王保勤++刘书梅++李宾++李俊文++韩艳红++贾新合

摘要：利用不同环境下种植的棉花（Gossypium hirsutum L.）永久F2群体，获得2年三环境的永久F2群体资料。估算纤维品质性状各项遗传方差比值和进行品质性状杂种优势预测。结果表明， 永久F2群体的纤维品质5个性状的遗传方式基本一致，都受加性、显性以及加性和环境互作的影响，纤维长度和伸长率以加性和显性效应为主，整齐度以显性效应为主，马克隆值以加性以及加性和环境互作效应为主，均达到极显著水平。纤维比强度的遗传受加性、显性以及互作效应的作用较小，作用不显著。永久F2群体的杂种优势预测估算结果表明，永久F2群体的纤维品质性状杂种优势非常小，中亲优势小于3%，并且伸长率性状呈负向杂种优势。试验结果可为合理利用永久F2群体材料提供理论依据。

关键词：棉花（Gossypium hirsutum L.）；永久F2群体；纤维品质；杂种优势；遗传率

中图分类号：S562；S331 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）22-5758-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.008

Analysis of Genetic Effects for Fiber Quality in Upland Cotton Immotalized F2 Populations

WANG Bao-qin1，LIU Shu-mei1，LI Bin1，LI Jun-wen2，HAN Yan-hong1，JIA Xin-he1

（1.Zhengzhou Research Institute of Agricultural and forestry Sciences，Zhengzhou 450005，China；

2.Cotton Research Institute，Chinese Academy of Agricultural Sciences，Anyang 455000，Henan，China）

Abstract： Planting the Immotalized F2 populations（IF2） in different environment，Data of permanent population in two years was analyzed for five traits of fiber quality under three environments， and genetic variance components and heterosis were estimated as well. The results showed that the five characters related to fiber quality were controlled by additive effects， dominant effects and additive×environment effects. The main effects in 2.5% staple strength and elongation were dominant effects and additive effects， uniformity was mainly dominant effects， while micronaire was additive×environment effects. They all reached extremely significant level. The small effects in fiber strength was additive， dominant and epistatic effects. It's not significant. Prediction of heterosis estimation on permanent groups indicated that the heterosis in permanent IF2 populations was very little， with less than 3% for mid-parent and a negative heterosis for elongation. The experimental results provided a theoretical basis for the rational use of permanent IF2 populations.

Key words： cotton（Gossypium hirsutum L.）； immotalized F2 population （IF2）； fiber quality； heterosis； heritability

國内外学者对棉花（Gossypium hirsutum L.）纤维品质性状的遗传效应进行了较多的研究，认为纤维品质性状的遗传主要受加性效应控制，其次为显性效应，同时还存在着加性、上位性与环境的互作效应[1-3]。张文英等[4]的研究认为，陆地棉纤维品质性状主要受加性效应的影响，显性效应也有较大作用。但是李卫华等[5]认为陆地棉2.5%跨长、比强度和麦克隆值分别以显性方差、加性方差和上位性方差为主。

早期的研究认为纤维长度等品质性状存在一定的杂种优势[6]，但近些年的研究表明纤维品质无杂种优势或不明显[7]。本研究采用朱军[8]的遗传模型，调查研究陆地棉永久F2群体的5项主要纤维品质性状（纤维长度、整齐度、比强度、伸长率和马克隆值），进行遗传效应及杂种优势分析。旨在为新型遗传材料永久F2群体的合理运用提供依据，使得永久F2群体在棉花育种研究中发挥更大的作用。

1 材料与方法

1.1 研究材料

利用中国农业科学院棉花研究所提供的196个（sGK中9708×0-153）RILs群体，构建出含98个组合的永久F2群体，在河南郑州、安阳试验地种植，分别于2011和2012年开展多年多点试验。

1.2 试验方法

种植亲本sGK9708、0-153及其（sGK9708×0-153）F1，永久F2群体及其重组自交系亲本群体及生产对照品种鲁棉研21；其中sGK9708、0-153及其（sGK9708×0-153）F1作为试验对照、鲁棉研21作为生产对照。试验采用随机区组设计，重复2次，4行区，小区长5.1 m，宽3.4 m。棉花采用直播等行种植，行距0.85 m，株距0.3 m。全生育期的田间管理随当地大田田间管理，管理措施与一般大田棉花生产相同。收花测产前，棉花吐絮盛期，每小区随机收取20个正常吐絮的棉铃进行室内考种后，纤维送农业部棉花品质检测中心进行纤维品质分析。

