HoCP系列美国甘蔗种质资源育种价值评价

吴嘉云　曾巧英　陈勇生　刘睿　黄咏虹　高小宁

关键词：甘蔗；美国；种质资源；一般配合力；特殊配合力；经济育种值；育种

中图分类号：S566.1 文献标识码：A

甘蔗是我国重要的糖能兼用作物，据统计，我国85%以上的食糖来源于甘蔗。为保障甘蔗生产，提高甘蔗生产效率，必须加强优异甘蔗新品种的培育。甘蔗具有染色体数目多（100～130 条），基因组复杂等特点[1]，目前培育甘蔗新品种最有效、最常用的方法仍然是杂交育种，其中亲本选配与评价是杂交育种程序中的关键环节[2-3]。通过建国以来我国甘蔗骨干亲本的亲缘关系分析显示，186 个甘蔗品种中有163 个品种是由21 个骨干亲本育成[4]，由此可见我国甘蔗品种遗传背景相对狭窄。为解决甘蔗遗传背景狭窄问题，持续引进国外优异品系作为亲本应用于甘蔗杂交育种是最有效的途径[5]。我国先后从美国、法国、印度、澳大利亚等国引进大量的甘蔗品种作为杂交亲本，以美国引进品种数量较多，应用也最为成功[5-6]。

美国拥有世界上保存数量最大、最全的甘蔗种质资源圃[7]，迄今为止已经培育出CP、HoCP、CL 等系列甘蔗品种[8]。利用SSR 标记分析对比中美甘蔗资源遗传多样性，显示美国种质和中国种质间具有明显的遗传差异[9-11]，另外美国种质遗传多样性相对较丰富[12]。由此可见引进美国优异甘蔗品系作为杂交亲本，有利于扩大我国甘蔗品种的遗传背景，培育优异甘蔗品种。美国甘蔗种质的后代具备高糖、分蘖性好的特点，深受我国育种家重视，美国亲本已经成为我国大陆重要的育种亲本[13]。我国近二三十年选育成的比较著名甘蔗品种大多含美国甘蔗血缘， 例如美国引进的CP72-1210，以其为亲本育成了‘粤糖93-159‘粤糖00-236等高糖、丰产性皆优的甘蔗品种[14-15]。另外我国最具有代表性的甘蔗品种——‘桂柳05136，也是由美国引进的CP81-1254 和‘新台糖22 号杂交选育而成[16]。对美国引进的CL 系列（ 由美国糖业公司选育） 亲本分析， 发现CL83-1163 作为母本，糖分配合力高，且能把高糖特性传递给后代，CL88-4730 为父本，产量和品质性状的配合力大，其杂交后代表现高产高糖[17]。对用CP 系列（由美国农业部运河点甘蔗试验站选育）甘蔗亲本育种潜力分析，表现较好的CP亲本有HoCP95-988（父母本）、CP72-1210（母本）、CP85-1491 （ 母本）、HoCP92-648 （ 母本）、CP72-2086（父本）、CP84-1198（父本）、CP93-1382（父本）、CP94-1100（父本）[18]。本研究以引进的美国HoCP 系列品系（由美国农业部运河点甘蔗试验站杂交，美国农业部甘蔗研究所选育[19]）为研究对象，采用澳大利亚甘蔗试验总局（BSES）家系选择技术体系[20-21]，对HoCP 系列亲本及其组合的配合力和育种价值进行评判，为利用甘蔗HoCP 系列亲本进行甘蔗杂交选配提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

以 12 个从美国引种的HoCP 系列甘蔗种质资源：HoCP00-1142、HoCP01-517、HoCP01-564、HoCP02-610、HoCP02-623、HoCP03-704、HoCP03-708、HoCP03-716、HoCP05-902、HoCP07-613、HoCP07-617 和HoCP92-648 为主要亲本材料，在海南甘蔗育种场根据亲本的开花情况配制73 个杂交组合，共涉及46 个亲本。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验在韶关市翁源县育种基地进行，实生苗采用秋播春植方法种植，杂交组合的种子于2018 年9 月播种，出苗后1 个月左右用穴盘假植。2019 年3 月进行大田种植，按随机区组设计，3 次重复，每小区50 苗，单行种植，行长16.50 m，株距0.33 m，行距1.10 m。日常管理按照大田常规栽培管理进行。

1.2.2 测定指标实生苗调查时间为2019 年11月中旬，调查指标为：株高（cm）、茎径（cm）、有效茎数（条），并且在2019 年12 月中旬进行实生苗锤度（%）调查。每次调查均在每小区连续抽样10 丛进行，每丛测定代表性单株的株高、茎径和锤度。取代表性单株中部的蔗汁进行锤度测定。按照马文清等[22]的方法进行单茎重、蔗茎产量和蔗糖分的计算。

