玉米高賴氨酸和糯性基因聚合材料主要農(nóng)藝性狀配合力分析

陳汁雯 楊文鵬 王明春 柏光曉 任洪 張開武 柯付文 王偉

摘要：為研究玉米高賴氨酸和糯性基因聚合材料主要農(nóng)藝性狀的配合力效應(yīng)，以9個玉米骨干自交系為母本，9個玉米基因聚合材料及其6個親本為父本，按9×15不完全雙列雜交模式配制雜交組合并進行田間鑒定，對產(chǎn)量等農(nóng)藝性狀進行配合力分析。結(jié)果表明：小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、穗長、穗行數(shù)、禿尖、株高和穗位高性狀的一般配合力和特殊配合力均呈顯著差異，且一般配合力方差均大于特殊配合力方差，一般配合力方差占基因型方差的比例大小是穗上葉片數(shù)>穗行數(shù)>穗粗>穗位高>株高>千粒重>小區(qū)產(chǎn)量>出籽率>穗長>禿尖;綜合各性狀表現(xiàn)，三基因聚合材料QCL8002-11

（o2o16wx）、兩基因聚合材料QCL8003-2（o2o16）和QCL8009-5（o16wx）具有較好的利用潛力，組合掖478×QCL8002-11產(chǎn)量雜種優(yōu)勢潛勢較強。研究結(jié)果為玉米優(yōu)質(zhì)基因聚合材料的有效利用和改良提供參考。

關(guān)鍵詞：玉米;Opaque2;Opaque16;Waxy;配合力

中圖分類號：S68512

文獻標識碼：A

文章編號：1008-0457（2020）02-0033-07國際DOI編碼：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2020.02.005

Combining Ability Analysis of Major Agronomic Characters of Pyramiding High-lysine and Waxy Gene in Maize

CHEN Zhiwen1， YANG Wenpeng2， WANG Mingchun2， BAI Guangxiao1， REN Hong2， Zhang Kaiwu

2， KE Fuwen2， WANG Wei2*

（1.College of Agricultural of ， Guizhou University， Guiyang， Guizhou? 550025， China;2. Guizhou Institute of Upland Food Crops， Guizhou Academy of Agricultural Sciences， Guiyang， Guizhou 550006， China））

Abstract：In order to study the combining ability of main agronomic characters for ofpyramiding high-lysine and waxy gene in maize， 9 main inbred lines were used as maternal parents， 9 materials of? of maize gene aggregate and 6 parents were used as male parentspyramiding high lysine and waxy gene and its parents.9 main inbred lines were used as maternals. The hybrid combinations were performed and field identification was conducted， then? the combining ability analysis of yield and other agronomic traits was conducted according to the 9×15 incomplete diallel crossing model. The results showed that there were significant differences in general combining ability and special combining ability of plot yield， 1000-grain weight， ear length， the number of ear row numbers， bald tip， plant height and ear height， and the variance of general combining ability was greater than that of special combining ability. The ratio of variance of general combining ability variance to genotypegenetic variance was the number of leaves on ear > number of ear rows number> ear diameter > ear height > plant height > 1000-grain weight > plot yield > seed yield >ear length > barren tip. Based on the comprehensive performance of eachall traits， the three-gene polymer material， QCL8002-11 （

o2o16wx）， the two-gene polymer material， QCL8003-2 （

o2o16） and QCL8009-5 （o16wx） had goodbetter utilization potential， and the combination of Ye478×QCL8002-11 hasd a strong potential for heterosis. The results can provide a reference for the efficient utilization and improvement for pyramiding high -lysine and waxy gene in maize.

