基于溫?zé)嵊衩譌2∶3家系的株型相關(guān)性狀遺傳分析

趙 強(qiáng)1,， 趙滿義1,， 吳 迅， 王安貴， 郭向陽， 劉鵬飛， 祝云芳， 陳澤輝

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所， 貴陽 550006)

玉米作為重要的糧食、飼料作物和工業(yè)原料之一，在保障國家糧食安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展方面具有十分重要的作用[1-2]。提高玉米產(chǎn)量一直是育種家們工作的目標(biāo)，而株型作為育種選擇的直接性狀，具有直觀、容易度量等優(yōu)勢，在玉米育種實(shí)踐中起著重要作用。南方玉米生態(tài)區(qū)具有生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣，病蟲害發(fā)生頻繁等特點(diǎn)，對玉米種質(zhì)的要求較高。而熱帶玉米種質(zhì)具有適應(yīng)性強(qiáng)、抗性好、籽粒品質(zhì)優(yōu)的優(yōu)勢，目前在拓寬我國尤其是南方地區(qū)的玉米種質(zhì)基礎(chǔ)中發(fā)揮著重要作用[3-8]。但是，熱帶玉米種質(zhì)在具有優(yōu)勢的同時，也表現(xiàn)為株高過高，容易倒伏和光周期較為敏感的不足。因此，通過溫?zé)嵊衩纂s交，結(jié)合人工選擇和馴化，培育出適合不同生態(tài)區(qū)的重要玉米種質(zhì)材料是現(xiàn)代玉米育種，尤其是南方玉米育種的一個重要方向[9-11]。前人通過生理生化、分子標(biāo)記等開展株型相關(guān)性狀的研究較多，如尹燕枰等[12]和陳玉水等[13]對玉米株型相關(guān)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn)，株高與穗位高之間呈顯著正相關(guān)。孫嬌等[14]以289份常用玉米自交系為材料，對玉米葉夾角的遺傳變異進(jìn)行全基因組關(guān)聯(lián)分析，規(guī)模化鑒定出一批控制玉米葉夾角變異的遺傳區(qū)段，并定位到42個與葉夾角顯著相關(guān)聯(lián)的QTNs。但是關(guān)于溫?zé)嵊衩赘牧歼^程中株型相關(guān)性狀的受選擇方向，以及它們之間的相互關(guān)系的研究則較少。因此本研究基于溫?zé)嵊衩譗R 273/HCL 645的F2：3后代，通過探究該群體內(nèi)株高(PH)、穗位高(EH)、葉夾角(LA)、雄穗分枝(TBN)4個性狀在人工選擇后的變異方向與相互關(guān)系進(jìn)行分析，旨在明確溫?zé)嵊衩赘牧歼^程中株型相關(guān)性狀的受選擇方向，期望能夠?yàn)闊釒ХN質(zhì)的育種利用提供一定的支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究以熱帶玉米自交系QR 273(母本)和溫帶核心自交系HCL 645(父本)為親本，構(gòu)建的160份家系為材料，供試材料特征見表1。QR 273是貴州省旱糧研究所以熱帶玉米Suwan 1群體作基礎(chǔ)材料，經(jīng)5年8代自交、大群體分離，于2002年選育出的優(yōu)良玉米自交系，于2016年獲得農(nóng)業(yè)部植物新品種保護(hù)授權(quán)，品種權(quán)號為CNA 20100303.8。該系具有一般配合力高、抗逆性強(qiáng)、株型緊湊、品質(zhì)良好和熟期適中等特點(diǎn)，組配的雜交種在生產(chǎn)上應(yīng)用的有金玉506、華龍玉899、青青515、金玉1號、黔單988等10余個，并在生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用[15-17]。HCL 645是溫帶重要玉米自交系，以其作為親本組配的雜交種迪卡517在我國北方玉米生態(tài)區(qū)被廣泛應(yīng)用[18]。

表2 F2：3家系株型性狀方差分析與變異

性狀 均方F值均值標(biāo)準(zhǔn)差變異系數(shù)/%偏度峰度株高47.77148.91**159.5218.8411.810.150.39穗位高36.0241.31**49.099.9620.280.460.81葉夾角51.654.23**32.487.6823.621.333.48雄花分枝6.549.35**7.522.9949.690.580.91

