干旱低地环境下高粱(Sorghum bicolor)关键基因型的表型变异分析及其育种应用

针对干旱胁迫导致高粱产量下降的关键问题，本研究通过评估42个高粱基因型在埃塞俄比亚Mieso和Kobo两地的农艺性状，发现基因型4x14(6.32 tha-1 )等材料具有优异抗旱性。研究揭示了株高(95.63% H2 )、千粒重(77.98% H2 )等性状的高遗传力与遗传进度，为抗旱育种提供了重要靶点。

　　

在气候变化加剧的背景下，干旱已成为威胁全球粮食安全的首要因素。作为第五大谷物作物，高粱(Sorghum bicolor (L.) Moench)因其卓越的抗旱性被称为"气候智慧型作物"。然而在开花期和籽粒灌浆期遭遇水分胁迫时，其产量仍会显著下降17%-60%。埃塞俄比亚作为全球高粱主产国，干旱导致当地品种平均单产仅1.46吨/公顷，远低于潜在产量。这一现状促使研究人员迫切需要在丰富的高粱种质资源中挖掘抗旱基因型，解析关键性状的遗传规律。

针对这一重大需求，埃塞俄比亚农业研究机构的研究人员开展了为期一年的田间试验。研究团队采用α格子设计，在Mieso和Kobo两个典型干旱低地环境评估了42个高粱基因型（包括TX-623B、P-9501B等亲本及其与Melkam、ICSR-14的杂交组合）的12个农艺性状。通过联合方差分析、遗传参数计算等方法，系统量化了各性状的遗传变异度、遗传力(H²
)和遗传进度(GAM)。该研究成果发表在《Reproduction and Breeding》期刊，为抗旱育种提供了理论依据和材料基础。

研究主要采用三种关键技术：1) α格子实验设计结合两地重复试验，有效控制环境变异；2) 基于联合方差分析计算基因型方差(σ²
g)、表型方差(σ²
p)等参数；3) 通过Burton公式计算广义遗传力(H²
)和遗传进度(GA)，评估性状选择潜力。

【分析结果】
3.1 方差分析显示所有性状存在极显著基因型差异(P<0.01)，其中株高(F=7615.51)、籽粒产量(F=5106.56)和穗产量(F=2206.42)变异最显著，证实群体存在丰富遗传多样性。

3.2 均值比较发现基因型4x14产量最高(6.32 tha^-1
)，较对照ESH-4(4.77 tha^-1
)增产32.5%。早熟特性方面，基因型35开花最早(67.75天)，而株高变异幅度达107.5-271 cm，为株型改良提供选择空间。

3.3 遗传参数估算表明，株高(GCV=22.53%)、穗伸出度(GCV=29.11%)等性状具有高遗传变异度。特别是株高(H²
=95.63%)、千粒重(H²
=77.98%)等性状同时具备高遗传力和高遗传进度(GAM>20%)，说明这些性状受加性基因控制，可通过常规选择有效改良。

3.4 穗产量(65.43% H²
)和籽粒产量(66.54% H²
)的中高遗传力表明，基于表型的选择对产量改良具有可靠性。而叶片面积(30.77% H²
)等性状受环境影响较大，需结合稳定性测试进行选择。

【结论与意义】
本研究首次系统揭示了埃塞俄比亚干旱低地环境下高粱关键农艺性状的遗传规律。通过鉴定出4x14、8x15等高产基因型，以及株高、穗伸出度等强遗传力性状，为分子标记开发和表型选择提供了明确靶点。特别值得注意的是，穗伸出度(51.88% GAM)等性状的极高遗传进度，说明通过杂交育种可快速提升这些性状。研究提出的"早花、矮秆、小叶"理想株型标准，为应对气候变化下的高粱育种提供了新思路。

该成果对解决非洲之角地区的粮食安全问题具有双重价值：一方面可直接应用于当地抗旱品种选育，另一方面建立的遗传参数体系为后续全基因组关联分析(GWAS)奠定了基础。正如作者强调的，将传统育种与现代分子技术结合，有望加速培育"气候智能型"高粱品种，这对实现联合国可持续发展目标(SDGs)中的零饥饿目标具有重要意义。