孫 皓, 趙 斌, 王 瑞, 季昌好, 朱 斌, 陳曉東

(安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/安徽省農(nóng)作物品質(zhì)改良重點實驗室,安徽合肥 230031)

雜種優(yōu)勢在農(nóng)業(yè)上的應(yīng)用非常廣泛,能夠大幅度提高作物產(chǎn)量和改善作物品質(zhì)[1],目前已成功運用在水稻[2-3]、玉米[4-5]、大豆[6]等作物中。小麥雜種優(yōu)勢也早已被研究和應(yīng)用[7],其大小在不同組合間存在差異[8]。配合力是評價雜交親本選配的一項重要依據(jù),可分為一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)。采用配合力高的親本進(jìn)行組配,往往更容易獲得強優(yōu)勢的雜種后代,從而提高育種成效[9]。

長江中下游麥區(qū)作為我國重要的冬小麥產(chǎn)區(qū)之一,在保障小麥產(chǎn)業(yè)發(fā)展方面有著舉足輕重的作用[10-11]。眾多研究表明,小麥不同品種在株高[12-14]、千粒質(zhì)量[15-16]、蛋白質(zhì)含量[17]等性狀上的雜種優(yōu)勢和配合力具有明顯差異,但研究結(jié)果不盡相同[18-19],可能受不同生態(tài)環(huán)境、品種類型、試驗設(shè)計與分析方法等因素影響。為此,本研究選取近年來長江中下游麥區(qū)中7個代表性冬小麥品種,按照完全雙列雜交方法進(jìn)行組配[20],對親本及雜交組合的11個產(chǎn)量及品質(zhì)性狀進(jìn)行雜種優(yōu)勢及配合力分析,以期為該區(qū)小麥雜交育種親本選配提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料選用7個長江中下游代表性冬小麥品種:P1(揚麥9號)、P2(揚麥13號)、P3(揚麥15號)、P4(寧麥9號)、P5(寧麥13號)、P6(揚輻麥2號)和P7(皖西麥0638)。

1.2 試驗設(shè)計

2019—2020年,以上述7個品種為親本,按照完全雙列雜交方法設(shè)計42個F1雜交組合,將親本及F1種植于安徽省農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地,試驗采用完全隨機設(shè)計,3次重復(fù),每份材料種1行,行長 2 m,行距0.25 m,株距0.05 m,常規(guī)田間管理。

1.3 性狀測定

小麥成熟后,參試材料每次重復(fù)選取5株,測定株高、穗下節(jié)間長、穗長、單株穗數(shù)、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量和單株產(chǎn)量7個產(chǎn)量相關(guān)性狀。利用InfratecTM1241近紅外谷物分析儀、Perten GM2200面筋測定系統(tǒng)和Brabender Laboratory Millsedmat沉降測定儀分別測定籽粒蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、濕面筋含量和沉降值4個品質(zhì)性狀。

1.4 統(tǒng)計分析

針對某性狀,中親優(yōu)勢(MPH)=(F1值-雙親均值)/雙親均值×100%;超親優(yōu)勢(HPH)=(F1值-高值親本值)/高值親本值×100%。配合力分析按照孔繁玲介紹的完全雙列雜交方法3[20]進(jìn)行。用Excel 2007和DPS 7.05軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的整理與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜種優(yōu)勢表現(xiàn)

由表1可知,11個性狀的MPH與HPH平均值表現(xiàn)基本一致。MPH平均值除淀粉含量外,其他性狀均為正值,其中單株產(chǎn)量(40.18%)、單株穗數(shù)(26.87%)、沉降值(26.45%)、濕面筋含量(10.99%)和蛋白質(zhì)含量(10.55%)達(dá)10%以上,其他5個性狀在10%以下。HPH平均值為正值的性狀分別是單株產(chǎn)量(26.82%)、沉降值(19.86%)、單株穗數(shù)(15.09%)、蛋白質(zhì)含量(7.75%)和濕面筋含量(6.47%),其他6個性狀均為負(fù)值。從MPH和HPH的正向組合比例來看,沉降值最高,二者均為100%;蛋白質(zhì)含量其次,分別為100%和97.62%;濕面筋含量、單株產(chǎn)量和單株穗數(shù),分別達(dá)90%和75%以上;株高、穗下節(jié)間長、穗長、千粒質(zhì)量、每穗粒數(shù),范圍分別為61.90%～71.43%和26.19%～45.24%;淀粉含量的MPH和HPH正向組合比例均最低。以變異系數(shù)來衡量雜種優(yōu)勢變異,株高、穗下節(jié)間長、穗長、每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量的MPH和HPH變異較大,其次是單株穗數(shù),其余5個性狀變異較小。

表1 產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢表現(xiàn)

2.2 配合力分析

2.2.1 配合力方差分析 配合力方差分析結(jié)果(表2)表明,各被測性狀的GCA與SCA方差均呈顯著或極顯著差異,說明各性狀的遺傳變異受基因加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)共同作用。除穗下節(jié)間長和濕面筋含量外,其余性狀的GCA方差普遍大于SCA方差,說明性狀的遺傳變異主要由基因加性效應(yīng)調(diào)控。反交結(jié)果顯示,除單株產(chǎn)量外,其余性狀的反交效應(yīng)均達(dá)極顯著水平,說明性狀的遺傳變異可能也受質(zhì)核互作影響,在親本選配中需注意正反交差異。