注：“*”和“**”分別表示在5%和1%水平上差異顯著。下同。

圖1 F2：3家系株型性狀頻率分布

2016年春，在貴州貴陽(26.33°N，106.64°E)以QR 273作母本，HCL 645作父本，通過雜交獲得F1種子。于2016年冬，在海南九所(18.26°N,108.54°E)播種F1，套袋自交獲得F2單穗種子，采用單籽粒法構(gòu)建160個家系的F2：3，即供試材料。

1.2 試驗(yàn)方法

2017年春，在貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院實(shí)驗(yàn)基地將160個F2：3家系播種，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，單行種植，行長3 m，每行14 株，行距70 cm。大田管理與當(dāng)?shù)赜衩追N植管理一致。在授粉完成后第28天，從每行的第3株開始連續(xù)選取5株進(jìn)行株高(cm)、穗位高(cm)、葉夾角(度)、雄花分枝數(shù)(個)等株型相關(guān)性狀測量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用Excel軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)初步整理，SPSS 23.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 株型性狀方差分析與變異

從F2：3家系主要株型性狀方差分析與變異分布(表2)可以看出，株高、穗位高、葉夾角、雄花分枝4個株型性狀在不同家系間均呈現(xiàn)出顯著性差異。株型相關(guān)性狀變異系數(shù)大小依次為：雄花分枝>葉夾角>穗位高>株高。就偏峰度而言，4個株型性狀分布都向大于平均數(shù)的方向偏斜，葉夾角的峰度大于3，分布較為陡峭，峰態(tài)明顯；株高、穗位高、雄花分枝峰度都小于3，分布比較平緩。總體變數(shù)的分布比較集中(圖1)。

表1 親本的來源與特征特性

親本來源特征特性 QR273Suwan1生育期123d,株高210cm,穗位高85cm,穗位上部葉片披散,雄花分枝有10～14個,雄花發(fā)達(dá),葉片寬。HCL645NL9607×BE8006生育期98d,株高175cm,穗位高55cm,穗位上部葉片緊湊,雄花分枝有4～5個,雄花中等,葉片窄。

2.2 株型性狀相關(guān)性分析

從F2：3家系各性狀之間的相關(guān)性分析(表3)表明,株高與穗位高、雄花分枝數(shù)之間均呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.672和0.502；穗位高和雄花分枝之間呈現(xiàn)顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.551；葉夾角與其它性狀均未達(dá)到顯著水平。

表3 F2：3家系株型性狀相關(guān)系數(shù)

性狀 株高穗位高葉夾角雄花分枝數(shù)株高1穗位高0.672**1葉夾角0.0930.0561雄花分枝0.502**0.551**0.0511

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果顯示，株型相關(guān)性狀在不同家系間均呈顯著性差異，其中雄花分枝數(shù)的變異程度最大，其變異系數(shù)為49.69%；不同的株型相關(guān)性狀均呈現(xiàn)出連續(xù)的正態(tài)分布，符合數(shù)量性狀的特征表現(xiàn)；另外，株高和穗位高表現(xiàn)出極顯著的正相關(guān)關(guān)系，R2為0.69。該結(jié)果與尹燕枰等[12]、陳玉水[13]等的研究結(jié)果一致。前人對玉米株型進(jìn)行了大量研究[19-21]，玉米株型性狀與生物產(chǎn)量、光合效率、抗倒性等密切相關(guān)，是理想株型設(shè)計育種的基礎(chǔ)。陳彥惠等[22]利用溫帶材料為母本，以熱帶、亞熱帶群體為父本，按照NCⅡ設(shè)計配制了8×10=80個溫×熱雜交組合為研究對象得出，溫?zé)犭s交種的株高和穗位高2個性狀顯著增高。李峰等[23]研究得出，玉米的抗倒性與株高和穗位高之間呈極顯著相關(guān)，玉米倒伏嚴(yán)重影響產(chǎn)量、品質(zhì)以及機(jī)械化收獲。因此，在使用溫?zé)嵊衩追N質(zhì)資源進(jìn)行育種時，應(yīng)把株高和穗位高的改良作為一個重點(diǎn)，既要考慮株高對產(chǎn)量的提高，又要考慮穗位高與植株抗倒性之間的關(guān)系。

參考文獻(xiàn)類型及其標(biāo)志

注：對于其他未說明的文獻(xiàn)類型，建議采用單字母“Z”。