玉米自交系的配合力及相關(guān)性分析

進(jìn)茜寧 李威 王平喜

摘要：以課題組新培育的19個(gè)玉米自交系為材料，采用不完全雙列雜交設(shè)計(jì)組配雜交組合，進(jìn)行配合力測(cè)定與分析、遺傳參數(shù)估計(jì)和相關(guān)性分析。結(jié)果表明，自交系003、006、009、055、097、117、120、167、566、567、572各性狀的一般配合力表現(xiàn)優(yōu)良;雜交組合133×579、012×566、053×567、117×566、006×565、012×579、097×565、167×576、188×572表現(xiàn)優(yōu)良，可進(jìn)一步進(jìn)行試驗(yàn);株高和雄穗分枝數(shù)適合進(jìn)行早代選擇，穗位高和穗粗等其他8個(gè)性狀宜進(jìn)行晚代選擇;雄穗大小和雌穗大小呈正相關(guān)關(guān)系。評(píng)估了所選自交系在玉米育種中的應(yīng)用價(jià)值，為自交系選育和雜交種組配提供了依據(jù)。

關(guān)鍵詞：玉米;自交系;配合力;遺傳參數(shù);相關(guān)性分析

大量的研究結(jié)果和育種實(shí)踐都表明，雜交種的優(yōu)良特性和增產(chǎn)潛力，由其親本自交系的特性以及合理組配所決定[1-2]。因此，選育優(yōu)良的自交系，是玉米育種工作中至關(guān)重要的也是最基礎(chǔ)的一個(gè)環(huán)節(jié)。對(duì)所選育自交系主要農(nóng)藝性狀的配合力及相關(guān)遺傳特性進(jìn)行研究，對(duì)于認(rèn)識(shí)自交系的優(yōu)良特征特性及其應(yīng)用價(jià)值潛力，指導(dǎo)和預(yù)估雜交組合的選配及效果具有重要的意義[3]。

玉米育種及生產(chǎn)上一些主要的農(nóng)藝性狀，包括株型性狀和穗部性狀等，都很大程度決定了最終的籽粒產(chǎn)量。具有優(yōu)異株型性狀的玉米植株，能夠充分適應(yīng)外界環(huán)境條件，最大限度地利用光熱、水肥資源，是育種過(guò)程中提高玉米單產(chǎn)的重要因素之一[4-5];玉米的穗粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)及穗行數(shù)等穗部性狀都與籽粒產(chǎn)量直接相關(guān)。配合力高低以及配合力效應(yīng)是判斷玉米自交系應(yīng)用潛力的重要參考因素，前人有很多關(guān)于玉米主要農(nóng)藝性狀的配合力方面的研究，為優(yōu)質(zhì)自交系和雜交種的選育提供了可靠的理論指導(dǎo)[6-8]。但是我國(guó)玉米種質(zhì)資源遺傳基礎(chǔ)狹窄所造成的影響越來(lái)越明顯，具體表現(xiàn)為提高籽粒產(chǎn)量方面的育種水平進(jìn)展緩慢，這是由于我國(guó)玉米育種過(guò)程中骨干系集中等原因所造成的[9-10]。筆者所在課題組引進(jìn)美國(guó)、歐洲等國(guó)外早熟、抗倒伏的特異種質(zhì)10余份，與國(guó)內(nèi)現(xiàn)有種質(zhì)鄭58、P138、昌7-2、Lx9801、丹598等進(jìn)行雜交改良，選出一批生育期適當(dāng)、農(nóng)藝性狀優(yōu)良的玉米新種質(zhì)。