1.3 统计分析方法

采用“A-D模型”和最小范数二阶无偏估算法（MINQUE法）估算各性状的加性、显性、加性×环境、显性×环境方差分量分析[9-11]。并用群体中亲优势、群体超亲优势和群体竞争优势来预测杂种优势。

2 结果与分析

2.1 永久F2群体及RILs群体三环境下的纤维品质性状表现

永久F2群体和RILs群体纤维品质性状在2年三环境中的平均结果（表1）表明，纤维长度、纤维强度、整齐度指数在E1、E2、E3三环境下永久F2群体均比RILs群体略高，马克隆值在E1、E2下IF2群体均比RILs群体略高，而在E3下略低，伸长率在三环境下均表现为永久F2群体均比RILs群体略低。2012年纤维长度、纤维强度、马克隆值均比2011年的对应值高，伸长率表现相反，整齐度在2年的表现不一致。结果表明，永久F2群体的纤维品质性状中纤维长度、整齐度指数、纤维强度、马克隆值均具有正向杂种优势，伸长率指数表现为负向杂种优势。在不同环境下，杂种优势的大小不同，表現的杂种优势方向不完全相同，可能是环境影响较大，2011年种植的E1、E2生长后期雨涝天气时间较长，从而影响到部分纤维品质性状，而E3为2012年种植，基本没有雨涝天气。环境的影响机制如何，还有待于进一步研究。

2.2 永久F2群体纤维品质的杂种优势表现

对永久F2群体纤维品质中亲优势、超亲优势和竞争优势进行估算（表2），永久F2群体在E1、E2、E3三个环境中纤维长度、整齐度、纤维强度的中亲优势均为正向优势，平均依次为2.51%、0.72%、1.61%，伸长率的中亲优势均为负值，平均为-1.83%。E2环境下多数性状的中亲优势比E1、E3环境下高。马克隆值在E1、E2中的中亲优势为正值，而在E3中为负值。说明永久F2群体与其亲本RILs群体的品质性状相比较有极明显的杂种优势。纤维长度在E2、E3下具有超亲优势，而纤维强度、马克隆值、伸长率、整齐度在三环境下超亲优势都小于零，其中马克隆值和伸长率消减的程度较大，也就是说品质性状的超亲优势表现不明显或者无优势。永久F2群体与鲁棉研21对比，纤维长度、纤维强度、整齐度指数在三环境下均具有正向竞争优势。马克隆值、伸长率在E1下竞争优势为正值，在E2、E3下为负值，并且绝对值较大，说明纤维长度、纤维强度、整齐度具有明显的竞争优势，在同年不同地区以及不同年份种植的永久F2群体竞争优势表现的大小不同，受环境影响较大。

2.3 永久F2群体纤维品质遗传方差及其遗传率的分析

由永久F2群体纤维品质性状的各项遗传方差分量和机误方差分量占表型方差比值结果（表3）可见，永久F2群体纤维品质的5个性状中纤维长度、整齐度、马克隆值、伸长率的加性效应、显性效应以及加性与环境的互作效应都达到0.01的极显著水平。纤维比强度的加性效应、显性效应及加性×环境互作效应都大于零，但是不显著。纤维长度除受显性与环境互作控制外，其余各指标显性与环境互作不显著，也即纤维强度、马克隆值、伸长率、整齐度的显性效应受环境影响不明显。因此基因的加性效应、显性效应是影响纤维品质的主要成分，加性效应受环境影响比较大。纤维品质性状与环境存在较大的互作效应，对杂种优势的预测需分环境进行。

