Relation Analysis of Several Agronomic Traits and Single Plant Lint Yield in Upland Cotton with High Quality

[ Objective] The purpose was to study the correlation between main agronomic traits and single plant lint yield in upland cotton with high quality. [ Method] Twenty-four upland cotton lines with high quality were analyzed for single plant lint yield and 10 agronomic traits in a randomized, complete block at the agriculture experimental station of JXAU, Nanchang, China in 2007. They were divided into three types （ high, medium, low yield） based on single plant lint yield by Ward＇s method. A total of 11 traits of three types were compared. Correlation a- nalysis and stepwise regression analysis of 10 agronomic traits to single plant lint yield were carried out. [ Result] There existed statistically sig- nificant difference in bolls per plant, ~int percentage, lint index, fruit node numbers, growth period for three yield types. The high yield type ex- hibited the highest bolls per plant, lint percentage and lint index, the lowest fruit node numbers and the shortest growth period. Bolls per plant, boll weight and single plant lint yield were significantly and positively correlated. Fruit node numbers and single plant lint yield were significantly and negatively correlated. Bolls per plant, boll weight, and fruiting position number were the most important factors influencing single plant lint yield of upland cotton lines with high quality. [ Conclusion ] The results will have certain significance for the development of upland cotton variety with high quality.

不同播期对辽宁豌豆后直播特早熟棉生长发育及产量的影响

[目的]探讨辽宁省特早熟棉区豌豆后直播特早熟棉的可行性及不同播期对直播特早熟棉生长发育及产量构成因素的影响。[方法]以特早熟棉新品种(系)辽7140、辽3971、辽6270、辽6358为材料,研究不同播期对棉花生长发育、产量构成因素及农艺性状的影响。[结果]随着播种时间的推迟,生育期加长,出苗时间缩短,株高增高,第1果枝高度、单株果枝数、单株结铃数和铃重逐渐降低;随着播期推迟,籽棉产量、皮棉产量、衣分均显著降低。[结论]可为辽宁地区豌豆后直播特早熟棉种植模式提供参考依据。

中国棉花高产育种研究进展

棉花是中国重要的经济作物,棉花生产稳定发展关乎中国2 000万棉农的利益。产量是棉花种植收益的基础,因此,在其他性状综合发展的前提下,高产是棉花品种培育的最重要目标。20世纪50年代以来,中国棉花单位面积产量增加了9倍之多,其中品种的引进和改良为棉花产量的提高作出了重要贡献。但是近年来,随着棉花种质资源遗传多样性日渐狭窄,中国棉花单位面积产量增加缓慢,严重阻碍了棉花种植产业的健康发展。本文分析了棉花单位面积产量包含的4个主要组成成分单位面积株数、单株铃数、单铃重和衣分在棉花产量形成中起到的作用;单株铃数和衣分的增加在中国棉花高产育种过程中起到了重要作用,但是产量的提高是一个相互协调的过程,在加强重点性状改良的同时,也要注重其他性状及因素的相互配合,才能取得最好的效果。分析在中国高产育种中起重要作用的途径方法及其研究进展:国外引种在建国初期对于中国棉花产量的提高起重要作用,替代了中国原有的产量低、品质差的亚洲棉品种,促进了中国自主育种的发展;通过传统育种先后培育出早熟的中棉所16、丰产的鲁棉1号和抗病丰产的中棉所12等品种,推动了中国棉花生产的发展;通过杂种优势利用,中国培育了一大批起重大推动作用的杂交品种,例如中棉所29曾经占中国长江流域杂交棉种植面积的50%左右;加强雄性不育系的研究对于杂种优势利用的持续发展起到关键作用;分子标记技术的发展为棉花分子育种提供了技术支持,多个稳定产量性状位点的定位为分子标记辅助育种奠定了基础;转基因技术的发展为棉花分子设计育种提供了契机,转基因抗虫棉中棉所41、石远321和鲁棉研28等的育成使中国棉花产量稳中有升,但是目前针对产量性状改良的基因较少,还需加强对于产量相关基因的挖掘,加快发展转基因高产育种。目前中国棉花单位面积产量水平处于国际前列,但中国地少人多,在不与粮争地的前提下,为确保农产品的有效供给,还需继续挖掘棉花产量潜力,提高棉花单位面积产量,保证棉花产业持续健康发展。因此,建议收集种植资源,注重种质资源的创新;加强胞质雄性不育研究,简化制种技术和成本,推动简化制种的优异杂交种的培育;利用高通量测序技术,发掘全基因范围内的高产相关基因,用于分子标记辅助育种和全基因组选择育种;通过聚合育种,培育高产、优质、早熟以及适合机械化种植的棉花新品种。

