陳彩錦，張尚沛，曾燕霞，師尚禮，尚繼紅，吳 娟，沙曉弟

(1.寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院，寧夏 固原 756002; 2.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)草業(yè)學(xué)院，蘭州 730070)

紫花苜蓿(MedicagosativaL.)因草產(chǎn)量高、營養(yǎng)豐富，素有“牧草之王”的美譽[1]。目前，隨著草食畜牧業(yè)的快速發(fā)展及國家供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進，紫花苜蓿產(chǎn)業(yè)已成為農(nóng)業(yè)領(lǐng)域的新型產(chǎn)業(yè)[2]，且發(fā)展速度迅速，種植居牧草之首。但是，我國紫花苜蓿的發(fā)展還存在一些問題，尤其在種業(yè)方面，育成品種少，育種技術(shù)仍停留在較低的發(fā)展水平，豐富的苜蓿資源未得到充分發(fā)掘，以及品種環(huán)境適應(yīng)性不突出等。因此， 開展紫花苜蓿育種等方面的研究工作將有助于推進草食畜牧業(yè)的發(fā)展及保障國家糧食安全。

縱觀目前已育成的苜蓿品種，育種目標一致圍繞在高產(chǎn)、品質(zhì)優(yōu)良以及生物或非生物脅迫的耐受性方面[3]。其中在提高產(chǎn)量育種方面，因紫花苜蓿是同源四倍體、多體遺傳、異花授粉及嚴重的近交衰退，導(dǎo)致傳統(tǒng)的多元雜交、混合選擇等方法育成高產(chǎn)品種需時較長，高產(chǎn)育種工作進展比較緩慢[4-5]。但通過雄性不育系開展紫花苜蓿雜種優(yōu)勢利用是縮短苜蓿育種年限、大幅度提高苜蓿產(chǎn)量的有效途徑。在雜種優(yōu)勢利用中如何篩選出強優(yōu)勢組合成為了育種的關(guān)鍵，選配強優(yōu)勢組合除產(chǎn)量等性狀之外，更重要的一個指標就是性狀的配合力[6]。配合力分為一般配合力(General Combining Ability，GCA)和特殊配合力(Specific Combining Ability，SCA)，其中GCA反映基因的加性效應(yīng)，SCA反映基因的顯性效應(yīng)，且基因的加性效應(yīng)受外界環(huán)境影響小，并對F1代雜種優(yōu)勢有影響[7-8]。紫花苜蓿產(chǎn)量性狀的GCA測定是雄性不育系育種中親本材料選擇的一個重要環(huán)節(jié)，只有當GCA高的親本材料雜交才會使高產(chǎn)基因更好地重組、累加。

關(guān)于紫花苜蓿GCA和遺傳參數(shù)分析研究較多，主要集中在紫花苜蓿多元雜交后代、雄性不育雜交組合、高產(chǎn)優(yōu)株半同胞后代、耐鹽新種質(zhì)等方面[1，6，8-10]。本研究在前人研究基礎(chǔ)上，以半干旱區(qū)種植并篩選出的優(yōu)良單株與雄性不育系單株株系材料為父母本進行雜交，對所得的雜交組合進行GCA分析和遺傳參數(shù)估算，以期獲得高產(chǎn)的父本材料，為紫花苜蓿育種奠定材料基礎(chǔ)及技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為已獲得的10個雜交組合，其父本材料是根據(jù)品種表型性狀，分別從苜蓿王、勇士、勁能、甘農(nóng)6號、鹽寶、擎天柱、紫花苜蓿353、甘農(nóng)3號品種資源圃中篩選出的10個優(yōu)良單株(見表1)，來源于2016建植于寧夏農(nóng)林科學(xué)固原分院的紫花苜蓿資源圃，母本材料為引進的雄性不育系(MS-GN-01)扦插株系，此雄性不育系材料已經(jīng)過連續(xù)三代回交，高產(chǎn)性狀穩(wěn)定并突出。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計及田間管理

2019年3月20日，在寧夏農(nóng)林科學(xué)院固原分院頭營基地溫棚用育苗基質(zhì)(總有機物≥50%，pH值中性)和72孔穴盤對10個組合進行育苗。在育苗期間，控制環(huán)境溫度在15～30 ℃之間，每天霧化噴水3～4次，保持土壤相對濕度不小于80%。5月1日將穴盤連同植株及基質(zhì)移至溫棚外，每天僅灑水1次，開始煉苗，5月7日將組合及其根系所帶基質(zhì)一起移栽至大田，采用隨機區(qū)組設(shè)計，株距50 cm、行距100 cm, 3次重復(fù)，每個重復(fù)每個組合移栽1行，共30行，每行18株；且移栽前對試驗地進行1次灌水，灌水量為田間持水量的80%左右，基施磷酸二銨150 kg/hm2，尿素300 kg/hm2，然后旋耕耙耱、移栽，移栽以后田間管理同大田生產(chǎn)，不追肥、不澆水，適時除草，并于8月27日刈割1次。次年測定并統(tǒng)計相關(guān)指標(第1茬草產(chǎn)量、第2茬草產(chǎn)量、總草產(chǎn)量、第1茬株高、第2茬株高、總株高、第1茬分枝數(shù)、第2茬分枝數(shù)、平均分枝數(shù))，指標的GCA效應(yīng)值依次編號為A 1、A 2、A 3、A 4、A 5、A 6、A 7、A 8、A 9。

