持续高温干旱年份陆地棉农艺和产量性状的遗传效应分析

本文采用NCⅡ交配设计方法,以9个陆地棉品种(系)配置16个杂交组合,利用加性—显性与环境互作的遗传模型(ADE模型),分析亲本和F1在2013年持续高温干旱条件下望江、九江2个环境下的农艺和产量性状,估算了各项遗传方差分量,分析了性状间各项遗传效应的相关性和各性状的杂种优势。结果表明,农艺和产量性状易受环境条件影响,子棉产量、皮棉产量、单株铃数和铃重的遗传主要受显性效应控制,衣分同时受加性和显性效应控制,子指主要受加性效应控制。遗传相关分析表明,子棉产量和皮棉产量与铃重和衣分呈显性正相关;铃重与衣分呈显性正相关,衣分与子指的加性和显性均为负相关。杂种优势分析表明,中棉所63的铃重、衣分、子指、子棉产量和皮棉产量的群体平均优势达极显著水平,其皮棉产量的杂种优势可以利用至F3。     

陆地棉配合力与杂种优势、遗传距离的相关性分析

 用10个陆地棉亲本进行不完全双列杂交,共配置了45个组合,计算亲本的一般配合力（GCA）、特殊配合力(SCA)、杂种优势,并结合SSR标记研究了陆地棉亲本配合力与杂种优势、遗传距离之间的相关关系。配合力分析发现,10个亲本的一般配合力和特殊配合力存在显著或极显著差异。分析亲本配合力、杂种优势和遗传距离的相关性发现,子棉产量、皮棉产量、衣分的一般配合力和杂种优势呈显著或极显著相关,纤维长度、比强度、麦克隆值、株高、果枝数、单株铃数、铃重、子棉产量、皮棉产量、衣分的特殊配合力和杂种优势均呈极显著正相关,而与遗传距离相关均不显著。单株铃数、铃重、子棉产量、皮棉产量、衣分的杂种优势与遗传距离均为正向显著或极显著相关。在育种实践中这些显著或极显著相关的性状可能具有较高的改良潜力。     

海岛棉产量性状的遗传效应分析

采用加性-显性的遗传模型，研究海岛稀11个亲本和30个F1杂交组合8个产量性状的各项遗传方差分量和遗传相关。结果表明：单株有效铃数、单株无效铃数、铃重、籽棉产量的加性方差比率分别达到显著和极显著水平，而显性方差比率均不显著，表明这4个产量性状的遗传以加性效应为主，皮棉产量、衣分、衣指则不显著，且普通次义遗传率较低。遗传分析表明：新海14号和99-1111籽棉产量有显著的加性效应，可作为杂交育种的优良亲本。     

陆地棉产量性状的遗传分析

采用加性-显性与环境互作的遗传模型,分析陆地棉8个杂交亲本和F128个组合的7个产量性状的两年试验资料,估算各项遗传方并非分量和F1、F2的杂种优势.结果表明,产量性状受加性效应和显性效应共同控制,加性×环境各产量性状均极显著,铃重、衣分、籽指还受显性×环境的极显著影响,7项产量性状的广义和狭义遗传率均达到极显著水准.     

陆地棉株型性状对皮棉产量的遗传贡献分析

为阐明陆地棉主要株型性状对皮棉产量的贡献,采用加性-显性及与环境互作的遗传模型,利用估算条件方差分量和预测条件遗传效应值的统计方法对9个陆地棉品种（系）及其F1代20个组合皮棉产量和9个株型性状的2年资料进行了贡献分析。结果表明,9个株型性状对皮棉产量的表型贡献率分布在0.1%~11.1%之间。主茎节距、始果枝高、果节数对皮棉产量具有显著或极显著的加性遗传贡献率,分别为29.8%、6.2%和5.7%,果枝夹角对皮棉产量的加性遗传方差具有较大的抑制作用（-39.9%）;果节数对皮棉产量的显性遗传方差贡献率最高（57.8%）;主茎节距对皮棉产量有极显著的加性×环境互作遗传方差贡献率（17.7%）,其它株型性状对皮棉产量的加性×环境互作遗传方差、显性×环境互作遗传方差的贡献率较小或不显著。亲本2和4的果节数、亲本3、5和6的始果枝高、亲本7的主茎节距对其皮棉产量有最大的加性贡献,表明对皮棉产量加性效应贡献最大的株型性状因不同亲本而异。多数杂交组合皮棉产量的显性效应主要受果节数的影响,因此,果节数可作为间接选择皮棉产量显性效应的指标。     

