陆地棉品种纤维品质主要性状遗传效应分析

刘晓红，石忠健，吉维维，卡依沙尔·热合曼，姜爱红，王蕾，周涛*

（1. 新疆前海种业股份有限公司，新疆 图木舒克 843900；2. 新疆生产建设兵团第三师气象站，新疆 图木舒克 843900；3.新疆生产建设兵团第三师种子管理站，新疆图木舒克 843900）

棉花产业对推动我国经济发展具有十分重要的作用。随着社会的快速发展和人民生活水平的提高，棉花加工和利用企业对棉纤维品质有了更高的要求[1]。若生产的棉花品质不佳，则将面临收购价格低、产品收益不高等问题。 所以提高棉花单产的同时，应该对棉花纤维品质性状进行改良[2]。对陆地棉不同材料组合的产量、品质性状的遗传力、配合力和杂种优势的分析可以为筛选优异高效的亲本组合提供科学依据[3-4]。

研究表明，棉花杂种优势的大小受显性效应影响[5-6]。 陆地棉品种间杂种F1有较强的品质优势，在杂种优势的利用中可以根据显性效应的值考虑杂种优势的大小。为了大幅度提高陆地棉纤维品质性状，筛选优异亲本是关键[7]。分析性状之间的加性相关和显性相关关系更有利于发现性状之间的本质关系，根据加性效应与显性效应的评估结果可以设计对不同性状的选育策略，对遗传率低的性状改良可以通过间接选择，而对遗传率高的性状改良则可以通过直接筛选实现[8]。 本研究根据加性- 显性遗传模型， 对陆地棉杂交亲本和F1纤维品质主要性状的1 年试验资料进行方差分析， 估算遗传率、亲本的加性效应和组合的显性效应，为亲本的选配和利用优质陆地棉材料育种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

试验于2021 年4 月20 日，在新疆前海种业股份有限公司试验地进行， 将2020 年获得的284 个品质性状优良的亲本， 及配制的F1杂交组合进行播种。 试验采用随机区组设计，2 次重复；每个小区地膜覆盖种植2 行，行长3.0 m，行距为（55＋10）cm，株距为0.13 m，田间管理与当地大田相同。

1.2 性状测定

10 月份在每小区每株中部（第5 果枝）取1 个棉铃，用轧花机轧花后取混合样，再用HFT9000 纤维测试仪测定上半部平均长度（mm）、长度整齐度指数（%）、马克隆值、断裂比强度（cN·tex－1）和断裂伸长率（%）5 项纤维品质指标。 以小区平均值为单位进行统计分析。

1.3 遗传模型与统计分析方法

采用MINQUE 统计方法， 应用加性- 显性遗传模型对F1纤维品质性状进行方差分析， 对遗传率、 亲本的加性效应和组合的显性效应进行估算。分别估算加性方差VA、显性方差VD、随机误差的方差（机误方差）Ve和表型方差VP，并计算加性方差、显性方差和机误方差占表型方差的比率，采用朱军[9]、吴吉祥等[10]的方法预测后代的遗传表现。各估算值和预测值的标准误用Jackknife 抽样方法对年份内试验区组进行抽样估算， 以检验各遗传参数、亲本加性效应和组合显性效应的显著性。

2 结果与分析

2.1 优质材料F1纤维品质性状的方差分析

284 个亲本及配制的F1杂交组合的5 个纤维品质性状方差分析结果见表1。 由表1 可以看出，284 个亲本5 个性状的加性方差、显性方差均达到极显著水平，说明在这5 个纤维品质性状的变异中加性效应、显性效应均起到了极显著作用。 5 个性状的机误方差也均达到了极显著水平，说明未知因素对纤维品质有极显著影响。 其中，纤维上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度的狭义遗传率较大，说明其遗传力较强，在育种上可以早代选择。 长度整齐度指数、 断裂伸长率的狭义遗传率相对较小，说明这2 个性状较其他3 个性状来说遗传力弱，可以比其他3 个性状在较高的世代选择。

表1 284个优质材料F1纤维品质性状的方差分析

2.2 亲本纤维品质性状的加性效应分析

某一性状的加性效应值可以间接说明亲本对后代该性状的提高作用。 由表2 可知，棉花纤维上半部平均长度的加性效应最大，且达到正向极显著水平的亲本是19p94 （2.79）， 其次为亲本19p93（2.74）、19p271（1.63）等，这些亲本对其后代纤维上半部平均长度的提高作用显著，因而从其后代中容易选择出纤维较长的材料； 而亲本19p452、19p412、19p456 的纤维上半部平均长度加性效应达到了负向极显著水平， 加性效应值分别为－2.00、－1.90、－1.77， 说明在这些亲本的后代中不易选择到纤维比较长的材料。表2 所列材料的纤维上半部平均长度加性效应均达到了0.1 以上的显著水平，其他未列出的多数为不显著，或效应值比较低的材料， 在其后代中选出纤维较长材料的可能性较低。

棉花长度整齐度指数的加性效应： 亲本19p457（0.95）的最大，达到了正向极显著水平，说明有利于在杂种后代中选择出棉花纤维长度整齐度比较好的材料。表2 所列的大部分材料的长度整齐度指数加性效应达到了0.1 以上的显著水平；其他未列出的多数为不显著， 或效应值比较低的材料，在其后代中选出纤维长度整齐度较好材料的可能性较低。 达到负向极显著水平的亲本是19p412（－1.94），说明从其后代中不容易选择出长度整齐度较好的材料。