1.3 數据处理

利用 R-4.0.0 软件中的混合线性模型进行HoCP 亲本和组合的方差分析、一般配合力（general combining ability， GCA）、特殊配合力（special combining ability， SCA）和经济育种值（economic breeding values， EBV）的分析[23]。性状经济权重参考邓祖湖等[24]的方法进行经济育种值的计算。

2 结果与分析

2.1 性状的遗传变异分析

对 73 个组合F1 代的5 个性状的基本情况进行分析（表1），各组合的株高、茎径、有效茎、蔗糖分和蔗茎产量平均值分别为：171.24 cm、2.46 cm、97.66 千条/hm²、15.65%、65.65 t/hm²。各个指标的变异幅度差异明显，其中以蔗茎产量变异幅度的最大，变异系数达19.09%，其次是有效茎数，变异幅度最小的是茎径，变异系数仅为5.47%。

方差分析表明（表2），株高在父本和组合间存在显著差异，但是在母本间不存在显著差异，可见株高受父本和组合影响更大。茎径、有效茎数、蔗糖分和蔗茎产量等4 个性状在母本、父本和组合间均存在显著差异，由此可见，茎径、有效茎数、蔗糖分和蔗茎产量等4 个性状受父本、母本和组合的影响均较大。

2.2 HoCP 系列母本的一般配合力与经济育种值

对 11 个HoCP 系列母本的5 个性状的一般配合力效应进行分析（表3）。从株高来看，7 个亲本的效应值为正，其中HoCP03-704 一般配合力最高，而HoCP02-623 的最低；3 个亲本茎径一般配合力效应值为正，以HoCP02-623 一般配合力最高，而HoCP03-716 最低；5 个亲本的有效茎数一般配合力效应值为正，以HoCP02-610 的一般配合力最高，而HoCP00-1142 最低；6 个亲本的蔗糖分的一般配合力效应值为正，以HoCP07-617的蔗糖分的一般配合力最高，而HoCP00-1142 最低；5 个亲本的蔗茎产量一般配合力效应值为正，其中HoCP92-648 最高，而HoCP07-617 最低。

利用 R 软件对11 个母本的经济育种值进行分析，11 个母本中有5 个亲本的经济育种值为正，6 个亲本的经济育种值为负。经济育种值在-112.75～76.41 元之间，HoCP92-648 的经济育种值最高，其次是HoCP02-623，而HoCP00-1142的经济育种值最低。

综合来看 ， HoCP02-623 、HoCP03-708 和HoCP92-648 作为母本蔗糖分和蔗茎产量的配合力为正，并且经济育种值也较高，适宜作为优异的高糖高产母本。

2.3 HoCP 系列父本的一般配合力与经济育种值

对 12 个HoCP 系列父本的5 个性状的一般配合力效应进行分析（表4）。从株高来看，8 个亲本的效应值为正，其中HoCP03-704 一般配合力最高，而HoCP01-564 的最低；6 个亲本茎径一般配合力效应值为正，以HoCP02-623 一般配合力最高，而HoCP07-617 最低；7 个亲本的有效茎数一般配合力效应值为正，以HoCP07-617 的一般配合力最高，而HoCP01-564 最低；3 个亲本的蔗糖分的一般配合力效应值为正，以HoCP03-708的蔗糖分的一般配合力最高，而HoCP92-648 最低；8 个亲本的蔗茎产量一般配合力效应值为正，其中HoCP02-623 最高，而HoCP01-564 最低。

利用 R 软件对12 个父本的经济育种值进行分析，12 个父本中有6 个亲本的经济育种值为正，6 个亲本的经济育种值为负。经济育种值在-105.89～153.19 元之间，HoCP01-517 的经济育种值最高，其次是HoCP03-708，而HoCP01-564 的经济育种值最低。

综合分析，HoCP01-517 和HoCP07-617 蔗糖分和蔗茎产量的配合力均为正值，并且经济育种值也相对较高，比较适合用作高糖高产父本。

2.4 HoCP 亲本组合的特殊配合力及经济育种值

对 73 个组合F1 代5 个性状的特殊配合力进行分析（表5），34 个组合的株高特殊配合力效应值为正，其中HoCP03-704ב内江03-218特殊配合力最高，而‘粤农73-204×HoCP01-564 的最低；38 个组合茎径特殊配合力效应值为正，以‘粤糖00-236×HoCP00-1142 特殊配合力最高，而HoCP01-564ב粤糖99-66最低；33 个组合的有效茎数特殊配合力效应值为正，以‘崖城07-71×HoCP05-902 特殊配合力最高，而‘粤糖99-66×HoCP01-564 最低；38 个组合的蔗糖分的特殊配合力效应值为正，以‘粤糖00-236×HoCP03-708 的蔗糖分的特殊配合力最高，而HoCP01-564ב内江03-218最低；39 个组合的蔗茎产量特殊配合力效应值为正，其中HoCP01-564ב桂糖92-66最高，其次是‘桂糖02-467×HoCP01-564，而‘粤糖99-66×HoCP01-564 最低。

