全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(9): 1635−1643 http://zwxb.chinacrops.org/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家自然科学基金项目(31060176)和国家科技支撑计划项目(2007BAD44B07)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张旺锋, E-mail: zhwf_agr@shzu.edu.cn, Tel: 0993-2057326
第一作者联系方式: E-mail: fgy_2010@sina.com
Received(收稿日期): 2013-01-04; Accepted(接受日期): 2013-04-22; Published online(网络出版日期): 2013-07-09.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130709.1558.001.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01635
两个杂交棉 F1、F2 代及亲本冠层结构与物质生产特征
冯国艺 1,2 干秀霞 1 杨美森 1 姚炎帝 1 罗宏海 1 张亚黎 1 张旺锋 1,*
1 石河子大学新疆兵团绿洲生态农业重点实验室 / 农学院, 新疆石河子 832003; 2 河北省农林科学院棉花研究所 / 农业部黄淮海半
干旱区棉花生物学与遗传育种重点实验室, 河北石家庄 050051
摘 要: 以杂交棉石杂 2 号和新陆早 43 的 F1、F2代及亲本 NT2、H2、4-14 为试材, 通过测定不同生育时期各材料
叶面积指数(LAI)、叶倾角(MTA)、冠层光截获率等指标, 分析了各指标变化对群体光合物质生产的影响。结果表明,
2个杂交棉 F1代 LAI具有超亲优势, 冠层光截获率具有中亲优势; LAI和冠层光截获率具有明显的母系遗传特性, 而
MTA受到父本的显著影响。F2代冠层结构主要受 F1代相关指标和衰退率的影响, LAI中亲优势减小了衰退率; 杂交
棉 F1代光合物质积累主要受亲本参数和超亲优势的影响, F2代主要受 F1代参数的影响。杂交棉光合物质积累最大增
长速率和直线增长期开始时间较晚, 直线增长期及活跃增长期较长, 最终积累量和最大增长速率较高。杂交棉 F1代
具有明显的光合生产和产量优势, F2代具有一定的产量优势。以选择具有优化冠层结构的亲本为基础, 组配具有较大
MTA 的父本和较大 LAI 的母本, 有利于改善杂交棉光合性能, 提高群体光能利用率, 进一步挖掘产量潜力, 为杂交
棉高光效组合的选育及提高 F2代应用提供理论依据。
关键词: 杂交棉; 冠层结构; 杂种优势; F2代
Canopy Structure and Matter Production Characteristics of F1, F2, and Their
Parents in Two Cotton Hybrids
FENG Guo-Yi1,2, GAN Xiu-Xia1, YANG Mei-Sen1, YAO Yan-Di1, LUO Hong-Hai1, ZHANG Ya-Li1, and
ZHANG Wang-Feng1,*
1 The Key Laboratory of Oasis Eco-agriculture, Xinjiang Production and Construction Group / College of Agriculture, Shihezi University, Shihezi
832003, China; 2 Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Cotton in Huanghuaihai Semiarid Area, Ministry of Agriculture / Cotton
Research Institute, Hebei Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Shijiazhuang 050051, China
Abstract: A field experiment was conducted using the F1, F2 of two cotton hybrids of Shiza 2 and Xinluzao 43 and their parents
NT2, H2, and 4-14. After measuring the leaf area index (LAI), leaf inclination angle (MTA) and light interception rate (LIR) at
different growing periods, it is clear that the matter production of hybrid cotton was affected directly by the parameter changes of
the canopy structure and photosynthetic characteristics of two cotton hybrids parents. The results revealed that the over-parent
heterosis of F1 in two cotton hybrids was observed on LAI and mid-parent heterosis of them was provided with LIR. Both LAI
and LIR were observed obviously with matrilineal genetic characteristics, while MTA was influenced by paternal inheritance. The
canopy structure of F2 in two cotton hybrids was mainly influenced by the related parameters of F1 in hybrid cotton indexes and
their decreasing rate. The decreasing rate was deduced by the over-parent heterosis on LAI. The photosynthate accumulation of F1
in two cotton hybrids was mainly influenced by the numerical value of their parents and over-parent heterosis, and the photosyn-
thate accumulation of F2 in two cotton hybrids was mainly influenced by the related parameters of F1. The initial time of the high-
est increasing velocity of photosynthate accumulation and the linear increasing period was later, the linear increasing period and
the active increasing period of photosynthate accumulation were longer, the total photosynthate accumulation and the highest
increasing velocity were larger in two cotton hybrids. The photosynthate and yield were very high in F1 of hybrid cotton, and there
was a high yield only in F2 of hybrid cotton. Based on choosing the parents with the optimized canopy structure, we should make
a well combination between father plant with larger MTA and mother plant with larger LAI, which will be provides used for im-
1636 作 物 学 报 第 39卷

proving hybrid cotton photosynthetic performance, increasing light use efficiency for enhancing yield potential further. The study
provided come theoretical parameters for breeding high photosynthetic efficiency hybrid line and improving utilization of F2 in
hybrid cotton.