棉花产量育种的数量性状分析

产量是棉花育种的主要目标之一，为提高棉花产量育种效率，本文从产量结构模式、产量与其构成因素的相关关系两方面，分析了与棉花产量育种有关的数量性状。

陆地棉衣分差异群体产量及产量构成因素的QTL标记和定位

以衣分差异较大的陆地棉品种为材料,构建了包含188个F2单株的作图群体,应用6111对SSR引物对亲本进行了分子标记筛选,结果仅获得了123个多态性位点,其中88个位点构建了总长为666.7cM、平均距离为7.57cM的遗传图谱,覆盖棉花基因组的14.9%。通过复合区间作图法对F2单株和F2:3家系进行QTL检测,共鉴定出了18个控制产量及产量构成因素变异的QTLs,包括2个衣分QTLs、4个子棉产量QTLs、4个皮棉产量QTLs、2个衣指QTLs、3个单株铃数QTLs、2个铃重QTLs和1个子指QTL。解释的表型变异分别为6.9%～16.9%、5.6%～16.2%、4.8%～15.6%、7.7%～13.3%、8.2%～11.6%、6.1%～7%和6.6%。不同QTLs在相同染色体区段上的成簇分布表明与产量性状相关的基因可能紧密连锁或一因多效。产量及产量构成因素QTLs的遗传方式主要以显性和超显性效应为主。检测到的主效QTLs可以用于棉花产量及产量构成因素的分子标记辅助选择。

关于超级稻品种培育的资源和基因利用问题

超级稻育种是矮化育种和杂种优势利用的深化,其本质是资源或基因及基因与环境互作的综合利用。为给超级稻育种提供思路,回顾和分析了超级稻育种中的资源及基因综合利用现状,包括籼粳基因渐渗及利用、栽培稻产量QTL累加及利用、野生稻产量及抗病基因发掘及利用、株型和根系相关基因的发掘及遗传改良等。指出由于真正能用于超级稻育种的有利基因及连锁标记还不多,水稻基因研究成果还不足以支撑超级稻分子育种,目前的超级稻育种仍以常规杂交技术和资源的综合利用为主。需要进一步发掘高产、优质、抗病虫、抗逆基因,常规育种技术与分子育种技术相结合,培育广适性或绿色超级稻。

与棉花纤维强度连锁的主效QTL应用于棉花分子标记辅助育种

本文以黄河流域广泛种植的转基因抗虫棉品种sGK321和sGK9708(中41)为轮回亲本,分别与优质丰产品种太121和高纤维品质渐渗种质系7235杂交的F1代材料杂交并回交,配置了杂交回交组合两套,运用与一个已定位的高强纤维QTL紧密连锁的2个SSR标记,通过对这两套杂交组合的不同世代群体的数据进行分析研究,在sGK321×[(Tai121×7235)×sGK321]组合的F2群体、F2:3群体和sGK9708×[(Tai121×7235)×sGK9708]组合的F2群体、F2:3群体中,有/无标记个体的平均纤维强度分别为29.78cN/tex//28.19cN/tex、29.35cN/tex//27.97cN/tex和29.74cN/tex//27.65cN/tex、29.12cN/tex//27.33cN/tex,差异都达到了极显著水平。本研究表明了此高强纤维主效QTL在不同的遗传背景,经过多代杂交、回交和自交后,能够稳定遗传而且QTL的效应稳定;利用此高强纤维主效QTL的分子标记进行辅助选择提高棉花纤维强度效果是显著的。可以在棉花的苗期或早期世代进行分子标记辅助选择,这为快速有效地改良棉花纤维品质、培育棉花新品种新品系提供了理论依据。并运用此项技术结合其它手段进行优质、抗虫等基因的聚合育种研究,快速有效地改良现有的陆地棉推广品种,创造高产、优质、抗虫棉花新材料或新品系。

