三個陸地棉芽黃突變體的遺傳及育種利用研究

　　摘要：棉花芽黃性狀是一種優(yōu)良的指示性狀，在棉花雜種優(yōu)勢研究中具有重要的利用價值。本研究以三個芽黃突變材料71-7、62-17和115-23為試驗材料，配制了33個雜交組合，研究芽黃性狀分離規(guī)律，芽黃性狀的回交轉(zhuǎn)育和優(yōu)勢組合選配。結(jié)果表明：71-7和115-23兩個突變體的芽黃基因為單基因控制的隱性性狀，62-17材料為單基因控制的不完全顯性性狀;通過回交轉(zhuǎn)育方法，創(chuàng)制了9份帶有芽黃標記性狀的陸地棉三系種質(zhì)資源;通過配制的12個優(yōu)勢組合綜合性狀分析，篩選出組合Y34和Y26具有較高的籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量，并可作為早熟雜交棉新品系選送新疆自治區(qū)早熟陸地組進行品種參試。本研究結(jié)果可為新疆棉花種質(zhì)創(chuàng)制、新基因挖掘及新品種培育提供新的親本及基因來源。

　　關(guān)鍵詞：陸地棉;芽黃突變體;遺傳分析;育種利用

　　棉花是我國重要的經(jīng)濟作物之一，棉花產(chǎn)業(yè)對中國經(jīng)濟發(fā)展具有十分重要的作用[1]。已有研究表明，棉花具有明顯的雜種優(yōu)勢，雜種F1可比常規(guī)品種增產(chǎn)15%以上，并可同時改善品質(zhì)和增強抗逆性[2]。因此，利用雜種優(yōu)勢以提高產(chǎn)量及品質(zhì)日益受到研究人員重視。當前，隨著育種技術(shù)和方法日益進步，常規(guī)種質(zhì)資源已難以滿足育種目標多樣化和多目標性狀同步改良的需要，急需通過人工創(chuàng)新發(fā)掘出符合多目標育種和研究需要的特異種質(zhì)，以滿足當前和今后科研和生產(chǎn)發(fā)展的要求。而攜帶芽黃性狀的優(yōu)良資源材料可作為優(yōu)異資源應(yīng)用于棉花種質(zhì)創(chuàng)新及雜種優(yōu)勢的研究[3]。首先，芽黃性狀可直接用于棉花雜種優(yōu)勢研究。已有研究表明，陸地棉芽黃品系與常規(guī)品種或品系雜交，其F1具有明顯的雜種優(yōu)勢，且產(chǎn)量性狀優(yōu)勢最大，產(chǎn)量構(gòu)成因素和早熟性次之，纖維品質(zhì)性狀的優(yōu)勢也明顯存在[4]。

　　因此，可利用芽黃突變材料進行強優(yōu)勢組合的篩選與配制，并可作為指示性狀在苗期即可進行偽雜種的剔除[5];另外，芽黃還可作為指示性狀用于棉花不育系及恢復(fù)系等三系雜交棉的選育應(yīng)用[6]。針對上述思路，本研究以本課題組發(fā)現(xiàn)和選育的新陸早32號芽黃突變體(71-7)、新陸早33號芽黃突變體(62-17)、新陸早42號芽黃突變體(115-23)為研究對象，采用經(jīng)典遺傳分析方法研究各突變材料的芽黃基因遺傳規(guī)律，并采用回交轉(zhuǎn)育方法將各突變材料的芽黃基因轉(zhuǎn)育到雄性不育系、恢復(fù)系等材料中，并進行各突變材料的雜種優(yōu)勢利用研究，通過產(chǎn)量、品質(zhì)等方面的比較分析，篩選高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)雜交組合。以期為棉花特異種質(zhì)資源的創(chuàng)新及雜種優(yōu)勢利用提供基因來源，并為新疆雜交棉選育提供新的親本來源。

