歐洲種質(zhì)改良旅大紅骨宜機(jī)收性狀配合力分析及雜種優(yōu)勢(shì)利用

魯俊田， 曲江波， 劉中杰， 趙文媛

(丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 遼寧 鳳城 118109)

玉米是我國(guó)重要的糧食作物，在糧食供給，保障糧食安全方面有著舉足輕重的作用[1-2]。然而，缺少早熟、耐密、抗倒性好、籽粒后期脫水快等適合機(jī)械化種植的玉米種質(zhì)資源，已經(jīng)成為我國(guó)北方春玉米育種的重要制約因素[3-4]。相較于美國(guó)玉米種質(zhì)，歐洲玉米種質(zhì)在我國(guó)利用較少，因歐洲種質(zhì)自身的特點(diǎn)，其應(yīng)用主要集中在北方春玉米區(qū)[5]。歐洲玉米生產(chǎn)主要采用全程機(jī)械化種植，玉米種質(zhì)以早熟的硬粒型和馬齒型為主，具有植株莖稈彈性好、耐密度和適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)等諸多優(yōu)點(diǎn)，普遍適合機(jī)械化種植，符合我國(guó)東北春玉米區(qū)育種目標(biāo)，適合外引來(lái)填補(bǔ)我國(guó)北方春玉米種質(zhì)上的不足，從而推進(jìn)我國(guó)東北春玉米主產(chǎn)區(qū)實(shí)現(xiàn)密植、機(jī)械化生產(chǎn)的進(jìn)程[6-7]。

丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院是較早引進(jìn)歐洲玉米種質(zhì)資源的科研單位，經(jīng)長(zhǎng)期選擇，培育出多份農(nóng)藝性狀優(yōu)良的早熟、耐密玉米自交系[8-9]。通過(guò)對(duì)歐洲種質(zhì)改良旅大紅骨優(yōu)良群宜機(jī)收性狀配合力測(cè)定、相關(guān)性分析，雜種優(yōu)勢(shì)利用研究，為旅大紅骨血緣的改良和應(yīng)用指引方向，以此拓寬國(guó)內(nèi)玉米宜機(jī)收種質(zhì)資源，對(duì)提高我國(guó)玉米機(jī)械化生產(chǎn)水平，促進(jìn)現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 供試材料

丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院于2011年從歐洲引進(jìn)8份硬粒玉米種質(zhì)資源，同年冬天于三亞分別與旅大紅骨代表系丹698、自330、丹99長(zhǎng)、丹黃34、旅9寬雜交組成基礎(chǔ)試材，通過(guò)高密度壓力選擇和多年份、多點(diǎn)次鑒定選育出優(yōu)良自交系5份，具有熟期早、品質(zhì)好、抗病抗倒伏性強(qiáng)、籽粒脫水快、成熟時(shí)含水率低等宜機(jī)收特性。

以強(qiáng)雜優(yōu)群代表系C 8605-2、沈3336、丹1324、丹988、PH 6 WC、M 54為測(cè)驗(yàn)種。先玉335(PH 6 WC×PH 4 CV)雜交種是國(guó)家機(jī)收組試驗(yàn)對(duì)照品種，其機(jī)收果穗性狀優(yōu)良，本研究各項(xiàng)性狀指標(biāo)以先玉335為對(duì)照。

表1 供試材料及其來(lái)源Table 1 Test materials and sources

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

于2018年冬在海南，采用NCⅡ試驗(yàn)設(shè)計(jì)，獲得36份玉米雜交組合，2019年春播種于丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)田。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，6行區(qū)，行長(zhǎng)8.0 m，行距0.60 m，3次重復(fù)，種植密度75 000株/hm2，田間管理與大田相同。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

1) 記錄出苗期、生理成熟期，計(jì)算生育期；

2) 收獲前調(diào)查全區(qū)倒伏(折)率；

3) 蠟熟期調(diào)查田間莖腐自然發(fā)病率；

4) 成熟后選取有代表性果穗10個(gè)，測(cè)穗粗、穗行數(shù)、禿尖長(zhǎng)、穗長(zhǎng)；

5) 苞葉長(zhǎng)度測(cè)定:選取10株果穗從外向內(nèi)第3片苞葉，用軟繩尺測(cè)定長(zhǎng)度；

6) 機(jī)械收獲中間4行，測(cè)鮮籽粒含水率、計(jì)算小區(qū)產(chǎn)量(含水率14%)、籽粒破損率(取500 g查破損粒數(shù))。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用 Excel、SPSS 22.0軟件對(duì)測(cè)定性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及機(jī)收性狀相關(guān)分析。