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。

陆地棉产量组分对皮棉产量的遗传贡献分析

采用加性-显性-母性及其与环境互作的遗传模型,对5个陆地棉亲本及其F1代20个组合6个产量组分和皮棉产量的两年资料,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进行了贡献分析。结果表明,产量组分对皮棉产量表型值的贡献变化范围为-46%-80%;铃数对皮棉产量有很高的显性贡献率(CRD=96%),其次是铃重(CRD=41%);铃数对皮棉产量的母性×环境互作遗传方差贡献率最大(CRME=98%),其次是铃重(CRME=77%)、衣指(CRME=62%)和子指(CRME=42%);铃数对皮棉产量的加性、母性效应贡献因亲本而异;对亲本皮棉产量的母性×环境互作贡献最大的产量组分性状因不同亲本而有所不同,表明各亲本具有其独特的遗传和发育特性,亲本1的铃重对其皮棉产量的母性效应在环境1中有最大的贡献(MEi(C→T)=5.49 g),在环境2中,亲本3的铃重有最大的母性×环境互作效应贡献(MEi(C→T)=0.71 g),亲本5的铃数具有最大的母性×环境互作效应贡献(MEi(C→T)=0.51 g)。多数杂交组合皮棉产量的显性效应主要受铃数和铃重影响,因此铃数和铃重可作为间接选择组合皮棉产量显性效应的指标。

产量因子和形态性状对高品质抗虫杂交棉皮棉产量的影响

以皮棉产量为指标,利用系统聚类中的最小离差平方和法将30个高品质抗虫棉杂交组合聚为高、中、低产3类,比较3类组合3个产量因子及10个形态性状的差异显著性,并将其与皮棉产量作相关分析和逐步回归分析。结果表明,不同产量类型杂交组合在株铃数和衣分上存在显著差异,两者随着皮棉产量的提高而增加,与皮棉产量的简单相关系数居前两位,且株铃数对皮棉产量具有最大的正向直接效应;10个形态性状未发现存在显著差异,节枝比对皮棉产量具有较大的正向直接效应,始果枝高对皮棉产量具有最大的负向直接效应。

不同年代培育的棉花品种产量性状及氮利用效率特征

棉花品种培育过程与土壤培肥、栽培技术、气候变化等因素密切相关,品种产量性状的选育也与养分吸收利用性状存在协同选择性。为了理解品种选育过程对棉花养分效率的影响,采用单因素随机区组设计,比较了新疆1950s—2013年不同年代培育的22个棉花品种(系)的产量性状和氮素利用效率的特征,分析了各棉花品种不同生育期生物量积累规律、产量性状和氮素利用效率的差异。结果表明:不同品种生物量、产量、氮素利用效率和氮素偏生产力差异较大,生物量苗期、蕾期、花铃期和吐絮期分别为2.87~11.67g·株.1、20.8~38.6g·株.1、42.3~88.3g·株.1和58.2~120.4g·株.1,变异系数分别为30.2%、8.2%、5.6%和5.6%。产量构成因素中单株铃数变异系数最大(29.0%),衣分最小(1.0%)。氮素利用效率和氮素偏生产力分别为1.12~4.47kg·kg^-1和2.87~11.67kg·kg^-1,变异系数分别为35.3%和27.6%。氮素偏生产力与生物量、皮棉产量呈极显著正相关。新疆过去60年棉花品种更替过程中,经济系数没有发生明显改变,始终维持在0.20~0.24g·g^-1;棉花皮棉产量性状逐渐提升,由1950s的853.6kg·hm^-2增加到2013年的1569.8kg·hm^-2;氮素偏生产力和氮素利用效率变化较大,分别由4.12kg·kg^-1增加到7.58kg·kg^-1、由2.32kg·kg^-1增加到3.07kg·kg^-1。基于生物量、产量构成因素、氮肥利用效率和氮素偏生产力等性状指标的综合评价和聚类分析,将22个品种分为氮高效型、氮中效型和氮低效型3组,‘新陆早50号’‘新陆早57号’为氮高效型品种。与氮低效型组相比,氮高效型组的品种具有较高的皮棉产量和生物量。通过上述结果可以认为,棉花高产育种过程提高了氮素利用效率和偏生产力。