1.2.2測定指標及方法

干草產(chǎn)量、鮮干比：在每茬次初花期刈割前每個組合的每個重復(fù)中隨機選取3株，測定鮮草產(chǎn)量，計算單株鮮草產(chǎn)量，然后自然風(fēng)干，測定干草產(chǎn)量，計算單株干草產(chǎn)量(單位：kg/株)，總草產(chǎn)量為兩茬次單株干草產(chǎn)量之和。

分枝數(shù)：在2茬次初花期刈割前，分別在每個組合隨機選取5株，測定一級分枝數(shù)，求其平均值(單位：個)，為每茬次單株的分枝數(shù)，然后將兩茬次單株平均值再平均，為每個單株的分枝數(shù)(單位：個)。

株高：在2茬次初花期刈割前，分別在每個組合中隨機選取10株，測定地表到植株主莖最高點的絕對高度，求其平均值，為每茬次的平均株高，總株高是2茬次每個組合的株高之和(單位：cm)。

1.2.3數(shù)據(jù)統(tǒng)計方法和分析

試驗測定的10個雜交組合各性狀指標GCA計算公式為:

gi=xi-μ，

其中：gi為親本系統(tǒng)的一般配合力，xi為共同親本的一套組合的平均值，μ為10個組合的總平均值。隨機區(qū)組試驗設(shè)計的遺傳參數(shù)的估算參考楊青川等[11]的方法，其中廣義遺傳力(Broad-sense heritability)、遺傳變異系數(shù)(Genetic Coefficient of Variation，GCV)的計算公式分別是：

表1 基于父本產(chǎn)草量、株高、分枝數(shù)GCA值Table 1 General combining ability values of hay production, plant height and branch numbers based on parents

H2=[V1-V2]/[V1+(r-1)V2]；

GCV(%)=σ/μ,

式中，H2為組合的廣義遺傳力；V1為組合間均方，V2為誤差，r為重復(fù)次數(shù)，σ為組合遺傳標準差，μ為10個組合的總平均值。

各性狀指標原始數(shù)據(jù)及GCA數(shù)據(jù)統(tǒng)計用Excel 2016軟件進行處理，系統(tǒng)聚類、作圖及遺傳參數(shù)分析均使用DPS數(shù)據(jù)處理軟件。

2 結(jié)果與分析

2.1 GCA效應(yīng)值

由表1可見，同一性狀不同親本間或同一親本的不同性狀間GCA效應(yīng)存在很大差異。其中GCA效應(yīng)值干草產(chǎn)量第1茬鹽寶-01最高，勁能-02最低，第2茬甘農(nóng)3號-01最高，勁能-02最低，總產(chǎn)量也是甘農(nóng)3號-01最高，勁能-02最低；株高第1茬甘農(nóng)6號-01最高，勁能-02最低，第2茬紫花苜蓿353-01最高，苜蓿王-02最低，總株高也是甘農(nóng)6號-01最高，苜蓿王-02最低；分枝數(shù)第1茬勇士-01最高，苜蓿王-02最低，第2茬甘農(nóng)3號-01最高，紫花苜蓿353-01最低，平均分枝數(shù)也是勇士-01最高，紫花苜蓿353-01最低。

