滿 強(qiáng), 趙 慧, 徐 萍, 王亞飛, 李世景, 孫聚濤, 林永嶺, 張正斌**

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小麥水旱地品種回交二代農(nóng)藝性狀改良效應(yīng)分析*

滿 強(qiáng)1,2, 趙 慧3, 徐 萍1, 王亞飛1,2, 李世景1,2, 孫聚濤1, 林永嶺4, 張正斌1,2**

(1. 中國(guó)科學(xué)院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心 石家莊 050022; 2. 中國(guó)科學(xué)院大學(xué) 北京 100049; 3. 河北科技大學(xué)生物科學(xué)與工程學(xué)院 石家莊 050018; 4. 河北省石家莊市欒城區(qū)農(nóng)業(yè)畜牧局 石家莊 051430)

為研究干旱條件下小麥水旱地品種回交后代群體農(nóng)藝性狀改良效應(yīng), 本研究以旱地品種‘長(zhǎng)6878’為供體親本、水地品種‘濟(jì)麥22’為輪回親本獲得的回交二代(BC2)后代材料, 對(duì)其株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、分蘗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)、聚類和主成分分析。結(jié)果顯示, 回交后代材料在株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、分蘗數(shù)等性狀偏向于輪回親本‘濟(jì)麥22’, 同時(shí)在小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等性狀中存在超親效應(yīng)。相關(guān)分析表明, 經(jīng)濟(jì)系數(shù)與單株粒重顯著正相關(guān), 而單株粒重又與株高、穗長(zhǎng)、分蘗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、千粒重等7個(gè)性狀達(dá)極顯著正相關(guān)水平。在歐式距離40處, BC2群體分為4類, 以輪回親本‘濟(jì)麥22’為核心的第Ⅱ類占BC2代總數(shù)的30.5%, 供體親本‘長(zhǎng)6878’單獨(dú)劃為第Ⅳ類; 在歐式距離45處將第Ⅰ類(占BC2代總數(shù)的58%)和第Ⅱ類合并成一個(gè)新的類群, 即群體中88.5%的BC2單株和輪回親本劃分為一類。主成分分析得到5個(gè)主成分因子對(duì)BC2代農(nóng)藝性狀變異累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.51%, 并篩選出綜合得分高的10個(gè)株系, 可作為后代重點(diǎn)選育。綜合以上結(jié)果, 在BC2代已經(jīng)取得了良好的農(nóng)藝性狀定向遺傳改良效應(yīng), 為回交定向改良小麥抗旱水分高效利用和選育新品種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

小麥; 回交二代; 抗旱; 農(nóng)藝性狀; 改良效應(yīng)

