全 文 ：热带亚热带植物学报 2005，13(3)：259—263
Journal ofTropical and Subtropical Botany
甘蔗生物量育种的ADGE遗传分析
周鸿凯 ，刘桂富2，蔡华斌 ，王尚钦 ，郭荣发
(1．湛江海洋大学农学院，广东湛江524088；2．华南农业大学农学院，广州510642；
3．广州甘蔗科学研究所湛汀甘蔗研究中心，广东 遂溪 524300)
摘要：对甘蔗 l1个亲本品种及不完全双列杂交(NC design 1I)遗传设计的3O个组合的F．代实生苗生物量进行加性．
显型一随机环境效应模型(ADGE)分析。结果表明：甘蔗的生物量性状遗传丰要是由基因的加性、显性及加性×环境互
作效应共同决定的，但基因的加性效应作用较大；甘蔗杂交亲本对其后代表犁的遗传作用丰要为母本的遗传效应影
响；甘蔗生物量性状都具有较高的广义遗传率(h2B)和狭义遗传率(h2N)，且h2s>h~，说明了对甘蔗生物量性状在选育种早
期阶段的选择效果好；通过对亲本的加性基因随机效应分析的综合，较优良的甘蔗亲本有粤糖72／426、粤糖 79／177、粤
糖 85／177、ROC24和ROC25；根据杂交组合显性随机效应分析，认为粤糖 72／426xROC16、粤糖79／177xROC24、粤糖
79／177xROC23及粤糖80／101xROC22是较优良的高生物量甘蔗杂交组合，可以应用于甘蔗的高生物量育种。
关键词：甘蔗；生物量育种；不完全双列杂交；遗传分析；加性．显型一随机环境效应模型
中图分类号 ：$566．1O3．2 文献标识码：A 文章编号：1005—3395(2005)03—0259—05
Genetic Analysis of Biomass in Sugarcane Using ADGE Model
ZHOU Hong．kai ， LIU Gui．fu ， CAI Hua．bing ， WANG Shang．qin ， GUO Rong．fa
(1．Agronomy Colege，Zh iang Ocean University，Zhanjiang 524088，China；2．Agronomy Colege，South China Agricultural University，
Guangzhou 510642，China；3．Zh iang Sugarcane Research Center,Gnangzhou Sugarcan,e Ind．Res．Institute，Suixi 524300，China)
Abstract： Thirty hybrids from ll parent sugarcance varieties in a incomplete diallel cross model were obtained．
The seedling biomass of all FIS were analysed by a model of additive-dominance-random environment effect．The
results indicated that the inheritance of sugarcane biomass was determined jointly by additive，dominance，and
both additive and environm ent interaction effects．in which the additive effect was the most important one．The
genetic effect of phenotypic characters from parents on the progenies was influenced mainly by female parent．
Both broad-sense and narrow．sense heritabilities in biomass traits were relatively high． and the form er was higher
than the latter，suggesting that the selection of biomass traits is effective in early generation．The analyses of
additive and dominant effects predicted for parents and cross combinations showed that five parents，
viz．YT72／426，YT79／177，YT85／177，ROC24 and ROC25 were accounted to have higher additive effect，and four
crosses to have higher dominant efect，which could be used in sugarcane breeding for high biomass．
Key words：Sugarcane；Biomass；Incomplete diallel cross；Genetic analysis； Additive-Dominance-Random
environment effect model
甘蔗(Saccharum officinarum)既是一种重要的
糖料作物，也是 ～ 种重要的高生物量的生物能源作
物。地球的石油能源面临逐渐枯竭的危机，同时，由
于石化能源的大量开采和使用，地球的环境污染状
况目趋严重。因此，开发和利用可再生又无污染的
收稿 日期：2004—06—2l 接受日期：2004—09—2O
