玉米自選系配合力的分析

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(吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院，吉林 吉林 132101)

玉米(Zea.mays.L.)是重要的糧食作物和經(jīng)濟(jì)作物，有“飼料之王和農(nóng)產(chǎn)品加工之王”的美稱[1]。玉米是雜種優(yōu)勢利用最早、最有成效的作物，其雜種優(yōu)勢表現(xiàn)取決于雙親自交系的遺傳基礎(chǔ)[2]。育種家在玉米自交系選育過程中，需要兼顧農(nóng)藝性狀的篩選、目標(biāo)自交系的配合力測定，最終才可能組配出強(qiáng)優(yōu)勢雜交種[3-5]。因此，掌握自交系主要農(nóng)藝性狀的配合力效應(yīng)是極其必要的。鑒于此，本研究以吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米育種課題組自選的16份自交系為親本，按照B.Griffing不完全雙列雜交組配60份雜交組合，并對其F1代10個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行配合力分析，為組配玉米強(qiáng)優(yōu)勢雜交組合和拓寬吉林省地方玉米種質(zhì)基礎(chǔ)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

母本為10份自選玉米骨干自交系，編號為M 101～M 110；父本為6份自選玉米自交系，編號為F 01～F 06，試驗(yàn)材料均由吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種課題組提供，見表1。

表1 雙親名稱及其遺傳基礎(chǔ)

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

2016年冬，在海南按B.Griffing不完全雙列雜交模式組配60份雜交組合。2017年春，將60份組合種植在吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米遺傳育種試驗(yàn)地。采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計，3次重復(fù)，3行區(qū)，行長5 m，行距65 cm，田間管理同大田。

1.3 調(diào)查項(xiàng)目

成熟期，在3次重復(fù)各小區(qū)中間行連續(xù)收獲中間位置10株測量株高(cm)、穗位高(cm)、莖粗(mm)和雄穗分枝數(shù)(個)。收獲對應(yīng)果穗，曬干后進(jìn)行室內(nèi)考種，統(tǒng)計穗長(cm)、穗粗(mm)、禿尖長(cm)、行粒數(shù)(粒)、百粒重(g)及單穗粒重(g)，各性狀均取10株平均值。

表3 雜交組合的10個農(nóng)藝性狀分析結(jié)果

注：“*”，“**”分別表示在α=0.05和α=0.01水平上的差異顯著。下同。

表4 供試親本及雜交組合10個農(nóng)藝性狀配合力方差分析結(jié)果

表2 各性狀名稱和測定方法

注：以上各性狀均以10株平均值為統(tǒng)計單位。

1.4 數(shù)據(jù)分析方法

試驗(yàn)結(jié)果為3次試驗(yàn)平均值，先用Excel 2013軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的初步處理，而后根據(jù)劉來福[6]、莫惠棟[7]等的方法進(jìn)行一般配合力(General Combining Ability，GCA)、特殊配合力(Special Combining Ability，SCA)、特殊配合力均方(又稱特殊配合力方差)的計算。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交組合間農(nóng)藝性狀差異

由表3可知，各個雜交組合間被測10個農(nóng)藝性狀均達(dá)極顯著水平。由此說明，組合間性狀基因型之間遺傳差異普遍存在，故可進(jìn)一步作配合力方差分析。

2.2 配合力方差分析

將16份供試自交系雜交組合的10個農(nóng)藝性狀配合力方差分析結(jié)果列于表4。由表4可知，除行粒數(shù)GCA方差未達(dá)到顯著水平外，母本間其他9個農(nóng)藝性狀GCA方差均達(dá)到極顯著水平；除百粒重、行粒數(shù)GCA方差未達(dá)到顯著水平外，父本間其他性狀GCA方差均達(dá)到極顯著水平。綜上，被測性狀GCA在參試自交系間均存在極顯著水平，除百粒重的GCA方差達(dá)到顯著水平外，其他性狀的GCA方差均達(dá)到極顯著水平，即被測性狀的GCA對后代的表現(xiàn)有極顯著差異。因此，需進(jìn)一步估算供試16份自交系的GCA及SCA相對效應(yīng)值，并進(jìn)行分析。

表5 供試16份玉米自交系的GCA效應(yīng)值

2.3 一般配合力效應(yīng)值

將16份供試自交系GCA效應(yīng)值列于表5。由表5可知，自交系M 101、F 04在株高、穗位高方面表現(xiàn)出較大的負(fù)向GCA效應(yīng)值，說明以上述2份自交系為親本組配雜交組合，能夠降低后代的株高及穗位高，即對F1代的抗倒伏能力有正向效應(yīng)；自交系M 102雖能較大幅度地降低株高，但其在穗位高方面表現(xiàn)出較小的負(fù)向GCA值，可能不利于增強(qiáng)F1代的抗倒性；M 110和F 06在株高、穗位高方面表現(xiàn)出較大的正向GCA值，說明以上述2份自交系作親本所組配的雜交組合表現(xiàn)出植株高大，穗位偏高，植株抗倒性可能下降。穗長GCA正向效應(yīng)值較大的有M 103、M 106和F 03，用上述3份自交系作親本一般能增加雜交組合的穗長。莖粗、穗粗的GCA變化不大，穗粗GCA正向效應(yīng)有M 103、M 104、M 105、M 106、F 01、F 02、F 03、F 04和F 06，負(fù)向效應(yīng)有M 101、M 102、M 107、M 108、M 109、M 110和F 05；莖粗GCA正向效應(yīng)有M 101、M 102、M 104、M 107、M 110、F 01、F 04和F 05，負(fù)向效應(yīng)有M 103、M 105、M 106、M 108、M 109、F 02、F 03和F 06，用這16份自交系作親本組配的雜交組合，其穗粗差異不大。

