陆地棉特异种质主要性状配合力和遗传力分析

史加亮，李凤瑞，赵文超，董灵艳，齐洪鑫，王士立，张东楼，杨秀凤

（德州市农业科学研究院，山东 德州 253000）

棉花是我国主要的经济作物，也是纺织工业重要的原材料，在国民经济中占有非常重要的地位。陆地棉（Gossypium hirsutum L.）作为棉花4个栽培种之一，其产量占世界棉花总产量的90%以上［1］。优良品种对促进棉花生产具有重要的带动作用，而高产优质棉花品种的培育离不开对棉花种质资源的筛选和利用。

特异种质作为综合性状较好而又在某一个或几个性状上具有突出优势的种质资源，对于品种改良尤为重要。特异种质性状的优劣及其遗传传递力是评价利用特异种质的关键。而配合力作为衡量杂交组合中亲本各性状配合能力的重要指标，决定了优良性状的传递能力［2］。因此，根据数量性状遗传原理，估测亲本一般配合力（GCA，general combining ability）和特殊配合力（SCA，special combining ability），正确评定组合的优劣对更好地进行特异种质评价利用和棉花新品种选育具有重大的现实意义［3］。前人对棉花配合力遗传效应的研究已有大量报道［4-20］，但对棉花特异种质材料如大铃、高衣分、高纤维品质的研究较少。鉴于此，本试验选用6个陆地棉特异种质材料和6个陆地棉优良品种（系）配制不完全双列杂交组合，对其主要性状进行配合力和遗传力分析，以期为亲本选择和特异种质材料分析利用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试亲本材料12个，其中母本材料6个，包括本单位自育稳定品系德棉12号（A1）和山东省审定品种德棉10号（A2）、鲁棉522（A3）、银兴棉8号（A4）、玉君6号（A5）、瑞棉3号（A6）；父本材料为15094（B1）、15101（B2）、15260（B3）、16N01（B4）、16N03（B5）和德棉13号（B6）共6个本单位自育特异种质材料，其中15094、15101为大铃材料（单铃重 ＞8.0 g），15260、16N01为高衣分材料（衣分＞45.0%），德棉13号为优质材料（纤维长度＞32.0 mm，比强度＞35.0 cN/tex，马克隆值3.6～4.5），16N03为大铃优质材料。

1.2 试验设计

2017年在德州市农业科学研究院科技示范园按照NCⅡ不完全双列杂交设计，人工去雄配置36个杂交组合。2018年同地进行F1代田间试验。

试验地年平均气温12.9℃，年均日照时数2 592 h，年均降水量547.5 mm。土壤质地为壤土，土壤有机质含量为1.20%、全氮0.66 g/kg、有效磷22.04 mg/kg、速效钾122.43 mg/kg，pH值8.04。前茬作物为棉花。试验采用随机区组设计，重复3次。采用地膜覆盖方式4行区栽培，行长5.0 m，行距0.76 m，株距0.36 m，种植密度为3.6万株/hm2。其它田间管理同大田生产。

每小区选生长正常植株10株（不包括边株）进行定株调查，计单株铃数、铃重、衣分、子指、果枝始节、株高。按小区收获计算籽棉产量、皮棉产量，并留取棉样寄送至农业农村部棉花品质监督检验测试中心（安阳）测定纤维品质。

1.3 数据分析

参照黄远樟［21］和莫惠栋［22］的NCⅡ遗传模型的配合力方差分析方法，对36个杂交组合的被测指标进行配合力及遗传力分析。数据处理与遗传交配设计统计分析分别采用Microsoft Excel和DPS 7.05软件［23］进行。

2 结果与分析

2.1 配合力方差分析

由表1可见，各组合中13个性状均有极显著差异，说明这些性状在组合间存在真实的遗传差异。皮棉产量、子指、纤维比强度、马克隆值共4个性状双亲的GCA和SCA方差均达到显著或极显著水平，这4个性状在杂交组合间表现出的差异是加性基因和非加性基因共同作用的结果；籽棉产量、单株铃数、铃重、株高、纤维长度这5个性状主要受父本GCA和SCA的影响；衣分、果枝始节、伸长率和整齐度等性状受SCA的影响较大。

表1 性状配合力方差分析

2.2 一般配合力效应分析与亲本评价

同一亲本由于遗传特点存在差异，使其在不同性状中的GCA效应亦存在差异（表2）。特异种质材料方面，就籽棉产量、皮棉产量、单株铃数GCA值来看，B1、B4和B6表现较好；大铃材料B1、B2和B5铃重GCA效应均为正值，且以B1表现最好；从衣分GCA值来看，只有高衣分材料B3和B4为正值；从纤维品质性状GCA值来看，优质材料B5和B6表现较好，且以B5表现最好。6个母本中，A4和A5在产量和品质性状方面表现相对较好，并且综合性状一般配合力也较好，其中A5能够提高果枝始节、降低株高，可以作为选育机采棉亲本加以利用；A2纤维品质性状GCA表现较好，可作为优质亲本加以利用。