Keywords：maize; Opaque2; Opaque16; Waxy;

combining ability

玉米是主要的糧食和飼料作物，營養(yǎng)品質(zhì)直接影響著人、畜、禽的健康發(fā)展。玉米營養(yǎng)成分主要包括籽粒中的淀粉、蛋白質(zhì)、脂肪、各種維生素和礦質(zhì)元素等，其中，蛋白質(zhì)中的賴氨酸是人、畜、禽等單胃動物必需的氨基酸。普通玉米籽粒賴氨酸含量較低，其中貴州玉米地方品種賴氨酸含量僅為0.33%（即每克蛋白質(zhì)中含賴氨酸33 mg）[1]，糯玉米賴氨酸含量僅在0.24%～0.3%之間[2]，不能滿足人類食用和食品加工的營養(yǎng)品質(zhì)要求（0.5%以上）[3]，更不能滿足畜禽飼料對賴氨酸含量的要求（0.6%～0.8%）[4]。

高賴氨酸突變體的發(fā)現(xiàn)為玉米蛋白質(zhì)品質(zhì)改良提供了可能。M

ERTZ等[5]首次發(fā)現(xiàn)Opaque-2（o2）突變能顯著提高玉米籽粒胚乳中的賴氨酸含量（0.37%以上），

VASAL[6]利用修飾基因培育出含o2突變基因的硬質(zhì)胚乳高賴氨酸玉米——優(yōu)質(zhì)蛋白玉米（Quality protein maize， QPM），為優(yōu)質(zhì)蛋白玉米的應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。隨后相繼報道了fl1、fl2、fl3、o6、o7、o9、o11、o13等隱性突變基因， 但這些突變體存在幼苗致死或遺傳方式復(fù)雜等缺陷，難以應(yīng)用于玉米育種中[7]。為擴寬玉米高賴氨酸種質(zhì)資源，楊文鵬等[8]利用Mu轉(zhuǎn)座子，選育了一個高賴氨酸突變體Opaque-16（o16），其賴氨酸含量可達0.36%以上，可用于玉米品質(zhì)育種。

王偉[9]研究發(fā)現(xiàn)，o2和o

16突變基因的聚合降低了賴氨酸含量較低的醇溶蛋白組分，提高了含賴氨酸的非醇溶蛋白組分，從而提高了玉米籽粒賴氨酸含量。為進一步提高普通玉米賴氨酸含量，張文龍等[10]利用分子標記輔助選擇技術(shù)（Marker-assisted selection，MAS），將o

16基因回交滲入o

2玉米系，獲得含有

o2和o16雙突變基因聚合的材料，其賴氨酸含量為0.469%～0.599%，可滿足人類食用和食品加工的營養(yǎng)品質(zhì)要求。為提高糯玉米營養(yǎng)品質(zhì)，ZHANG等[11]利用MAS，將高賴氨酸突變基因

o2和o16回交滲入糯玉米材料中，得到3份含有

o2和o16基因的糯玉米系，其籽粒賴氨酸含量平均為0.62%，糯性與輪回親本相當，可滿足人、畜、禽的食用和飼用需求。

在前期研究的基礎(chǔ)上，王偉等[12]利用MAS，選育了一批

o2和o16、wx和o2、wx和o16及o2、o16和wx隱性突變基因聚合的材料，其籽粒賴氨酸含量達0.37%～0.63%，是玉米品質(zhì)育種創(chuàng)新材料。

本研究采用9個玉米骨干自交系為測驗種，

o2、o16和wx基因聚合系（9個）及其親本（6個）為被測種，按9×15不完全雙列雜交模式，分析產(chǎn)量性狀、穗部性狀和植株農(nóng)藝性狀的配合力效應(yīng)，為這些優(yōu)質(zhì)基因聚合材料的有效利用和改良提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料與方法

以9個骨干自交系為母本（編號1～9），9個玉米基因聚合材料（編號10～18）及其親本（編號19～24）為父本（表1），按9×15不完全雙列雜交設(shè)計，配制135個雜交組合。試驗采用隨機區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，2行區(qū)，行長5 m，行寬70 cm，株距

25 cm，種植密度3810株/667 m2。

1.2調(diào)查項目及數(shù)據(jù)分析方法

以小區(qū)為單位進行田間調(diào)查和室內(nèi)考種，調(diào)查的性狀包括產(chǎn)量性狀（小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、出籽率）、穗部性狀（穗長、穗粗、穗行數(shù)、禿尖長度）及植株農(nóng)藝性狀（株高、穗位高、穗上葉片數(shù)）共10個性狀。

利用DPS 7.05軟件對小區(qū)各性狀平均值進行方差分析和配合力方差分析，根據(jù)孔繁玲[13]的方法計算一般配合力和特殊配合力方差及效應(yīng)值，并計算遺傳參數(shù)。