Keywords: Hybrid cotton; Canopy structure; Heterosis; F2
作物光合作用是产量形成的基础, 提高作物光
合生产力是农学家长期探索的重要研究内容[1-4]。作
物冠层结构显著影响群体光合速率 [5]; 改善作物冠
层结构是提高光合性能最有效的途径之一[6]。叶面
积指数是衡量作物冠层结构的重要指标, 研究表明,
叶面积指数可估算作物冠层潜在光合生产力及作物
干物质积累量 [7]; 叶倾角的变化能显著影响冠层固
定 CO2 的能力, 进而影响产量[8]。Stewart 等[9]通过
对大量玉米品种的研究表明, 叶面积和叶倾角是影
响光合作用的主要因子; 作物群体光截获率对光合
作用有重要作用 [10], 改善作物冠层结构特征, 对增
强群体光截获率, 提高群体生产力具有重要意义。
育种学家已通过遗传改良手段 , 选育出具有适宜
于光合作用的最佳叶面积和叶片角度的优良品
种[11-13]。棉花杂种优势利用是提高产量和改善品质
的重要途径。近年来, 中国在棉花杂种优势的研究
和利用方面取得了较大进展, 杂交棉 F1代平均增产
15%左右[14], 推动了棉花产量水平的提高[15]。然而,
如何通过亲本选配, 进一步发挥杂交种的光合生产
优势, 挖掘其增产潜力已成为棉花等作物超高产育
种和栽培研究关注的热点[16-19]。
新疆是我国最重要的商品棉生产基地, 自 2001
年以来, 新疆引进和选育了多个棉花杂交种并在生
产上进行示范推广, 使棉花单产水平有了进一步提
高[20-21]。棉花杂交种主要采用人工去雄制种, 成本
高且繁殖系数低 , 而新疆采用直播 , 用种量大 , 种
植杂交种 F1成本过高, 严重制约了高产杂交棉的大
面积推广; 棉花是异源四倍体, F2 代分离并不严重,
仍保持一定的杂种优势[22-23], 具有较好的增产潜力
和广泛的适应性[24], 有一定的生产应用价值。目前
已选配的一些杂交组合 F2在新疆棉区试验示范, 表
现出明显的产量优势, 探索推广种植杂交棉 F2已受
到棉花科技工作者的重视。因此从遗传角度, 选育
能较多保留杂种优势的 F2代是迅速大面积推广杂交
棉超高产种植亟待解决的问题之一。本研究探讨亲
本对杂交棉 F1、F2代冠层结构特性的影响, 揭示杂
交棉高光效冠层结构形成机制及其与物质生产之间
的关系, 以期为超高产杂交棉亲本选配及高产栽培
提供理论依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料
选用新疆棉区种植面积较大的棉花杂交种石杂
2号和新陆早 43的 F1、F2代, 石杂 2号父本 NT2、
母本 H2, 新陆早 43 父本 H2, 母本 4-14; 同时选取
常规棉品种新陆早 33 为对照(用于计算竞争优势),
共 8个材料。
1.2 试验概况
试验于 2009—2010年在石河子大学农学试验站
进行(45°19′ N, 86°03′ E)。采用宽膜覆盖栽培, 先铺
膜后点播, 1膜 4行, 行距为(60+20+40+20) cm宽窄
行; 小区面积为 43.5 m2, 随机排列, 重复 3次; 留苗
密度为每公顷 16.5万株。播前深施高效有机肥 1500
kg hm–2, 尿素 240 kg hm–2, 三料磷肥 75.3 kg hm–2
作基肥。生育期滴灌 12次, 滴水量为 3600~4200 m3
hm–2, 8月底停水, 随水滴施尿素 260 kg hm–2。用缩
节胺化调 6 次, 用量为 300~350 g hm–2。2009 年 4
月 19日播种, 4月 26日出苗, 7月 5日打顶; 2010年
5月 1日播种, 5月 7日出苗, 7月 10日打顶。其他
管理措施同大田超高产棉花管理。
1.3 测试项目及方法
选择棉花生长发育的关键生育时期, 包括盛蕾
期、盛花期、盛铃前期、盛铃后期、吐絮期测定冠
层结构、群体光合生产等指标。
1.3.1 冠层结构指标 采用 LAI-2000 冠层仪
(Li-Cor, USA), 参照Malone等的方法[25]测定叶面积