3 小结与讨论

棉花纤维品质性状的遗传分析结果因试验材料不同而异[12，13]。总的来说，永久F2群体纤维品质5个性状主要受加性效应、显性效应以及加性×环境互作效应的作用，不同的性状其加性、显性效应以及加性、显性×环境互作效应所占的比重略有不同。各品质性状的机误方差比率较大，表明易受环境因素影响。因此由于环境条件的改变，各性状的遗传特点和遗传相关性会产生变化。对棉花永久F2群体纤维品质性状的遗传研究对于棉花遗传育种具有重要的理论和实践意义。

孙君灵等[14，15]报道，常规棉、优质棉纤维品质性状的遗传变异主要来自于加性效应并同时受非加性效应的影响，纤维比强度以显性效应为主。Wang等[16]在利用IF2群体进行QTL定位研究棉花纤维品质遗传时认为基因的加性效应是纤维品质遗传中最重要的部分，显性效应较弱。本研究的结果与前人的研究结果不尽相同，本研究中永久F2群体的纤维品质5个性状的遗传方式基本一致，都受加性、显性以及加性×环境互作的作用。其中，纤维长度和伸长率以加性和显性效应为主，整齐度以显性效应为主，马克隆值以加性以及加性×环境互作效应为主，均达到极显著水平。纤维比强度的遗传受加性、显性以及互作效应的作用较小，不显著。因此在利用永久F2群体研究时应考虑纤维品质性状的遗传效应，协调各性状之间的相互关系。

纤维品质性状的杂种优势比较小，一般中亲优势只有0～3%[12]。本研究结果也表明，永久F2群体的纤维品质性状杂种优势非常小，中亲优势小于3%。并且伸长率性状呈负向杂种优势。

参考文献：

[1] 刘海涛，郭香墨，夏敬源.转Bt基因抗虫棉与常规陆地棉种内杂种主要性状的基因效应分析[J].棉花学报，2000，12（3）：118-121.

[2] 韩祥铭，刘英欣，宋宪亮.陆地棉新种质纤维品质性状的遗传分析[J].作物学报，2002，28（2）：245-248.

[3] 宋美珍，喻树迅，范术丽，等.短季棉主要农艺性状的遗传分析[J].棉花学报，2005，17（2）：94-98.

[4] 张文英，梅拥军.陆地棉铃形和纤维品质的遗传和相关研究[J].作物学报，2004，30（8）：739-744.

[5] 李卫华，胡新燕，申温文，等.陆地棉主要经济性状的遗传分析[J].棉花学报，2000，12（2）：81-84.

[6] AL-RAWI K M， KOHEL R J. Gene action in the inheritance of fiber properties in inter varietal dialed crosses of upland cotton（Gossypium hirsutum L.）[J].Crop Science，1970（10）：82-83.

[7] 吴吉样，朱 军，许馥华，等.陆地棉F2纤维品质性状杂种优势的遗传分析[J].棉花学报，1995，7（4）：217-222.

[8] 朱 军.遗传模型分析方法[M].北京：中国农业出版社，1997.56-87.

[9] 朱 军.估算遗传方差和协方差的混合模型方法[J].生物数学学报，1992，7（1）：1-11.

[10] 朱 军.作物杂种后代基因型值和杂种优势的预测方法[J].生物数学学报，1993，8（1）：32-44.

[11] 朱 军，季道藩，许馥华.作物品种间杂种优势遗传分析的新方法[J].遗传学报，1993，20（3）：262-271.

[12] 袁有禄，张天真，郭旺珍，等.棉花优异纤维品质性状的双列杂交分析[J].遗传学报，2005，32（1）：79-85.

[13] 刘建平，梅拥军，张利莉，等.零式果枝海岛棉铃部性状和纤维品質的遗传及相关分析[J].作物学报，2005，31（8）：1069-1073.

[14] 孙君灵，杜雄明，周忠丽，等.转基因抗虫棉sGK9708与不同类型品种杂交的遗传及优势分析[J].棉花学报，2003，15（6）：323-327.

[15] 孙君灵，杜雄明，周忠丽，等.陆地棉不同群体主要性状的遗传力及杂种优势分析[J].华北农学报，2004，19（1）：49-53.

[16] WANG B H，WU Y T，GUO W Z，et al. QTL analysis and epistasis effects dissection of fiber qualities in an elite cotton hybrid grown in second generation[J].Crop Sci，2007，47：1384-1392.