2結(jié)果與分析

2.1各性狀的配合力方差分析

各性狀方差分析結(jié)果表明（表2）：小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、出籽率、穗長、穗粗、穗行數(shù)、禿尖、株高、穗位高和穗上葉片數(shù)組合間存在極顯著或顯著差異，說明10個性狀存在真實的遺傳差異，可以進行配合力方差分析。

各性狀配合力方差分析表明：除穗粗外，小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、出籽率、穗長、穗行數(shù)、禿尖、株高、穗位高和穗上葉片數(shù)母本和父本間方差均達到顯著或極顯著水平，因此，可以對這9個性狀進行一般配合力效應(yīng)分析;小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、穗長、穗行數(shù)、禿尖、株高和穗位高特殊配合力方差存在極顯著差異，出籽率、穗粗和穗上葉片數(shù)不存在顯著差異，因此，可以對除出籽率、穗粗和穗上葉片數(shù)外的7個性狀進行特殊配合力效應(yīng)分析。

2.2基因聚合材料一般配合力效應(yīng)分析

24個自交系產(chǎn)量性狀、穗部性狀和植株農(nóng)藝性狀的一般配合力效應(yīng)值見表3。由表3可知，在小區(qū)產(chǎn)量性狀上，基因聚合材料一般配合力效應(yīng)值幅度為-0.2～0.19，其中，QCL8009-5（

o16wx）、QCL8002-11（

o2o16wx）、QCL8007-5（

o16wx）和 QCL8003-2（

o2o16）一般配合力效應(yīng)值均為正值，且其胚乳中具有高賴氨酸突變基因，說明這4個基因聚合材料在組配高產(chǎn)、高賴氨酸組合方面有很好的利用潛力。在千粒重性狀上，基因聚合材料一般配合力（General combining ability，GCA）效應(yīng)值幅度為-28.2～23.95，其中QCL8009-5和QCL8007-5 GCA正效應(yīng)值較大，分別為23.95和16.19，表明這兩個自交系有提高F1代千粒重的潛力。在出籽率性狀上，基因聚合材料GCA效應(yīng)值變化幅度為-0.03～0.06，其中QCL8006-2（o

2o16wx）一般配合力正效應(yīng)值最大，為0.06，QCL8009-5 GCA負效應(yīng)值最大，為-0.03，說明用QCL8006-2作親本組配的雜交種出籽率較高，QCL8009-5則相反。

在穗部性狀方面，9個基因聚合材料中，穗長GCA效應(yīng)值變化幅度為-1.16～1.3，QCL8009-5正向效應(yīng)最大，其效應(yīng)值為1.3;穗行數(shù)GCA效應(yīng)值變化幅度為-1.02～1.1，其中QCL8006-1（

o2o16wx）GCA正效應(yīng)值最高，為1.1;在禿尖性狀上，GCA效應(yīng)值幅度為-0.42～0.45，QCL8003-2負效應(yīng)值最大，為-0.42。說明QCL8009-5在組配長穗型玉米組合方面有較好的潛力，QCL8006-1則可以組配較多穗行數(shù)的組合，而QCL8003-2則可以組配禿尖較短的組合。

在株高和穗位高性狀上，QCL8006-2表現(xiàn)出最大的負效應(yīng)，其效應(yīng)值分別為-11.63和-1237;QCL8009-5表現(xiàn)出最大的正效應(yīng)，其效應(yīng)值分別為14.93和9.97。說明QCL8006-2在組配雜交種時有降低株高和穗位的作用，QCL8009-5則相反。 在穗上葉片數(shù)性狀上，基因聚合材料一般配合力效應(yīng)值幅度為-0.37～0.32，其中QCL 8006-2、QCL 8002-11、QCL8006-1和QCL8003-2表現(xiàn)出較大的正效應(yīng)，其效應(yīng)值分別為0.32、029、0.21和0.2，表明QCL8006-2、QCL 8002-11、QCL8006-1和QCL8003-2在獲得較多葉片數(shù)組合上有很好的潛力，利于組配出優(yōu)質(zhì)青貯玉米組合。