指数和叶倾角, 先将探头水平放置于冠层上方, 按
下测定按钮, 两声蜂鸣后将探头放入群体内, 仍保
持水平, 按下测定按钮, 两声蜂鸣后水平均匀移动
探头, 选择冠层内不同位置测量, 重复 4次。
1.3.2 光截获率 采用高亮之等 [26]介绍的方法 ,
在北京时间 11:00~14:00, 用 LI-250A 光量子仪
(Li-Cor, USA)测定植株顶部以上 30 cm处自然光强
Io (探头面水平向上)、植株反光 In (探头面水平向
下)、入射到冠层底部的光强 I。反射率(LRR, %)=
In/Io×100, 透射率(LLR, %)=I/Io×100, 光截获率(LIR,
第 9期 冯国艺等: 两个杂交棉 F1、F2代及亲本冠层结构与物质生产特征 1637


%)=100–LRR–LLR。
1.3.3 光合物质积累与产量 在各小区选择代表
性植株 5 株, 从子叶节处剪取地上部分, 分解成叶
片、茎和蕾铃等器官, 分别装入纸袋, 105℃下杀青
30 min, 80℃下烘干后称重。产量因子及计产方法为:
于收获期各处理在各小区选有代表性植株 10株, 考
察不同果枝单铃重, 并折算各个处理单铃重; 每处
理随机选取 3个点, 每个取样点面积 2.8 m2, 调查各
样点全部株数和铃数, 折算出单株结铃数和单位面
积总铃数; 以实收籽棉计算产量。
1.4 数据统计及分析
采用中亲优势、超亲优势和衰退率、竞争优势
来分析 2 个杂交棉的杂种优势及遗传表现。中亲优
势 (%)=(F–P)/P×100, 超亲优势 (%)=(F1–PH)/PH×100,
竞争优势(%)=(F–CK)/CK×100, 自交衰退 ID2 (%)=
(F1–F2)/F1×100; 其中 F1为杂交 1代, F2为杂交 2代, P
为双亲平均值, PH为高亲值, CK为推广的标准对照
品种新陆早 33; 采用 CurveExpert 1.3对光合物质积
累情况进行 Logistic 方程拟合, 用 Microsoft Excel
2003和 SPSS 11.0分析处理试验数据, 用 SigmaPlot
10.0作图。

2 结果与分析
2.1 产量及产量构成因子
表 1可见, 2年试验中, 2个杂交棉 F1具有明显
的超亲优势和竞争优势, F2 代具有较强的竞争优势;
石杂 2 号 F1 代和新陆早 43 F1 代皮棉产量均实现
3000 kg hm–2 以上的高产水平 , F1 代超亲优势达
39.1%~46.3%, 竞争优势为 26.4%~45.9%, F2代产量
虽然衰退 9.2%~12.8%, 但仍具有 14.9%~27.4%的竞
争优势。分析产量构成因子可以看出, 杂交棉 F1代
由于单株铃数、铃重及衣分具有不同程度的超亲优
势, 产量大幅度提高, 单株铃数超亲优势为 13.4%~
15.3%, 单铃重 8.3%~12.6%, 衣分 8.2%~12.8%。可
见 F1 代杂种优势是各产量构成因子具有超亲优势
的综合结果; F2 代单铃重和衣分与 F1 无明显差异,
但单株铃数衰退了 9.6%~12.1%, 限制了产量水平的
提高。
2.2 叶面积指数
叶面积指数(LAI)的大小直接影响作物对光能
的截获率, 进而影响群体光合生产。试验表明(图 1),
在测定生育时期内, 2个杂交棉 F1代 LAI均表现出明


表 1 杂交棉亲本及 F1、F2 代产量及产量构成因素(2009–2010)
Table 1 Yield and components of hybrid cottons’ parents and their F1, F2 (2009–2010)
品种(系)
Variety (line)
收获株数
Plant No.
(×104 hm−2)
单株铃数
Boll No.
per plant
总铃数
Total boll No.
(×104 hm−2)
单铃重
Boll weight
(g)
衣分
Lint
percentage (%)
实收籽棉产量
Seed cotton yield
(kg hm−2)
折合皮棉产量
Lint yield
(kg hm−2)
2009
