全 文 ：Vol. 30 , No. 11
pp. 1173 - 1175 　Nov. , 2004
作 　物 　学 　报
ACTA AGRONOMICA SINICA
第 30 卷 第 11 期
2004 年 11 月 　1173～1175 页
研究
简报 转 Bt 基因抗虫杂交棉的光合性状遗传分析
聂以春　张献龙　郭小平　蔡明历 Ξ
(华中农业大学作物遗传改良国家重点实验室 ,湖北武汉 430070)
Genetic Analysis of Photosynthetic Characters in Hybrids between Transgenic Bt
Cotton Cultivars
NIE Yi2Chun , ZHANG Xian2Long , GUO Xiao2Ping , CAI Ming2Li
( National Key Laboratory of Crops Genetic Improvement , Huazhong Agricultural University , Hubei 430070 , Wuhan , China)
　　NCⅡ遗传交配设计是既可用于群体遗传参数估算又可
用于配合力分析的设计方法 ,常用于作物的产量及构成因
素、品质、种子性状等优势测定和基因的遗传效应分析。近
几年来也被用于水稻光合性状的配合力和遗传力分析 [1 ] 、甘
蔗光合性状的遗传分析和高光效亲本的评价 [2 ] ,但在棉花光
合性状的遗传效应方面 ,只针对部分优势组合或品种有少数
的研究报道 [3 ,4 ] 。
为了揭示抗虫棉与抗虫棉杂交后代的产量及主要光合
性状的遗传表现 ,选用一组国外培育的转 Bt 棉品系和国内
自育的一组转 Bt 抗虫棉品种 (系) 进行杂交 ,根据基因加性2
显性的遗传模型 ,对亲本和杂种一代的光合速率 ( Pn ) 、蒸腾
速率 ( Tr )和胞间 CO2 浓度 ( Ci ) 3 个光合性状的遗传效应进
行了比较研究 ,旨在为该类型抗虫杂交种的配制、选育与利
用提供依据。
1 　材料和方法
选用美国的转 Bt 抗虫棉品种 (系) 11921 (P1) 、1999 (P2) 、
99B ( P3) 为母本 ,国内自育转 Bt抗虫棉品种 (系) 鄂抗虫棉1
号 (P4) 、SK2(P5) 、9822 (P6)和 322 (P7) 为父本 ,采用不完全双
列杂交 NCⅡ遗传交配设计 ,配制 P1 ×P4、P5、P6、P7 ;P2 ×P4、
P5、P6、P7 ;P3 ×P4、P5、P6、P7 等 12 个 F1 。7 个亲本和 12 个 F1
以随机区组排列 ,3 次重复 ,小区面积 18 m2 。
利用LI26400 光合作用测量仪 ,在有效光合辐射 ( PAR)
为 1 600μmol·m22·s - 1的条件下 ,对每份材料分 15Π7 (日Π月 ,
下同) 、15Π8、15Π9 三个不同生长发育时期 ,按重复每个小区
分别取 5 株测定倒四叶的净光合速率、蒸腾速率和胞间 CO2
浓度 ;按小区实收籽棉和皮棉产量。
参照朱军编著的《遗传模型分析方法》[5 ] ,使用朱军的双
列杂交和杂种优势的遗传分析软件 ,用加性2显性模型对测
定性状进行差异显著性检验、基因效应和相关性分析。
2 　结果与分析
211 　3 个光合性状的基因加性( A) 和显性( D) 遗传方差分量
分析
采用 AD 模型 ,分析供试材料性状的基因效应 ,结果见
表 1。
表 1 3 个光合性状的基因加性和显性方差比值估计值
Table 1 Estimates of additive and dominant variance ratio for three photosynthetic characters
变异来源
Variance
source
光合速率　Pn
(μmol·m - 2·s - 1)
蒸腾速率 Tr
(mmol H2O·m - 2·s - 1)
胞间 CO2 浓度　Ci
(μmolCO2·mol - 1air)
15Π7 (DΠM) 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9
VAΠV P 01312 + 01188 + 01083 01244 3 01324 3 01120 01427 + 01295 3 3 01358
VDΠV P 01621 3 01723 3 01288 3 01067 01282 3 01418 3 01560 3 01258 01066
V EΠV P 01067 01089 01629 3 01689 3 3 01377 3 01462 3 3 01013 01446 01576 +
　注 : + 、3 、3 3 分别表示 0110、0105 和 0101 概率水准显著 ; Pn :光合速率 , Tr :蒸腾速率 , Ci :胞间 CO2 浓度 ,下表同。
Notes : +　, 3 , 3 3 denote significance at 0110 ,0105 and 0101 levels respectively1 Pn : photosynthetic rate ; Tr :transpiration rate ; Ci :internal cell CO2 concentra2
tion1 The same below1
基金项目 :国家“十五”863 课题 (2001AA241091)资助。