2.3基因聚合材料特殊配合力效應(yīng)分析

各組合性狀特殊配合力相對效應(yīng)值歸類見表4。由表4可知，在產(chǎn)量性狀上，小區(qū)產(chǎn)量

特殊配合力

（Special combining ability，SCA）效應(yīng)值幅度為-2.05～1.3，其中正向值較大的組合是掖478×QCL8002-11，效應(yīng)值為1.3;千粒重SCA效應(yīng)值幅度為-73.45～58.48，其中正向值較大的組合是B73×QCL8009-5，效應(yīng)值為58.48。

在穗部性狀方面，穗長SCA效應(yīng)值變化幅度為-3.38～2.99，其中B73×QCL 8006-2正效應(yīng)值較大，為2.43;穗行數(shù)SCA效應(yīng)值幅度為-165～1.39，其中齊205×QCL8006-1表現(xiàn)出較大的正效應(yīng)，效應(yīng)值為1.39;禿尖SCA效應(yīng)值變化幅度為-1.34～1.9，其中Ⅲ-15×QCL8001-10禿尖負效應(yīng)值較大，為-1.03。

在植株農(nóng)藝性狀方面，株高SCA效應(yīng)值幅度為-39.8～29.05，其中負效應(yīng)值較大的組合是Ⅲ-15×QCL8006-1，效應(yīng)值為-39.8;穗位高SCA效應(yīng)值幅度為-26.6～19.47，其中Ⅲ-15×QCL8006-1負效應(yīng)值較大，為-26.6。

上述結(jié)果表明用基因聚合材料作父本的組合中，掖478×QCL8002-11、B73× QCL8009-5、B73×QCL8006-2、齊205×QCL8006-1、Ⅲ-15×QCL8001-10、Ⅲ-15× QCL8006-1分別在小區(qū)產(chǎn)量、千粒重、穗長、穗行數(shù)、禿尖、株高和穗位高性狀上有較強的雜種優(yōu)勢表現(xiàn)。

2.4遺傳參數(shù)分析

各性狀的主要遺傳參數(shù)結(jié)果見表5。從表5可知，一般配合力方差占基因型方差的比例（Vg%）在56.39%～98.53%之間，均大于55%，其大小順序依次為穗上葉片數(shù)>穗行數(shù)>穗粗>穗位高>株高>千粒重>小區(qū)產(chǎn)量>出籽率>穗長>禿尖，且各性狀的GCA方差均大于SCA方差，說明其雜種優(yōu)勢表現(xiàn)主要受加性效應(yīng)影響，受非加性效應(yīng)影響較小。此外，廣義遺傳率和狹義遺傳率均大于60%的性狀有株高、穗位高、穗行數(shù)和穗上葉片數(shù)。

3結(jié)論與討論

玉米自交系的一般配合力方差包括母本和父本的一般配合力方差，即遺傳方差中的加性方差。一般配合力方差占基因型方差的比重（Vg%）反映了雜交組合性狀表現(xiàn)受親本一般配合力的影響程度。番興明等[14]對9個QPM骨干自交系進行遺傳參數(shù)估算，發(fā)現(xiàn)加性方差占基因型方差比例的大小順序是株高>穗位高>穗行數(shù)>千粒重>穗長>穗粗，各性狀Vg%均大于55%。本研究結(jié)果得出一般配合力方差占基因型方差的比重大小為穗行數(shù)>穗粗>穗位高>株高>千粒重>穗長，各性狀Vg%均大于55%。本研究結(jié)果與番興明等人研究結(jié)果有所差異，可能是本研究材料含

o2、o16和wx基因聚合材料與其只含

o2基因QPM自交系的基因類型不同所致?？道^偉等[15]應(yīng)用不完全雙列雜交（NC-Ⅱ）設(shè)計，分析了優(yōu)質(zhì)蛋白玉米株高、穗行數(shù)和百粒重性狀的遺傳參數(shù)，結(jié)果表明，株高和穗行數(shù)的廣義遺傳率和狹義遺產(chǎn)率均大于60%，百粒重小于60%。本研究中株高和穗行數(shù)性狀的廣義遺傳率與狹義遺傳率均大于60%，千粒重小于60%，與其研究結(jié)果基本相同。

