非洲抗病優(yōu)異玉米種質(zhì)的鑒定及其與自育骨干系高產(chǎn)優(yōu)勢組合的篩選

郭衍龍，周廣成，趙璞，王世才，王清華，馬春紅*

（1.湖北省種子集團有限公司，湖北武漢430206；2.湖北禾盛生物育種研究院，湖北武漢430206；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所，河北省植物轉(zhuǎn)基因中心，河北石家莊050051）

非洲抗病優(yōu)異玉米種質(zhì)的鑒定及其與自育骨干系高產(chǎn)優(yōu)勢組合的篩選

郭衍龍1，2，周廣成1，2，趙璞3，王世才1，2，王清華1，2，馬春紅3*

（1.湖北省種子集團有限公司，湖北武漢430206；2.湖北禾盛生物育種研究院，湖北武漢430206；3.河北省農(nóng)林科學(xué)院遺傳生理研究所，河北省植物轉(zhuǎn)基因中心，河北石家莊050051）

為了獲得高產(chǎn)、抗病性強的玉米雜交種，利用SSR標(biāo)記對24份非洲玉米種質(zhì)進行了類群劃分，利用田間抗病性鑒定試驗對抗銹病優(yōu)異資源進行了篩選，并將非洲優(yōu)異種質(zhì)和自育骨干自交系H70492、H70202、H10802，按P（P-1）/2雙列雜交設(shè)計進行組配，對高產(chǎn)優(yōu)勢組合進行了篩選。結(jié)果表明：24份非洲玉米種質(zhì)可分為4大類群，從中篩選出抗銹病優(yōu)異種質(zhì)6份（K7、K8、K12、K21、K2和K10）；將6份非洲優(yōu)異種質(zhì)和3份自育骨干自交系進行組配得到36個組合，其中，H70202×H10802、H70202×K7、H70202× K12組合單株產(chǎn)量＞200 g/株，且顯著高于其他組合，具有明顯的高產(chǎn)優(yōu)勢，可進一步進行生產(chǎn)試驗。

玉米；外國品種；種質(zhì)資源；類群劃分；優(yōu)勢組合

玉米是我國主要的糧食作物，也是重要的飼料作物和工業(yè)原料，其種質(zhì)類群的劃分對選配理想組合有著非常重要的參考作用。育種實踐證明，正確組配雜交組合是選育高產(chǎn)、多抗、綜合性狀優(yōu)良玉米品種的關(guān)鍵，只有明晰玉米自交系的親緣關(guān)系，才能有目的地組配雜交組合，提高育成強優(yōu)勢雜交種的可能性[1，2]。閆海霞等[3]對含非洲血緣的玉米雜交種進行了主要穗部性狀與單株產(chǎn)量的相關(guān)分析和通徑分析，認為應(yīng)選擇百粒重較大、穗子較長、穗行數(shù)較多的基因型。近年來，我國玉米銹病呈高發(fā)態(tài)勢，而非洲玉米種質(zhì)對普通多發(fā)病害具有較強的抗性。利用SSR標(biāo)記，對引入的非洲玉米種質(zhì)進行類群劃分和田間銹病抗性鑒定，一方面，可以明確引入品種在我國種植時的抗銹病表現(xiàn)，為有效利用外來抗病種質(zhì)提供參考；另一方面，結(jié)合當(dāng)?shù)乜共》N質(zhì)可以選育出綜合抗病性強的新種質(zhì)，以應(yīng)對玉米生產(chǎn)中遇到的各種自然病害。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試玉米種質(zhì)包括非洲收集和自育2類，其中，非洲種質(zhì)24份，依次用K1～K24表示；自育骨干自交系3份，分別是H70492、H70202和H10802。

1.2 試驗方法

1.2.1 非洲玉米種質(zhì)的類群劃分與抗病優(yōu)異資源的篩選利用25對SSR引物、153個多態(tài)性SSR標(biāo)記，按照UPGMA（Unweight Pair Group Method Using Arithmetic Averages）方法，采用NTSYS-pc version-2.10e軟件對24份非洲玉米種質(zhì)進行聚類[4]。

2014年將24份非洲玉米種質(zhì)在湖北省種子集團有限公司育種基地病圃種植，密度均為7.5萬株/hm2（行長3.0 m，行距0.4 m），田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇铩?月10日，根據(jù)銹病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)（表1），調(diào)查玉米的抗銹病情況，篩選出抗病的優(yōu)異種質(zhì)。

表1 玉米銹病抗性分級標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Standard of corn rust resistance appraisal