2.2 性狀GCA聚類分析

通過對10個親本的干草產(chǎn)量(第1茬、第2茬、總產(chǎn)量)、株高(第1茬、第2茬、總株高)和分枝數(shù)(第1茬、第2茬、平均分枝數(shù))的9個GCA值首先進行標準化轉(zhuǎn)換，然后進行Euclidean距離可變類平均法系統(tǒng)聚類，將其聚為三類(見圖1)，其中親本材料勇士-01、甘農(nóng)3號-01聚為一類，此類材料屬于高產(chǎn)高分枝類，其第1茬干草產(chǎn)量、第2茬干草產(chǎn)量、總干草產(chǎn)量、第1茬株高、總株高、第1茬分枝數(shù)、第2茬分枝數(shù)、平均分枝數(shù)GCA平均值依次為0.045 5、0.027 5、0.073 0、5.400 0、3.350 0、17.400 0、11.900 0、14.700 0，僅第2茬株高GCA平均值為-1.950 0；甘農(nóng)6號-01、鹽寶-01、紫花苜蓿353-01聚為一類，此類材料屬于產(chǎn)量中等高株高類，其第1茬干草產(chǎn)量、第2茬干草產(chǎn)量、總干草產(chǎn)量、第1茬株高、第2茬株高、總株高GCA平均值依次為0.035 3、0.002 7、0.038 0、5.533 3、2.200 0、7.633 3，但第1茬分枝數(shù)、第2茬分枝數(shù)、平均分枝數(shù)GCA平均值依次為-10.966 7、-1.600 0、-6.233 3,親本材料苜蓿王-01、勁能-01、擎天柱-01、苜蓿王-02、勁能-02聚為一類，此類材料屬于低產(chǎn)低株高低分枝類，其第1茬干草產(chǎn)量、第2茬干草產(chǎn)量、總干草產(chǎn)量、第1茬株高、第2茬株高、總株高、第1茬分枝數(shù)、第2茬分枝數(shù)、平均分枝數(shù)GCA平均值依次為-0.039 4、-0.012 6、-0.052 0、-5.400 0、-0.520 0、-6.020 0、-0.380 0、-3.880 0、-2.080 0。

2.3 性狀遺傳參數(shù)的估算

遺傳力反映的是親本性狀遺傳給后代的一種能力，在進行后代的選擇時，選擇效果與廣義遺傳力有很大的關(guān)系[12-14]。本研究中，高產(chǎn)是主要的育種目標，所以選擇廣義遺傳力和變異系數(shù)兩個指標對全年干草總產(chǎn)量、總株高、平均分枝數(shù)等3個性狀進行分析，結(jié)果如表2。廣義遺傳力：總株高>干草總產(chǎn)量>平均分枝數(shù)，且總株高的廣義遺傳力為55.70%，這說明株高性狀受遺傳作用比較大，也在遺傳中較穩(wěn)定，因而可以在早中期世代根據(jù)表型進行選擇，而干草總產(chǎn)量、平均分枝數(shù)廣義遺傳力較小，受環(huán)境的影響較大，能固定遺傳的變異量較小，可在晚世代進行選擇或可以在不同的環(huán)境下鑒定評價并選擇。遺傳變異系數(shù)：干草總產(chǎn)量>平均分枝數(shù)>總株高，表明以上3個性狀中干草總產(chǎn)量選擇的潛力是最大的。

圖1 基于父本草產(chǎn)量、株高、分枝數(shù)的GCA聚類分析Fig.1 GCA cluster analysis of hay production, plant height and branch numbers based on parents

表2 產(chǎn)量、株高、分枝數(shù)遺傳力和遺傳變異系數(shù)Table 2 Genetic ability and genetic variation coefficients of yield,plant height and branch numbers

3 討 論

GCA在性狀優(yōu)良父母本材料的選擇以及雜交組配過程中都具有重要的作用。一般情況下，GCA是由基因的加性效應(yīng)決定的，通過育種選擇可遺傳，若雙親或雙親之一是GCA較高的材料，它們之間組配雜交，可獲得較高F1代性狀值、較強雜種優(yōu)勢概率值[15-16]。且性狀GCA高，其遺傳力高，受環(huán)境影響小[17-18]。在本研究中，組合的母本材料是引進的雄性不育系一株單株進行無性扦插的株系，此單株已進行多年的回交改良，產(chǎn)量等性狀優(yōu)良。因此，性狀GCA的表現(xiàn)對正確選擇優(yōu)良父本材料具有重要的意義。在紫花苜蓿育種中，若是以高產(chǎn)為育種目標，單株的分枝數(shù)、株高是影響產(chǎn)量的重要因素[19-21]，但在具體的實際操作中，大多數(shù)對產(chǎn)量、分枝數(shù)、株高等性狀的選擇都是根據(jù)親本自身田間表型及利用生物統(tǒng)計學(xué)方法篩選出的，具有較大的片面性和盲目性，利用GCA能及早評價參與雜交的入選材料優(yōu)劣及其遺傳特性和育種潛力，進而提高親本選配的預(yù)見性和后代選擇效果[1，22]。本研究中10個基于父本材料的以上性狀的GCA效應(yīng)值存在較大的差異，這與孫彥等[8]和賈瑞[23]的研究結(jié)果一致。因此，在雜交選配前期，進行親本性狀GCA分析能有效利用育種材料，減少田間選擇工作量，提高選擇效率和選擇效果。

