美國(guó)玉米種質(zhì)改良系主要農(nóng)藝性狀的配合力及雜種優(yōu)勢(shì)分析

鄧?yán)i， 王薪淇， 谷 男， 邢 政， 景桂昕， 李向永， 趙仁貴

（1．吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 長(zhǎng)春130118； 2．吉林云天化農(nóng)業(yè)發(fā)展有限公司， 長(zhǎng)春130022）

近年來(lái)，耐密、高產(chǎn)、抗逆玉米雜交種鄭單958和先玉335一直是我國(guó)北方玉米主產(chǎn)區(qū)試驗(yàn)對(duì)照品種，推廣面積穩(wěn)居前列，深受廣大農(nóng)民朋友的喜愛(ài)，為農(nóng)業(yè)的增產(chǎn)增收提供了有力保障，由此證明密植型育種仍然是玉米育種重要方向之一［1］。和育187等機(jī)收品種的大面積種植，為玉米生產(chǎn)全程機(jī)械化提供了啟示?？偟膩?lái)說(shuō)，玉米雜交種綜合性狀諸如單株產(chǎn)量、生育期、耐密性、抗倒性等農(nóng)藝性狀一定要優(yōu)良［2］。然而，玉米單株產(chǎn)量適宜、生育期早、耐密性好、抗倒性強(qiáng)的種質(zhì)資源十分匱乏，是我國(guó)玉米育種快速發(fā)展的障礙［3］。因此，采用高效的育種手段進(jìn)行種質(zhì)創(chuàng)新，整合外來(lái)種質(zhì)資源的優(yōu)良基因選育玉米自交系，是我國(guó)玉米育種發(fā)展的必由之路。本課題組從美國(guó)依阿華州引進(jìn)了20份玉米種質(zhì)基礎(chǔ)材料，經(jīng)“南北穿梭”育種，選育出5份農(nóng)藝性狀優(yōu)良、熟期早、耐密植的玉米新型自交系，通過(guò)探討上述改良系與我國(guó)不同雜種優(yōu)勢(shì)類群的玉米骨干自交系的配合力情況及雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，為拓寬我國(guó)玉米種質(zhì)基礎(chǔ)、構(gòu)建新的雜種優(yōu)勢(shì)模式，以及實(shí)現(xiàn)玉米高產(chǎn)、超高產(chǎn)育種計(jì)劃提供實(shí)用的借鑒。

1 材料與方法

1．1 供試材料

2011年，吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院從美國(guó)依阿華州引進(jìn)20份美系種質(zhì)，這種類型材料主要表現(xiàn)為熟期早、葉上沖、莖稈柔韌、粒深、軸細(xì)，經(jīng)農(nóng)學(xué)院玉米研究室“南北穿梭”育種，選育出5份優(yōu)良改良系，分別命名為WY 1、WY 2、WY 3、WY 4、WY 5，以其作為母本，以自交系吉853（塘四平頭群）、S 122（旅大紅骨群）、龍抗11（Lancaster群）、鐵C 8605－2（Reid群）、丹599（溫帶Ⅰ群）為父本。詳見(jiàn)表1。

表1 供試材料及其所屬類群

1．2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2014年冬，在吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)樂(lè)東佛羅鎮(zhèn)玉米育種基地按照NCⅡ遺傳交配設(shè)計(jì)組配出25個(gè)雜交組合。2015年春，將25個(gè)雜交組合種于吉林農(nóng)業(yè)大學(xué)長(zhǎng)春作物育種基地。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，4行區(qū)，3次重復(fù)，行長(zhǎng)5 m，行距0．65 m，密度為6萬(wàn)株／hm2，田間管理同大田。田間調(diào)查株高、穗位高和倒伏率，選取中間兩行收獲。自然風(fēng)干后從每個(gè)組合中隨機(jī)選取5個(gè)果穗，考察穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重（折算成14%含水量的百粒重），計(jì)算單株產(chǎn)量（折算成14%含水量的單株產(chǎn)量）。

