玉米DH系重要性狀篩選評價(jià)

摘 要：玉米育種的關(guān)鍵是優(yōu)良玉米自交系的選育，通過玉米雙單倍體育種（Double Haploid）技術(shù)可快速、批量生產(chǎn)玉米自交系。因此，DH系的篩選、評價(jià)成為雙單倍體育種技術(shù)的關(guān)鍵。該研究旨在為DH系的篩選、評價(jià)提供理論支持。以美國玉米自交系M4和M61及其1 000個(gè)DH為試驗(yàn)材料，以表型性狀的優(yōu)劣為鑒選依據(jù)，對1 000個(gè)玉米DH系的7個(gè)性狀進(jìn)行篩選評價(jià)。通過研究表明，77.2%的玉米自交系干旱卷曲度較低；77.8%的玉米自交系抗大斑病；52.6%的玉米自交系抗彎孢菌葉斑?。?3.1%的玉米自交系地上根數(shù)大于19個(gè)；50.8%的玉米自交系地下根數(shù)大于32個(gè)；52.3%的玉米交系的抗倒伏拉力大于15 N；51.2%的玉米自交系莖稈粗大于或等于20.2 mm。通過重要性狀指標(biāo)的篩選，73份玉米DH的綜合性狀較優(yōu)良，篩選比例為0.73%。

關(guān)鍵詞：玉米；DH系；葉斑??；抗倒伏；耐旱性

中圖分類號：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：2096-9902（2024）18-0048-04

Abstract： The key of maize breeding is the breeding of excellent maize inbred lines， which can be quickly and mass produced by maize double haploid breeding （Double Haploid） technology. Therefore， the screening and evaluation of DH lines have become the key part of double haploid breeding technology. This study aims to provide theoretical support for the screening and evaluation of DH lines. The M4 and M61， 1 000 DH and 1 000 maize lines were selected and evaluated from the 1000 maize DH lines. We show that 77.2% maize selfers have low drought curvature; 77.8% maize selfers resist large spot disease; 52.6% maize selfers resist leaf spot disease; 43.1% have more than 19 roots; 50.8% have more than 32 roots; 52.3% maize selfers have lodging resistance of greater than 15 N; 51.2% maize selfers have stems of greater than or equal to 20.2 mm. Through the screening of important traits， 73 maize DH had excellent comprehensive traits， with a screening ratio of 0.73%.

Keywords： maize; DH line; leaf spot disease; lodging resistance; drought tolerance

玉米是世界第一大糧食作物，因其用途廣泛，可作為食品、飼料和工業(yè)原料的物質(zhì)來源[1]。我國玉米的種植面積和總產(chǎn)量居世界第二，僅次于美國，這為我國的糧食安全提供了重要保障[2]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)實(shí)踐表明，優(yōu)良玉米自交系的選育及應(yīng)用是玉米獲得優(yōu)質(zhì)和高產(chǎn)的重要途徑。因此，開展自交系的篩選和評價(jià)是玉米育種的重點(diǎn)[3]。

玉米常規(guī)選育自交系需自交6～8個(gè)世代的選育過程。玉米植株在誘導(dǎo)條件下形成單倍體籽粒，最后將單倍體植株加倍純合的育種技術(shù)，稱為DH育種技術(shù)[4]。玉米雙單倍體育種不同于傳統(tǒng)的育種方式，玉米單倍體育種技術(shù)有利于選擇出優(yōu)良玉米自交系，提高玉米產(chǎn)量和縮短育種進(jìn)程，節(jié)省育種時(shí)間。玉米雙單倍體（Double Haploid）育種是玉米新品種培育的加速器，通過DH育種途徑得到的自交系僅需要2個(gè)世代，大大縮短育種年限[5]。DH系群體作為純合永久性分離群體，不受環(huán)境和季節(jié)限制可進(jìn)行重復(fù)試驗(yàn)，能有效減少外界環(huán)境因素給試驗(yàn)帶來的誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果更為準(zhǔn)確可靠。DH系群體是基因挖掘的理想材料，誘導(dǎo)后的玉米DH系中由隱性基因控制的性狀容易表現(xiàn)出來，對于育種工作來說，這對選擇材料更具有針對性。