转基因抗虫棉产量性状的遗传效应及其杂种优势分析

采用加性-显性与环境互作的遗传模型,分析了9个亲本和36个F1的皮棉产量、单株铃数、铃重和衣分的两年资料,估算了转基因抗虫棉各项遗传方差和成对性状间各项遗传效应的相关性.结果表明,转基因抗虫棉的产量性状受加性和显性效应共同控制,皮棉产量、铃重和衣分都以基因的显性效应为主,而单株铃数是以加性效应为主,单株铃数和衣分还具有基因与环境互作效应.遗传相关分析表明,转基因抗虫棉的皮棉产量与单株铃数的基因型和表现型相关系数都比较大而且比较接近;皮棉产量与单株铃数、铃重和衣分的加性相关系数都达到极显著水平,而且皮棉产量与单株铃数、衣分的数值比较大.利用亲本和F1的资料预测了F2基因型值和杂种优势,结果表明,转基因抗虫棉F2的皮棉产量、单株铃数、铃重和衣分的群体平均优势分别为4.0%、5.1%、-1.3%和3.2%,群体超亲优势分别为-7.3%、-6.0%、-4.2%和-0.5%.     

短季棉常用亲本早熟性状的遗传及配合力研究

采用9×9不完全双列杂交设计,分析了短季棉早熟及其相关性状的遗传特性、配合力和杂种优势表现,结果表明:短季棉的早熟性状由加性遗传效应和显性遗传效应共同作用,同时有不可忽视的加性、显性效应与环境的互作;全生育期、株高、衣分、铃重、霜前花率有较高的狭义遗传力,为0.262～0.528,特别是衣分和铃重受环境影响较小,可早代和异地选择;而果枝始节受环境条件影响较大;但在同一地区,果枝始节的狭义遗传力较高,为0.244～0.652,作为早熟性的选择指标是可靠的;在研究的9个材料中,有4个短季棉的早熟性的一般配合力较好,46个组合中有16个组合的早熟性及产量性状的特殊配合力均较好,其中以3个三个组合的产量及早熟性的综合性状较优,霜前皮棉较其优良亲本增产15%以上。     

陆地棉主要农艺与纤维品质性状的双列杂交分析

本文利用加性-显性与环境互作的遗传模型(ADE模型),分析8个陆地棉亲本及其F1在不同环境下的农艺和纤维品质性状,在估算遗传方差分量、遗传效应的基础上,分析各类性状间的遗传相关性,并预测F1和F2的杂种优势,为棉花杂种优势利用和新品种选育提供了较有价值的信息。研究表明,农艺与纤维品质性状的遗传主要受加性、显性和加性与环境互作效应控制。遗传相关分析表明,皮棉产量与纤维品质性状的显性相关系数值较大,利用杂种优势在早期世代可以得到协同改良,纤维品质性状间易实现协同改良。杂种优势分析表明,F1和F2的皮棉产量均具有显著的超亲优势,纤维品质性状的杂种优势不明显。     

陆地棉主要经济性状的遗传分析

通过陆地棉主要经济性状的基因效应方差分析,表明产量性状显性方差占表现型变异比率最高,单株铃数显性×环境方差占62．4％,达极显著水平。纤维品质性状中,2．5％跨长、比强度及麦克隆值分别以显性方差、加性方差和加×加上位性方差为主。产量性状普通狭义遗传率、普通广义遗传率最高的均是衣分,最低的都是单株铃数。互作狭义遗传率最高的也是衣分,为11．4％,单株铃数和单铃重互作广义遗传率较高,都在68％以上。2．5％跨长的普通狭义遗传率最低,仅为4．2％,比强度普通狭义遗传率高达55．5％。同时还计算了各对性状基因型相关值。     

转基因抗虫陆地棉与优质品系杂交铃重、衣分的遗传及其F_1杂种优势分析

利用7个陆地棉抗虫常规品种(品系)为母本,5个优质不抗虫品系为父本,按NCII设计配制了35个组合,采用"加性-显性遗传模型"("A-D模型")对亲本及F1两年的铃重、衣分数据进行了分析。结果表明,铃重的遗传主要受到显性效应的控制,衣分主要受到加性效应的控制,显性效应对衣分也有重要影响。F1的铃重具有极显著的正向群体平均优势和正向超亲优势,而衣分则具有极显著的正向群体平均优势和负向群体超亲优势。铃重狭义遗传率为0,进行杂交育种时不宜在早代进行选择,但因其具有较高的杂种优势,可通过杂种优势利用途径提高棉花的铃重;衣分具有较高的狭义遗传率,适宜在早中世代选择。     

