美國玉米雜交種分離后代表型的多樣性

張春宇+秦紅珍+林鳳

摘要：長期以來，種質(zhì)資源狹窄是制約我國玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的主要因素，引入外來優(yōu)良自交系或以雜交種為基礎(chǔ)選育二環(huán)系是玉米種質(zhì)擴(kuò)增的重要途徑。通過表型性狀的變異分析和聚類分析，對(duì)101份美國玉米雜交種分離后代的表型性狀多樣性水平進(jìn)行研究。結(jié)果表明：供試材料的表型性狀存在不同程度的變異。18個(gè)數(shù)量性狀的變異系數(shù)在3.48%～71.13%之間，禿尖長的變異幅度最大，達(dá)71.13%；與果穗發(fā)育相關(guān)的表型性狀存在較為豐富的變異。29個(gè)表型性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)的平均值較高，為1.238 3；相對(duì)于數(shù)量性狀，質(zhì)量性狀的表型多樣性指數(shù)均較低。聚類分析將101份美國玉米雜交種分離的高代材料分為6個(gè)組群，且大部分材料聚在1個(gè)組群內(nèi)，說明供試材料親本的親緣關(guān)系較近。

關(guān)鍵詞：美國玉米；雜交種；分離；表型性狀；遺傳多樣性；禿尖長；果穗發(fā)育

中圖分類號(hào)： S513.035.1 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號(hào)：1002-1302（2017）20-0076-04

種質(zhì)擴(kuò)增、改良和創(chuàng)新是玉米育種研究的物質(zhì)基礎(chǔ)。目前，國內(nèi)外玉米育種的主要限制因素是遺傳基礎(chǔ)狹窄，對(duì)國內(nèi)外種質(zhì)資源進(jìn)行有效的整理和分類，有針對(duì)性地進(jìn)行種質(zhì)擴(kuò)增、改良與創(chuàng)新研究是解決這一問題的關(guān)鍵[1-2]。引入國外優(yōu)良玉米種質(zhì)，利用其豐富的遺傳變異及優(yōu)良的農(nóng)藝性狀，改良我國玉米自交系的遺傳基礎(chǔ)，是解決我國目前玉米產(chǎn)業(yè)化過程中新品種遺傳基礎(chǔ)狹窄的一個(gè)重要途徑[3-6]。利用國外雜交種分離二環(huán)系，是國內(nèi)解決生產(chǎn)用玉米種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄、快速提升育種水平的常用途徑[7]，但利用雜交種分離二環(huán)系時(shí)，由于不了解分離后代遺傳基礎(chǔ)，缺乏相關(guān)的表型性狀、農(nóng)藝性狀和抗病蟲性等綜合性狀的評(píng)價(jià)，給后期的組配工作帶來很大的困難。

表型多樣性是指植物外部形態(tài)的差異，是植物基因變異的外在表現(xiàn)。表型性狀的變異是植物遺傳多樣性與環(huán)境互作的結(jié)果，但對(duì)于外界環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定的栽培群體，其表型的變異也是相對(duì)穩(wěn)定的[8]。因此，作物表型差異能夠從一定程度上反映作物基因型的差異，可以利用表型多樣性對(duì)作物進(jìn)行種質(zhì)資源評(píng)價(jià)或遺傳多樣性分析，而表型性狀多樣性的分析主要通過評(píng)價(jià)表型的變異系數(shù)、多樣性指數(shù)等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)[9-12]。本試驗(yàn)對(duì)101份美國玉米雜交種分離的高代材料進(jìn)行表型多樣性研究，通過表型性狀的變異幅度、方差和多樣性指數(shù)的分析，評(píng)價(jià)由101份高代材料組成的美國玉米種質(zhì)群體的表型多樣性水平，通過聚類分析和組群比較，分析自交系的表型性狀的遺傳多樣性。本研究結(jié)果為利用美國玉米雜交種的育種實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 材料

101份美國玉米高代材料由遼寧省雷奧玉米育種公司提供。材料的來源是以美國先鋒玉米雜交種選育二環(huán)系得到的后代改良系，經(jīng)自交至F15代形成性狀穩(wěn)定的自育玉米自交系。