　　1材料和方法

　　1.1試驗材料

　　本研究以課題組發(fā)現(xiàn)和選育的71-7(新陸早32號芽黃突變體)、62-17(新陸早33號芽黃突變體)、115-23(新陸早42號芽黃突變體)三個芽黃突變材料為研究對象，三份材料均屬于自然突變，且已純合并穩(wěn)定遺傳，各材料芽黃性狀表現(xiàn)。以本課題組骨干親本，優(yōu)異資源，品系等材料與三個突變材料進行雜交，回交等，用以后續(xù)的遺傳分析、種質(zhì)創(chuàng)制及組合選配等研究。

　　1.2組合配制及性狀調(diào)查

　　根據(jù)不同研究目的，課題組從2013年開始，分別以三個芽黃突變材料為親本之一，配制33個組合，用以研究芽黃性狀分離規(guī)律(Y1-Y12：2016年配制組合，獲得F1代種子，2017年種植F1，并自交獲得F2代種子，2018年種植F2，進行田間調(diào)查)，芽黃性狀的回交轉(zhuǎn)育(Y13、Y15-Y21、Y23：2013年開始配制組合，以后每年進行回交加代，具體回交轉(zhuǎn)育策略見2.2)以及優(yōu)勢組合選配(Y24-Y35：2017年配制組合，獲得F1代種子，2018年種植F1，進行比較試驗)等。

　　其中芽黃性狀分離通過田間表型目測記錄，優(yōu)勢組合比較試驗通過在棉花不同生育時期田間調(diào)查獲取株高、果枝數(shù)、鈴數(shù)等，室內(nèi)考種獲取衣分、單鈴重、衣指、子指等，并通過纖維檢測儀獲得纖維長度、比強度、馬克隆值、整齊度及伸長率等纖維品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)。各性狀調(diào)查方法及標準參考棉花種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標準[7]，纖維品質(zhì)檢測在農(nóng)業(yè)部西北內(nèi)陸區(qū)棉花生物學與遺傳育種重點實驗室纖維檢測室印度普瑞美HFT9000纖維檢測儀上進行。

　　1.3試驗設(shè)計及數(shù)據(jù)分析

　　試驗材料及組合配制在新疆石河子新疆農(nóng)墾科學院棉花研究所試驗基地進行，優(yōu)勢組合比較試驗于2018年種植各組合的F1代，采用隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，行長5.9米，平均行距42.5厘米，4行區(qū)，株距10厘米。對照為新疆自治區(qū)早熟組區(qū)域試驗對照品種新陸早61號，各材料人工點播，膜下滴灌栽培，以當?shù)爻Ｒ?guī)方法進行田間管理。數(shù)據(jù)分析采用SPSS19.0軟件進行卡方檢測計算，對組合皮棉產(chǎn)量的LSD多重比較分析采用DPS軟件分析。其它常規(guī)數(shù)據(jù)分析在EXCEL中進行分析。

　　2結(jié)果與分析

　　2.1三個芽黃突變體的遺傳分析

　　以三個芽黃突變體為母本，四個優(yōu)良純合品系為父本，配制了12個組合(Y1-Y12)用以進行芽黃性狀的遺傳分析，獲得各組合的F1代及F2分離群體。分別在苗期及現(xiàn)蕾期觀察記載各分離群體的單株葉片芽黃性狀表現(xiàn)。結(jié)果表明，兩個時期棉花單株芽黃性狀表現(xiàn)一致，71-7芽黃突變體的四個組合的F1代全部表現(xiàn)為正常綠色，F(xiàn)2群體中表現(xiàn)出綠色和芽黃兩種分離性狀，且分離比例符合3:1比例;62-17芽黃突變體的四個組合的F1代全部表現(xiàn)為中間型，即整株葉片顏色表現(xiàn)為黃色略顯綠色，F(xiàn)2群體中表現(xiàn)出綠色、芽黃和中間型三種分離性狀，由于田間表現(xiàn)中間型與芽黃區(qū)分度不明顯，而與正常綠色有明顯的區(qū)分，故在記載時將中間型與芽黃全部為記載為芽黃，F(xiàn)2分離比例符合3:1比例;115-23芽黃突變體的四個組合的F1代全部表現(xiàn)為正常綠色，F(xiàn)2群體中表現(xiàn)出綠色和芽黃兩種分離性狀，且分離比例符合3:1比例。上述結(jié)果初步確定71-7和115-23兩個突變體的芽黃基因為單基因控制的隱性性狀，62-17材料為單基因控制的不完全顯性性狀。

