干旱环境下高粱(Sorghum bicolor)自交系杂种优势评估与杂种优势群划分研究及其对提高生产力的意义

为解决埃塞俄比亚干旱半干旱地区高粱生产力低下问题，研究人员开展高粱自交系杂种优势(heterosis)评估与杂种优势群(heterotic grouping)划分研究。通过α格子设计评估42个基因型，发现P-9534×Melkam等杂交种产量达6.32 t ha-1 ，中亲优势达112.41%。基于SCA和GCA多性状(HGCAMT)方法将自交系划分为2-3个杂种优势群，为培育抗旱高产杂交种提供理论依据，对保障粮食安全具有重要意义。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱已成为制约全球粮食安全的主要因素。作为"气候智慧型作物"，高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench)因其卓越的抗旱性在非洲干旱地区扮演着重要角色。然而在埃塞俄比亚，高粱平均单产仅2.43 t ha^-1
，远低于其潜在产量，其中花期和灌浆期的干旱胁迫可导致减产高达90%。传统开放授粉品种已难以满足需求，而杂交高粱在增产幅度和稳定性方面展现出显著优势——在发达国家杂交种覆盖率已达95%，但在埃塞俄比亚等发展中国家仍以地方品种为主。

为破解这一困局，研究人员开展了一项系统性研究，成果发表在《Crop Design》。研究团队采用α格子设计，在Mieso和Kobo两个干旱热点区域评估了42个高粱基因型（包含13个自交系、26个F₁
杂交种和1个对照种）。通过双列杂交结合细胞质雄性不育(CMS)体系，测定10个关键农艺性状，运用混合线性模型进行方差分析，并采用Ward最小方差聚类构建杂种优势群。

研究首先发现显著的基因型差异：杂交种平均产量5.01 t ha^-1
，较自交系(2.80 t ha^-1
)提高80%。其中P-9534×Melkam以6.32 t ha^-1
的产量居首，较标准对照ESH-4增产30.71%。该杂交种同时具备早熟特性（开花期68天），实现"干旱逃逸"机制。通过杂种优势分析发现，B6×ICRS-14表现出112.41%的中亲优势(MPH)，TX-623×ICRS-14则具有68.71%的超亲优势(BPH)，这些数据为杂交育种提供了量化依据。

在杂种优势群划分方面，研究取得创新性进展。基于特殊配合力(SCA)将13个自交系划分为两组：A组（如TX-623、B6）与Melkam tester呈负SCA效应，B组（如P-9534、MARC3）则与ICRS-14 tester呈负效应。更突破的是采用多性状一般配合力(HGCAMT)方法，通过欧氏距离聚类将材料划分为三个异质群，这种多维度的分类方法显著提高了杂交组配的精准度。

讨论部分指出，该研究首次系统建立了埃塞俄比亚高粱杂种优势群体系，破解了当地杂交育种中亲本选配盲目性的难题。发现的7个优良杂交种（如P-9534×Melkam、B6×ICRS-14等）兼具高产（5.57-6.32 t ha^-1
）、抗旱（SG性状优势达142.40%）和早熟特性，其推广应用可使区域产量提升30-40%。研究还揭示了杂交优势的生物学基础——在干旱胁迫下，杂交种通过维持绿叶面积(LA)、延长灌浆期（DTM 107-114天）和优化穗部性状（PL 26.04% MPH）实现产量突破。

这项研究为非洲干旱区高粱育种提供了范式转变：从经验育种迈向基于配合力的精准育种。建立的杂种优势群体系可减少70%无效杂交组合，显著提高育种效率。随着这些抗旱杂交种的推广，预计可帮助750万依赖高粱的人口提升粮食安全保障能力，为应对气候变化提供切实解决方案。