1.2.2 玉米雜交高產(chǎn)優(yōu)勢組合的篩選2014年將優(yōu)異非洲玉米種質(zhì)和自育玉米骨干自交系H70492、H70202、H10802，按P（P-1）/2雙列雜交設(shè)計進行組配，獲得雜交組合。2015年將獲得的組合在湖北省種子集團有限公司育種基地種植。小區(qū)面積12 m2（行長5.0 m，行距0.4 m，4行/區(qū)），種植密度4.5萬株/hm2，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)。田間管理措施同當(dāng)?shù)卮筇?。玉米成熟后，每小區(qū)隨機選取5株，收獲玉米果穗，脫粒、曬干后稱重，單株產(chǎn)量取平均值。利用DPS軟件對單株產(chǎn)量進行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 非洲玉米種質(zhì)的類群劃分及抗病優(yōu)異種質(zhì)的篩選

2.1.1 類群劃分種質(zhì)類群的劃分有助于明晰玉米種質(zhì)親緣關(guān)系的遠近，避免在組配雜交組合中出現(xiàn)近親雜交的現(xiàn)象，從而為選配組合提供依據(jù)，減少不必要的田間工作量，提高育種效率。利用SSR標(biāo)記，按照UPGMA方法，將24份非洲玉米種質(zhì)劃分為4個類群，其中，Ⅰ群包括12份種質(zhì)，分別是K1、K16、K18、K22、K21、K17、K12、K24、K20、K23、K15、K19；Ⅱ群包括2份種質(zhì)，分別是K2和K4；Ⅲ群包括9份種質(zhì)，分別是K3、K10、K5、K6、K13、K9、K14、K8和K11；Ⅳ群僅1份種質(zhì)K7（表2和圖1）。

2.1.2 抗病優(yōu)異種質(zhì)篩選近年來我國玉米銹病大面積暴發(fā)，造成了玉米嚴重減產(chǎn)，因此，國內(nèi)玉米育種上提高了對銹病抗性的要求。通過對外來種質(zhì)的銹病抗性進行田間鑒定，將篩選出綜合抗性強的種質(zhì)，根據(jù)種質(zhì)類群劃分結(jié)果進行組配，并與自育骨干自交系組配，以期篩選出高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綜抗的優(yōu)良雜交種。田間鑒定結(jié)果（表3）顯示，K7、K8、K12和K21銹病抗性級別均為1級，表明這4份種質(zhì)高抗玉米銹?。籏2和K10銹病抗性級別為3級，表明這2份種質(zhì)抗玉米銹病；而其他品種對玉米銹病抗性均較差?？梢钥闯觯瑓⒃嚨?4份非洲玉米種質(zhì)中，K7、K8、K12、K21、K2和K10銹病抗性優(yōu)異。

表2 2 4份非洲玉米種質(zhì)的類群劃分Table 2 Dividing of 24 African maize germ plasms

2.2 玉米雜交高產(chǎn)優(yōu)勢組合的篩選

將篩選出的優(yōu)異非洲玉米種質(zhì)（K7、K8、K12、K21、K2和K10）和自育骨干自交系H70492、H70202和H10802，按P（P-1）/2雙列雜交設(shè)計進行組配，共獲得36個組合。2015年種植36個組合，單株產(chǎn)量方差分析結(jié)果（表4）顯示，玉米雜交組合區(qū)組間差異不顯著，組合間差異極顯著。表明36個玉米雜交組合的單株產(chǎn)量存在極顯著差異，有可能從中篩選出產(chǎn)量表現(xiàn)優(yōu)異的雜交組合。

圖1 2 4份非洲玉米種質(zhì)的SSR聚類圖Fig.1 SSR clustering figure of 24 African maize germp lasms

表3 2 4份非洲玉米種質(zhì)對銹病的抗性級別Table 3 Rust resistance of 24 maize germ plasms

36個組合的單株產(chǎn)量為115.36～224.02 g/株，差異達到了極顯著水平，其中，H70202×H10802組合產(chǎn)量最高，其次是H70202×K12和H70202×K7組合，三者單株產(chǎn)量均＞200.00 g/株，差異均達到了極顯著水平，且均極顯著高于其他組合處理（表5）。表明H70202×H10802、H70202×K12、H70202×K7組合具有明顯的高產(chǎn)優(yōu)勢。這3個組合可以進一步進行生產(chǎn)示范試驗，也為高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、綜抗玉米新品種選育奠定了基礎(chǔ)。

表4 單株產(chǎn)量的方差分析Table 4 Analysis of variance of maize crosses yield

表5 玉米雜交組合單株產(chǎn)量的多重比較結(jié)果Table 5 Multip le comparison of kernals weight per ear of maize combination

