陆地棉杂交组合F1、F2 竞争优势研究

2021-02-06裴小雨刘艳改周晓箭李威王星星贺昆仑张飞任中英赵俊杰杨代刚

中国棉花 2021年1期

裴小雨，刘艳改，周晓箭，李威，王星星，贺昆仑，张飞，任中英，赵俊杰，杨代刚

（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）

棉花是我国重要的经济作物之一，其产量关系着我国棉农的生计和纺织业的健康发展。近年来，我国植棉面积逐渐下降，棉花产业的可持续发展必须依靠科技创新[1]。棉花的杂种优势利用是提高产量、改善纤维品质和增强抗逆性的有效途径[2]。虽然棉花雄性不育系制种的研究与应用已取得很大进展，但由于目前棉花杂种优势利用主要采用人工去雄制种，成本较高，使得棉花杂种一代的优势受到很大的限制，在一定程度上制约了棉花杂交种的推广和应用。大量研究表明，有些组合F2虽然出现分离现象，但保持了一定的剩余优势，具有一定的生产潜力和广泛的适应性以及缓冲性，说明部分杂交组合的F2是有一定利用价值，利用棉花F2对于降低制种生产成本具有实际意义[3]，有利于棉花杂种优势的应用。

本研究结合强优势杂交棉选育实践，通过对多个陆地棉杂交组合的F1、F2产量与纤维品质性状的分析评估，以期对强优势组合的选育以及F2的生产应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

以2028、9053、中棉所12 为母本，以GK1、sGK9708 选系和中棉所45 为父本，采用NCⅡ交配设计配制9 个杂交组合，代号1～9（表1）。 2017年在中国农业科学院棉花研究所白壁试验田种植6 个亲本并配制杂交组合，2018 年种植F1收获F2。2019 年在位于长江流域棉区的荆州农业科学院试验基地进行试验，以9 个杂交组合的F1和F2为试验材料，以鄂抗棉10 号为对照（CK）。采用营养钵育苗，2019 年4 月17 日播种，5 月24 日移栽。田间设计采用组合拉丁方设计[4]，行长5 m，行距0.9 m，株距为0.4 m，2 行区，3 次重复。移栽后管理与常规大田管理一致。

表1 杂交组合亲本与代号

1.2 试验调查

在9 月15 日分别调查各小区的株高、单株果枝数、单株结铃数等性状。每小区采收棉株中部正常吐絮的25 个棉铃，进行室内考种，计算铃重、衣分、籽指等，棉样送农业农村部棉花品质监督检验测试中心进行测定，主要检测指标：纤维上半部平均长度、长度整齐度指数、马克隆值、断裂伸长率、断裂比强度。

1.3 数据处理

按下列公式计算竞争优势：F1竞争优势（%）＝（F1性状的表型值－对照性状的表型值）/ 对照性状的表型值×100%；F2竞争优势（%）＝（F2性状的表型值－对照性状的表型值）/ 对照性状的表型值×100%。数据采用Microsoft Excel 2010 和SAS 9.3进行统计与分析。

2 结果与分析

2.1 F1、F2 主要农艺性状与产量构成因素的竞争优势

表2 对9 个杂交组合和CK 的主要农艺性状和产量构成因素进行差异比较。除组合1 的F2外，其他组合的F1、F2株高均高于CK，其中组合1、2、3、5 和8 的F1株高显著或者极显著高于CK；除组合1 外，其它组合的F2的株高与CK 相比仍具有一定的竞争优势，其中组合2 的F2株高极显著高于CK，但总体较F1下降，表明棉株的营养生长优势减弱。前8 个杂交组合F1单株果枝数均显著或者极显著高于CK，而组合9 的F1单株果枝数极显著低于CK，具有负向竞争优势；大部分杂交组合F2单株果枝数较F1降低，而杂交组合7 和9 的F2单株果枝数比F1有所增加，杂交组合6 的F2单株果枝数极显著高于CK。就单株结铃数而言，除了组合2、7，其他组合F1单株结铃数高于CK，差异不显著；组合1、6 和9 的F2单株结铃数表现为负向竞争优势，其他组合的F2单株结铃数表现为正向竞争优势，其中组合7 的F2单株结铃数与CK差异达显著水平。有5 个组合F1铃重高于CK，其中组合3 的F1铃重极显著高于CK；除组合9 外，其他组合F2铃重均降低，竞争优势均衰退。就衣分来看，有5 个组合F1的衣分高于CK，组合4、5 和7 的F1衣分显著或者极显著高于CK；仅有4 个组合F2衣分高于CK，组合6 的F2衣分极显著高于CK。有6 个组合F1籽指高于CK，其中组合3 的F1籽指极显著高于CK，仅有2 个组合F2籽指低于CK。由此可见，本试验中大多数杂交组合F1、F2株高、单株果枝数、单株结铃数、籽指具有竞争优势，F2产量竞争优势减退主要是由于铃重和衣分的降低。