小麥(L.)在我國(guó)是僅次于玉米(L.)和水稻(L.)的第三大糧食作物, 目前我國(guó)小麥種植面積約2 400萬(wàn)hm2, 其中旱地小麥占全國(guó)小麥總面積的30%以上, 干旱成為制約我國(guó)小麥糧食安全的重要因素之一[1], 因此創(chuàng)制和選育抗旱、水分高效利用小麥種質(zhì)資源, 對(duì)應(yīng)對(duì)干旱缺水、保障我國(guó)糧食安全具有重要意義[2]。張正斌[2]研究表明, 利用水地親本和旱地品種輪回雜交選擇, 可以將小麥抗旱性和豐產(chǎn)性統(tǒng)一起來(lái)。周吉等[3]對(duì)不同水旱地小麥品種研究表明, 選育抗旱、節(jié)水的高產(chǎn)品種將是現(xiàn)代育種的重要方向之一。張俊靈等[4]通過(guò)采取水旱交叉與異地選擇相結(jié)合、田間選擇和室內(nèi)鑒定相結(jié)合、表型鑒定與分子標(biāo)記相結(jié)合的育種技術(shù)新體系, 從而實(shí)現(xiàn)自然選擇、人工選擇和定向培育的有機(jī)結(jié)合, 提高選種質(zhì)量和效率, 創(chuàng)造優(yōu)異新種質(zhì)和培育突破性的新品種。山西省小麥研究所劉新月等[5]、裴磊等[6]通過(guò)配置水旱地雜交組合、水旱異地鑒定和交叉選擇, 育成‘晉麥79’、‘晉麥98’等系列小麥抗旱新品種。Pestsova等[7]利用連續(xù)回交并結(jié)合SSR檢測(cè)獲得小麥基因?qū)胂? 并檢測(cè)到一些農(nóng)藝性狀的QTL位點(diǎn)。舒守貴等[8]通過(guò)回交和結(jié)合分子標(biāo)記輔助選擇, 培育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)的糯小麥。張延濱等[9]利用生化標(biāo)記和連續(xù)回交的方法, 在不改變?cè)贩N農(nóng)藝性狀的情況下改善加工品質(zhì)指標(biāo)。前人對(duì)不同小麥種質(zhì)資源中農(nóng)藝性狀對(duì)產(chǎn)量的影響開(kāi)展了相關(guān)研究[10-14], 但是對(duì)回交后代農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析和綜合評(píng)價(jià)進(jìn)而輔助和驗(yàn)證大田選種的報(bào)道較少。本研究對(duì)200份來(lái)自旱地小麥品種‘長(zhǎng)6878’和水地小麥品種‘濟(jì)麥22’的回交二代(BC2)農(nóng)藝性狀進(jìn)行頻次分布、相關(guān)性、主成分、聚類分析等, 為小麥抗旱、水分高效利用、高產(chǎn)分子設(shè)計(jì)育種提供理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

田間試驗(yàn)在中國(guó)科學(xué)院欒城農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)試驗(yàn)站進(jìn)行, 于2013年以小麥旱地生態(tài)型品種‘長(zhǎng)6878’和水肥地生態(tài)型品種‘濟(jì)麥22’為親本配制雜交組合, 并收獲F1代。2014年和2015年均以‘濟(jì)麥22’作為輪回親本進(jìn)行回交, 并獲得BC1和BC2。同年10月于大田播種, 單粒點(diǎn)播, 行距0.2 m, 行長(zhǎng)2 m, 株距0.05 m。供體親本‘長(zhǎng)6878’和輪回親本‘濟(jì)麥22’點(diǎn)播10行, 行距0.2 m, 行長(zhǎng)2 m, 株距0.05 m。在生長(zhǎng)階段采取不灌溉的自然干旱處理。

1.2 性狀調(diào)查

對(duì)2016年收獲的200株BC2后代的株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、分蘗數(shù)、小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重和經(jīng)濟(jì)系數(shù)等10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行室內(nèi)考種。供體親本‘長(zhǎng)6878’和輪回親本‘濟(jì)麥22’于成熟收獲時(shí)隨機(jī)取小區(qū)中間行10株，對(duì)以上10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行性狀考種, 取10株平均值作為親本材料的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)值。經(jīng)濟(jì)系數(shù)的計(jì)算公式為: 經(jīng)濟(jì)系數(shù)=單株粒重/單株生物學(xué)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

用SPSS 20.0進(jìn)行頻次分析、相關(guān)分析、主成分分析[15], 并計(jì)算主成分得分[16]和綜合得分, 采用R語(yǔ)言進(jìn)行聚類分析[17], Microsoft Excel 2013整理和分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 親本及BC2群體的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)

由圖1可知, 在干旱條件下, 在BC2后代中, 株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)和分蘗等性狀偏向于輪回親本‘濟(jì)麥22’, 特別是株高和穗下節(jié)間長(zhǎng)等與植株高度相關(guān)的性狀改良效果明顯。小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重和經(jīng)濟(jì)系數(shù)等性狀中存在超親效應(yīng), 特別是千粒重和經(jīng)濟(jì)系數(shù)在BC2代中呈偏態(tài)分布, 大多數(shù)的BC2代以上兩個(gè)性狀表現(xiàn)優(yōu)于供體親本‘長(zhǎng)6878’和輪回親本‘濟(jì)麥22’。

圖1 小麥水旱地親本及回交二代群體10個(gè)農(nóng)藝性狀的分布

J: 輪回親本‘濟(jì)麥22’; C: 供體親本‘長(zhǎng)6878’. J: recurrent parent ‘Jimai 22’; C: donor parent ‘Chang 6878’.