　　2.2三個芽黃突變體的回交轉(zhuǎn)育研究

　　為了將芽黃性狀轉(zhuǎn)育到不同的棉花三系材料中，從2013年開始，以四個陸地棉三系材料L0702A(細胞質(zhì)雄性不育系)、早33A(細胞核雄性不育系)、54R(恢復(fù)系)、GR26(恢復(fù)系)為母本，以71-7、62-17、115-23三個芽黃突變材料為父本，配制9個組合(其中Y23組合的母本新陸早33號為早33A的保持系)，采用不同的回交策略，進行回交轉(zhuǎn)育創(chuàng)制帶有芽黃標記的三系種質(zhì)資源。

　　其中轉(zhuǎn)育L0702A細胞質(zhì)雄性不育基因采取連續(xù)回交策略，在回交后代中選取芽黃且不育的單株做母本連續(xù)回交直至BC5代;由于早33A為細胞核雄性不育隱性基因，因此在轉(zhuǎn)育早33A雄性不育基因采取從F2開始選取不育株回交然后再自交再回交的策略，直至BC4F2代;轉(zhuǎn)育54R、GR26的恢復(fù)基因采取分子標記輔助選擇策略，選取在回交后代中含有Rf1恢復(fù)基因緊密連鎖的分子標記的單株做母本連續(xù)回交直至BC5代。目前已獲得9份帶有芽黃標記性狀的三系種質(zhì)資源。

　　2.3三個芽黃突變體的優(yōu)勢組合篩選研究

　　2017年課題組以71-7、62-17、115-23三個芽黃突變材料為母本，以課題組收集篩選的四個早熟優(yōu)良品系LP518、WN1020、JSH1527、天云2118為父本，配制12個雜交組合(Y24-Y35)，2018年種植12個組合的F1代，以新陸早61號品種為對照進行優(yōu)勢組合篩選研究。

　　Y24，Y33，Y35組合的單株結(jié)鈴數(shù)較高，Y28，Y29，Y27組合的鈴重較高，而Y32，Y33，Y25組合表現(xiàn)出較高的衣分;從纖維品質(zhì)指標看，該批組合的纖維品質(zhì)性狀綜合表現(xiàn)較好，纖維長度和纖維比強度都達到“雙30以上”，其中組合Y31，Y27，Y35為最高;籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量是棉花經(jīng)濟性狀的重要指標性狀，12個組合中有7個組合的籽棉產(chǎn)量與皮棉產(chǎn)量都超過對照，其中Y34，Y26，Y27組合表現(xiàn)出較高的籽棉產(chǎn)量，分別為對照的110.5%，107.2%，107.2%，而組合Y34，Y26，Y32組合則表現(xiàn)出較高的皮棉產(chǎn)量，分別為對照的110.1%，108.5%，106.8%，綜合性狀分析，組合Y34和Y26具有較高的籽棉產(chǎn)量和皮棉產(chǎn)量，分別排名為1和2;對皮棉產(chǎn)量經(jīng)多重比較進一步分析發(fā)現(xiàn)，組合Y34皮棉產(chǎn)量最高，Y28產(chǎn)量最低;組合Y34顯著高于Y25、Y35、Y29、Y31和Y28，極顯著高于Y28;組合Y26顯著高于Y29、Y31和Y28;組合Y32顯著高于Y31和Y28;其它組合間無顯著差異。組合Y34和Y26皮棉產(chǎn)量最高，屬早熟高產(chǎn)雜交組合。

　　3討論

　　棉花芽黃性狀是一種優(yōu)良的指示性狀，在棉花雜種優(yōu)勢研究中具有重要的利用價值，因此發(fā)掘新的芽黃突變材料并對其進行分析與鑒定顯得尤為重要。國內(nèi)外學者已經(jīng)鑒定了22個芽黃突變體，涉及到26個芽黃突變基因[8-19]。宋美珍等[20]利用航天誘變技術(shù)，對獲得的芽黃突變體中棉所58Vsp進行遺傳研究，證明該芽黃性狀受一對隱性核基因控制，且與棉花中期庫已有的17份芽黃材料不同。本研究對發(fā)現(xiàn)的三個芽黃突變材料進行了遺傳研究，初步確定71-7和115-23兩個突變體的芽黃基因為單基因控制的隱性性狀，62-17為單基因控制的不完全顯性性狀。研究結(jié)果為進一步對突變基因的等位性測驗和連鎖測驗提供了研究基礎(chǔ)。由于芽黃性狀表現(xiàn)穩(wěn)定，尤其在苗期表現(xiàn)明顯，肉眼即可辨別且遺傳方式簡單，大多受一對基因控制。