1．3 統(tǒng)計(jì)分析

利用 Excel 2013和SAS 9．0［4］軟件進(jìn)行各性狀的方差及配合力分析，估算一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA），計(jì)算總配合力（TCA）。以單株產(chǎn)量平均值（X 1）為基數(shù)計(jì)算平均雜種優(yōu)勢(shì)［5］。

總配合力（TCA）＝GCA＋SCA。

2 結(jié)果與分析

2．1 方差分析

對(duì)25個(gè)雜交組合的株高、穗位高、穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單株產(chǎn)量8個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析的F值結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知，不同組合間8個(gè)性狀的差異均達(dá)極顯著水平，由此說(shuō)明各性狀之間的差異是由各雜交組合之間的差異決定的，可進(jìn)一步估算各親本的配合力效應(yīng)。

2．2 一般配合力（GCA）效應(yīng)分析

由表3可知，同一性狀不同自交系間以及同一自交系不同性狀間的一般配合力（GCA）相對(duì)效應(yīng)差異較為明顯，說(shuō)明GCA效應(yīng)已在這些性狀中顯現(xiàn)出來(lái)。就單株產(chǎn)量看，WY 1的單株產(chǎn)量GCA效應(yīng)最大（8．59）。此外，WY 1的穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)的GCA效應(yīng)均為正值，但株高、穗位高、穗長(zhǎng)、百粒重的GCA效應(yīng)為負(fù)值，說(shuō)明以自交系 WY 1作為親本之一，較易組配出株型清秀、穗粗大、行數(shù)和行粒數(shù)多的豐產(chǎn)型玉米雜交種［6］。自交系WY 3的單株產(chǎn)量配合力為1．29，株高、穗位高、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)、百粒重的GCA效應(yīng)為正值，但穗粗、穗行數(shù)的GCA效應(yīng)為負(fù)值，綜上表明 WY 3對(duì)選育出株型高大、果穗長(zhǎng)且行粒數(shù)多、百粒重大的高產(chǎn)型玉米雜交種作用明顯。WY 2、WY 4、WY 5單株產(chǎn)量的 GCA 效應(yīng)均為負(fù)值，但WY 5的行粒數(shù)、百粒重的GCA效應(yīng)為較明顯的正值，表明 WY 5在提高行粒數(shù)和百粒重方面有較大利用潛力。

2．3 特殊配合力（SCA）效應(yīng)分析

由表4可知，單株產(chǎn)量特殊配合力（SCA）相對(duì)效應(yīng)值為正值的有14個(gè)組合，排列在前8位的分別是：WY 3×龍抗11、WY 5×吉853、WY 4×S122、WY 1×丹599、WY 4×丹599、WY 3×S 122、WY 4×吉853、WY 1×鐵 C 8605－2，SCA 效應(yīng)值分別為7．18、6．05、5．18、5．16、4．86、4．14、3．68、3．65。 WY 3 的 單 株產(chǎn)量一般配合力為正值，但在組合 WY 3×吉853、WY 3×鐵C 8605－2、WY 3×丹599中沒(méi)有表現(xiàn)出來(lái)。WY 2、WY 4、WY 5的單株產(chǎn)量 GCA 效應(yīng)為負(fù)值，但組合 WY 5×吉853、WY 4×S 122、WY 4×丹599、WY 4×吉853單株產(chǎn)量卻表現(xiàn)出較高的特殊配合力。