高品质陆地棉农艺性状与皮棉产量的关系分析

[目的]研究高品质陆地棉主要农艺性状与单株皮棉产量的关系。[方法]于2007年采用田间试验完全随机区组设计,以单株皮棉产量为指标,根据系统聚类中的最小离差平方和法将24个高品质系聚为高、中、低产3大类型,比较3大类型单株皮棉产量和10个农艺性状的差异显著性,对10个农艺性状与单株皮棉产量进行相关分析和逐步回归分析。[结果]高、中、低产3大类型在株铃数、衣分、衣指、果节数和生育期等性状上存在显著或极显著差异,高产类型的株铃数、衣分和衣指最大,而果节数和生育期最小(短)。株铃数和铃重与单株皮棉产量呈极显著或显著正相关,果节数与单株皮棉产量呈显著负相关,株铃数、铃重和果节数对高品质陆地棉单株皮棉产量的形成起主要作用。[结论]该研究结果对高品质陆地棉品种的选育具有一定的指导作用。

棉花染色体单片段导入系的研究进展

染色体单片段导入系具有片段单一、背景一致、遗传稳定等特点,能把复杂性状的基因分解为多个简单的孟德尔因子,将在作物数量性状和功能基因组的分子研究中发挥重要的作用。本文针对棉花中数量性状位点作图中所遇到的如遗传背景变异的干扰等难题,概述了培育染色体单片段导入系的原理和方法,以及在棉花中的应用情况,讨论了棉花染色体单片段导入系构建过程中的问题和在棉花遗传育种中的潜在价值。

提高陆地棉杂交后代产量性状选择效果的研究

以泗棉2号×CAU′CS-2-81为材料,系统地分析了选择单位、选择强度和群体规模与选择效果的关系,比较了系谱法与混合法的选择效果。结果表明:(1)选择效果随选择单位增大而提高;(2)选择强度与群体规模互作显著,欲提高选择效果,应扩大群体规模,降低选择强度;(3)优良基因型的丢失机率,系谱法高于混合法。因此,以产量为目标的育种方案中,应重新认识与评价混合法的作用。讨论了“平行选择法”的构想。

抗虫棉数量性状的相关及通径分析

对霜前皮棉产量与其它相关数量性状进行相关和通径分析。结果表明:单株结铃数、衣分均与霜前皮棉产量呈极显著正相关,单株果枝数对霜前皮棉产量有较高的综合正效应;籽指与霜前皮棉产量呈显著负相关,单铃重与霜前皮棉产量的直接通径系数正向较高,但与其它性状互作后产生的综合效应为负向;其它性状对霜前皮棉产量的效应有正负之分,但影响甚微。因此,棉花育种应着重于单株结铃多、单铃重及衣分适中、早熟不早衰等性状的选择,并将霜前皮棉产量的主要影响因素控制在最佳范围,形成动态平衡,充分发挥各因素的优势作用,以选育出高产品种。

中棉所49及其亲本中棉所35主要农艺性状与产量性状的通径分析

选用2002年和2003年中棉所49及其亲本中棉所35西北内陆棉区早中熟组国家棉花区域试验结果,对2个品种的产量性状和产量进行了分析,结果显示,中棉所49的丰产性好于中棉所35,主要归因于其具有较高的铃重;并对棉花产量性状与产量之间的关系以及主要农艺性状与产量性状之间的关系进行了通径分析,以探寻对产量影响较大的性状因子,结果显示,铃数和铃重对产量作用较大,且铃数对产量的效应〉铃重效应,同时,生育期、株高、果枝始节和子指通过影响产量构成因子对棉花产量的形成也有间接贡献,其中出苗-开花所需天数最为重要。本研究结果可为新疆棉区棉花生态育种和高产栽培提供重要信息。

陆地棉机采性状对皮棉产量的遗传贡献分析

采用加性-显性-加加上位性及其与环境互作的遗传模型(ADAA模型),对8个陆地棉亲本(其中有6个机采棉品种)及其F1和F2的28个组合5个机采性状和单株皮棉产量的新疆阿拉尔和石河子2试点资料,进行了贡献分析。结果表明,5个机采性状对皮棉产量表型值的贡献变化范围为-20%～-14%;在显性贡献中,第一果枝高度对皮棉产量的贡献率最大(CRD=10%),其次是节间长度的贡献(CRD=8%),而霜前花率对皮棉产量有较大的抑制作用(CRD=-25%);霜前花率对皮棉产量的加加上位贡献率最大(CRAA=86%),其次是第一果枝节位(CRAA=24%)。霜前花率在特殊的环境中对皮棉产量表现为很大的显性正向贡献(CRDE=78%)和加加上位效应抑制作用。不同亲本5个机采性状对其皮棉产量的显性和加加上位效应贡献不同。5个机采性状对不同组合皮棉产量显性效应的贡献较小,霜前花率对皮棉产量的显性效应的贡献在2个地点的表现往往和单株皮棉产量在不同地点表现显性效应的性质(正或负)相一致,并且在5个机采性状中对皮棉产量的显性贡献是最大的。加加上位效应在皮棉产量的遗传中起着很重要的作用,而在8个亲本及其后代各组合的5个机采性状中,霜前花率可作为选择皮棉产量加加上位效应的主选性状。在不同的环境中,皮棉产量加加上位效应的主选机采性状随组合有所不同。