在BC2群體中, 分蘗大于供體親本‘長(zhǎng)6878’的BC2單株為22株, 占群體的11%; 小穗數(shù)大于供體親本‘長(zhǎng)6878’的BC2單株為58株, 占群體的29%; 單株生物學(xué)產(chǎn)量大于供體親本‘長(zhǎng)6878’的BC2單株為18株, 占群體的9%; 單株粒重大于供體親本‘長(zhǎng)6878’的BC2單株為30株, 占群體的15%。穗粒數(shù)大于輪回親本‘濟(jì)麥22’的BC2單株為26株, 占群體的13%; 千粒重大于輪回親本‘濟(jì)麥22’的BC2單株為119株, 占群體的59.5%; 經(jīng)濟(jì)系數(shù)大于輪回親本‘濟(jì)麥22’的BC2單株為176株, 占群體的88%。

2.2 BC2群體農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

BC2群體的10個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析表明, 10個(gè)性狀間存在不同程度的相關(guān)性(表1)。株高與穗長(zhǎng)(=0.365**)、穗下節(jié)間長(zhǎng)(=0.371**)、分蘗數(shù)(=0.191**)、小穗數(shù)(=0.191**)、穗粒數(shù)(=0.200**)、單株生物學(xué)產(chǎn)量(=0.325**)和單株粒重(=0.257**)等7個(gè)農(nóng)藝性狀均呈極顯著正相關(guān)關(guān)系, 而與經(jīng)濟(jì)系數(shù)呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(=-0.361**), 表明株高較高利于獲得較長(zhǎng)的穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)和產(chǎn)量相關(guān)要素, 從而獲得較大的單株生物學(xué)產(chǎn)量, 但株高不能過(guò)高, 株高過(guò)高不利于獲得較高的經(jīng)濟(jì)系數(shù)。除千粒重外, 穗長(zhǎng)與其他7個(gè)農(nóng)藝指標(biāo)均表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)性(=0.211**~0.519**), 并與經(jīng)濟(jì)系數(shù)呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(=-0.143*)。穗下節(jié)間長(zhǎng)與單株生物學(xué)產(chǎn)量和單株粒重表現(xiàn)出顯著正相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)分別是0.172*和0.161*; 與株高和穗長(zhǎng)表現(xiàn)出極顯著正相關(guān)性, 相關(guān)系數(shù)分別是0.371**和0.211**。分蘗數(shù)與小穗數(shù)(=0.184**)、單株生物學(xué)產(chǎn)量(=0.902**)、單株粒重(=0.887**)、株高(0.191**)、穗長(zhǎng)(0.447**)和千粒重(=0.286**)有極顯著正相關(guān), 與穗粒數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系(=0.167*)。

小穗數(shù)與穗粒數(shù)(=0.677**)、穗長(zhǎng)(=0.399**)、單株生物學(xué)產(chǎn)量(=0.279**)、單株粒重(=0.262**)、株高(=0.191**)和分蘗數(shù)(=0.184**)等呈極顯著正相關(guān)。穗粒數(shù)與小穗數(shù)(=0.677**)、單株生物學(xué)產(chǎn)量(=0.307**)、穗長(zhǎng)(=0.303**)、單株粒重(=0.296**)和株高(=0.200**)等呈極顯著正相關(guān), 與分蘗數(shù)(=0.167*)和千粒重(=0.152*)呈顯著正相關(guān)。單株生物學(xué)產(chǎn)量與單株粒重(=0.983**)、千粒重(=0.377**)、株高(=0.325**)、穗長(zhǎng)(=0.519**)、分蘗數(shù)(=0.902**)、小穗數(shù)(=0.279**)、穗粒數(shù)(=0.307**)等極顯著相關(guān)。單株粒重與其他9個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)系數(shù)均達(dá)顯著或極顯著正相關(guān), 特別是在單株生物學(xué)產(chǎn)量(=0.983**)、分蘗數(shù)(=0.887**)、穗長(zhǎng)(=0.474**)、千粒重(=0.396**)和穗粒數(shù)(=0.296**)等產(chǎn)量性狀方面達(dá)到極顯著正相關(guān)水平, 表明單株粒重與產(chǎn)量的形成關(guān)系較大, 從而表現(xiàn)出與經(jīng)濟(jì)系數(shù)的顯著正相關(guān)性(=0.180*)。