　　因此，可通過回交轉(zhuǎn)育方法將芽黃標記性狀導入當?shù)貎?yōu)良品種培育芽黃近等基因系，應(yīng)用于棉花雜交育種中，并可提高棉花雜交制種效率。張?zhí)煺娴萚17]對陸地棉芽黃核雄性不育系81A進行了遺傳研究，結(jié)果表明81A的芽黃性狀和雄性不育性狀都是由一對隱性基因控制且可能是緊密連鎖。因此，可利用該材料在進行棉花雜交制種時，在苗期即可通過芽黃性狀進行可育株的拔除，從而有效提高雜交制種的產(chǎn)量和效益。宇文璞等[21]在引進81A的基礎(chǔ)上，進一步育成了新型的芽黃A雄性不育系[22]，且雜種優(yōu)勢顯著。

　　本研究通過回交轉(zhuǎn)育方法創(chuàng)制了9份帶有芽黃標記性狀的陸地棉三系種質(zhì)資源，其中CMS115-23A、CMS71-7A、GMS115-23A三份材料其芽黃性狀受隱性基因控制，故可作為標記不育系應(yīng)用于三系雜交育種中;62-17R1、62-17R2兩份材料其芽黃性狀受不完全顯性基因控制，故可作為標記恢復(fù)系應(yīng)用于三系雜交育種中;115-23R1、115-23R2、71-7R1三份材料可作為新的優(yōu)異恢復(fù)系種質(zhì)資源應(yīng)用于雜交育種中。而對不育基因、恢復(fù)基因及與芽黃基因的具體染色體位置及連鎖情況，有待后續(xù)構(gòu)建大群體進行基因定位研究。

　　關(guān)于對芽黃性狀直接用于棉花雜種優(yōu)勢的研究，閔留芳等[23]采用NCII設(shè)計研究陸地棉芽黃性狀的雜種優(yōu)勢利用時認為，芽黃品系與常規(guī)品種之間的雜種表現(xiàn)出顯著的雜種優(yōu)勢，雜種一代的產(chǎn)量結(jié)構(gòu)與常規(guī)品種基本相似，認為對現(xiàn)有的芽黃品系進行改良，可以提高其雜種后代的優(yōu)勢潛力。肖松華等[5]以5個芽黃品系和6個常規(guī)品種進行不完全雙列雜交，測定30個組合在主要農(nóng)藝性狀上的雜種優(yōu)勢和配合力。結(jié)果表明，陸地棉芽黃品系和常規(guī)品種雜交，F(xiàn)1具有明顯雜種優(yōu)勢，雜種優(yōu)勢利用潛力較大。本研究利用三個芽黃材料與常規(guī)優(yōu)良品系做親本材料，配制優(yōu)勢組合，篩選出兩個綜合性狀表現(xiàn)優(yōu)良且產(chǎn)量較高的雜交組合Y34和Y26，可作為早熟雜交棉組合選送自治區(qū)早熟陸地棉組進行品種參試。

　　參考文獻

　　[1]中國農(nóng)業(yè)科學院棉花研究所.中國棉花遺傳育種學.濟南:山東科學技術(shù)出版社,2003:562CottonResearchInstitute,theChineseAcademyofAgriculturalSciences.GeneticsandbreedingofcottoninChina.Jinan:ShandongScience&TechnologyPress,2003:562

　　[2]邢朝柱,靖深蓉,邢以華.中國棉花雜種優(yōu)勢利用研究回顧和展望.棉花學報,2007,19(5):337-345XingCZ,JingSR,XingYH.ReviewandprospectoncottonheterosisutilizationandstudyinChina.CottonScience,2007,19(5):

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