NT2 16.4±0.78 7.35±0.37 e 120.5±5.62 d 4.69±0.23 e 40.1±2.00 c 5598±252.9 e 2245±100.3 e
H2 16.1±0.80 7.48±0.37 de 120.2±5.70 d 5.07±0.25 d 36.4±1.62 d 6009±290.5 d 2218±90.7 e
4-14 16.3±0.82 7.84±0.35 c 127.8±5.62 c 5.35±0.26 c 39.0±1.75 c 6803±285.2 c 2653±100.3 d
石杂 2号 F1 Shiza 2 F1 15.9±0.67 8.55±0.43 b 135.9±6.34 b 5.71±0.29 b 43.4±2.02 b 7571±354.8 b 3285±137.5 b
新陆早 43 F1 Xinluzao 43 F1 16.0±0.70 9.04±0.44 a 144.6±7.12 a 5.84±0.29 a 44.0±2.05 a 8494±401.7 a 3737±157.3 a
石杂 2号 F2 Shiza 2 F2 15.9±0.64 7.67±0.20 d 121.9±5.18 d 5.73±0.25 b 43.2±1.76 b 6907±314.3 c 2984±135.5 c
新陆早 43 F2 Xinluzao 43 F2 15.9±0.73 7.95±0.24 c 126.4±5.78 c 5.86±0.27 a 44.1±1.75 a 7387±361.5 b 3257±143.7 b
新陆早 33 Xinluzao 33 16.2±0.80 7.55±0.36 d 122.3±5.69 d 4.97±0.23 d 42.9±1.94 b 6055±258.2 d 2598±102.7 d
2010
NT2 16.3±0.77 7.27±0.37 e 118.5±5.62 d 4.82±0.23 d 40.3±2.00 c 5686±252.9 e 2291±100.3 e
H2 16.4±0.81 7.41±0.37 e 121.5±5.70 d 5.16±0.25 c 37.0±1.62 d 6209±290.5 d 2297±90.7 e
4-14 16.2±0.82 7.78±0.35 cd 126.0±5.62 c 5.27±0.26 c 39.2±1.75 c 6603±285.2 c 2588±100.3 d
石杂 2号 F1 Shiza 2 F1 16.2±0.41 8.40±0.40 b 136.2±5.63 b 5.59±0.35 b 43.5±1.57 b 7345±350.2 b 3195±135.0 b
新陆早 43 F1 Xinluzao 43 F1 16.1±0.35 8.91±0.34 a 143.6±6.78 a 5.86±0.29 a 44.1±1.03 a 8350±289.4 a 3682±147.5 a
石杂 2号 F2 Shiza 2 F2 15.8±0.54 7.59±0.24 d 119.9±5.81 d 5.62±0.25 b 43.4±1.30 b 6687±312.7 c 2902±134.8 c
新陆早 43 F2 Xinluzao 43 F2 15.7±0.57 7.98±0.24 c 125.3±5.99 c 5.85±0.23 a 44.0±1.67 a 7307±352.3 b 3215±131.0 b
新陆早 33 Xinluzao 33 16.3±0.71 7.61±0.36 d 119.8±5.69 d 4.93±0.23 d 43.1±1.94 b 5855±258.2 e 2524±102.7 d
同一列标以不同字母的值表示在同年内 0.05 水平上差异显著。
Values followed by different letters are significantly different at the 0.05 probability level within a column in the same year.