作者简介 :聂以春 (1953 - ) ,男 ,湖北当阳人 ,副教授 ,主要从事棉花遗传育种研究和作物遗传育种教学。Tel :027287286036 ; E2mail : nyc @
mail1hzau1edu1cn
Received(收稿日期) :2003208215 ,Accepted (接受日期) :20042012021

　　3 个不同时期的光合速率、15Π8 和 15Π9 的蒸腾速率的显
性效应显著 ;15Π7 和 15Π8 的 2 个光合性状的加性效应也比较
明显 ,但光合速率的显性方差分量大于加性方差分量 ,而蒸
腾速率的加性方差分量大于显性方差分量。15Π7 的胞间 CO2
浓度加性和显性效应分别达 10 %和 5 %的显著水平 ,15Π8 的
加性效应值达极显著水平。控制性状的基因效应是加性还
是非加性 ,对同一性状不同发育时期表现不同。从以上各环
境方差与表型方差 ( V EΠVP)比值的差异显著性测定中还可以
看出 ,光合性状易受环境条件的影响 ,因而 ,在育种实践中 ,
对具有显著加性效应的性状在早期世代选择效果明显 ;而对
非加性效应显著的性状选择应在高世代中进行。
212 　亲本的加性和组合的显性效应分析
7 个亲本材料和 12 个组合的 3 个光合性状的基因加性
或显性效应估值列于表 2。
表 2 3 个光合性状的加性( A)和显性( D)效应的预测值比较
Table 2 Predictable values of additive and dominant effects of three photosynthetic characters
亲本或 F1
Parent or F1
遗传效应
Genetic
effects
光合速率 Pn
(μmol CO2·m - 2·s - 1)
蒸腾速率 Tr
(mmol H2O·m - 2·s - 1)
胞间 CO2 浓度 Ci
(μmol CO2·mol - 1air)
15Π7 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9
119 - 1 (P1) A - 01135 　11098 3 3 - 01052 01508 + - 01273 + 01021 14183 + 　41894 3 3 71854
1999 (P2) A 01778 3 01742 3 01231 + 01202 + 01081 01013 11345 11301 - 71636
99B(P3) A - 11073 01165 01049 3 - 01354 + 01721 3 - 01024 - 41547 - 11268 - 61672
ER21 (P4) A 01501 - 01264 - 01146 + 01119 + - 01420 - 01004 61504 - 01579 21969
SK2 (P5) A - 01207 3 - 11221 + - 01112 + - 01189 - 01232 3 01012 - 31893 - 01014 41150 +
98 - 2 (P6) A 01049 - 01364 - 01111 3 - 01236 - 01160 - 01015 + - 71701 + - 21205 31212
322(P7) A 01086 - 01155 01141 - 01048 + 01283 3 - 01003 - 61537 3 - 21129 - 31877
P1 ×P4 D - 01006 - 01209 01574 3 N - 11664 + 01382 181837 + 41731 01429
P1 ×P5 D - 01070 51016 + - 01158 + N - 01381 01324 + 171973 31332 31040
P1 ×P6 D - 01435 41108 + 01766 N 01554 3 - 01317 3 131550 3 41399 31678
P1 ×P7 D 01006 - 01339 3 - 01343 N - 01283 - 01819 + - 16163 3 3 21326 - 41512
P2 ×P4 D - 01323 + - 11451 + - 01568 3 N - 01493 3 01266 + 221200 3 11744 61566
P2 ×P5 D 11227 21628 + 01057 N 01255 01134 + 111956 11740 - 01050
P2 ×P6 D 21950 - 41270 + - 01092 N - 11375 + 01021 3 - 51421 - 11978 - 31218
P2 ×P7 D 01809 - 01420 01840 N 01466 01064 + 91721 - 01589 3 01285
P3 ×P4 D 01702 - 11319 - 01351 N - 01016 - 01041 01325 01873 - 01803
P3 ×P5 D - 01450 71284 + 01020 N 11043 + - 01595 3 61961 - 51370 + 01566
P3 ×P6 D - 01060 - 01692 01331 N 01174 3 3 01007 231048 + - 51423 01059
P3 ×P7 D - 01286 - 21478 + - 01421 N 01965 + - 01671 3 - 31426 51014 + - 31740
