迅速[2]。事实证明，转Bt抗虫棉在新疆不推自广，棉农大多是非抗虫棉不种，抗虫棉需求量很大，而引进的转基因棉材料往往要经过育种过程的改良才能大面积应用。如何快速有效育成适应新疆的高产、优质、抗虫的棉花新品种，成了新疆棉花科研工作者重要研究方向。很多研究表明，利用棉花杂种优势可以大幅度提高纤维产量、改善纤维品质并增强抗病虫等逆境能力[3-7]，但因陆地棉高产、优质、早熟等主要经济性状均为数量性状，受微效多基因控制及环境影响，使得杂交棉性状表现极其复杂[8]。棉花杂种优势利用有人工去雄授粉、雄性不育昆虫辅助授粉和化学杀雄等方法[9]，而无论那种方法都应加强亲本一般配合力和特殊配合力的选择研究，要选育出强优势杂交组合，首先要了解亲本的配合力及杂交组合的杂种优势。本研究从杂种优势和杂交育种的角度分析转基因抗虫棉配合力、遗传力和杂种优势，目的是通过对生物技术育成的转基因棉品种进行改良，从而育成适应北疆早熟植棉区的抗虫棉新品种。

1  材料与方法

1.1  供试材料

供试母本为当地早熟棉品种（系）6份，分别为07195、石H8、C6-5-3、Z1112、217、垦1242，分别以A1～A6代码表示;供试父本为自育和引进的抗虫棉品种（系）5份，分别为105-15、10-45、74-1、Sic74、907，分别以B1～B5代码表示。按照不完全双列杂交（NCII）设计配制杂交30个组合。

1.2  试验设计

2014年将F1代随机区组种植，2次重复;小区长5 m，行距为30 cm 和60 cm的宽窄行，株距为10 cm，双行区，小区面积9 m2。以新陆早36号为对照，每重复设置2个对照小区。

1.3  调查内容与方法

吐絮期调查株高、果枝数、始果枝位的节位、始果枝位的高度、收获株数、铃数，收获期分霜前、霜后实收产量，两者合计为总产量;每个处理取20个铃回室内考种，纤维送农业部棉花检测中心（安阳）测定纤维品质。

1.4  数据处理方法

试验数据以小区平均值为单位进行处理，进行方差分析、配合力分析，方差分析和配合力分析运用DPS软件，并用Excel计算组合竞争优势（CH）。

競争优势（CH%）=（组合F1值-对照值）/对照值×100

2  结果与分析

2.1  各性状方差分析和配合力方差分析

对5份抗虫棉父本、6份早熟陆地棉母本配制的30个组合的植株性状、产量性状、品质性状进行方差分析（见表1）。结果表明：除单铃重外，组合间差异均达到显著水平和极显著水平，说明这些性状的差异是由材料本身遗传差异产生的。对父本和母本的一般配合力方差分析表明，父本的一般配合力方差除果枝数、总产量、整齐度性状外，其它性状均达到显著水平;母本的一般配合力方差除果枝数、单株铃数、单铃重、长度、整齐度等性状外，均达显著水平，说明这些性状受基因的加性效应控制为主，早代可以加强这些性状的选择。对组合的特殊配合力分析表明，除株高、始节位、单铃重、长度、马克隆值、比强度外，其它性状均达到显著水平。一般配合力低的亲本，其组合的特殊配合力不一定低，也可以通过组配强优势组合，来选择优良品系。进一步分析表明，在植株性状和产量性状中亲本一般配合力方差都较大，说明父本、母本贡献都大，容易产生超亲优势的组合。