1638 作 物 学 报 第 39卷



图 1 杂交棉亲本及 F1、F2 代叶面积指数的生育时期变化
Fig. 1 Changes of leaf area index of hybrid cottons’ parents and their F1, F2 at different growth stages
Fb: 盛蕾期; FF: 盛花期; EFB: 盛铃前期; LFB: 盛铃后期; BO: 吐絮期。
Fb: full budding; FF: full flowering; EFB: early full bolling; LFB: later full bolling; BO: boll opening．

显的超亲优势, 以盛蕾期、盛铃后期和吐絮期尤为
明显; 新陆早 43 的 F1代 LAI 明显高于石杂 2 号 F1
代。回归分析表明, 母本对杂交种 F1代 LAI的直接
作用更大, 其中石杂 2 号的直接通径系数为 0.7622,
新陆早 43为 0.5787。F2代出现一定程度的衰退, 但
在盛铃后期和吐絮期表现出中亲优势。在相应生育
时期内, 新陆早 43 亲本较石杂 2 号亲本平均值高
8.9%~37.8%, 石杂 2 号 F1 代超亲优势在盛蕾期为
21.2%~23.9%, 盛铃后期和吐絮期为 28.0%~36.5%;
新陆早 43 F1代超亲优势盛蕾期为 27.4%~33.9%, 盛
铃后期和吐絮期为 31.1%~64.9%。F2代盛蕾期到盛
花期衰退 32.6%~75.9%, 盛铃前期到吐絮期衰退
7.7%~19.5%; 进一步分析表明, 盛蕾期到盛铃前期
F2 代无明显中亲优势, 盛铃后期和吐絮期中亲优势
石杂 2 号 F2代为 18.2%~32.1%, 新陆早 43 F2代为
29.0%~60.6%。可见杂交棉 F1代超亲优势和亲本值
越大, 叶面积指数越高; F2 代生育后期中亲优势越
大, 衰退率越低。
2.3 叶倾角
作物叶片的空间状态在很大程度上影响光能的
利用。试验表明(图 2), 在测定生育时期内, 新陆早
43 F1代的叶倾角(MTA)高于石杂 2号 F1代, 2个杂交
棉 F1、F2均未表现出超亲优势或中亲优势。回归分
析表明, 父本对杂交棉 F1代MTA的大小起主要作用,
其中石杂 2 号的直接通径系数为 0.6091, 新陆早 43
为 0.9051。F2代衰退率表现为石杂 2号 8.9%~19.7%,
新陆早 43为 7.2%~15.2%。父本 MTA大小直接影响
杂交棉 F1代MTA参数高低, F1代参数大小及遗传衰
退率的高低决定 F2代 MTA的高低。
2.4 冠层光截获率
作物光合作用及干物质生产能力与冠层光截获
状况密切相关[27]。研究表明(图 3), 在测定生育时期
内, 新陆早 43 F1代冠层光截获率高于石杂 2 号 F1
代, 2个杂交棉 F1表现出一定的中亲优势; F2代仅在盛
铃前期表现出一定的中亲优势, 盛蕾期和吐絮期衰退
较为明显。回归分析表明, 石杂 2号母本对 F1代冠层
光截获率直接通径系数为 0.6698, 新陆早 43 为
第 9期 冯国艺等: 两个杂交棉 F1、F2代及亲本冠层结构与物质生产特征 1639




图 2 杂交棉亲本及 F1、F2 代叶倾角的生育时期变化
Fig. 2 Changes of mean foliage tilt angle of hybrid cottons’ parents and their F1, F2 at different growth stages
同一生育时期标以不同字母的标值在 0.05 水平上差异显著。
Boxes with superscripts of different letters are significantly different at the 0.05 probability level within a growth stage in the same year.