采用 Griffing配合力分析方法IV的程序進(jìn)行配合力方差分析，并估算各性狀的遺傳參數(shù)。以36個(gè)組合的單株產(chǎn)量平均值(X1)為基數(shù)計(jì)算平均雜種優(yōu)勢(shì)，對(duì)Iodent/旅系改良系進(jìn)行雜種優(yōu)勢(shì)分析。計(jì)算公式如下：

總配合力(TCA)=GCA+SCA

平均雜種優(yōu)勢(shì)=[(F1-X1)/X1]×100%，

式中：GCA為一般配合力，SCA為特殊配合力。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交組合宜機(jī)收性狀方差分析

雜交組合機(jī)收性狀方差分析結(jié)果(表2)表明，試驗(yàn)組合間所考察性狀存在極顯著的遺傳差異，區(qū)組間有差異但并不顯著。說(shuō)明各性狀差異主要來(lái)源于雜交組合，且真實(shí)存在，其差異是由可遺傳的變異引起的，進(jìn)而可進(jìn)行各性狀的配合力分析并估算配合力效應(yīng)值。對(duì)6個(gè)測(cè)配系、6個(gè)測(cè)驗(yàn)種和36個(gè)雜交組合機(jī)收性狀配合力方差分析表明，全部考察性狀差異均達(dá)極顯著水平。因此，有必要對(duì)測(cè)配系進(jìn)行一般配合力和特殊配合力的效應(yīng)分析。

表2 各性狀的方差分析Table 2 Variance analysis for each trait

2.2 一般配合力(GCA)效應(yīng)

測(cè)配系和測(cè)驗(yàn)種的機(jī)收性狀GCA效應(yīng)值列于表3，其中歐硬改良丹698(SP-698)、丹黃34(AP-D 34)優(yōu)良基因聚合較好，產(chǎn)量、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)差異達(dá)到極顯著水平，旅系高配合力得到保留，而機(jī)收關(guān)鍵性狀倒伏率GCA效應(yīng)值為負(fù)向極顯著，改良后的旅系資源抗倒性明顯提升，籽粒含水量和機(jī)收破損率與對(duì)照與PH 6 WC和PH 4 CV相當(dāng)，差異未達(dá)到顯著水平，生育期、莖腐率、禿尖長(zhǎng)GCA效應(yīng)值均為正值，差異達(dá)到顯著水平，改良后旅系資源是宜機(jī)收性狀明顯提高?？梢?jiàn)，在保留旅大紅骨高配合力的同時(shí)，導(dǎo)入了歐硬種質(zhì)早熟、脫水快、抗倒抗病性好的優(yōu)良基因。

表3 自交系機(jī)收性狀的GCA效應(yīng)值Table 3 GCA effect values for machine traits of inbred lines

2.3 特殊配合力(SCA)效應(yīng)

由表4可見(jiàn)，歐硬改良698和丹黃34其組配雜交組合產(chǎn)量性狀和機(jī)收相關(guān)性狀表現(xiàn)優(yōu)良，各雜優(yōu)模式間產(chǎn)量、穗行數(shù)、穗粗GCA效應(yīng)值為正，優(yōu)于對(duì)照先玉335，穗行數(shù)和穗粗維持較高水平，粒重變幅較小?？沟剐浴⑸赟CA效應(yīng)值均為負(fù)，抗倒性優(yōu)勢(shì)明顯。歐硬改良自330、旅9寬、丹988，總配合力高但表現(xiàn)不穩(wěn)定，SS-330×沈3336、SS-330×丹988、BC-Lv 9×沈3336、BC-Lv 9×丹988、DS-99 C×丹988、DS-99 C×沈3336的產(chǎn)量SCA效應(yīng)值為負(fù)，其中改良丹99長(zhǎng)倒伏效應(yīng)值高，效果不理想。而生育期縮短，鮮粒含水量、破損率維持較低水平，利于機(jī)械化收獲。莖腐率發(fā)病率低，降低倒伏率，苞葉長(zhǎng)度適中，利于降低籽粒水分。