Genetic association of cotton yield with its component traits in derived primitive accessions crossed by elite upland cultivars using the conditional ADAA genetic model

Boll number, lint percentage, and boll weight are three component traits for lint yield of upland cotton, Gossypium hirsutum L. Selecting high yielding lines or hybrids depends on the ability to dissect the genetic relationship of lint yield with these component traits. In this study, 14 day-neutral lines with desirable fiber quality derived from primitive accessions were top crossed with five commercial cultivars. The F₂ populations and parents were grown in one location in 1998 and two locations in 1999 at Mississippi State, MS. The F₃ populations and parents were grown in two locations in 2000. Lint yield and three component traits were measured and analyzed by the ADAA genetic model with the mixed model based conditional approach. Results showed that boll number or boll number with lint percentage or boll weight contributed to the majority of the phenotypic variance and variance components for lint yield. Boll number was more important than the other two component traits in terms of various genetic effects. The results also showed that the combination of boll number and boll weight greatly increased the contribution to lint yield even though boll weight itself had no significant contribution to lint yield compared to boll number alone. The genetic contribution effects were also predicted due to single component traits or their combinations for parents and crosses. The results revealed that the balanced selection of boll weight and boll number should be considered to obtain high yielding hybrids or pure lines. Contribution of the USDA-ARS in cooperation with the Mississippi Agric. and Forestry Exp. Stn. Mention of trademark, proprietary product, or vendor does not constitute a guarantee or warranty of the product by USDA, ARS and does not imply its approval to the exclusion of other products or vendors that may also be suitable.     

衣分不同陆地棉品种的产量及产量构成因素的遗传分析

选用衣分不同的陆地棉品种配置组合,率先将主基因-多基因联合世代分析与双列杂交试验分析相结合,分别从单个和整体基因水平上对棉花产量及产量构成因素进行了遗传研究。对2个高×低衣分组合的主基因-多基因6世代联合分析结果表明,各产量性状至少在1个组合中检测到主基因的存在,说明产量性状主基因存在的普遍性。由2个组合各产量性状的主基因、多基因遗传率比较得出,产量性状的主基因遗传率比多基因遗传率在不同组合间趋势变化相对较稳定;各性状在2个组合中的主基因、多基因遗传率分量不完全相同。衣分、铃重和籽指在2个组合中分别以主基因遗传为主和以多基因遗传为主;子棉产量和皮棉产量在2个组合中均以主基因遗传为主;衣指在组合I中以多基因遗传为主,在组合II中属于典型的多基因遗传;单株铃数在组合I中属于典型的主基因遗传,在组合II中以多基因遗传为主。双列杂交结果表明,陆地棉产量及产量构成因素都有较高的遗传主效应方差,产量性状受加性效应和显性效应共同控制,其中,衣分、衣指以加性效应为主;子棉产量、铃重和籽指以显性效应为主;皮棉产量和单株铃数以加性和显性效应为主。衣分和衣指的普通广义遗传率和普通狭义遗传率均最高,与联合世代分析两性状的总遗传率平均值结果趋势一致。相关和通径分析一致表明,产量构成因素中单株铃数对皮棉产量的贡献最大,衣分次之,铃重最小。     

陆地棉色素腺体密度与丰产早熟性的相关及后代的遗传变异

本研究利用两个有色素腺体品种与两个无色素腺体品种,配成4个杂交组合,每组合包括P_1、P_2、F_1、F_2。在对4个组合各性状进行了世代间的方差分析后,着重研究F_24个部位及4个部位平均的色素腺体密度与19个产量因素及早熟性性状之间的相关性。结果表明,色素腺体密度与各产量及早熟性性状之间均无密切相关。在进行育种工作时,色素腺体密度可不做为必须着重考虑的因素。对遗传参数的估算结果表明,衣分的遗传力较高,单株铃数、单铃重为低到中等,单株籽棉产量和皮棉产量遗传力最低。遗传进度由高到低的变化趋势为:单株籽棉产量、单株皮棉产量>单株铃数>单铃重、衣分。     