表1 小麥水旱地親本回交二代群體10個(gè)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

*和**表示相關(guān)性在<0.05和<0.01顯著。* and ** indicate significant correlation at 0.05 and 0.01 levels, respectively.

2.3 親本及BC2群體的聚類分析

對(duì)BC2代10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析, 在歐式距離為40時(shí)將200份單株后代劃分為4類(圖2)。

第Ⅰ類包含116份單株, 占BC2后代材料總數(shù)的58%, 在4個(gè)類群中差異較大的株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重的平均值, 在該類群中分別為62.45 cm、6.21 cm、36粒、49.87 g, 該類群的株高較低, 穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)和千粒重適中, 有利于在該類群中篩選矮稈抗倒伏材料。

圖2 小麥水旱地親本及回交二代群體10個(gè)農(nóng)藝性狀聚類分析結(jié)果

1~200: BC2后代品系數(shù); 201: 輪回親本‘濟(jì)麥22’; 202: 供體親本‘長(zhǎng)6878’。1-200: the lines number of the second backcrossing generation; 201: recurrent parent ‘Jimai 22’; 202: donor parent ‘Chang 6878’.

第Ⅱ類包含61份單株, 占BC2后代材料總數(shù)的30.5%, 其平均株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重的平均值分別為64.93 cm、7.15 cm、43.16粒、52.17 g, 該類群優(yōu)勢(shì)明顯, 可以作為水地大穗、多粒及高粒重的高產(chǎn)品系候選材料。

第Ⅲ類包含23份單株, 占BC2后代材料總數(shù)的11.5%, 其株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、千粒重的平均值分別為68.35 cm、7.57 cm、40.26粒、54.61 g, 該類群的株高較高、穗粒數(shù)中等、穗長(zhǎng)和千粒重優(yōu)勢(shì)明顯, 是選育水旱兼用和旱肥型品系的候選材料。

供體親本‘長(zhǎng)6878’單獨(dú)劃為第Ⅳ類群, 是典型的高稈旱地小麥類型。

當(dāng)歐式距離為45時(shí), Ⅰ類、Ⅱ類合并為一個(gè)類群, 占BC2后代材料總數(shù)的88.5%。因此通過(guò)回交, 絕大部分后代材料的農(nóng)藝性狀更趨向于輪回親本‘濟(jì)麥22’, 說(shuō)明通過(guò)雜交、回交, 農(nóng)藝性狀得到顯著改良。

2.4 BC2群體農(nóng)藝性狀的主成分分析

為進(jìn)一步揭示決定BC2代農(nóng)藝性狀表現(xiàn)型變異的主要農(nóng)藝性狀, 對(duì)上述10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行了主成分分析(表2)。共有5個(gè)主成分因子(1、2、3、4和5)入選, 其累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.51%, 說(shuō)明這5個(gè)主成分因子基本上代表了10個(gè)農(nóng)藝性狀在BC2代材料表現(xiàn)型變異的絕大部分信息。

主成分因子1反映BC2后代材料農(nóng)藝性狀變異的38.17%, 表達(dá)式為1=0.4581+0.6682+0.2753+ 0.8374+0.4805+0.4986+0.9397+0.9168+0.4289-0.02810, 由此可見(jiàn)主成分因子1主要由2(穗長(zhǎng))、4(分蘗數(shù))、7(單株生物學(xué)產(chǎn)量)和8(單株粒重)這4個(gè)產(chǎn)量終端性狀決定。