1.2 田間管理

分別于2012、2013、2014年連續(xù)3年種植供試材料。試驗(yàn)采取完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，每份試驗(yàn)材料每年隨機(jī)區(qū)組種植，每個(gè)區(qū)組內(nèi)材料隨機(jī)排列。每份材料播種1行，行長15 m，行距0.6 m，株距0.35 m。

1.3 數(shù)據(jù)采集與整理

參考《玉米種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[13]和《中國玉米DUS測(cè)試國家標(biāo)準(zhǔn)》，調(diào)查29個(gè)表型性狀（含11個(gè)質(zhì)量性狀、18個(gè)數(shù)量性狀）。供試玉米種質(zhì)表型性狀重復(fù)測(cè)定3次，取平均值。調(diào)查的表型性狀種類和調(diào)查時(shí)期見表1。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

對(duì)所調(diào)查記錄的質(zhì)量性狀賦值后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，賦值方法參考張婷婷等的方法[14]。利用SPSS軟件，對(duì)101份玉米自交系的表型性狀進(jìn)行方差、極值、平均值和變異系數(shù)分析。通過多樣性指數(shù)分析確定表型性狀的多樣性，多樣性指數(shù)采用Shannon-Weaver多樣性指數(shù)的平均值，其公式如下：

平均Shannon-Weaver多樣性指數(shù)：I1=-∑∑P _ijlnP _ij。

聚類分析在NTSYS-pc Version 2.10e軟件進(jìn)行，利用該軟件下的順序?qū)哟吻短拙垲悾╯equential hierarchal and nested clustering，SAHN）程序進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 數(shù)量性狀的變異解析

變異系數(shù)表示性狀離散程度，可用于不同表型性狀間分析比較，變異系數(shù)越大，則表明性狀間的變異程度越大[15]。

分別對(duì)101份美國玉米雜交種分離后代的18個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行變異系數(shù)、方差等統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)供試玉米材料間表型變異存在顯著差異。18個(gè)數(shù)量性狀（表2）中，變異幅度最大的性狀為禿尖長，變異系數(shù)達(dá)到71.1%；抽雄期、散粉期、吐絲期變異系數(shù)分別為3.51%、4.27%、3.48%，變異幅度相對(duì)較小，說明供試玉米種質(zhì)與花器官發(fā)育相關(guān)的表型性狀相對(duì)較為穩(wěn)定。穗柄長和穗柄角度變異系數(shù)分別為34.83%和2819%，另外，表型性狀中與果穗發(fā)育相關(guān)的數(shù)量性狀（分別為果穗長、果穗直徑、穗行數(shù)、行粒數(shù)、軸粗和百粒質(zhì)量）的變異幅度都較高，說明供試的101份材料與果穗發(fā)育相關(guān)的9個(gè)數(shù)量性狀存在較為豐富的表型變異。

2.2 表型性狀多樣性指數(shù)分析

供試101份美國玉米雜交種分離后代表型性狀的Shannoa-Weaver多樣性指數(shù)列于表3，不同表型的遺傳多樣性有明顯的差異，調(diào)查的所有表型性狀多樣性指數(shù)平均值為1.238 3。百粒質(zhì)量在29個(gè)表型性狀中多樣性指數(shù)最高，達(dá)到1.886 5；抽雄期、穗位高、莖粗、穗柄長、果穗長、禿尖長這6個(gè)表型性狀的多樣性指數(shù)也在1.7以上，分別為1.712 8、1.735 7、1.789 7、1.708 3、1.739 2、1.789 7；在所有數(shù)量性狀中，只有吐絲期的多樣性指數(shù)低于1.0。18個(gè)數(shù)量性狀的平均遺傳多樣性指數(shù)為1.398 7，而質(zhì)量性狀的表型多樣性指數(shù)均較低，11個(gè)質(zhì)量性狀的平均遺傳多樣性指數(shù)為0.776 6，最高的花藥顏色多樣性指數(shù)也只達(dá)到1.294 7。表型性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)在不同的性狀上的表現(xiàn)并不一致，如抽雄期和散粉期的變異系數(shù)較小，分別為3.51和4.27，但是其多樣性指數(shù)卻分別達(dá)1.712 8和1.084 6。endprint