表2 產(chǎn)量及品質(zhì)性狀配合力的方差分析

2.2.2 一般配合力差異比較 GCA差異比較結(jié)果(表3)顯示,各親本間所有性狀的GCA存在顯著差異,同一親本不同性狀的GCA表現(xiàn)不同。基于各性狀GCA效應(yīng)值,株高、穗下節(jié)間長和穗長表現(xiàn)基本一致,其中親本P2和P5的GCA值較高,P3和P4則較低,其余親本介于二者之間。單株穗數(shù)GCA最高值是P7,其次是P4,且P7顯著高于除P4以外的其余親本。P2和P5的每穗粒數(shù)GCA值高于其他親本,且與P3和P7達(dá)顯著差異。千粒質(zhì)量GCA最高值是P2,顯著高于P1、P4、P6和P7,其次是P3和P5,顯著高于P1、P4和P7。單株產(chǎn)量GCA值在親本間差異相對較小,僅P3顯著小于P7。品質(zhì)性狀上,蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值表現(xiàn)基本一致,綜合該3個性狀,GCA最高值是P7,顯著高于其他親本,其次是P3,再次是P1、P4和P6,P2和P5較小。淀粉含量則表現(xiàn)相反,其中P2的GCA值最高,P7最低,分別高于和低于其他親本?？傮w來看,親本P2在株高、穗下節(jié)間長、穗長、每穗粒數(shù)、千粒質(zhì)量及淀粉含量的GCA值較高,P7在單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量、蛋白質(zhì)含量、濕面筋含量和沉降值的GCA值較高。因此,P2(揚麥13號)和P7(皖西麥0638)在親本選配中可作為重點對象考慮。

表3 產(chǎn)量及品質(zhì)性狀一般配合力的差異比較

2.2.3 特殊配合力分析 將正反交列入同一組合來比較各性狀的SCA值差異,結(jié)果見表4,同一性狀不同組合及同一組合不同性狀的SCA值表現(xiàn)不同,且產(chǎn)量性狀較品質(zhì)性狀在不同組合間的SCA值變異更大。就產(chǎn)量構(gòu)成因子來說,SCA正向效應(yīng)值較大的組合分別是單株穗數(shù)(P1×P6和P2×P5)、每穗粒數(shù)(P2×P3和P1×P5)、千粒質(zhì)量(P1×P4和P3×P5)及單株產(chǎn)量(P2×P3和P2×P5)。品質(zhì)性狀中僅沉降值變異相對較大,其中P3×P4的SCA正向效應(yīng)值較高。

表4 各組合產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的特殊配合力效應(yīng)值

2.3 F1表型與中親優(yōu)勢、配合力的相關(guān)性

各性狀的F1表型值與MPH、GCA(雙親GCA之和)及SCA相關(guān)性分析結(jié)果見表5。結(jié)果表明,F1表型值與MPH在除株高和穗長外的所有性狀上達(dá)到顯著或極顯著正相關(guān)。F1表型值與GCA值及SCA值在所有性狀上均達(dá)到顯著或極顯著相關(guān)。這些結(jié)果說明,調(diào)控性狀的基因加性和互作效應(yīng)普遍存在。

表5 各性狀F1表型值與中親優(yōu)勢值及配合力的相關(guān)系數(shù)

3 結(jié)論與討論

雜交育種迄今仍是農(nóng)作物最主要的育種手段,F1雜交組合是否具有雜種優(yōu)勢,是雜交選育的前提[1,21]。本研究各性狀間MPH和HPH正向優(yōu)勢組合比例存在差異,與前人研究結(jié)果[13]一致。品質(zhì)性狀如沉降值、蛋白質(zhì)和濕面筋含量的MPH和HPH正向優(yōu)勢組合比例高,說明較易產(chǎn)生雜種優(yōu)勢,但淀粉含量則表現(xiàn)相反,可能因其與蛋白質(zhì)含量呈負(fù)相關(guān)而導(dǎo)致。因此,針對長江中下游小麥品質(zhì)改良,如何協(xié)調(diào)蛋白質(zhì)含量與淀粉含量顯得更為重要。產(chǎn)量構(gòu)成三要素中,單株穗數(shù)較每穗粒數(shù)和千粒質(zhì)量更易產(chǎn)生雜種優(yōu)勢,但組合間變異較小。因此,對于產(chǎn)量性狀改良,可首抓穗數(shù),同時加強粒數(shù)與粒質(zhì)量選擇力度,可能更為有效。

配合力是衡量親本選配的重要依據(jù),已成功應(yīng)用于育種實踐[22-24]。本研究配合力分析表明,性狀變異受基因加性和非加性效應(yīng)共同作用,且以加性效應(yīng)為主,與眾多研究結(jié)果[17,25-26]一致。因此,在親本選配中應(yīng)首先考慮GCA高值親本,如本研究中的P2(揚麥13號)和P7(皖西麥0638)可作為長江中下游小麥品種選育的骨干親本。另外,本研究發(fā)現(xiàn),所有性狀F1表型值與GCA值和SCA值呈顯著或極顯著正相關(guān),與前人研究結(jié)果[17,27]基本一致,反映了F1表型是由GCA和SCA共同決定。因此,盡管配合力遺傳基礎(chǔ)十分復(fù)雜,但在育種實踐中可通過F1表型值來預(yù)測親本或組合的配合力大小,提高育種成效。