本研究以筆者所在團(tuán)隊(duì)近年來(lái)新選的19個(gè)玉米自交系為試驗(yàn)材料，采用不完全雙列雜交設(shè)計(jì)的方法配制78個(gè)雜交組合，對(duì)玉米株高、穗長(zhǎng)等10個(gè)數(shù)量性狀進(jìn)行配合力、遺傳參數(shù)分析以及性狀間的相關(guān)分析，并對(duì)其遺傳特性和規(guī)律作進(jìn)一步探討，系統(tǒng)地評(píng)述19個(gè)自交系之間的配合力情況及雜種優(yōu)勢(shì)表現(xiàn)，篩選出在多數(shù)農(nóng)藝性狀方面表現(xiàn)優(yōu)良的玉米自交系和一些優(yōu)勢(shì)雜交組合，以期為今后有效利用和改良這些自交系打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)所選用的材料為筆者所在課題組近年選育的19份玉米自交系，其中003、006、009、012、053、055、097、100、117、120、133、167、188為母本（F），565、566、567、572、576、579為父本（M），親本來(lái)源如表1所示。2017年在海南，采用不完全雙列雜交設(shè)計(jì)，組配了78個(gè)雜交組合。2018年在河南科技學(xué)院輝縣實(shí)驗(yàn)基地進(jìn)行田間種植鑒定試驗(yàn)，采用隨機(jī)區(qū)組的試驗(yàn)設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，單行區(qū)，小區(qū)行長(zhǎng)6.00 m，行距為060 m，株距為0.25 m，田間管理同大田生產(chǎn)。

1.2 農(nóng)藝性狀測(cè)定

在籽粒灌漿初期每個(gè)小區(qū)中間連續(xù)取6株， 測(cè)量株高、穗位高、莖粗、雄穗長(zhǎng)、雄穗分枝數(shù)、穗上葉葉夾角;每個(gè)小區(qū)選取6個(gè)代表性果穗，測(cè)量穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和禿尖長(zhǎng)度。所有農(nóng)藝性狀均按照GB/T 19557.24—2018《植物品種特異性、一致性和穩(wěn)定性測(cè)試指南 玉米》進(jìn)行測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)分析根據(jù)NCⅡ設(shè)計(jì)的原理和方法，綜合利用Excel和SAS 9.4軟件進(jìn)行各農(nóng)藝性狀的方差和配合力分析、相關(guān)性分析，并估算相關(guān)遺傳參數(shù)估算[11]。

2 結(jié)果與分析

2.1 各農(nóng)藝性狀的配合力方差分析

首先對(duì)本試驗(yàn)中的6個(gè)株型性狀以及5個(gè)穗部性狀進(jìn)行方差分析，由表2可知，所有性狀各重復(fù)間的差異均不顯著;其中10個(gè)農(nóng)藝性狀組合間的差異達(dá)到了極顯著水平，而莖粗在組合間的表現(xiàn)未達(dá)到顯著水平。說(shuō)明本試驗(yàn)的78個(gè)組合在株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、雄穗分枝數(shù)、穗上葉夾角、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)、穗粗、穗行數(shù)、禿尖長(zhǎng)等10個(gè)農(nóng)藝性狀方面均存在真實(shí)的差異，而自交系自身的遺傳因素是造成這些差異的主要原因。將組合間方差進(jìn)行方差分解分析，除莖粗外，其他10個(gè)性狀的一般配合力（GCA）方差在F組親本（母本）和M組親本（父本）中均存在極顯著差異;F×M的特殊配合力（SCA）方差分析結(jié)果顯示，除莖粗外的其他10個(gè)農(nóng)藝性狀的SCA方差在各組合間均存在著極顯著性差異。因此，可進(jìn)一步對(duì)19個(gè)自交系除莖粗外10個(gè)性狀的GCA效應(yīng)和SCA效應(yīng)進(jìn)行估算。