表2 各性狀的方差分析F值

表3 美國(guó)玉米種質(zhì)改良系一般配合力效應(yīng)值

表4 雜交組合的特殊配合力效應(yīng)值

WY 2×S 122的株高、穗位高、穗長(zhǎng)的SCA 效應(yīng)位于25個(gè)雜交組合中的首位，其次為 WY 5×龍抗11，株高、穗位高、穗長(zhǎng)SCA效應(yīng)最低的兩個(gè)組合分別為 WY 2×吉853和WY 1×龍抗11。穗粗的SCA效應(yīng)最高的2個(gè)組合為 WY 3×龍抗11和 WY 2×吉853，穗粗SCA效應(yīng)最低的2個(gè)組合為 WY 5×龍抗11和WY 3×吉853。穗行數(shù)最高的組合為 WY 1×S 122和 WY 3×龍抗11，穗行數(shù)SCA效應(yīng)最低的組合為 WY 2×S 122和 WY 4×龍抗11。行粒數(shù)SCA效應(yīng)最高的2個(gè)組合是 WY 1×S 122和 WY 2×吉853，行粒數(shù)SCA效應(yīng)最低的組合為 WY 1×鐵C 8605－2和 WY 3×吉853。組合 WY 4×S 122和WY 1×丹599的百粒重SCA效應(yīng)表現(xiàn)最高，最低的組合為 WY 4×鐵 C 8605－2和 WY 5×丹599。單株產(chǎn)量特殊配合力表現(xiàn)突出，并結(jié)合其它農(nóng)藝性狀的SCA來(lái)看，WY 3×龍抗11、WY 5×吉853、WY 4×S 122是特殊配合力表現(xiàn)優(yōu)良的前3個(gè)組合。

2．4 單株產(chǎn)量的總配合力效應(yīng)分析

如表5所示，單株產(chǎn)量總配合力為正值的組合有14個(gè)，分別為 WY 3×S 122＞W(wǎng)Y 1×S 122＞W(wǎng)Y 1×丹599＞W(wǎng)Y 4×S 122＞W(wǎng)Y 1×吉853＞W(wǎng)Y 2×S 122＞W(wǎng)Y 5×S 122＞W(wǎng)Y 5×吉853＞W(wǎng)Y 4×吉853＞W(wǎng)Y 4×丹599＞W(wǎng)Y 2×丹599＞W(wǎng)Y 3×丹599＞W(wǎng)Y 2×吉853＞W(wǎng)Y 3×吉853。單株產(chǎn)量總配合力后5名的組合為 WY 4×龍抗11、WY 5×龍抗11、WY 2×龍抗11、WY 1×龍抗11、WY 4×鐵C 8605－2。F 1代單株產(chǎn)量與其配合力總效應(yīng)呈極顯著正相關(guān)（R2＝0．999 999），產(chǎn)量配合力總效應(yīng)大小順序與產(chǎn)量結(jié)果高低的排列基本一致，各組合單株產(chǎn)量總配合力效應(yīng)與田間實(shí)際單株產(chǎn)量的表現(xiàn)是吻合的。說(shuō)明雜交組合各性狀的總配合力效應(yīng)與其實(shí)際的表現(xiàn)具有一定相關(guān)性，能夠反映出雜交組合的優(yōu)劣，雜交組合的總配合力值越高，其親本間的雜種優(yōu)勢(shì)越高，田間表現(xiàn)就越突出［6］。

