西瓜自交系系譜法選育f

西瓜自交系系譜法選育f

混合品種是一種傳統(tǒng)的繁殖方式。在現(xiàn)代許多西方生殖家度的生殖家度中，仍然是混合物種（具體來說，圖姆，nakai）。繁殖方法：多個結(jié)果大、成功可能性高、使用最廣泛的是雜交種（中國農(nóng)業(yè)科學院鄭州果樹研究所，2000）。它的理論基礎(chǔ)是通過有性雜交,雌雄性細胞的結(jié)合使雙親的遺傳基因重組,然后通過后代的基因分離和多代選擇,育成具有優(yōu)良性狀且遺傳穩(wěn)定的固定品種(自交系)。系譜法是西瓜自交系選育最為常用的方法,經(jīng)過6代以上選育出純合自交系。該選育技術(shù)的優(yōu)點是針對一些遺傳力高的性狀連續(xù)幾代進行選擇,起到了定向選擇的作用;同時每一系統(tǒng)的歷年表現(xiàn)都有檔案可查,系統(tǒng)間的親緣關(guān)系十分清楚等。缺點是從F2代起就要進行嚴格選擇,中選率低,特別是對多基因控制的性狀效果更差,且育種的工作量大,需要試驗地面積較大,往往受人力和土地條件限制,不能種植足夠大的群體,使雜種后代的優(yōu)異類型喪失了出現(xiàn)機會(張?zhí)煺?2006)。本試驗是運用農(nóng)作物雜交育種的基本理論,對系譜法選育技術(shù)進行了改進:合理確定了F2代種植群體大小、F2代中前期選擇的技術(shù)指標、F3代種植材料份數(shù)、F3代每份材料群體大小、目標數(shù)量性狀優(yōu)選等技術(shù),有效地克服了常規(guī)系譜法選擇的周期長、量化指標少等缺點,使常規(guī)的自交系選育縮短了2~3代,加速了西瓜種質(zhì)創(chuàng)新的進程,對我國西瓜乃至其他農(nóng)作物的雜交育種具有一定的參考價值。1材料和方法1.1采用了“邊優(yōu)選,邊純合”的西瓜自交系選育的新方法供試材料為開封市農(nóng)林科學研究院西瓜育種雜交后代的93份材料。試驗均在本院試驗地進行,行距2m。西瓜有比較多的經(jīng)濟性狀,包括質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀。本試驗采用“邊目標質(zhì)量性狀純合,邊目標數(shù)量性狀優(yōu)選”的西瓜自交系選育新理念,改變了“邊優(yōu)選,邊純合”的西瓜自交系選育的傳統(tǒng)理念,在對父母本有差異的目標質(zhì)量性狀進行純合的基礎(chǔ)上,開展目標數(shù)量性狀的優(yōu)選。常規(guī)的西瓜雜交育種考慮到西瓜單株占地面積較大等因素,建議F2代的群體為500株左右(王堅等,1993)。根據(jù)作物多對相對性狀雜種遺傳的理論(劉祖洞,1979),本試驗提出了以4n為依據(jù)確定F2代群體大小(安水新等,2011),再考慮到成苗率90%、自交坐果率80%、數(shù)量性狀優(yōu)選等因素,具體的群體大小按照4n/(90%×80%)+X(n為有差異的質(zhì)量性狀的對數(shù),X為數(shù)量性狀優(yōu)選等因素的機動值)確定。F2代植株的田間種植密度根據(jù)西瓜生長發(fā)育中前期的選擇淘汰比率而定,使保留植株的株距在50cm左右(安水新等,2011)。1.3三代不同目標質(zhì)量的植物成分的確定1.3.1材料種植群體按照4n/(90%×80%)+X(n為每份材料種植株數(shù),X為機動株數(shù))確定每份材料種植群體大小,本試驗每份供試材料種植15株。隱性質(zhì)量性狀理論上不再分離,本試驗種植4份材料,每份材料15株。西瓜全緣葉對缺刻葉呈不完全顯性,在下一代中不再出現(xiàn)分離,故在確定F3代試驗份數(shù)、每份株數(shù)中將其視作隱性質(zhì)量性狀。1.3.2選擇合適的種植群體,把西瓜種子直接播種在西瓜試驗的過程中出現(xiàn)性狀分離,到了20份每份材料的群體大小主要是根據(jù)2對雜合顯性質(zhì)量性狀的分離比率(9∶3∶3∶1)而定,如果種植1株,F3代中目標質(zhì)量性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/16,種植2株,性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/32,種植n株,性狀不出現(xiàn)分離的概率為15/16×1/2n-1。