玉米DH在利用過程中也出現(xiàn)較多問題，DH系的選育進(jìn)程中沒有經(jīng)過多年、多點(diǎn)的淘汰鑒選過程，DH系的鑒定和篩選較為困難，如采用人工測配鑒定必定會(huì)增加繁重的工作量。這為DH系規(guī)?；衩子N設(shè)置了阻礙。如何從成百上千的DH系中篩選優(yōu)良玉米自交系成為DH系育種的重點(diǎn)。

本研究利用2個(gè)差異較大的優(yōu)良玉米自交系及其DH系群體為試驗(yàn)材料，以表型性狀的優(yōu)劣為鑒選依據(jù)，淘汰表型性狀較差的自交系，探討如何完成大量DH系的篩選與評價(jià)，指導(dǎo)玉米DH系的鑒選，為優(yōu)良玉米DH系和新品種的選育奠定基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料由吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院農(nóng)學(xué)院提供。試驗(yàn)材料由玉米親本M4、M61和1 000個(gè)DH系構(gòu)成，M4和M61為美國玉米自交系（表1），均為Lancaster血緣。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 玉米DH系田間設(shè)計(jì)

2023年將2個(gè)親本和1 000個(gè)DH系播于吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院玉米試驗(yàn)田，采用間比法設(shè)計(jì)，試驗(yàn)密度為6萬株/hm2，2行區(qū)，行長3 m，行距0.65 m，田間管理同大田。

1.2.2 玉米DH系性狀調(diào)查

針對吉林市生態(tài)區(qū)，適時(shí)調(diào)查2個(gè)親本和1 000個(gè)DH系農(nóng)藝性狀。調(diào)查性狀包括：干旱葉片卷曲（級）、大斑?。墸?、彎孢菌葉斑?。墸⒌叵鹿?jié)根（個(gè)）、抗倒伏拉力（N）、地上節(jié)根（個(gè)）和莖稈粗（mm）。

葉片卷曲級別參照安江勇等[6]提出的方法，采用目標(biāo)檢測模型對玉米卷曲葉片進(jìn)行檢測；采用國家區(qū)試鑒定標(biāo)準(zhǔn)鑒定玉米大斑病和彎孢菌葉斑病；采用數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)調(diào)查地下節(jié)根和地上節(jié)根數(shù)目，采用拉力計(jì)測定抗倒伏拉力，采用游標(biāo)卡尺進(jìn)行測量玉米的莖稈粗細(xì)，以3株平均值為統(tǒng)計(jì)單位。

1.2.3 玉米DH系各性狀篩選標(biāo)準(zhǔn)

本研究針對DH系的各性狀進(jìn)行逐級篩選，篩選程序：淘汰干旱條件下葉片卷曲度達(dá)到7級和9級的DH系；淘汰地下節(jié)根中位數(shù)低于32個(gè)的DH系；淘汰地上節(jié)根中位數(shù)低于19個(gè)的DH系；淘汰莖稈粗低于中位數(shù)20.2 mm的DH系；淘汰抗倒伏拉力低于中位數(shù)15 N的DH系；淘汰玉米大斑病為7級和9級的DH系；淘汰玉米彎孢菌葉斑病為7級和9級的DH系。最終遴選出性狀優(yōu)良的玉米DH系。

1.3 統(tǒng)計(jì)試驗(yàn)方法

采用Excel對調(diào)查和測量的數(shù)據(jù)進(jìn)行異常值估計(jì)和性狀篩選，利用DPS V14.1軟件對各性狀進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)量分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 調(diào)查性狀基本統(tǒng)計(jì)分析

對1 000個(gè)玉米DH系的7個(gè)重要性狀進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)量分析（表2）。各性狀調(diào)查結(jié)果表明：干旱葉片卷曲度、大斑病、彎孢菌葉斑病3個(gè)性狀均值分別為4.44、3.83和3.97級，DH系的整體抗性較好。