基金项目：f 尔省“十五”重人科技专项(A20602)z~助
通讯作者 Corresponding author
生物能源，已成为世界各国解决能源问题的主要研
究方向。许多国家对高生物量的甘蔗品种的选育展
开了研究，如美国早在 20世纪七十年代就提出并
实施能源生物甘蔗品种计划，己选育出三代能源甘
蔗品种(PR980、NCo310、PR64．1791、US67．22．2和
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热带亚热带植物学报 第 l3卷
B70．701等1【l】，但国内外有关甘蔗生物量遗传行为
方面的研究只有一些零星报道12-41。我国在能源甘蔗
方面的研究尚处于起步阶段，但在高生物量甘蔗品
种选育方面取得了一定进展，已筛选出一些有高生
物量潜力的甘蔗品种嗍。本研究应用朱军 的ADGE
遗传模型对甘蔗 1 1个亲本及其以5x6不完全双列
杂交 C design I)30个组合 F。代实生苗进行遗传
分析，以期能为高生物量能源甘蔗品种的选育提供
参考。
1材料和方法
1．1材料和试验方法
选用甘蔗(Saccharum oficinarum)粤糖系列 5
个品种为母本：P。(粤糖 81／3254)、P2(粤糖 85／177)、
P3(粤糖 72／426)、P4(粤糖79／177)、P5(粤糖 80／101)：6
个新台糖品种为父本：P6(ROC16)、P (ROC20)、P
(ROC22)、P9(ROC23)、P10(ROC24)、P1(ROC25)，以
5x6不完全双列杂交 C design I)遗传分析设计配
制30个杂交组合。
于 2000年和2001年在湛江甘蔗研究中心试
验地，分别种植上述 l1个亲本及其F．实生苗，三行
区，行长400 cm，行距 100 cm，每行种植20株实生
苗或 10个双芽苗亲本，随机排列，三次重复，田间
管理同一般大田。收获时，随机调查各小区20丛甘
蔗的茎径(cm)、茎长(cm)、丛有效茎数(简称茎数，条／
丛)、单茎重(简称茎重，kg)、丛生物产量(简称产量，
kg)、锤度(％)和丛锤重(丛生物产量×锤度，简称锤
重，kg)。
1．2统计分析
采用朱军提出的加性 ．显型．随机环境效应
(Additive—Dominance—Random Environment Efect，
ADGE)遗传模型和方差估算及检验的统计分析
法【7_9】，分析甘蔗主要的生物量性状。
利用两年亲本及其F。世代的各小区平均数资
料，用最小范数二阶无偏估计(Minimum nornl
quadratic unbiased estimation，MINQUE)法估算各遗
传方差分量，及其与环境的互作效应，计算各项方
差分量占表型方差(Vp)的比率，利用 Jackknife法进
行方差显著性检验【Ⅻ。
采用朱军提出的无偏预测(Adjusted unbiased
prediction，AUP)t“】法，预测各项遗传效应值，分析亲
本的加性和杂交组合显性随机效应，再用Jackknife
法进行显著性检验。
2结果和分析
2．1方差分量分析
从表 1可以看出，所研究的7个生物量性状之
加性和显性遗传方差均达到 1％的极显著水平，表
明这些主要生物量性状的遗传变异同时受到基因
的加性和显性效应的影响，既可以通过选择加以固
定培育出高生物量的甘蔗品种，也可以通过利用杂
种优势挖掘出甘蔗的高生物量的潜力。
加性×环境互作效应的方差(VAE)，除产量外，其
它性状均达到 1％极显著水平，说明了这些生物量
性状的表现是受到基因加性×环境互作的影响；各
个性状的随机效应方差都达极显著水平，说明各性
状的表现在一定的程度上受到随机效应的影响。
2．2遗传方差比率的分析
由表 2可知，各性状的加性方差和显性方差所
占表型方差的比率(V 厂、， 和 V P)，均达到极显著
水平，且除锤度外，其它性状 V 大于V。 ，说
明，对于甘蔗生物量性状表现的作用，基因的加性
效应比显性效应大。
2．3遗传率分析
遗传率是度量性状的遗传变异占表型变异相
对比率的重要遗传数。广义遗传率(h2B)是总的遗传
表 1 甘蔗主要生物■性状的方差分■估计值
Table l Estimates ofgenetic variance ofmajor biomass characters in sugarcane
VA：加性方差Additive variance；VD=显性方差Dominance variance；V^E：加性与环境互作方差Additive．environment variance；VR：随机
方差 Residual variance； ：P<0．0 1．
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第3期 周鸿凯等：甘蔗生物量育种的KI)GE遗传分析
表2 遗传方差分■占表型方差比率及其遗传率
Table 2 Ratios ofgenetic variance to phenotypic varian ce and heretability ofbiomass traits-m sugarcane
Vp：表型方差Phenotypicvariance；h ：狭义遗传率Heretabilityinthenarow sense；h ：广义遗传率Heretabilityinthebroadsense；
：P<0．05； ：P<0．01．
方差占表型方差的比率h2B=Vo／V 。狭义遗传率(h2N)
一 般定义为加性遗传方差占表型方差的比率，
h V ，、，P。
从表2中还可以看到，各性状的狭义和广义遗
传率均达到 l％的极显著水平，且有较高的狭义和
广义遗传力，尤以茎数和产量这两个性状有大于
0．5的狭义和广义遗传率，说明这些性状的表型变
异主要取决于遗传效应，可用遗传育种手段来改良