主成分因子2反映BC2后代材料農(nóng)藝性狀變異的16.45%, 表達(dá)式為2=0.5621+0.2622+0.3533-0.3364+0.4245+0.3846-0.2337-0.3388-0.3099-0.65710, 主要由1(株高)和10(經(jīng)濟(jì)系數(shù))性狀決定。

主成分因子3反映BC2后代材料農(nóng)藝性狀變異的13.51%, 表達(dá)式為:3=-0.3921-0.0602-0.4473-0.1464+0.6505+0.6456-0.1117-0.0568-0.0079+0.34410, 主要由5(小穗數(shù))和6(穗粒數(shù))決定。

主成分因子4反映BC2后代材料農(nóng)藝性狀變異的9.6%, 表達(dá)式為:4=0.1051-0.1892+0.5923-0.2774+0.0245+0.1446-0.1227-0.0498+0.5469+0.38610, 主要由3(穗下節(jié)間長(zhǎng))和9(千粒重)決定。

主成分因子5反映BC2后代材料農(nóng)藝性狀變異的7.78%, 表達(dá)式為:5=-0.1231+0.2212+0.3923+0.0134+0.0305-0.0396+0.0037+0.0708-0.6069+ 0.43010, 主要由9(千粒重)和10(經(jīng)濟(jì)系數(shù))決定。

表2 小麥水旱地親本回交二代群體10個(gè)農(nóng)藝性狀的主成分分析

2.5 BC2群體優(yōu)良單株農(nóng)藝性狀的綜合評(píng)價(jià)

采用公式=(1×0.381 7+2×0.164 5+3×0.135 1+4×0.096+5×0.078)/0.855 14計(jì)算BC2代各單株的綜合得分評(píng)價(jià)指標(biāo)[18], 對(duì)BC2后代材料進(jìn)行得分評(píng)價(jià)并排序, 選取綜合評(píng)價(jià)得分高的10株與聚類結(jié)果進(jìn)行比較分析, 如表3所示。結(jié)果發(fā)現(xiàn), 所選10株均存在于第Ⅱ類(大穗、多粒及高粒重的高產(chǎn)型)和第Ⅲ類中(株高較高、穗粒數(shù)中等、穗長(zhǎng)和千粒重優(yōu)勢(shì)明顯的水旱兼用和旱肥型)(參照?qǐng)D2)。表明在以上類群的單株中存在雜種優(yōu)勢(shì)和超親優(yōu)勢(shì), 為選育抗旱節(jié)水高產(chǎn)新品系提供種質(zhì)資源。

表3 小麥水旱地親本回交二代群體優(yōu)良單株農(nóng)藝性狀綜合得分值

3 討論與結(jié)論

水旱地品種雜交、回交的目的就是將水地品種高產(chǎn)的優(yōu)異基因定向?qū)氲胶档仄贩N遺傳背景中, 實(shí)現(xiàn)抗旱和豐產(chǎn)性的結(jié)合, 創(chuàng)造具有旱地小麥遺傳背景并漸滲有水地高產(chǎn)基因的新材料。本研究以抗旱小麥品種‘長(zhǎng)6878’為供體親本, 水地高產(chǎn)品種‘濟(jì)麥22’為輪回親本, 通過(guò)雜交和連續(xù)2次回交, 對(duì)獲得的BC2后代材料的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行了深入研究。結(jié)果表明: 10個(gè)農(nóng)藝性狀中, 株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、分蘗數(shù)偏向于輪回親本‘濟(jì)麥22’, 特別是株高、穗下節(jié)間長(zhǎng)等與植株高度相關(guān)的性狀大幅降低, BC2群體的株高得到明顯改良。部分BC2后代材料單株在小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等穗部性狀和產(chǎn)量性狀方面表現(xiàn)超過(guò)供體親本和輪回親本; 其中大多數(shù)的BC2代的千粒重和經(jīng)濟(jì)系數(shù)表現(xiàn)均優(yōu)于供體親本‘長(zhǎng)6878’和輪回親本‘濟(jì)麥22’, 具有超親優(yōu)勢(shì)。