图 3 杂交棉亲本及 F1、F2 代冠层光截获率的生育时期变化
Fig. 3 Changes of canopy light interception rate of hybrid cottons’ parents and their F1, F2 at different growth stages
1640 作 物 学 报 第 39卷

0.7372。杂交棉 F1代在盛蕾期和吐絮期中亲优势为
3.6%~10.7%, F2 代在盛铃前期中亲优势为 0.7%~
1.8%。F2代盛蕾期和吐絮期衰退 7.8%~14.6%。可见,
亲本选配主要改善杂交棉 F1代生育早期和后期的冠
层光截获率, F2 代在生育前期和后期较高的衰退率
直接影响了光合作用以及干物质生产能力。
2.5 光合物质积累特征
表 2 表明, 杂交棉 F1 代总光合物质积累量为
23 916.3~30 442.5 kg hm−2, 超亲优势达 47.7%~
58.9%; F2代有 15.7%~30.9%的衰退率。Logistic方程
对杂交棉 F1代及其亲本光合物质积累过程拟合表明,
杂交棉 F1 代较亲本光合物质积累增长直线期长
6.6~8.8 d, 物质积累活跃期(P)长 14.9~20.0 d; 最大
增长速率高 25.9%~63.2%; F2 代较杂交棉光合物质
积累增长直线期和物质积累活跃期(P)衰退 9.3%~
11.4%, 最大增长速率下降 5.6%~38.8%。进一步分
析表明, 亲本直线增长期开始和结束时间及最大速
率出现时间较早, F2 代直线增长期和最大增长速率
出现时间明显晚于亲本, 但直线增长期结束时间早
于杂交棉 F1代; 新陆早 43 F1代和石杂 2 号 F1代相
比, 直线增长期开始和结束时间及最大增长速率出
现时间均较晚, 直线增长期和物质积累活跃期较长,
最大增长速率较大。杂交棉 F2较双亲均值光合物质
积累增长直线期长 2.2~2.9 d, 物质积累活跃期(P)长
5.1~6.5 d; 最大增长速率高 7.5%~20.9%; 最大速率
出现的时间晚 0.6~5.1 d; 总光合物质积累量高
14.5%~28.7%。
3 讨论
3.1 杂交棉 F1代冠层结构特性与亲本的关系
通过遗传改良手段, 可选育具有适宜光合作用
的冠层结构, 如叶面积和叶片角度等[11], 在选育良
种的过程中, 选取有效光合性能指标早已受到人们
的广泛关注[28]。杂交种性状受其选配的亲本显著影
响 [14,17,19,29], 在生长势上表现出非常明显的杂种优
势[30]。本研究表明, 超亲优势显著影响杂交棉 F1代
的 LAI, 冠层光截获率则受中亲优势影响; MTA 并
未表现出中亲优势。回归分析表明, LAI和冠层光截
获率受母本影响较大 , 具有明显的母系遗传特性 ,
而 MTA显著受到父本的影响。杂交种的基因来自双
亲, 基因表达方面存在的差异是导致杂种优势的重
要原因[31-32]; 基因差异表达是构成 F1杂种优势性状
差异的分子基础[33-34]; 表型性状的差异可以从基因
表达模式上得以反映[35]。有研究表明亲本基因差异

表2 杂交棉亲本及F1、F2代光合物质积累特征
Table 2 Photosynthate accumulation characteristics parents and F1, F2 of cotton hybrids
品种
Variety (line)
拟合方程
Fitting equation
r TPA (kg hm−2)
T1
(d)
T2
(d)
T3
(d)
Vmax
(kg hm−2 d−1)
T0
(d)
P
(d)
2009
NT2 y=15492.6/(1+90.7e–0.0672x) 0.9718** 15163.2 d 47.5 86.7 39.2 260.2 67.1 89.3