3 結(jié)論與討論

SSR標(biāo)記在玉米遺傳育種及雜種優(yōu)勢的類群劃分中廣泛應(yīng)用[5～7]，眾多研究結(jié)果表明，利用SSR標(biāo)記能夠準(zhǔn)確地對玉米自交系的類群進行劃分。我國學(xué)者[8～14]利用SSR標(biāo)記對不同生態(tài)區(qū)域種質(zhì)、特異種質(zhì)玉米類群進行了劃分，結(jié)果顯示，與供試材料的系譜來源以及根據(jù)地理來源、表型聚類、數(shù)量遺傳學(xué)方法、生理生化指標(biāo)等方法劃分的結(jié)果基本一致；國外學(xué)者[15～17]利用SSR標(biāo)記對普通玉米自交系的遺傳多態(tài)性及雜種優(yōu)勢群進行了研究，類群劃分結(jié)果與系譜分析、北美玉米的主要雜種優(yōu)勢群或市場分類基本相符。因此，本研究中，利用SSR標(biāo)記對引進的24份非洲種質(zhì)進行了類群劃分，明晰了這些種質(zhì)的親緣關(guān)系，同時結(jié)合田間銹病抗性鑒定結(jié)果，篩選出對銹病具有較好抗性或耐性的種質(zhì)K2、K7、K8、K10、K12和K21，這些種質(zhì)在玉米抗病育種實踐中具有較大的利用價值。

雙列雜交設(shè)計分析能夠鑒定自交系和選配雜交組合[18，19]，本試驗中不完全雙列雜交設(shè)計的樣本容量較為合適[20]。通過對篩選出的6個優(yōu)異非洲種質(zhì)和3個自育骨干自交系按P（P-1）/2雙列雜交設(shè)計組配獲得的36個組合的單株產(chǎn)量進行多重比較分析后發(fā)現(xiàn)，H70202×H10802、H70202×K12、H70202×K7這3個組合的單株產(chǎn)量高于200.00 g/株，且極顯著高于其他組合，具有明顯的高產(chǎn)優(yōu)勢，其中，H70202×H10802組合2015年通過了湖北省玉米區(qū)試現(xiàn)場考察。

開發(fā)和利用抗病作物品種是防控病害最經(jīng)濟、高效、環(huán)保的措施。近年來，我國玉米銹病頻頻暴發(fā)，給玉米生產(chǎn)帶來了嚴重的經(jīng)濟損失，國內(nèi)科研單位把選育玉米耐銹病品種放在了首要地位，與此同時，肯尼亞和美國的農(nóng)業(yè)科研機構(gòu)也在開展玉米致死性壞死?。∕aize Lethal Necrosis，MLND）抗（耐）性品種的玉米種質(zhì)資源篩選[21，22]，利用這些抗（耐）性品種可在一定程度上推遲MLND癥狀的發(fā)生。我們引進的肯尼亞玉米材料是具有耐病性的品種，可結(jié)合國內(nèi)的抗性材料開展進一步研究。

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Identification of African M aize Germ plasm s and Selection Excellent Combination from African M aize Germ p lasm s w ith Self-fertile Inbreed Lines

GUO Yan-long1，2，ZHOU Guang-cheng1，2，ZHAO Pu3，WANG Shi-cai1，2，WANG Qing-hua1，2，MA Chun-hong3*
（1.Hubei Provincial Seed Group CO.，LTD，Wuhan 430206，China；2.Hubei HeSheng Bio-breeding Academy，Wuhan 430206，China；3.Institute of Genetics and Physiology of Hebei Academy of Agriculture and Forestry Sciences，Plant Genetic Engineering Center of Hebei Province，Shijiazhuang 050051，China）

In order to obtain the maize hybrids with high yield and disease resistance，24 African maize germplasm were classified by SSR markers，and the excellent resources of rust resistance were screened by field resistance identification test.The high-yielding combination was screened from African germplasm and self-fertile inbreed lines H70492，H70202，H10802，according to P（P-1）/2 diallel cross hybrid design.The results showed that 24 African maize germplasm could be divided into four groups，six African maize germplasm（K7，K8，K12，K21，K2 and K10）with excellent resistance to rust were screened out.In 36 combinations from the cross design between the six African germplasm and the three self-fertile inbreed lines，the results showed that the yield of H70202×H10802，H70202×K7 and H70202×K12 were significantly higher than those of other combinations.These three combinations have significant high yield advantage and can be tested in production again.

Maize；Foreign variety；Germplasm resources；Classification；Combination of superiority

S513

：A

：1008-1631（2017）02-0077-04

2016-12-20

科技部科技伙伴計劃項目（KY201402017）；河北省科技計劃項目（17396301D）；河北省科技計劃項目（16396306D）

郭衍龍（1986-），男，山東菏澤人，助理研究員，主要從事玉米常規(guī)育種研究。E-mail：yanlong-guo@163.com。

馬春紅（1968-），女，浙江金華人，研究員，主要從事植物抗逆生理及玉米種質(zhì)資源創(chuàng)新研究。Tel：0311-87652128；E-mail：mch0609@126.com。