行粒數(shù)GCA正向效應(yīng)值較大的有M 101、F 03和F 01，說明以上述自交系作親本可明顯增加雜交組合的行粒數(shù)。單穗粒重GCA效應(yīng)呈正向的有M 101、M 103、M 104、M 105、M 106、M 107、M 109、M 110、F 01、F 03和F 05，其中M 103、M 105、M 104的效應(yīng)值遠(yuǎn)大于其他自交系，說明以上述自交系作親本對提高F1代產(chǎn)量有正向效應(yīng)。

2.4 特殊配合力效應(yīng)值

將供試16份玉米自交系的SCA效應(yīng)值列于表6。由表6可知，株高、穗位高、禿尖長的SCA效應(yīng)均表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)，上述3個農(nóng)藝性狀SCA效應(yīng)表現(xiàn)最低的組合分別為M 103×F 02、M 101×F 01和M 107×F 04；其他7個農(nóng)藝性狀的SCA效應(yīng)均表現(xiàn)為正向效應(yīng)，具體表現(xiàn)如下：

莖粗的SCA效應(yīng)最高的組合為M 110×F 04，雄穗分枝數(shù)的SCA效應(yīng)最高的組合為M 110×F 06，穗長的SCA效應(yīng)最高的組合為M 101×F 04，穗粗的SCA效應(yīng)最高的組合為M 101×F 01，行粒數(shù)的SCA效應(yīng)最高的組合為M 101×F 04，百粒重的SCA效應(yīng)最高的組合為M 101×F 01，單穗粒重的SCA效應(yīng)最高的組合為M 110×F 06。

3 結(jié)論與討論

配合力是玉米自交系的生命，是鑒評自交系是否有育種價值的關(guān)鍵指標(biāo)之一[8-9]。配合力是自交系潛在能力的反應(yīng)，是自交系的內(nèi)在特性，也是育種家利用雜種優(yōu)勢的基礎(chǔ)[10-12]。本研究通過對吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米育種課題組選育的16份玉米自交系的10個主要農(nóng)藝性狀GCA和SCA效應(yīng)分析發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)1代中同一組合的不同性狀或同一性狀的不同組合間配合力差異較大，這說明育種家在組配雜交種或進(jìn)行自交系間遺傳改良時一定要充分考慮自交系自身的特征特性，同時要兼顧GCA和SCA，即選擇GCA和SCA均較高的自交系，才能大大提高組配出強(qiáng)優(yōu)勢高產(chǎn)雜交組合的可能性。組合M 110×F 06可繼續(xù)進(jìn)行產(chǎn)量鑒定。M 103[(PH 6 WC×PH 09 B)×PH 6 WC]、M 105(PH 6 WC×PHGJ 4)、M 104(PH 6 WC×PH 09 B)的產(chǎn)量配合力表現(xiàn)較高，在今后育種時應(yīng)加以利用。

表6 供試16份玉米自交系的SCA效應(yīng)值

前人[13-15]研究均表明，基因的加性效應(yīng)是一般配合力的主要影響因素，一般配合力越高，加性效應(yīng)越明顯，雙親的優(yōu)良基因越多，對后代能產(chǎn)生較大影響。本研究供試16份玉米自交系中的M 103[(PH 6 WC×PH 09 B)×PH 6 WC]、M 105(PH 6 WC×PHGJ 4)、M 104(PH 6 WC×PH 09 B)單穗粒重的GCA效應(yīng)值較高，表明其具有增加雜交組合產(chǎn)量的明顯優(yōu)勢，易組配出高產(chǎn)優(yōu)良組合；M 101(PH 6 WC×鄭58)和F 04(PHB 1 M×PH 5 AD)有較強(qiáng)的降低株高、穗位高的能力，可大大提高組合的抗倒伏能力；M 107[(PH 6 WC×鄭58)×PH 6 WC]和F 04(PHB 1 M×PH 5 AD)雖有降低株高的能力，但其穗位高GCA為正向值，有可能造成所配組合產(chǎn)生倒伏現(xiàn)象，需要在今后育種工作中繼續(xù)加以改良。單穗粒重父本組GCA較高的是F 05[(S 122×PH 5 AD)×PH 5 AD]和F 06(PH 4 CV×81162)，說明可選育出高配合力的自交系；單穗粒重母本組GCA較高的是M 103[(PH 6 WC×PH 09 B)×PH 6 WC]和M 106[(PH 6 WC×昌7-2)×PH 6 WC]，以其為親本對提高F1代產(chǎn)量有正向效應(yīng)。單穗粒重SCA較高的幾個組合是M 110×F 06、M 105×F 04和M 106×F 04，表明這些組合具有較強(qiáng)的雜種優(yōu)勢，需要進(jìn)一步做網(wǎng)點(diǎn)試驗(yàn)以確定其推廣價值。綜合性狀最差的自交系為M 102[(PH 6 WC×PHGJ 4)×PH 6 WC]、M 104(PH 6 WC×PH 09 B)、M 105(PH 6 WC×PHGJ 4)和M 108[(PH 6 WC×C 8605-2)×PH 6 WC]，需加以改良后利用。