2．5 單株產(chǎn)量的平均雜種優(yōu)勢(shì)分析

由表6可知，單株產(chǎn)量平均雜種優(yōu)勢(shì)為正值的有14個(gè)，具體表現(xiàn)為 WY 3×S 122＞W(wǎng)Y 1×S 122＞W(wǎng)Y 1×丹599＞W(wǎng)Y 4×S 122＞W(wǎng)Y 1×吉853＞W(wǎng)Y 2×S 122＞W(wǎng)Y 5×S 122＞W(wǎng)Y 5×吉853＞W(wǎng)Y 4×吉853＞W(wǎng)Y 4×丹599＞W(wǎng)Y 2×丹599＞W(wǎng)Y 3×丹599＞W(wǎng)Y 2×吉853＞W(wǎng)Y 3×吉853。本試驗(yàn)中，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與吉853、S 122組配的組合平均雜種優(yōu)勢(shì)值均為正值，5個(gè)美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與丹599組配的組合平均雜種優(yōu)勢(shì)有4個(gè)為正值，由此可知，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與旅大紅骨、塘四平頭、溫帶Ⅰ群的玉米自交系較易組配出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合，與Lancaster和Reid類群的玉米自交系很難組配出高產(chǎn)組合。組合 WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)最為突出。這5個(gè)組合的母本自交系中WY 1單株產(chǎn)量一般配合力表現(xiàn)為較高的正值，WY 3單株產(chǎn)量一般配合力也為正值，WY 3與S 122雜交可獲得強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合，WY 1與S 122、丹599和吉853可組配出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)組合；雖然自交系WY 4的單株產(chǎn)量GCA效應(yīng)為負(fù)值，但由于 WY 4與高配合力自交系S 122有較高的特殊配合力，組合 WY 4×S 122有較高的總配合力效應(yīng)，表現(xiàn)出較高的產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)；這總體體現(xiàn)了選育玉米自交系注重一般配合力的選系原則，在一般配合力高的基礎(chǔ)上，再篩選高特殊配合力值，容易獲得優(yōu)良的雜交組合［7］。

表5 雜交組合的單株產(chǎn)量總配合力效應(yīng)及其田間表現(xiàn)

表6 雜交組合單株產(chǎn)量的平均雜種優(yōu)勢(shì)

3 結(jié)論與討論

3．1 美國(guó)玉米種質(zhì)改良系的配合力分析

配合力的高低是衡量一個(gè)玉米自交系優(yōu)劣的主要條件，而雜交組合產(chǎn)量的高低則是自交系配合力高低的具體表現(xiàn)［8］。玉米雜交組合的產(chǎn)量高低，不但取決于親本一般配合力高低，還取決于組合特殊配合力的高低，即取決于總配合力效應(yīng)值（TCA）的大?。?］。結(jié)合單株產(chǎn)量等8個(gè)農(nóng)藝性狀的特殊配合力效應(yīng)表現(xiàn)，組合 WY 3×龍抗11、WY 5×吉853、WY 4×S 122是特殊配合力表現(xiàn)優(yōu)良的前3個(gè)組合。單株產(chǎn)量總配合力效應(yīng)表現(xiàn)突出的組合有 WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853，產(chǎn)量配合力總效應(yīng)大小順序與產(chǎn)量結(jié)果高低的排列基本一致，各組合單株產(chǎn)量總配合力效應(yīng)與田間實(shí)際單株產(chǎn)量表現(xiàn)是吻合的。

3．2 美國(guó)玉米種質(zhì)改良系的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)及利用價(jià)值

玉米新種質(zhì)的創(chuàng)制、改良與利用是玉米育種成敗的關(guān)鍵［11－12］。本試驗(yàn)中，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與分屬于我國(guó)5個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群的骨干系組配的雜交組合，產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)最突出的組合有：WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853，雜交組合的雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)與總配合力分析結(jié)果及田間實(shí)際表現(xiàn)基本一致，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與吉853、S 122和丹599組配的組合表現(xiàn)較好，雜種優(yōu)勢(shì)值較高，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與龍抗11和鐵C 8605－2組配的組合產(chǎn)量雜種優(yōu)勢(shì)值均為負(fù)值，由此可知，美國(guó)玉米種質(zhì)改良系與旅大紅骨、塘四平頭、溫帶Ⅰ群等類群的玉米自交系較易組配出強(qiáng)優(yōu)勢(shì)雜交組合，與Lancaster和Reid類群的玉米自交系很難組配出高產(chǎn)組合。

因此，利用美國(guó)玉米種質(zhì)改良系可有針對(duì)性地改良Lancaster和Reid類群的玉米種質(zhì)，選育早熟、耐密玉米自交系；利用美國(guó)玉米種質(zhì)改良系可與旅大紅骨、塘四平頭溫帶Ⅰ群等類群的玉米自交系雜交選育強(qiáng)優(yōu)勢(shì)玉米雜交種。

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