H2 y=16890.4/(1+79.2e–0.0636x) 0.9818** 16194.6 d 48.0 89.5 41.4 268.5 68.8 94.4
4-14 y=19379.1/(1+72.0e–0.0625x) 0.9916** 19170.9 c 47.4 89.5 42.1 302.9 68.4 96.0
石杂 2号 F1 Shiza 2 F1 y=24619.7/(1+62.5e–0.0549x) 0.9988** 23916.3 b 51.3 99.3 48.0 337.9 75.3 109.3
新陆早 43 F1 Xinluzao 43 F1 y=32710.4/(1+67.6e–0.0536x) 0.9973** 30442.5 a 54.1 103.2 49.2 438.2 78.6 112.0
石杂 2号 F2 Shiza 2 F2 y=20648.2/(1+92.2e–0.0619x) 0.9998** 20172.5 c 51.8 94.3 42.5 319.7 73.0 96.9
新陆早 43 F2 Xinluzao 43 F2 y=21387.3/(1+77.2e–0.0591x) 0.9909** 21035.2 bc 51.3 95.9 44.6 315.8 73.6 101.6
2010
NT2 y=16348.0/(1+53.1e–0.0643x) 0.9994** 16304.6 d 41.3 82.2 41.0 262.8 61.8 93.3
H2 y=17646.5/(1+51.9e–0.0652x) 0.9969** 17413.6 d 40.4 80.8 40.4 287.5 60.6 92.1
4-14 y=18873.5/(1+55.0e–0.0650x) 0.9999** 18612.5 cd 41.4 81.9 40.5 306.7 61.7 92.3
石杂 2号 F1 Shiza 2 F1 y=27098.9/(1+39.3e–0.0548x) 0.9971** 25716.4 b 42.9 91.0 48.1 371.3 67.0 109.5
新陆早 43F1 Xinluzao 43 F1 y=31549.2/(1+43.1e–0.0542x) 0.9947** 29555.8 a 45.1 93.7 48.6 427.7 69.4 110.7
石杂 2号 F2 Shiza 2 F2 y=19749.6/(1+43.4e–0.0611x) 0.9986** 19585.0 c 40.2 83.3 43.1 301.5 61.8 98.3
新陆早 43 F2 Xinluzao 43 F2 y=21032.2/(1+48.4e–0.0608x) 0.9968** 20627.7 c 42.2 85.5 43.3 319.5 63.9 98.7
**表示在 0.01水平上差异达显著水平。T1、T2为光合物质积累增长直线期起止时间(出苗后天数), T3为持续天数, T0为最大增长速
率(Vmax)出现的时间, P是物质积累活跃期(大约完成总积累量的 90%)。
** means significantly different at P<0.01. T1, T2 are the beginning and concluded days to linear increasing stage for photosynthate ac-
cumulation, T3 is the lasting time, T0 is the days to the highest velocity, P is the active stage of photosynthate accumulation (accomplished
about 90% of the total photosynthate accumulation).