亲本19p185 的棉花纤维断裂比强度加性效应（4.87）最大，达到正向极显著水平，说明其对后代棉花纤维断裂比强度的选择十分有利。 亲本19p452 的棉花纤维断裂比强度的加性效应（－3.57）达到了负向的极显著水平，说明它不利于后代棉花纤维断裂比强度的选择。表2 中所列材料纤维断裂比强度的加性效应除19p327 外， 都达到了0.1 以上的显著水平；其他未列出的多数为不显著，或效应值比较低的材料，说明这些组合不利于选育棉花纤维断裂比强度较高的后代。

棉花断裂伸长率：加性效应最大且达到正向极显著水平的是亲本19p91（0.09），其次是亲本19p93（0.08）、19p238（0.07），说明从这些亲本的后代中容易选择出断裂伸长率较好的材料； 而亲本19p412的加性效应（－0.11）达到了负向极显著水平，说明从该亲本的后代中不易选择到断裂伸长率比较好的材料。表2 中所列的大部分材料的断裂伸长率加性效应达到了0.1 以上的显著水平；其他未列出的多数为不显著，或效应值比较低的材料，从其后代中选出断裂伸长率比较好的材料的可能性较低。

表2 部分亲本的加性效应

2.3 亲本组合纤维品质性状的显性效应分析

表3 列出了30 个组合的5 个纤维品质性状的显性效应预测值。 由表3 可知，纤维上半部平均长度具有极显著正向显性效应的组合是D61×122（1.50）、D55×318（1.08），说明这些组合的F1可能在纤维上半部平均长度上表现出杂种优势； 组合D191×321 （－2.58）、D317×321 （－1.95）、D36×215（－1.38）、D42×321（－0.76）、D59×122（－1.06）的纤维上半部平均长度具有极显著的负向显性效应， 说明这些组合的F1在纤维上半部平均长度上很难表现出杂种优势。表3 中所列组合纤维上半部平均长度的显性效应达到了0.1 及其以上的显著水平。

组合D77×122（0.18）、D285×318（0.54）、D296×318（0.38）、D302×321（1.39）、D134×215（0.54）、D148×215（0.68）的长度整齐度指数在0.1 水平上具有显著的正向显性效应， 说明这些组合的F1可能在长度整齐度指数上表现出杂种优势； 而组合D48×279（－0.62）、D59×122（－1.08）的长度整齐度指数具有极显著的负向显性效应，这些组合的F1在长度整齐度指数上很难表现出杂种优势。

断裂比强度在0.05 水平上有显著正向显性效应的组合是D37×321（0.72）、D55×318（0.84）、D122×194 （2.33）、D192×318 （2.04）、D148×215（1.19），说明这些组合的F1可能在断裂比强度上表现出杂种优势；组合D35×321（－1.45）、D42×321（－1.58）、D48×279 （－1.03）、D58×122（－1.21）、D59×122（－2.22）、D122×321（－2.21）、D191×321（－2.00）、D317×321（－2.52）的断裂比强度具有极显著的负向显性效应， 说明这些组合的F1很难在断裂比强度上表现出杂种优势；表3 中所列其余组合的断裂比强度显性效应也均达到了0.1 及其以上的显著水平。

表3 部分组合纤维品质性状的显性效应预测值

断裂伸长率呈极显著正向显性效应的组合为D55×318（0.02），说明该组合的F1可能在断裂伸长率上表现出杂种优势； 组合D191×321（－0.11）、D35×321（－0.03）的断裂伸长率具有极显著的负向显性效应， 说明该组合的F1很难在断裂伸长率上表现出杂种优势。

3 讨论与结论

本研究采用加性- 显性遗传模型对284 个陆地棉亲本及其杂交后代的5 个纤维品质性状的遗传分析结果表明，它们的加性方差/ 表型方差的值均比显性方差/ 表型方差的值高，说明5 个纤维品质性状的加性效应要比显性效应更为显著。这就要求在选育纤维品质优良的品种时选择加性效应好的亲本，在早代进行相关性状的筛选。 由于品种马克隆值的增加或减少并不能直接反映纤维品质的优劣，因此未分析亲本和亲本组合马克隆值的加性效应和显性效应。亲本19p94 的棉花纤维上半部平均长度加性效应最大， 且达到了正向极显著水平，有利于选择出棉花纤维比较长的后代材料。 亲本19p457 的棉花纤维长度整齐度指数加性效应达到了正向的极显著水平，有利于选择出棉花纤维长度整齐度指数比较好的后代材料。 19p185 的棉花纤维断裂比强度加性效应最大，且达到了正向的极显著水平，对后代棉花纤维断裂比强度的选择十分有利。陆地棉的这5 个纤维品质性状均以加性效应为主，与大多数研究的结论[11-12]基本一致。纤维上半部平均长度、马克隆值、断裂比强度的狭义遗传率较大，说明这3 个性状可以稳定遗传，在育种上可以早代选择；长度整齐度指数、断裂伸长率的狭义遗传率相对较小，说明其遗传稳定性较其他3 个性状差，可以在较高世代筛选。 但是，上半部平均长度、长度整齐度指数、断裂比强度和断裂伸长率的显性效应均达到正向显著水平的组合很少； 因此，陆地棉杂交育种中要选择合适的亲本进行大量组配，以筛选纤维品质综合表现好的组合。

本研究选取的5 个纤维品质性状受加性及显性效应的控制，其中在选择时加性效应要比显性效应更为重要。棉花纤维品质性状的遗传分析结果因试验材料不同而异。本研究结果可为亲本的选配以及利用优质陆地棉材料育种提供理论依据。