对 73 个组合的经济育种值进行分析（表5），73 个组合的经济育种值为-449.57～351.50 元，有38 个组合的经济育种值为正值，经济育种值超过300 元以上的有3 个组合，以‘粤糖94-128×HoCP01-517 表现最突出，其次是HoCP01-564ב桂糖92-66和‘桂糖02-467×HoCP01-564。35 个组合的经济育种值为负，3 个组合（HoCP03-716ב福农02-6404，‘粤糖99-66×HoCP01-564和‘粤农73-204×HoCP01-564）的经济育种值低于–300 元，其中‘粤农73-204×HoCP01-564的经济育种值最低，为–449.57 元。

3 討论

HoCP 系列品种是美国重要的甘蔗品种系列，选育过程中杂交在美国农业部运河点甘蔗试验站完成，在美国农业部甘蔗研究所完成品种选育。HoCP 系列品种中HoCP96-540 是路易斯安娜州甘蔗生产上的主要栽培品种之一[19]。对新引进的HoCP 系列品系性状分析显示，HoCP 品系具有出苗率高、分蘖性好、有效茎数多、早熟高糖等优异特性[25]，可用于改良我国甘蔗品种的糖分、分蘖性、宿根性等性状。对美国引进的CL 系列和CP 系列亲本遗传力、配合力及育种潜力分析均显示，不同亲本间存在差异[17-18]。本研究中不同的HoCP 系列亲本在株高，茎径、有效茎数、蔗糖分、产量等一般配合力也存在较大的差异，因此应用HoCP 品系改良甘蔗性状时存在差异。例如在改良有效茎数方面，HoCP02-610（母本）和HoCP07-617（父本）有效茎数的一般配合力较高，适用于改良甘蔗的有效茎数；HoCP07-617（母本）和HoCP03-708（父本）蔗糖分一般配合力效应值较高，适用于改良甘蔗蔗糖分性状；HoCP92-648（母本）和HoCP02-623（父本）的蔗茎产量一般配合力最高，适用于改良甘蔗的产量性状。另外，综合甘蔗主要性状蔗糖分、蔗茎产量来看，HoCP03-708 和HoCP92-648 作为母本，HoCP01-517 和HoCP07-617 作为父本，在蔗糖分和蔗茎产量的一般配合力效应值均较高，适宜作高产高糖亲本，同时改良甘蔗的蔗糖分和产量性状。与姚丽等[18]的研究结果相似，本研究也发现HoCP92-648 作为母本在蔗糖分和蔗茎产量的一般配合力效应，以及经济育种值均较优，是一个优异的母本。

本研究对HoCP 亲本及其组合的评价方法，采用了澳大利亚甘蔗试验总局（BSES）家系选择技术，这种方法可以克服由于甘蔗开花习性等原因影响甘蔗杂交组合的组配及实生苗数，使得大规模的甘蔗亲本和组合的遗传评价无法进行的限制[26]。在家系选择技术体系中采用了经济育种值，将性状遗传与经济效应有机结合，避免了在甘蔗亲本评价中仅以产量和糖分作物标准进行评判，无法反映品种的改良带来的经济效益，因此能更合理地评价甘蔗亲本及其组合[20， 27]。我国育种家采用家系评价技术，开展了一系列常用甘蔗亲本及杂交组合的评价分析，为科学利用甘蔗亲本和组合选配提供了依据[22-24]。本研究通过对HoCP 系列亲本的经济育种值进行分析，HoCP92-648 和HoCP02-623 作为母本的经济育种值较高， 适宜作母本， 而HoCP01-517 和HoCP03-708 作为父本的经济育种值较高，比较适宜作为父本使用。对组合的经济育种值进行分析发现‘粤糖94-128×HoCP01-517，HoCP01-564ב桂糖92-66、‘桂糖02-467×HoCP01-564 等组合的经济育种值表现最突出，可以作为今后重点组合进行应用。而HoCP03-716ב福农02-6404，‘粤糖99-66×HoCP01-564 和‘粤农73-204×HoCP01-564 等组合经济育种值也低，不适宜作为生产性家系应用。

综上所述，从方差分析显示，6 个性状中仅母本的株高不存在显著差异，其他性状在母本、父本和组合间均存在显著差异，因此在选择HoCP系列亲本作母本和父本时均需要考虑亲本的遗传效应。HoCP03-708 和HoCP92-648 作为母本，HoCP01-517 和HoCP07-617 作为父本，在蔗糖分和蔗茎产量的一般配合力效应值较高，适宜作高产高糖亲本（母本/父本）。另外，‘粤糖94-128×HoCP01-517，HoCP01-564ב桂糖92-66‘桂糖02-467×HoCP01-564 等蔗茎产量和蔗糖分特殊配合力效应值和组合经济育种值均较优的组合，可作为今后选育种的的重点家系。