第 9期 冯国艺等: 两个杂交棉 F1、F2代及亲本冠层结构与物质生产特征 1641


表达与 F1杂种优势呈正相关[14,35-38]。2个杂交棉 F1
代 LAI、MTA和冠层光截获率等冠层结构指标杂种
优势与亲本差异表达呈正相关。可见 , 选择较大
MTA和 LAI及光合功能较强的父本并配以具有较高
光合特性的母本, 能有效改善杂交棉 F1代冠层结构,
提高光合功能。本研究表明, 杂交棉 F1代光合物质
积累量没有明显表现出母系或父系遗传, 这可能与
本试验选用材料有关, 但也可能说明光合物质积累
是一个数量遗传性状, 受到冠层结构各个指标的影
响; 但试验结果表明杂交棉 F1代光合物质积累量与
亲本平均值和超亲优势呈显著正相关 , 因此在选
用配合力较好的亲本基础上组配生长势较强的亲
本是提高杂交棉 F1代光合物质积累能力的一个有效
途径。
3.2 杂交棉 F2 代冠层结构特性与亲本及杂交棉
F1代的关系
杂交棉 F2 代在某些性状上表现出中亲优势[39],
有可能出现光合速率高于 F1代材料[40]。本试验结果
表明, F2 代个别指标具有中亲优势, 冠层结构指标
和光合特性指标较 F1 均出现不同程度的衰退。LAI
有一定的中亲优势, 减小了 F2 代衰退率; 冠层光截
获率在盛铃前期表现出中亲优势, 未对衰退率产生
影响。研究表明 F2代部分指标具有的中亲优势起到
减轻衰退程度的作用, 冠层优化程度主要取决于 F1
代的相关指标和遗传衰退率。可见, 亲本对 F2代 LAI
衰退程度具有明显的影响, 并且通过影响 F1代相关
指标间接影响 F2代。杂交棉 F2代生育后期光合物质
积累具有较明显的中亲优势, 使光合物质积累量明
显高于亲本 , 因此产量较双亲均值提高 26.5%~
33.7%, 具有一定的杂种优势。研究表明, F2代光合
物质积累量与衰退率无关, 主要受 F1代相关指标影
响。F2 代产量较推广的标准对照品种新陆早 33 高
14.9%~27.4%, 尤其是新陆早 43 F2, 2年试验结果皮
棉产量均实现了 3000 kg hm−2以上的高产水平, 2009
年较石杂 2 号 F1低 0.9%, 2010 年较石杂 2 号 F1高
0.6%, 与石杂 2 号 F1相差不大, 具有较大的生产应
用价值。因此亲本选育很大程度上决定了 F2代的竞
争优势, 影响其生产应用价值。
作物产量是一个综合性状, 受植株多个形态、
生理以及农艺性状的影响[41]。作物高产要求具有较
高群体光合生产 [40], 通过对冠层结构的改造, 增加
光能利用率, 制造更多的光合产物, 增大光合物质
积累。杂交棉具有较高的 LAI, 能截获更多光能, 光
合物质积累增长直线期和活跃期较长、最大速率较
大及最终光合物质积累较多, 直线增长期开始和最
大速率结束时间及出现时间较晚, 最终光合物质积
累较多, 有利于产量提高。因此通过选配亲本优化
杂交棉冠层, 提高光合性能, 改善群体光合生产是
提高产量的有效途径。冠层形态与结构决定于品种,
要选育冠层结构合理的杂交种, 最大限度地提高光
能利用率, 就必须正确选配亲本。在选配亲本过程
中不仅要考虑生理功能[42], 而且要重视亲本冠层特
性。超亲优势、中亲优势及 F2代衰退率对挖掘产量
潜力具有重要影响, 而如何改变及设计其参数有待
进一步研究。
4 结论
杂交棉 F1冠层优化和光合物质生产力的提高是
以亲本为基础, F2代冠层特性主要受杂交棉 F1代相
关指标和衰退率的影响, 部分指标的中亲优势影响
衰退率; 杂交棉 F1代光合物质积累主要受亲本参数
和超亲优势的影响; 杂交棉光合物质积累最大增大
速率出现时间和直线增长期开始时间较晚, 最终积
累量和最大增大速率较大以及直线增长期和活跃期
较长; 杂交棉 F1代具有明显的光合生产和产量优势,
F2 代具有一定的产量竞争优势。选择组配具有较大
MTA 的父本、较大 LAI 的母本, 有利于杂交棉 F1
代提高光能利用率, 进一步挖掘产量潜力以及提高
F2代的应用价值。
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