針對優(yōu)質(zhì)蛋白玉米材料配合力分析的研究有許多報道。譚華等[16]通過NC-Ⅱ設(shè)計，對12個QPM近等基因系進行配合力分析，結(jié)果表明，QPM近等基因系Q3、Q7、Q10 和 Q6 對組配豐產(chǎn)型組合有較大育種利用潛勢。李明順等

[17]

對22個國際玉米小麥改良中心（CIMMYT）亞熱帶QPM自交系進行配合力分析，結(jié)果表明，CML181、CML182和CML194產(chǎn)量GCA效應(yīng)較高，CML178和CML180行粒數(shù)GCA效應(yīng)較高，CML191和CML177穗行數(shù)GCA效應(yīng)較高。前人主要是針對玉米高賴氨酸單基因突變（

o2）自交系進行配合力分析，得到了一系列高配合力的QPM材料。本研究利用不完全雙列雜交技術(shù)，分析玉米o2、o16和wx基因聚合材料產(chǎn)量及農(nóng)藝性狀配合力，結(jié)果表明：一般配合力方面，三基因聚合材料QCL8002-11（

o2o16wx）與兩基因聚合材料QCL8009-5（o

16wx）和QCL8003-2（

o2o16）在產(chǎn)量性狀上具有較高的GCA正效應(yīng)。其中，QCL8002-11在穗上葉片數(shù)性狀上具有較高的GCA正效應(yīng);QCL8009-5在穗長和千粒重性狀上具有較高的GCA正效應(yīng);QCL8003-2禿尖性狀GCA負效應(yīng)值較大，穗上葉片數(shù)性狀GCA正效應(yīng)值較大。特殊配合力方面，掖478×QCL8002-11小區(qū)產(chǎn)量SCA正效應(yīng)值最大。綜上所述，三基因聚合材料QCL8002-11（

o2o16wx）、兩基因聚合材料QCL8003-2（

o2o16）和QCL8009-5（

o16wx）性狀表現(xiàn)優(yōu)良，具有較好的利用潛力。

在青貯飼料制作中，禾本科植物易于青貯，但飼料蛋白質(zhì)含量不足[18]。賴氨酸是組成蛋白質(zhì)的重要成分，玉米是主要的飼料作物，選育高賴氨酸青貯玉米可提高青貯飼料的營養(yǎng)價值。QCL8002-11（

o2o16wx）和QCL8003-2（

o2o16）在小區(qū)產(chǎn)量和穗上葉片數(shù)性狀上表現(xiàn)出較大的正效應(yīng)，表明其在組配高產(chǎn)、高賴氨酸的優(yōu)質(zhì)青貯飼料方面有很好的利用潛勢，可以考慮作為青貯玉米種質(zhì)改良的基礎(chǔ)材料。

產(chǎn)量是玉米新品種選育的主要目標。陳亮等[19]利用18個

o2近等基因系（o2-NILs） 和與其對應(yīng)的18個普通玉米自交系各組配33對雜交組合，對其產(chǎn)量進行比較分析，結(jié)果表明，

o2-NILs組合平均產(chǎn)量低于普通玉米組合。本研究發(fā)現(xiàn)三基因聚合材料QCL8002-11（

o2o16wx）及其輪回親本QCL5019分別與9個玉米骨干自交系組配的組合，在小區(qū)產(chǎn)量上無顯著差異;兩基因聚合材料QCL8009 -5（

o16wx）及其輪回親本QCL5008組配的組合，在小區(qū)產(chǎn)量上也無顯著差異。因此，高賴氨酸和糯性優(yōu)質(zhì)基因的聚合，不但可以提高籽粒品質(zhì)，也可使其產(chǎn)量與其輪回親本保持一致。另外，本研究主要對不同優(yōu)質(zhì)基因聚合類型材料進行配合力分析，沒有對優(yōu)質(zhì)基因聚合材料及其對應(yīng)的親本進行農(nóng)藝性狀調(diào)查，后期可繼續(xù)進一步探討

o2、o16和wx基因聚合后對各農(nóng)藝性狀的影響，以期為玉米

o2、o16和wx基因聚合材料的有效利用和改良提供參考。

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