结合各性状GCA综合评价，B1为大铃丰产亲本，B4为高衣分丰产亲本，B6为优质丰产亲本，B5和A2为优质亲本，A4和A5为各性状均表现较好的亲本。

表2 亲本性状一般配合力效应

2.3 特殊配合力效应分析

由表3可见，铃重SCA效应值较高的组合是A1×B3、A5×B5和A4×B2，其中以组合A1×B3效应值最大，为11.11；衣分SCA效应值较高的组合是A1×B5、A4×B3、A3×B3和A6×B2，其中以组合A1×B5效应值最大，为19.34；就籽棉产量和皮棉产量性状而言，组合SCA效应值均为正值的有16个，其中组合A3×B2、A3×B6、A6×B3和A4×B5的效应值较高；就纤维长度和比强度来看，组合SCA效应值表现较好的有10个，其中以组合A3×B5、A5×B5和A6×B3表现较为突出。

从产量和品质性状综合来看，A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3等组合具有较大利用价值。

表3 杂交组合性状特殊配合力相对效应值

2.4 遗传力分析

由表4可知，纤维长度、纤维比强度、马克隆值的Vg＞Vs，遗传以加性效应为主；衣分、果枝始节、伸长率和整齐度的Vg＜Vs，说明这些性状的遗传以非加性效应为主；而籽棉产量、皮棉产量、单株铃数、铃重、子指、株高的Vg和Vs值差异不大，说明在后代遗传中加性效应和非加性效应均比较重要。

遗传力方面，子指、纤维长度、纤维比强度和马克隆值具有较高的广义遗传力和狭义遗传力，这些性状受环境影响较小，可在早代进行选择；籽棉产量、皮棉产量、单株铃数、铃重、衣分、株高、伸长率等性状虽然广义遗传力较高，但狭义遗传力较低，这些性状适合在高代进行选择；果枝始节和纤维整齐度的广义遗传力和狭义遗传力均较低，说明这两个性状受环境影响较大。

表4 主要性状相关遗传参数

3 讨论与结论

通过亲本间杂交选育出综合性状优于亲本的杂交组合是杂交育种的目的［24］。配合力作为选配亲本的依据，反映了亲本各性状在杂交组合中的配合能力。亲本的GCA是后代的遗传基础，而SCA是发挥杂种优势、配制强优势组合的关键［25］。GCA主要是由基因的加性效应决定，是可遗传的部分［26］。性状的GCA高，说明其受外界环境影响较小，遗传力高，可以通过测定GCA反映亲本的利用价值，预测杂种后代的表现［27］。一般来说，单株铃数、铃重、衣分、籽棉产量、纤维长度、纤维比强度、整齐度等性状的GCA越高越好，而株高、马克隆值等性状的GCA越低越好。本研究分析了6个陆地棉特异种质材料和6个陆地棉优良品种（系）为亲本的GCA，其中A4和B1籽棉产量的GCA最大，铃重GCA效应值最大的是B1，B4衣分的GCA最大，纤维品质性状GCA较大的为B5、B6和A2，在组配优质高产组合时要优先考虑这些GCA效应值较大的亲本。6个特异种质材料的特异性状GCA表现均较好，但种质间也存在较大差异，所以对其进行配合力效应研究加以评价筛选是必要的。

SCA反映非加性效应的大小，即基因的显性和上位性效应，不能稳定遗传［28］。各测试组合中，F1代产量和品质性状SCA综合表现较优的组合为A3×B2、A3×B6、A4×B5、A6×B3，这些组合可在杂交育种中加以利用。通过对各性状GCA和SCA的分析得出，亲本GCA和组合SCA相互独立，GCA高的两个亲本组合产生的杂交亲本SCA不一定高；亲本性状GCA低的，组合SCA不一定低；同一亲本与不同亲本组配时，杂交组合的SCA效应值变化较大。本研究中组合籽棉产量和皮棉产量性状SCA效应值均为正值的有16个，其中至少有一个产量性状GCA高的材料作亲本的组合占81.25%，说明组配高产组合时，应至少选择一个GCA高的亲本，再兼顾SCA的选择。这也进一步说明了GCA和SCA差异切实存在于不同品种间，通过筛选来获得具有竞争优势的新组合是必要的［25］。

性状表现型是基因型和所在环境共同作用的结果，既能稳定遗传给后代，又受环境影响［29，30］。遗传力反映了亲本性状传递给后代能力的大小，根据性状遗传力的高低可预测选择效果，对于作物杂交育种具有重要意义［31］。张忠波等［32］指出，棉花产量、单株铃数遗传率较低，受环境影响较大；衣分、单铃重、纤维长度、纤维强度遗传力较大，容易从表现型加以选择。李俊文等［33］研究认为，铃重狭义遗传率低，不宜在早代进行选择。袁有禄等［34］研究表明铃重和衣分以加性效应为主，但显性遗传效应也较高。张正圣等［4］研究指出纤维品质性状以加性效应起主要作用。本试验结果表明，纤维长度、纤维比强度、马克隆值的遗传以加性效应为主，衣分等性状遗传以非加性效应为主，铃重等性状遗传中加性效应和非加性效应均比较重要；纤维长度、纤维比强度和马克隆值具有较高的广义遗传力和狭义遗传力，这些性状受环境影响较小，可在早代进行选择；籽棉产量、单株铃数、铃重、衣分等性状虽然广义遗传力较高，但是狭义遗传力较低，这些性状适合在高代进行选择。