群体的遗传组成，取得高生物量甘蔗品种的预期效
果。甘蔗生物量性状的广义遗传率均大于狭义遗传
率(h h2N)，表明这些性状有较大的杂种优势，早代
选择有一定成效。
2．4亲本主要性状的基因效应分析
从表 3可见，参试的亲本对其后代各生物量性
状的加性随机效应是多样性的，既有达极显著或显
著的正效应或负效应，也有未达显著水平的正或负
作用。如亲本P 、P，、P 、P。和P。使后代茎径变小达
显著或极显著水平的负效应，亲本P。、P 、P 和 P 使
后代茎径变大的极显著水平的正效应；亲本P 使后
代茎长增长达极显著水平的正效应，亲本P，和P。
使后代茎长变短达极显著水平的负效应；亲本P 和
P 使后代茎重增大达极显著水平的正效应；亲本P。
使后代锤度降低达极显著水平的负效应，亲本 P。
使后代锤度增高达显著水平的正效应；对于生物产
量，亲本P，和P。使后代产量增大达极显著水平的
正效应，而亲本 P 和P 使后代生物产量减少达极
显著水平的负效应；亲本 P，和P。使后代锤重增加
达极显著水平的正效应。
2．5杂交组合的基因效应值分析
杂交组合后代其杂合显性效应 Dij是亲本 P，
和 的等位基因内的显性互作，是利用杂种优势的
主要依据。从表4可见，参试杂交组合对其后代生
物量性状表现的效应呈现多样性：如P。xP 其茎长
的负效应达显著水平，而茎数有达显著水平的正效
应；P。xP 其茎长和茎径有达显著水平的正效应，也
有对茎数和锤度达显著水平的负效应；P xP 对于
表3 甘蔗亲本主要生物■性状的加性随机效应(A0预测值
Table 3 Predicated values ofadditive efects ofmajor biomass traits ofparents in sugarcane
PltoP5arefemaleparents，1"6toPI】maleparents． ：P<0．05； ：P维普资讯 http://www.cqvip.com
262 热带亚热带植物学报 第 13卷
表 4 甘蔗杂交组合主要性状显性随机效应D．j预测值
PI to P5 are female parents，P6 to Pl1 male parents． ：P<0．05； ：P<0．0
茎径、茎长、茎重、产量和锤重达显著或极显著水平
的正效应；P ×P 对除锤重外所有性状的基因显性
效应值均是正值；P xP．。有使所有生物量性状基因
显性效应值表现增强较大的正效应，其中茎 长、锤
度和锤重达显著水平；P ×P．有使茎数增加的正效
应达显著水平，其它性状的正负效应均较弱；P5xPs
对锤度有较弱的负效应外，对于其它6个生物量性
状均有正效应，其中对产量的效应达显著水平；Psx
P 有对于锤度和茎数有较显著或显著水平的正效
应，其它效应均为较弱。
3结论
通过探讨甘蔗亲本品种及其杂交组合的生物
量的遗传分析，有助于加深了解亲本的生物量性状
的遗传特点，使高生物量能源甘蔗品种的选育更具
有针对性地选配杂交组合和选择后代无性系，本研
究通过应用ADGE遗传模型分析发现：
甘蔗生物量性状的遗传变异同时受到基因的
加性和显性效应的影响，但以基因的加性效应作用
较大，除产量外，它们还受到加性x环境互作效应的
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第3期 周鸿凯等：甘蔗生物量育种的ADGE遗传分析 263
影响。这比何肩钧等13l的研究结果更进一步，他们认
为，甘蔗的生物量遗传主要是由基因加性效应决定
的。
甘蔗生物量性状的广义遗传率和狭义遗传率
都达极显著水平，说明了甘蔗牛物量性状的表型变
异主要决定于遗传效应；而 同．，广义遗传率大于狭
义遗传率，说明了生物量性状有较大的杂种优势，
早期阶段选择效果好。
甘蔗亲木品种的生物量性状 的遗传变异表现
为多样性和复杂性：有的亲本对所有的生物量性状
都是正的或是负的遗传效应；有的亲本对某些生物
量性状的遗传是止效应，而对另一些生物量性状产
生负效应。对H‘蔗亲本的加性随机效应深入研究，
有助于了解甘蔗亲本的遗传效应特性，吏有针对性
地选配甘蔗杂交组合，加快选育⋯高牛物量的甘蔗
品种。通过本研究发现，对茎径有使后代明显增大
效应的甘蔗亲本有粤糖 81／3524、粤糖 85／177、粤糖
72／426和粤糖 80／101；对茎长有使后代明显增长效
应的亲本有粤糖72／426，ROC22、粤糖79／177和 ．
糖 85／177；对茎数有使后代明显增多效应的亲本品
种有 ROC24和 ROC25：对茎重有使后代明显增重
效 应的亲本有 粤糖 72／426、粤糖 80／101、粤糖
85／177和粤糖81／3254；对锤度有使后代增加效应
的亲本只有ROC25：对产量有使后代明显增加效应
的亲本有 ROC25、ROC24和粤糖 72／426；对锤重有
使后代显著增加效应的亲本品种有 ROC25、粤糖
72／426和 ROC24。综合各性状的加性随机效应，认
为较优良的甘蔗亲本有粤糖 72／426、粤糖79／177、
粤糖 85／177、ROC25和 ROC24。
杂交组合显性随机效应分析表明，粤糖
72／426~ROC16后代的大多牛物量性状(除茎数外1
有明显的正效应，是一优 良的杂交组合；粤糖
79／177~ROC24后代的所有生物量性状均有正效
应，况且除茎数外的所有性状均达显著水平，是一
良好 的杂交组合 ；粤糖 79／177~ROC23和粤 糖
80／101~ROC22也是使后代多数生物量性状有正效
应的良好组合。这表明，具有对其后代的某些生物
量性状有明显加性效应的亲本品种，在组配杂交组
合时，并非都能表现出它们的正效应。
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