长江流域杂交棉主要农艺性状与产量和品质的关系

选用长江流域20个杂交棉新品种(系),就其主要农艺性状与产量、品质的关系进行研究。结果表明,品种间皮棉产量存在着显著或极显著差异,主要农艺性状与产量、品质存在相关性。相关性分析结果表明,皮棉产量与单株铃数、衣分分别呈显著、极显著正相关,而与生育期、子指纤维长度、断裂比强度呈负相关;除断裂比强度、果枝数、始果节位、单株铃数和霜前花率外,其余各主要农艺性状与纤维长度均呈负相关,其中与株高的相关性达显著水平;各主要农艺性状与马克隆值相关程度依次为:衣分>单铃重>株高>单株铃数>果枝数>生育期>子指>始果节位;断裂比强度与生育期、衣分呈显著负相关,与其余各性状相关不显著。

利用选择导入系QTL聚合设计方法改良水稻产量相关性状

培育和种植高产水稻品种是解决粮食短缺危机最有效的方法之一。利用轮回亲本明恢86和供体亲本ZDZ057、辐恢838和特青构建了3个BC2F4高产选择导入系群体,从中选择5个稳定的高产导入系培育了4个聚合群体WD135/WD190、WD190/WD250、WD208/WD258、WD135/WD258。通过对4个F4聚合群体进行大田表型鉴定,考察产量及其相关性状。选取55个SSR多态性标记对聚合群体进行基因型鉴定,并利用性状-标记间的单项方差分析进行产量及相关性状的QTL检测和根据遗传搭车理论对增产的聚合系基因型的分析结果进行卡方检测。方差分析结果表明,穗长和单株产量在所有4个聚合群体中都存在显著或者极显著基因型差异,抽穗期没有差异,其余性状在不同群体中表现不尽一致。在4个聚合群体中,一共有57个聚合系产量高于轮回亲本,增产幅度从0.36%～72.7%,其中有40个聚合系高于其各自的聚合亲本。与轮回亲本和导入系亲本相比,高产聚合系的单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数有了一定程度的提高。高产聚合系增产的主要原因是由于单株有效穗数、每穗实粒数和每穗颖花数得到了改良。利用卡方检验和单项方差分析分别检测到22和20个与产量及相关性状有关的QTLs,其中10个QTL与前人定位的结果一致。聚合亲本携带的QTL在聚合群体的效应与导入系群体估算的不完全一致。说明利用选择回交导入系进行复杂性状聚合改良虽然可以部分消除QTL与遗传背景的互作,但是QTL之间的上位性互作可能仍然起着一定的作用。本研究采取的产量聚合系定位方法可靠性较好,为复杂性状的聚合系定位提供了一个新途径。

陆地棉杂交后代产量和品质性状QTL定位

对机采棉产量和品质性状的数量性状基因座(QTL)进行定位,为培育高产优质新品种提供理论依据。本研究基于陆地棉‘中571’与‘中棉所49’构建的包括3 187个Bin标记的高密度遗传图谱,利用F2∶3群体田间表型数据,采用复合区间作图法(CIM),对产量和品质性状的QTL进行检测。结果表明:共检测到产量性状10个QTL,品质性状10个QTL。其中,产量性状中控制铃重QTL 5个,衣分QTL 1个,产量相关指标子指QTL4个,分布在2、8、15、17和20号染色体上,QTL区段中LOD值介于4.61～6.33,解释表型变异比例为2.93%～13.67%;品质性状中控制纤维上半部平均长度QTL 3个,断裂比强度QTL 2个,马克隆值QTL 5个,分布在1、2、15、23和25号染色体上,QTL区段中LOD值介于3.76～8.35,解释表型变异比例为2.97%～11.78%。此外,控制铃重的主效qBW-chr08-1,子指主效QTL qSI-chr15-1,纤维上半部平均长度主效QTLqFLq-chr15-1位点可用于精细定位和克隆。