2.2 一般配合力效應(yīng)分析

各性狀的一般配合力效應(yīng)分析結(jié)果見(jiàn)表3。自交系003、009、100、117、120、567的株高和穗位高的一般配合力效應(yīng)值均為負(fù)值，說(shuō)明在實(shí)際育種過(guò)程中用這幾個(gè)自交系作為親本可以組配出株高和穗位高均較低的雜交種，從而提高植株的抗倒伏能力。自交系117、167、566、576的雄穗分支數(shù)以及雄穗長(zhǎng)的一般配合力效應(yīng)值均為負(fù)值，用它們作親本組配雜交種可以減小雄穗的大小。自交系003、006、055、097、117、120、167、188、566、576葉夾角的一般配合力效應(yīng)值均為負(fù)值，說(shuō)明用這幾個(gè)自交系作為親本可以使雜交組合的葉夾角減小。自交系012、055、097、120、572的穗長(zhǎng)和行粒數(shù)的GCA表現(xiàn)為正向效應(yīng)，用這幾個(gè)自交系作親本，容易獲得穗部較長(zhǎng)的組合。自交系006、009、053、097、167、565、567的穗粗和穗行數(shù)的GCA表現(xiàn)為正向效應(yīng)，用這幾個(gè)自交系作親本可以增加組合的穗粗和穗行數(shù)。自交系003、006、009、053、055、117、133、566、572、579的禿尖長(zhǎng)的GCA表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)，用這幾個(gè)自交系作親本，容易獲得禿尖較短的組合。

2.3 特殊配合力效應(yīng)分析

由表4可知，雄穗長(zhǎng)SCA效應(yīng)值表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng)的組合數(shù)較多，而其他9個(gè)性狀SCA效應(yīng)值表現(xiàn)為正向效應(yīng)和負(fù)向效應(yīng)的雜交組合數(shù)目差異不大。各性狀SCA效應(yīng)值變幅均較大，其中禿尖長(zhǎng)的變異幅度最大，其次是雄穗分枝數(shù)。SCA效應(yīng)值表現(xiàn)最優(yōu)的組合中（株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、雄穗分支數(shù)、葉夾角、禿尖長(zhǎng)按負(fù)向最大的計(jì)，穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)按正向最大的計(jì)），母本自交系006、009、117、167各出現(xiàn)了2次，053、120各出現(xiàn)了1次，父本自交系566、576各出現(xiàn)3次，567出現(xiàn)2次，572、579各出現(xiàn)1次。其中，在雄穗長(zhǎng)和禿尖長(zhǎng)性狀方面的SCA負(fù)向效應(yīng)值最大的組合是167×566，穗行數(shù)性狀方面的SCA正向效應(yīng)值最大的組合是117×572，行粒數(shù)性狀方面的SCA正向效應(yīng)值最大的組合是117×576。綜合來(lái)看，組合133×579在除雄穗分枝數(shù)外的其他9個(gè)性狀方面都比較好，有利于同時(shí)降低株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、穗上葉葉夾角、禿尖長(zhǎng)，增加穗粗、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、行粒數(shù);組合012×566、053×567、117×566在其中8個(gè)性狀方面比較好;組合006×565、012×579、097×565、167×576、188×572在其中7個(gè)性狀方面表現(xiàn)比較好（因篇幅限制，數(shù)據(jù)未呈現(xiàn)）。

2.4 各農(nóng)藝性狀的遺傳參數(shù)估計(jì)

各性狀的配合力方差和遺傳力表現(xiàn)見(jiàn)表5，本試驗(yàn)10個(gè)農(nóng)藝性狀的一般配合力方差均大于特殊配合力方差，說(shuō)明株高等10個(gè)性狀雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)以基因加性效應(yīng)為主。在自交系的選育中，為了提高選擇效率，確定性狀的選擇世代對(duì)于不同的性狀來(lái)說(shuō)是特別重要的一環(huán)，而選擇世代一般可以通過(guò)遺傳力大小來(lái)確定。株高和雄穗分枝數(shù)的狹義遺傳力均大于50%，所以在實(shí)際育種工作中，可以在早代進(jìn)行選擇;而其他8個(gè)性狀的狹義遺傳力均小于50%，可以在高世代性狀表現(xiàn)穩(wěn)定后進(jìn)行選擇。