本研究對10個父本材料的產(chǎn)草量、株高、分枝數(shù)GCA值進行聚類分析，篩選出高產(chǎn)高分枝類的親本材料2個，中等產(chǎn)量高株高類的親本材料3個，這2類材料都是以高產(chǎn)為育種目標，可以進行無性扦插，綜合雜交，獲得高產(chǎn)綜合種，也可以作為親本，與雄性不育系種子雜交，獲得雜交種。但是,親本的GCA與組合的SCA之間沒有明顯的相關(guān)關(guān)系，GCA高，利用其配置的組合SCA可能高，也可能低，反之也一樣[24-25]。因此，獲得的品系需進一步進行品比及區(qū)域試驗來確定。同時，在配合力研究方面，需將組合的SCA考慮其中，因為前人研究發(fā)現(xiàn)，遺傳效應(yīng)均符合“加性-顯性”模型，其中的加性效應(yīng)占主導(dǎo)地位，顯性效應(yīng)也發(fā)揮著很大的作用[26-27]。其余5個親本材料苜蓿王-01、勁能-01、擎天柱-01、苜蓿王-02、勁能-02各性狀的GCA平均值均為負數(shù)，這些材料遺傳力不高，受環(huán)境的影響大，建議繼續(xù)觀察，并根據(jù)需求決定是否繼續(xù)利用或淘汰。

廣義遺傳力是衡量遺傳因素和環(huán)境條件對特定群體特定性狀的表型總變異所起的作用[28]，可以為育種目標提供策略。例如，楊榮仲等[29]為給甘蔗親本的選擇和雜交組合配置提供參考，利用3種不同的方差分析方法對其遺傳力進行了分析，得到遺傳力均受性狀及試驗的影響，在親本及后代按不同的原則和標準進行選擇，可提高選擇效率。王傳堂等[30]對大、小花生生仁和烤仁感官品質(zhì)性狀進行廣義遺傳力的估算，得到在烤花生感官品質(zhì)育種中，像大花生烤仁甜味這樣的指標，鑒于遺傳因素的作用明顯低于環(huán)境因素；從生產(chǎn)的角度看，需格外重視種植地點的選擇，同時也要適宜的農(nóng)藝配套措施。在本研究中，總干草產(chǎn)量、平均分枝數(shù)的廣義遺傳力較小，受環(huán)境因素的影響很大，遺傳力較低，不適宜在雜交的早中期進行選擇，但可以在后期進行選擇，這樣就可以排除上位性、顯性的干擾，還可以通過栽培措施進行改善。以上結(jié)果與王虹等[1]、陳海玲等[31]對草產(chǎn)量、分枝數(shù)遺傳力分析的結(jié)果存在差異，可能是因為試驗材料異質(zhì)性以及試驗環(huán)境的不同。但總株高的廣義遺傳力較高，可在早代固定有利基因進行選擇，選擇的效果也比較好，從而可以提高育種效率。有研究發(fā)現(xiàn)，廣義遺傳力不是性狀選擇的唯一指標，因為低的遺傳進度可取代高的遺傳力，并且在一定的選擇率下廣義遺傳力和遺傳變異系數(shù)之間存在一定的相關(guān)性[32-33]。一般情況下，遺傳變異系數(shù)大，說明遺傳變異的范圍大，選擇機會多，選擇潛力更大[34]。本研究中，總干草產(chǎn)量遺傳變異系數(shù)最大，平均分枝數(shù)次之，總株高最小，這表明總干草產(chǎn)量的選擇潛力最大。以上3個指標的廣義遺傳力和遺傳變異系數(shù)之間的關(guān)系與孫銘等對扁穗雀麥優(yōu)良品系廣義遺傳力與遺傳變異系數(shù)之間存在極顯著正相關(guān)的結(jié)果不一致，可能是本研究中性狀指標少，結(jié)果不明顯，也可能跟沒有考慮遺傳進度這一指標有一定的關(guān)系，因為遺傳進度包括了遺傳變異系數(shù)和廣義遺傳力，具體原因有待于進一步研究。

4 結(jié) 論

通過對10個雜交組合子一代的株高、分枝數(shù)、產(chǎn)量等性狀的GCA分析評價，篩選出高GCA的父本材料是勇士-01、甘農(nóng)3號-01單株，這2個親本材料具有高產(chǎn)的優(yōu)良特性，可作為高產(chǎn)親本材料進行雜交種或綜合種選育。

通過對全年干草總產(chǎn)量、總株高、平均分枝數(shù)3個指標的廣義遺傳力和遺傳變異系數(shù)進行研究，得出廣義遺傳力的排序是總株高>干草總產(chǎn)量>平均分枝數(shù)，且總株高的廣義遺傳力大于50%，可以作為育種早中期選擇的性狀；遺傳變異系數(shù)的排序是干草總產(chǎn)量>平均分枝數(shù)>總株高，因此，干草總產(chǎn)量是選擇潛力最大的性狀。