如種植10株,雜合系不出現(xiàn)分離的概率僅為0.0018%,可以忽略不計。雜合系出現(xiàn)性狀分離的概率達到99.8%,也就是說,凡是雜合系都能表現(xiàn)出來。按成苗率90%、自交坐果率80%計算,再加之數(shù)量性狀優(yōu)選等因素,至少種植14株可以使鑒定純系準確率達99.9%以上。所以本試驗每份供試材料種植15株。1對顯性和1對隱性目標質(zhì)量性狀的種植份數(shù)與每份材料種植群體的大小,與1對顯性目標質(zhì)量性狀研究基本相同,只是在選用材料時把目標隱性質(zhì)量性狀考慮進去即可,本試驗種植13份材料。從理論上說2對隱性質(zhì)量性狀后代不再分離,本試驗種植了6份材料,每份材料種植10株。在西瓜考種之前,已對每份F2代保留的所有植株進行植物學性狀的調(diào)查、記載?？挤N前結(jié)合坐果情況,進行單果質(zhì)量性狀選擇。然后對符合目標性狀的植株進行編號,記錄在試驗記載本上,同時在中選植株的果實上標記相同編號。再對每個中選單瓜進行考種,根據(jù)單瓜質(zhì)量、含糖量、瓤質(zhì)、瓤色、口感、汁液多少、種子性狀等開展后期的選擇與取舍。在F3代每個單系中,全部符合目標質(zhì)量性狀的為純合系,而出現(xiàn)不符合目標質(zhì)量性狀的為雜合系。2結(jié)果與分析2.1異目標質(zhì)量性狀引種與補種試驗在目前已研究確定的西瓜主要質(zhì)量性狀中,絕大多數(shù)是受1對基因控制。2008年春季試驗選用本院組配的F2代材料F8203、F8202、F8205、F8208進行試驗,這4份材料分別帶有差異目標質(zhì)量性狀1對、2對、3對和4對,試驗栽植株數(shù)均大于4n/(90%×80%)。分別在苗期、伸蔓期和幼果期淘汰不符合目標性狀的植株約75.0%、81.25%、85.9%和47.8%,分別保留25.0%、18.75%、14.1%和42.2%的植株。依據(jù)雌蕊期之前淘汰比率確定移栽株距,分別為15、15、10cm和25cm。在試驗過程中及時淘汰非目標性狀植株,對保留植株嚴格自交,以備進行中后期選擇(表1)。經(jīng)過中前期選擇與淘汰,大大節(jié)省了試驗用地和管理用工,有效降低了試驗成本。F3代工作重點是鑒定出目標質(zhì)量性狀純合的單系,并進行數(shù)量性狀的優(yōu)選。2.2.11.目標產(chǎn)品的質(zhì)量分析2.2.2金屬酶的回復突變試驗和分析2對顯性目標質(zhì)量性狀:在2011年春季試驗的49份材料中,F1302、F1318、F1329、F1330、F1332等5份材料全部表現(xiàn)為2對顯性目標性狀,未出現(xiàn)性狀分離,為純系(表3);F1301等7份材料出現(xiàn)綠皮、網(wǎng)紋的隱性性狀分離,F1309等37份材料出現(xiàn)短蔓、綠皮的隱性性狀分離,均為雜合系,予以淘汰?；痉鲜?對基因控制的2對顯性質(zhì)量性狀其純合系為雜合系1/9的分離比例。1對顯性和1對隱性目標質(zhì)量性狀:在供試的13份材料中,F1362、F1367、F1368、F1370等4份材料沒有出現(xiàn)分離,為純合材料;其余9份材料出現(xiàn)目標質(zhì)量性狀分離,為雜合材料,淘汰。也基本符合受1對基因控制的1對顯性質(zhì)量性狀其純合系為雜合系1/3的分離比例,見表4。2對隱性目標質(zhì)量性狀:種植的6份材料,均表現(xiàn)為目標質(zhì)量性狀,沒有出現(xiàn)分離,為純合材料(表5)。2.2.3目標性狀與果實發(fā)育的關(guān)系西瓜主要的數(shù)量性狀,如單瓜質(zhì)量、果實可溶性固形物含量、生育期、瓜皮厚度等的廣義遺傳力都在50%以上,屬高遺傳率,在選擇時比較容易。在西瓜自交系的目標數(shù)量性狀中,高產(chǎn)和高含糖量一般必不可少,要作為重點選擇;西瓜生育期也是主要經(jīng)濟性狀之一,包括從播種到坐果期天數(shù)和果實發(fā)育天數(shù)。按照目標性狀要求在試驗中、前期進行質(zhì)量性狀選擇時,將其作為取舍依據(jù)。果實發(fā)育期在決選時作為一項主要參考指標;果皮厚度和果皮硬度也是一項主要經(jīng)濟性狀,要根據(jù)目標性狀的要求進行選擇;單瓜種子數(shù)量為中遺傳率,且對西瓜的品質(zhì)、產(chǎn)量影響不大,作為一般選擇指標。