小麥產(chǎn)量主要由穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重等主要產(chǎn)量要素決定。王亞娟等[10]研究發(fā)現(xiàn)株高的增加有助于增加穗粒數(shù), 但千粒重隨株高而降低。劉新月等[11]研究表明有效穗數(shù)與產(chǎn)量相關(guān)程度最大。郜戰(zhàn)寧等[19]對(duì)大麥研究表明穗粒數(shù)與籽粒產(chǎn)量呈顯著正相關(guān)。本研究相關(guān)分析結(jié)果表明, 單株粒重與單株生物學(xué)產(chǎn)量、分蘗數(shù)、穗長(zhǎng)、千粒重、穗粒數(shù)呈極顯著正相關(guān), 這與王光祿等[14]、雷振生等[20]、齊亞娟等[21]的研究結(jié)果相一致。本研究通過(guò)對(duì)親本和BC2后代群體進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析, 并結(jié)合綜合得分結(jié)果表明, 通過(guò)回交BC2后代農(nóng)藝性狀改良效果明顯, 絕大部分BC2群體的農(nóng)藝性狀更趨向于輪回親本‘濟(jì)麥22’。

主成分分析可以將多個(gè)主要的農(nóng)藝性狀變異轉(zhuǎn)化為較少的幾個(gè)主成分, 建立綜合、相互獨(dú)立的指標(biāo)體系, 數(shù)值直觀, 便于分析[22]。主成分分析在國(guó)內(nèi)外不同小麥種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀分析中應(yīng)用廣泛[23-28]。趙曉梅等[29]在主成分分析基礎(chǔ)上, 通過(guò)計(jì)算綜合得分, 篩選出綜合性狀優(yōu)良的杏樹(shù)(Lam.)品種。王敏等[30]利用該方法篩選出抗旱節(jié)水高產(chǎn)等綜合表現(xiàn)優(yōu)異的夏玉米品種。本研究利用主成分分析, 計(jì)算綜合得分并排名, 篩選出綜合性狀優(yōu)良的單株主要來(lái)自于第Ⅱ類(大穗、多粒及高粒重的高產(chǎn)型)和第Ⅲ類(株高較高、穗粒數(shù)中等、穗長(zhǎng)和千粒重優(yōu)勢(shì)明顯的水旱兼用和旱肥型), 與實(shí)際大田選種結(jié)果一致。表明用主成分值選種在小麥回交后代中進(jìn)行單株選擇具有應(yīng)用價(jià)值, 使田間選種更具有目標(biāo)性, 有助于提高選種效率。

本研究結(jié)果表明, BC2后代材料在株高、穗長(zhǎng)、穗下節(jié)間長(zhǎng)、分蘗數(shù)等性狀偏向于輪回親本‘濟(jì)麥22’, 同時(shí)在小穗數(shù)、穗粒數(shù)、單株生物學(xué)產(chǎn)量、單株粒重、千粒重、經(jīng)濟(jì)系數(shù)等性狀中存在超親效應(yīng)。BC2群體可以分為4類, 以輪回親本‘濟(jì)麥22’為核心的第Ⅱ類占BC2代總數(shù)的30.5%, 供體親本‘長(zhǎng)6878’單獨(dú)劃為第Ⅳ類; 主成分分析得到5個(gè)主成分因子對(duì)BC2代農(nóng)藝性狀變異累計(jì)貢獻(xiàn)率為85.51%, 并篩選出綜合得分高的10個(gè)株系, 可作為后代重點(diǎn)選育。本研究結(jié)果為小麥回交定向改良小麥抗旱水分高效利用和選育新品種提供了理論依據(jù)和技術(shù)支撐。

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Improvement effect of agronomic traits in the second backcrossing generation of dryland and irrigated wheat varieties*

MAN Qiang1,2, ZHAO Hui3, XU Ping1, WANG Yafei1,2, LI Shijing1,2, SUN Jutao1, LIN Yongling4, ZHANG Zhengbin1,2**