2.5 各農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

本試驗(yàn)對(duì)10個(gè)農(nóng)藝性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果見(jiàn)表6，呈極顯著正相關(guān)關(guān)系的性狀分別是株高和穗位高、葉夾角和雄穗長(zhǎng)、穗粗和雄穗分枝數(shù)、穗長(zhǎng)和行粒數(shù);雄穗長(zhǎng)和穗長(zhǎng)、穗行數(shù)均為顯著正相關(guān)關(guān)系，雄穗分枝數(shù)和行粒數(shù)、穗粗和穗行數(shù)也為顯著正相關(guān)關(guān)系。達(dá)到極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系的性狀分別是株高和雄穗分枝、穗位高和雄穗長(zhǎng)、穗位高和穗行數(shù);呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系的性狀是穗行數(shù)和行粒數(shù)、行粒數(shù)和禿尖長(zhǎng)。

3 結(jié)論與討論

3.1 優(yōu)良自交系的配合力表現(xiàn)

本試驗(yàn)對(duì)10個(gè)農(nóng)藝性狀的一般配合力效應(yīng)分析結(jié)果表明，表現(xiàn)較好的自交系有003、006、009、055、097、117、120、167、566、567、572，用它們作親本， 在降低株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、雄穗分枝數(shù)、葉夾角、禿尖長(zhǎng)，增加穗粗、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)等方面都具有潛在的利用價(jià)值。

各組合性狀的特殊配合力效應(yīng)分析結(jié)果表明，在多數(shù)性狀上表現(xiàn)較好的組合有133×579、012×566、053×567、117×566、006×565、012×579、097×565、167×576、188×572，它們都是在至少7個(gè)性狀方面表現(xiàn)比較好。例如在本試驗(yàn)中，雜交組合133×579的株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、穗上葉葉夾角、禿尖長(zhǎng)等性狀方面的SCA效應(yīng)值為負(fù)數(shù)，在穗粗、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)等性狀方面的SCA效應(yīng)值都為正數(shù)，說(shuō)明組合133×579不論是在株型性狀方面，還是在穗部性狀方面都是表現(xiàn)比較優(yōu)秀的組合。自交系117和566的一般配合力效應(yīng)表現(xiàn)均較好，組合 117×566也是在8個(gè)性狀方面表現(xiàn)較好，在以后的育種工作中可對(duì)此組合以及2個(gè)自交系多加關(guān)注。

3.2 關(guān)于植株主要農(nóng)藝性狀的遺傳

從本試驗(yàn)對(duì)各性狀的遺傳參數(shù)分析結(jié)果來(lái)看，10個(gè)農(nóng)藝性狀雜種優(yōu)勢(shì)的表現(xiàn)均是以基因加性效應(yīng)為主。在實(shí)際育種工作過(guò)程中，對(duì)株高和雄穗分枝數(shù)這2個(gè)性狀可以進(jìn)行早代選擇;而對(duì)于穗位高、雄穗長(zhǎng)、葉夾角、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)等8個(gè)性狀宜進(jìn)行晚代選擇。

本試驗(yàn)對(duì)農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析結(jié)果表明，株高越高，穗位高也越高;葉夾角越大，雄穗越長(zhǎng);穗長(zhǎng)越長(zhǎng)，行粒數(shù)越多;穗部越粗，穗行數(shù)也越多;穗行數(shù)越多，行粒數(shù)越少;行粒數(shù)越多，禿尖越短。上述試驗(yàn)結(jié)果和前人的研究結(jié)果[12-15]基本一致。同時(shí)發(fā)現(xiàn)，雄穗大小和雌穗大小在一定程度上呈現(xiàn)正相關(guān)關(guān)系，具體表現(xiàn)為雄穗長(zhǎng)和穗長(zhǎng)為顯著正相關(guān);雄穗分枝數(shù)和穗粗為極顯著正相關(guān)。這個(gè)結(jié)果和育種實(shí)踐中的觀察結(jié)果相互印證，所以在以后的育種工作中，可以根據(jù)容易觀察的雄穗特征來(lái)預(yù)測(cè)雌穗的大小。

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