基于部分NCII交配设计的陆地棉产量和纤维品质性状遗传分析

以60份陆地棉品种（系）和由部分双因素交叉式遗传（North Carolina II,NCII）交配设计配制的180个F₁组合为材料,分析产量和纤维品质性状的遗传效应和相关性。结果表明,皮棉产量、衣分、铃数和铃重的加性效应方差分量分别为0.25、0.62、0.20和0.14,显性效应方差分量分别为0.17、0.13、0.07和0.21;纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值的加性效应方差分量分别为0.48、0.60和0.48,显性效应方差分量分别为0.05、0.02和0.06。各性状（除马克隆值外）的显性×环境互作效应均高于加性×环境互作。产量性状中,衣分与纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值的相关性较强,相关系数分别为-0.35、-0.40和0.48。除铃重之外,陆地棉的产量性状呈现出以加性效应为主的遗传特点;纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值的遗传以加性效应为主。部分NCII交配设计可用于同时对大量亲本进行评价。     

陆地棉高品质系数量性状的遗传变异与选择指数

 研究了20个高品质陆地棉品系12个数量性状的遗传变异、广义遗传力、遗传相关及产量的选择指数。结果表明,单株产量和株铃数具有较大的遗传变异,纤维品质性状的遗传变异较小,说明继续改良高品质系的产量性状潜力较大。纤维品质性状的广义遗传力介于79.07%~89.47%之间,产量及产量组分性状中以衣分和铃重最高,广义遗传力分别为89.1%和81.85%,单株皮棉重最低,为55.05%。单株皮棉重与株铃数、株铃数与果枝数成极显著遗传正相关。利用与单株皮棉重遗传相关较强的多个性状构建的选择指数,比单纯选择单株皮棉重的效果好,其中以单株皮棉重、株铃数、果枝数和果节数结合选择的效果最佳。     

利用陆地棉MAGIC群体定位产量、生育期和株高性状的QTL

棉花的产量、生育期和株高是重要的农艺性状, 决定着棉花的经济效益和生产方式。为了研究这些性状的遗传基础, 利用8个亲本构建的包含960个株系的陆地棉MAGIC (multi-parent advanced generation inter-cross)群体和SSR标记对这些性状进行关联分析。对产量、生育期和株高共8个相关性状进行了3年3个地点共5个环境的田间试验。经过最佳线性无偏预测(BLUP)综合多环境的表型数据, 发现MAGIC群体比亲本有更丰富的表型变异。8个性状的广义遗传力(H ²)变化范围为0.17~0.71。结合284个SSR标记基因型数据, 利用混合线性模型对产量、生育期和株高相关性状进行关联分析, 分别检测到51、27和9个显著关联的位点, 这些位点都表现出微效性, 表明该陆地棉MAGIC群体在性状位点的挖掘方面具有高效性。检测到20个标记位点或区间控制多个性状, 还发现单株有效铃数、单铃皮棉重、第一果枝节位和株高存在染色体热点区域, 对多性状综合研究或单性状深入挖掘具有重要价值。本研究为后续深入利用MAGIC群体进行遗传研究提供参考, 一些表型优良的材料和关联到的位点为育种改良奠定了基础。     

Germplasm for genetic improvement of lint yield in Upland cotton: genetic analysis of lint yield with yield components

Determination of genetic effects for lint yield and yield components in cotton (Gossypium hirsutum L.) germplasm is critical for its utilization in breeding programs. This study was designed to apply the conditional approach and an additive and dominant model to analyze genetic effects for lint yield and yield components. Forty-eight F₂ populations derived from crosses between four existent Upland cotton cultivars as female parents and 12 germplasm lines as male parents were evaluated at two locations in 2008 and 2009. Conditional and unconditional variance components were estimated by the mixed linear model based conditional approach. Lint yield and yield components were mainly controlled by genotypic effects, i.e., additive variance and dominance variance (≥66 % of total phenotypic variation). Lint percentage and lint index had the highest proportions of additive variance component to the total phenotypic variances. SP156 and SP205 had positive additive effects for lint yield and yield components, and were also parents of the most hybrids with positive predicted dominant effects. Therefore, these two lines are good combiners for development of both pure lines and hybrids. Positive additive contribution effects to lint yield from lint percentage, boll number, boll weight, and seed index were detected in different parents. Adding seed index to boll number and lint percentage increased additive contribution effects to lint yield from these two components relative to the contribution effects from either boll number or lint percentage alone. Results in this study suggest that boll number, lint percentage, and seed index should be balanced in pure line development.