2.2   广义遗传力和狭义遗传力分析

对14个性状广义遗传力分析表明（表2）：株高、始果枝位高度、果枝数、单株铃数、衣分、霜前产量、霜后产量、总产量8个性状的广义遗传力较大，表明这些性状受加性遗传和非加性遗传共同作用，但非加性遗传占主导作用;其它性状的广义遗传力较低。狭义遗传力大于50%的性状有6个，分别为株高、始果枝位高度、衣分、霜前产量、霜后产量、总产量。说明该性状受加性遗产和非加性遗传共同作用。株高、始果枝位高度、衣分、霜前产量、霜后产量、总产量6个性状的广义遗传力和狭义遗传力都较高。衡量棉花品质主要三大指标——长度、比强度、马克隆值的广义遗传力和狭义遗传力相当，都在40%左右，说明这些性状亲本选配时要考虑亲本的广义遗传力和狭义遗传力，后代选择时以早代选择为主。

2.3  一般配合力分析

一般配合力是由基因的加性效应所决定的，是可以遗传的部分[10]。一般配合力是由材料本身决定的，受环境影响较小，一般配合力高的性状，其杂交后代表现好，在后代中选择出优于亲本的性状机率较大。特殊配合力是两个特定亲本杂交后杂交组合的表现，一般是不能遗传的，主要由超显性和加性效应所决定的，所以特殊配合力高的组合，在其后代中不一定选育出好的材料。各亲本各性状的一般配合力结果见表3，表中可以看出：株高、始果枝位高度、始果枝位节数、单铃重、衣分、总产量、长度、马克隆值、比强度的一般配合力较高。

对亲本的一般配合力分析表明：在植株性状中要求棉花株高、果枝数较大且为正值，要求始果枝位高度配合力高且始果枝位节数绝对值较小;这样的材料前期长势好，始果枝位高度满足目前机采棉要求，始果枝位节数相对较少，有利于早现蕾、果枝数较多;因此，株型较好的亲本有B2、A4。在棉花产量及产量构成因素中要求产量、单株结铃数、单铃重、衣分的配合力高且为正值，较好亲本有B3、A3、A6;对于产量构成因素中B2亲本单株铃数、单铃重一般配合力较高，B4、A5亲本衣分的一般配合力较高。在棉花主要纤维品质指标中，纤维长度表现一般配合力高的亲本是B4，纤维比强度表现一般配合力高的亲本是B3、A4，马克隆值一般配合力要求为负值，表现较好亲本是B1、B2、B4、A1、A4。综合分析，亲本一般配合力较好的亲本为B2、B4、A4、A6。

2.4  特殊配合力分析

通过对30个组合特殊配合力计算结果（表4）表明：果枝数、单株铃数、整齐度的特殊配合力较高;株高最高的为A6×B2，最低的为A5×B1;始果枝位高度最高的为A1×B4，最低的为A6×B3;果枝数最高的为A3×B3，最低的为A3×B2;单株铃数最高的为A2×B5，最低的为A2×B4;单铃重最高的为A1×B2，最低的为A5×B4，但相差不大;衣分最高的为A3×B5，最低的为A6×B2;总产量最高的为A1×B1，最低的为A1×B3;长度最高的为A5×B2，最低的为A6×B5;比强度最高的为A1×B2，最低的为A1×B4;马克隆值最高的为A1×B4，最低的为A2×B5。综合考察棉花植株性状、产量及产量性状、品质主要性状，特殊配合力较好的组合是：A1×B4、A2×B1、A3×B1、A4×B3、A5×B2、A6×B3。

2.5  杂种优势分析

从各组合所有性状杂种优势平均结果（表5）来看：在植株性状中，株高略有降低，始果枝位高度、始果枝位节数、果枝数都有增加，特别是始果枝位高度的正向竞争优势明显;在产量及产量构成性状中，单铃重正向竞争优势11.9%，实收总产量正向竞争优势22.2%，衣分和霜前产量具有正向竞争优势，单株铃数具有负向竞争优势;在品质性状中，纤维长度、整齐度、比强度具有正向竞争优势，马克隆值具有负向竞争优势，但优势都不明显。说明转基因抗虫杂交棉前期生长势强，通过杂交可以选育出产量高、品质优、马克隆值等级较好的品种。