(1. Center for Agricultural Resources Research, Institute of Genetics and Developmental Biology, Chinese Academy of Sciences, Shijiazhuang 050022, China; 2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China; 3. College of Bioscience and Bioengineering, Hebei University of Science and Technology, Shijiazhuang 050018, China; 4. Agricultural and Animal Husbandry Bureau of Luancheng District, Shijiazhuang, Hebei Province, Shijiazhuang 051430, China)

The winter wheat growing season in the Huang-Huai-Hai area of China is often exposed to drought stress posing a serious threat to the safety of food production. The molecular design breeding by using backcross selection and molecular marker-assisted selection to improve breeding of drought resistant and high water use efficiency varieties become a new direction of future wheat breeding. A total of 200 BC2(the second backcrossing generation) plants were obtained from the hybridization between dryland variety ‘Chang 6878’ as donor parent and irrigated variety ‘Jimai 22’ as recurrent parent. Ten agronomic traits, including plant height, spike length, internode length under spike, tiller number, spikelet number, grains per spike, biomass per plant, grain weight per plant, 1000-grain weight, economic index, were investigated to analyze the hybridization and backcross effect by the analysis of correlation, cluster and principal component. The results showed that the plant height, spike length, internode length under spike and tiller number of BC2plants were biased in favor of the recurrent parent ‘Jimai22’, while the spike number, grain number per spike, biomass per plant, grain weight per plant, 1000-grain weight, economic index showed super-parents effect. The correlation analysis showed that grain weight per plant was extremely significantly correlated with plant height, spike length, tiller number, spikelet number, grains per spike, biomass per plant, 1000-grain weight. And grain weight per plant was significantly and positively correlated with economic index. The cluster analysis showed that BC2population was divided into 4 groups at the Euclidean distance 40. The Class Ⅱ including ‘Jimai 22’ accounted for 30.5% of the total BC2generations, while ‘Chang 6878’ was divided into Class Ⅳ separately. Class Ⅰ (58% of the total number of BC2) and Class Ⅱ were merged into a new group at the Euclidean distance 45, therefore 88.5% of BC2individuals and ‘Jimai 22’ were classified into the same cluster. The principal component analysis obtained five principal components, which contributed over 85.51% of variance, and ten BC2strains with high comprehensive score were screened as the key choice in the future. These results implied positively direction of genetic improvement in the BC2generation, which provided theoretical basis and technical support for the water use efficiency and drought-resistance breeding by wheat backcross.

Wheat;Second backcrossing generation; Drought resistance; Agronomic traits; Improving effects

, E-mail: zzb@sjziam.ac.cn

Apr. 20, 2018;

May 3, 2018

10.13930/j.cnki.cjea.180168

S512.1+1

A

2096-6237(2019)04-0563-09

張正斌, 主要研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種。E-mail: zzb@sjziam.ac.cn

滿強(qiáng), 主要研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種。E-mail: manqiang2011@163.com

2018-04-20

2018-05-03

* This study was supported by the National Key Research and Development Project of China (2016YFD0100102-11), the Special Fund for Strategic Pilot Technology of Chinese Academy of Sciences(A Class, XDA0803010703), the Project of the Innovative Academy of Seed Design, Chinese Academy of Sciences and the Doctoral Scientific Research Foundation of Hebei University of Science and Technology (QD201419).

* 國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0100102-11)、中國(guó)科學(xué)院戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)(A類, XDA0803010703)、中國(guó)科學(xué)院種子創(chuàng)新研究院項(xiàng)目和河北科技大學(xué)博士科研啟動(dòng)基金(QD201419)資助

滿強(qiáng), 趙慧, 徐萍, 王亞飛, 李世景, 孫聚濤, 林永嶺, 張正斌. 小麥水旱地品種回交二代農(nóng)藝性狀改良效應(yīng)分析[J]. 中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)(中英文), 2019, 27(4): 563-571

MAN Q, ZHAO H, XU P, WANG Y F, LI S J, SUN J T, LIN Y L, ZHANG Z B. Improvement effect of agronomic traits in the second backcrossing generation of dryland and irrigated wheat varieties[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2019, 27(4): 563-571