表2 F1、F2 农艺与产量构成因素的差异比较

表2 （续）

2.2 F1、F2 产量的竞争优势

对F1、F2籽棉和皮棉产量分析，从表3 可知，9个杂交组合的F1产量中，组合5、6 和8 的籽棉产量均显著高于CK，增幅为20.25%～28.37%，组合4、5、6 和8 的F1皮棉产量均显著高于CK，增幅为15.59%～35.58%，组合5、6 和8 的F1的籽棉产量和皮棉产量均显著高于CK。 9 个参试组合中，有7个组合的F2籽棉、皮棉产量较F1均降低，其中籽棉减产幅度为1.64%～47.09%，皮棉减产幅度为9.03%～48.28%，可见产量竞争优势有所衰退，但组合5 的F2籽棉、皮棉产量较F1提高，这可能与衣分有关。与CK 相比，组合2、3、5 和6 的F2籽棉和皮棉产量较CK 提高，籽棉产量增幅0.70%～9.58%，皮棉产量增幅5.06%～18.3%。在本试验中，组合5 的F2籽棉和皮棉产量较F1提高，分别为11.10%和7.56%，该组合的F2籽棉和皮棉产量较CK 也提高，分别为4.16%和8.80%。

2.3 F1、F2 纤维品质的竞争优势

如表4 所示，通过对5 个指标进行纤维品质的评价。3 个组合F1上半部平均长度有一定的正向竞争优势，组合2 的F1上半部平均长度显著高于CK；组合6 和9 的F2上半部平均长度竞争优势为负值，且组合6 的F2上半部平均长度显著低于CK，其他组合F2的上半部平均长度均比对照有所增加。所有组合F2的长度整齐度指数的竞争优势均为负值；组合3、4 和8 的F1长度整齐度指数的竞争优势为正值，但值都比较小。在断裂比强度上，只有3 个组合F1断裂比强度有一定正向竞争优势，组合2、6 和8 的F2断裂比强度的竞争优势为负值，与CK 差异不显著。所有组合F1、F2的马克隆值均低于CK，其中组合3 的F1、F2的马克隆值极显著低于CK。断裂伸长率方面，9 个组合F1、F2的断裂伸长率较CK 竞争优势不显著，其中组合2 和8 的F1断裂伸长率相较于CK 增加，组合4、5 和7 的F2断裂伸长率相较于CK 增加。整体来看，F2的纤维品质较F1有所下降，但差异较小，品质指标优良。

3 讨论与结论

棉花是异源四倍体，F2分离现象不严重，而且棉花生育期、收获期比较长，株型和熟性分离对产量的直接影响不大，理论上来讲，棉花F2仍具有一定的杂种优势[5]。本研究表明，9 个组合的F1和F2株高有正向竞争优势，长势比较旺盛。组合5、6 和8 的F1籽棉和皮棉产量比对照提高，籽棉产量增幅20.25%～28.37%，皮棉产量增幅18.39%～35.85%，组合5 和6 的F2籽棉和皮棉产量比对照提高，其中组合5 的F2籽棉和皮棉产量较F1提高，说明组合5 的F2在产量方面具有一定杂种优势，可以利用其F2的杂种优势。大部分组合F1和F2在单株果枝数和单株结铃数存在一定竞争优势，F2铃重和衣分存在竞争衰退现象，皮棉产量由F1到F2降低明显，主要受铃重和衣分2 个性状退化的影响，但有些强优势组合的杂种优势在F2中仍能很好延续，结果与前人研究结果[6-8]一致。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、断裂伸长率较F1均有所降低，但品质仍优良，符合纺织业要求。由于目前棉花杂交制种大部分采用人工去雄制种的方法，制种技术一直没有取得突破性进展，限制了杂交棉的大面积推广应用，而一些优良的F2在产量和品质方面仍具有较强的杂种优势，将这些优良的F2应用于棉花生产，不仅可降低成本，而且可以提高棉花产量，还可以加速棉花杂交种的推广应用。