3討論3.1目標質(zhì)量性狀的純化按照4n/(90%×80%)+X確定每份F2代材料的群體大小,能夠在當代出現(xiàn)符合目標質(zhì)量性狀的純合材料,再經(jīng)F3代種植鑒定,可以獲得目標質(zhì)量性狀純合的自交系。注意在選擇親本時有差異的目標質(zhì)量性狀不要超過4對(如有5對,則F2代材料的群體應在1500株左右),否則群體太大,系內(nèi)的試驗誤差較難控制,而且在F3代種植顯性表現(xiàn)型的單瓜份數(shù)應大于35(243),難以操作。對于某一對目標數(shù)量性狀來說,應選擇均比較優(yōu)異或至少1個優(yōu)異的雙親,以利于優(yōu)良數(shù)量基因的積累、累加,便于目標數(shù)量性狀的優(yōu)選。3.2材料自交系選育依照≥9份、4n/(90%×80%)+X、≥15株分別確定1對、2對顯性目標質(zhì)量性狀F3代材料種植份數(shù)、每份F3代材料種植群體大小,能夠在F3代選育出目標質(zhì)量性狀純合的自交系。與傳統(tǒng)的西瓜雜交后代系統(tǒng)選育相比,可以把自交系選育代數(shù)縮減2~3代,加快自交系選育速度,提高育種效率,降低育種成本。同時,把種植份數(shù)和每份材料的群體大小進行量化,既可保證目標株系出現(xiàn),又不盲目增加群體種植數(shù)量,使該項育種技術(shù)更具科學性及可操作性。3.3西瓜自交系選育的技術(shù)對策因西瓜的雜合體具有一定的雜種優(yōu)勢,在同等試驗條件下一般比純合體的表現(xiàn)要好,在傳統(tǒng)的系譜法選育中往往容易把質(zhì)量性狀已經(jīng)純合的材料淘汰掉,而選中雜合體,在優(yōu)選—選雜(合體)—再優(yōu)選—再選雜的進程中人為地延遲了質(zhì)量性狀純合速度。與傳統(tǒng)的系譜法選育技術(shù)相比,改進后的技術(shù)關(guān)鍵是理清雜種后代雙親間有差異的目標質(zhì)量性狀,在開展目標質(zhì)量性狀選育的同時進行目標數(shù)量性狀優(yōu)選,克服了西瓜傳統(tǒng)系譜法自交系選育“選雜”的缺陷,對于瓜類乃至其他農(nóng)作物的自交系選育都有一定的借鑒作用。在F2代進行中前期選擇與淘汰和依據(jù)淘汰比例確定移栽密度的技術(shù)也是西瓜自交系快速選育的關(guān)鍵內(nèi)容,一是可以減少試驗中后期的工作量,二是可以節(jié)省試驗用地,較大程度地降低育種成本。據(jù)筆者試驗,在質(zhì)量性狀純合之后,單系內(nèi)的數(shù)量性狀表現(xiàn)基本一致。由于數(shù)量性狀受多基因及微效基因控制,遺傳機理復雜,有關(guān)質(zhì)量性狀純合程度對數(shù)量性狀表現(xiàn)型的影響還有待進一步研究。另外,雙親之間具有3對以上質(zhì)量性狀差異的西瓜雜種后代的選育技術(shù),也有待進一步試驗。1.2材料類型對純系出現(xiàn)概率的影響從F2代中選出的符合顯性目標質(zhì)量性狀的材料,在F3代中不出現(xiàn)符合目標質(zhì)量性狀純系的概率是2/3,種植n份F2代中選材料,純系不出現(xiàn)的概率為2/3×1/2n-1,如種植9份材料,純系不出現(xiàn)的概率為0.0026%,純系出現(xiàn)的概率為99.7%。因此,為增加純系出現(xiàn)的概率,種植材料份數(shù)要大于9份。本試驗種植21份材料。在2對顯性質(zhì)量性狀的選擇中,F3代中符合目標質(zhì)量性狀的純系不出現(xiàn)的概率為8/9,也就是說,如果種植1份雙顯性材料,純系不出現(xiàn)的概率為8/9;種植2份顯性材料,純系不出現(xiàn)的概率為4/9;種植n份材料,純系不出現(xiàn)的概率為8/9×1/2n-1。若種植9份材料,純系不出現(xiàn)的概率為0.0017%,而純系出現(xiàn)的概率為99.8%。所以為保證純系出現(xiàn)的概率較大,種植2對顯性質(zhì)量性狀的材料份數(shù)應在9份以上。本試驗為了多選育純合系,種植試材49份。1.4采用田間調(diào)查、記錄和土壤測試結(jié)果，以及評估后代是否為純合系數(shù)的參考參數(shù)2.2目標數(shù)量性狀優(yōu)選主要是指1對顯性目標質(zhì)量性狀(1對隱性目標質(zhì)量性狀理論上不再出現(xiàn)分離)。在供試的21份材料中,F9310等9份材料全部為條帶、綠皮,沒有分離出