表4 雜交組合機(jī)收性狀的SCA效應(yīng)值Table 4 SCA effect values for machine traits of combination

表4(續(xù))

所有雜交組合中，SP 698×C 8605-2和AP-D 34×PH 6 WC兩個(gè)組合機(jī)收相關(guān)性狀最好，與對(duì)照先玉335相比，產(chǎn)量持平，籽粒含水量、機(jī)收破損率和生育期相當(dāng)，機(jī)收關(guān)鍵性狀抗倒性得到明顯改善。SS-330、BC-Lv 9和I-99 C與PH 6 WC，配合力均較高，抗倒性均優(yōu)于先玉335，但收獲時(shí)籽粒含水量和破損率較高，限制籽粒收獲。

2.4 雜種優(yōu)勢(shì)模式分析

雜交組合實(shí)際產(chǎn)量與產(chǎn)量TCA效應(yīng)值極顯著正相關(guān)(R2=0.999 99)(表5)，說(shuō)明TCA能夠客觀反映不同雜交組合的產(chǎn)量潛力水平，雜交組合的總配合力值越高，其親本間的雜種優(yōu)勢(shì)越強(qiáng)，田間表現(xiàn)就越突出。

表5 各雜交組合產(chǎn)量Table 5 Yield of different hybrid combinations

歐硬改良698和丹黃34與C 8605-2、PH 6 WC和M 54產(chǎn)量排名前5位，與對(duì)照先玉335產(chǎn)量相當(dāng)，差異不顯著，改良丹698和丹黃34選系具有較高的產(chǎn)量潛力。

3 結(jié)論與討論

3.1 歐洲種質(zhì)改良旅大紅骨群體機(jī)械粒收相關(guān)性狀表現(xiàn)

歐洲種質(zhì)因其優(yōu)良的果穗性狀和農(nóng)藝特性是選育機(jī)械化籽粒收獲品種的理想材料[10]。本研究利用歐洲種質(zhì)改良旅大紅骨選系取得良好的效果，其中改良丹698和丹黃34效果最為明顯，通過(guò)將歐洲種質(zhì)熟期早、降水快、米質(zhì)好的特點(diǎn)導(dǎo)入旅大紅骨，改良后代克服了丹698和丹黃34熟期晚、成熟籽粒含水量高的缺陷，且并未降低旅大紅骨的配合力和綜合抗性好的優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)改良獲得了產(chǎn)量潛力大，收獲時(shí)籽粒含水量符合機(jī)械粒收的標(biāo)準(zhǔn)(≤25%)，破損率低，抗倒性、抗病性顯著提高的自交系和雜交組合[11]。

3.2 歐洲種質(zhì)改良旅大紅骨雜種優(yōu)勢(shì)模式探討

旅大紅骨種質(zhì)是我國(guó)自有的地方玉米種質(zhì)資源，在玉米育種中占有舉足輕重的作用，也是我國(guó)五大骨干雜種優(yōu)勢(shì)類群之一，具有配合力高、遺傳基礎(chǔ)廣、抗性好、行數(shù)多和適應(yīng)性廣等特點(diǎn)，在玉米育種中被作為重要資源廣泛利用[12]。丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院很早就從德國(guó)、巴塞羅那、加拿大、法國(guó)等歐洲國(guó)家引入優(yōu)良的種質(zhì)資源，與旅大紅骨進(jìn)行改良利用，并取得很好的效果，育成了一批適宜機(jī)械化作業(yè)的玉米新品種[13]。通過(guò)雜交組合產(chǎn)量和SCA分析表明，歐硬/旅大紅骨改良系×瑞德、歐硬/旅大紅骨改良系×蘭卡斯特/瑞德改良系均具有較高的配合力，是強(qiáng)雜種優(yōu)勢(shì)模式，為機(jī)收品種選育提供雜優(yōu)模式參考。

綜上所述，機(jī)收品種的選育離不開(kāi)資源的創(chuàng)新，優(yōu)良種質(zhì)資源的引進(jìn)、改良與利用是拓寬我國(guó)玉米育種資源的有效方法。對(duì)于改良群體是否有利用價(jià)值以及雜優(yōu)模式的確立需要對(duì)相關(guān)性狀進(jìn)行配合力分析，在目標(biāo)育種的過(guò)程中，注意性狀間的關(guān)聯(lián)性，并對(duì)相關(guān)性狀加以有效選擇，提高育種效率。