　　在一套亲本材料中 ,存在着不同程度的加性遗传效应。
母本 11921 (P1) 、1999 ( P2) 两个亲本加性效应值为正向的较
多 ,分别占不同时期测定性状的 6617 %和 8819 % ,99B (P3) 具
有正值效应的占 3313 %。其中 ,11921 (15Π8) 、1999 (15Π7 和 15Π
8) 、以及 99B (15Π9) 的光合速率的加性效应值分别达 5 %或
1 %的差异水平 ;99B 在 15Π8 测定的蒸腾速率的加性效应值
达 5 %显著水平 ,11921 8 月 15 日测定的胞间 CO2 浓度的加性
效应达极显著 ,部分测定时期的光合性状的加性效应值达
10 %的差异水平。在 4 个父本中 ,不同时期光合性状遗传效
应的负值比较明显 ,占测定时期性状的 6914 % ,部分达到显
著或极显著水平。
在 12 个组合不同发育时期的光合性状的显性效应中 ,
因组合不同 ,其光合性状的显性效应有正值也有负值 ,组合
之间的差异十分明显。如 P1 ×P6、P2 ×P5、P2 ×P7 三个组合
中 ,不同测定时期的光合性状有 75 %具有正向的显性遗传效
应 ,而 P1 ×P7、P2 ×P6、P3 ×P7 三个组合在不同测定时期的光
合性状有 75 %具有负向的显性遗传效应 ,部分达到 10 %或 5 %
的差异水平。7 月 15 日测定的蒸腾速率未检测到显性效应。
上述结果表明 ,所研究的光合性状具有明显的加性遗传
效应 ,说明这些光合性状的基因加性效应是一个普遍存在的
遗传分量 ,但作用的方向有所不同。绝大多数性状存在显性
效应 ,因组合不同或亲本的遗传背景差异 ,显性效应值的大
小差异非常明显。由于棉花的光合作用是一个复杂的化学
变化过程 ,主要反应在水的光解、还原能力、光合磷酸化和二
氮化碳的固定等方面 [6 ] ,因而光合性状的遗传同样受到一系
列生理生化反应的影响 ,最后导致光合性状在后代中的遗传
复杂性。
213 　光合性状与产量的遗传和表现型相关
对不同光合性状与籽、皮棉产量进行基因型和表现型相
关分析 ,结果见表 3。
表 3 不同发育时期光合性状与产量的遗传相关( r G)和表现型相关( r P)比较
Table 3 Genetic correlation between photosynthetic characters and yield in different stages
产量
Yield (kg·plot - 1)
光合速率 Pn (μmol CO2·m - 2·s - 1) 蒸腾速率 Tr (mmol H2O·m - 2·s - 1) 胞间 CO2 浓度 Ci (μmol CO2·mol - 1air)
15Π7 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9 15Π7 15Π8 15Π9
籽棉
Seed cotton
皮棉
Lint yield
rG 01162 　01382 + 01200 　　01574 3 3 - 01224 01129 　01447 + 　　01564 3 3 - 01007
rP 01144 01379 + 01232 01389 + - 01110 01045 01290 01497 3 - 01132
rG 01461 3 01385 + 01203 01609 3 3 - 01292 01179 01440 3 01605 3 3 - 01090
rP 01206 01395 + 01183 01417 + - 01159 01075 01296 01518 3 - 01113
4711 　　　作 　　物 　　学 　　报 30 卷 　

　　不同发育时期的 3 个光合性能指标中 ,除 15Π8 测定的蒸
腾速率和 9 月 15 日测定的胞间 CO2 浓度与籽、皮棉产量呈
一定负相关外 ,不同时期的其他性状与产量均呈不同程度的
正相关。其中 ,15Π7 测定的光合速率、蒸腾速率和胞间 CO2
浓度与皮棉产量遗传相关达到 5 %或 1 %水平。8 月 15 日测
定的光合速率和胞间 CO2 浓度与籽、皮棉产量遗传相关分别
达到 10 %、5 %和 1 %的显著水平。不同时期测定的同一光合
性状与籽、皮棉性状之间的表现型相关和遗传相关性趋势基
本一致 ,在多数情况下 ,遗传相关系数大于表现型相关系数。
结果表明 ,在进行光合育种中 ,注重提高品种或杂交种的光
合速率和胞间 CO2 浓度 ,降低蒸腾速率有利于提高棉花产
量。
棉花的经济产量主要取决于光合面积、光合时间、光合
速率、光合产物的消耗及其运输与分配 [6 ] ,研究材料、栽培方
式以及外界气候条件等对于光合性能与产量之间的关系影
响很大 ,有关杂交棉在不同生育时期光合特性与产量的复杂
关系有待进一步深入探讨。
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2005 年《杂交水稻》征订启事
《杂交水稻》是由国家杂交水稻工程技术研究中心和湖南杂交水稻研究中心主办的、对国内外公开发行
的专业技术刊物 ,获第二届国家期刊奖提名奖 ,为全国中文核心期刊。主要宣传报道我国及国外杂交水稻研
究、应用中的最新成果、进展、动态、技术经验和信息等。辟有专题与综述、选育选配、栽培技术、繁殖制种、新
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