抗倒伏拉力最大值為35 N，最小值為5 N，極差為30 N，抗倒伏拉力值存在較大的差異；莖稈粗的最大值為37.7 mm，最小值為9.9 mm，極差為27.8 mm，莖稈粗性狀之間也存在較大差異；地上節(jié)根數(shù)最大值為33個(gè)，最小值為6個(gè)，極差為27個(gè)；地下節(jié)根數(shù)最大值為48個(gè)，最小值為11個(gè)，極差為37個(gè)。抗倒伏拉力值、莖稈粗、地上節(jié)根和地下節(jié)根數(shù)極差值均較大。

各性狀的變異系數(shù)在17.27%～63.27%。其中大斑病的變異系數(shù)最大，變異系數(shù)為63.27%，莖稈粗的變異系數(shù)最小，變異系數(shù)為17.27%。葉片卷曲度、彎孢菌葉斑病、抗倒伏拉力、地上節(jié)根和地下節(jié)根數(shù)目的變異系數(shù)分別為52.79%、55.01%、35.99%、32.47%和28.07%。

2.2 DH系重要性狀分析

2.2.1 干旱葉片卷曲度

干旱葉片卷曲度是衡量玉米是耐旱性的指標(biāo)之一。以干旱葉片卷曲小于7級為篩選標(biāo)準(zhǔn)，772個(gè)符合鑒選標(biāo)準(zhǔn)，占自交系總數(shù)的77.2%。228個(gè)DH系葉片卷曲大于7級。占DH系總數(shù)的22.8%。

2.2.2 玉米大斑病

以國家玉米區(qū)試標(biāo)準(zhǔn)鑒定玉米DH系大斑病等級。將大斑病抗性低于7級為篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出778個(gè)抗玉米大斑病DH系，占自交系總數(shù)77.8%。其中260個(gè)自交系為1級抗性，166個(gè)DH系為5級抗性，352個(gè)DH系為3級抗性。222個(gè)DH系感玉米大斑病，157個(gè)自交系為7級抗性，65個(gè)自交系為9級抗性，淘汰比例為22.2%。

2.2.3 彎孢菌葉斑病

以國家區(qū)試標(biāo)準(zhǔn)鑒定玉米DH系彎孢菌葉斑病等級。將彎孢菌葉斑病抗性低于7級為篩選標(biāo)準(zhǔn)，篩選出843個(gè)玉米DH系，占自交系總數(shù)的84.3%。其中229個(gè)自交系為1級抗性，257個(gè)自交系為3級抗性，357個(gè)自交系為5級抗性。177個(gè)DH系感彎孢菌葉斑病，115個(gè)自交系為7級抗性，42個(gè)自交系為9級抗性，淘汰比例為17.7%。

2.2.4 地上節(jié)根和地下節(jié)根數(shù)目

根系的發(fā)育狀況會(huì)影響玉米的抗倒伏能力。將地上節(jié)根大于中位數(shù)19個(gè)和地下節(jié)根大于中位數(shù)32個(gè)為篩選標(biāo)準(zhǔn)。431個(gè)DH系地上節(jié)根數(shù)符合鑒選標(biāo)準(zhǔn)，占自交系總數(shù)的43.1%；508個(gè)DH系地下節(jié)根數(shù)符合鑒選標(biāo)準(zhǔn)，占自交系總數(shù)的50.8%。

2.2.5 抗倒伏拉力

以抗倒伏拉力大于中位數(shù)15 N為篩選標(biāo)準(zhǔn)，523個(gè)DH系的抗倒伏能力較好，占自交系總數(shù)的52.3%。145個(gè)倒伏性較高，倒伏率為14.5%。

2.2.6 莖稈粗

以莖稈粗大于中位數(shù)20.2 mm為篩選標(biāo)準(zhǔn)。512個(gè)DH系大于或等于20.2 mm，占自交系總數(shù)的51.2%。488個(gè)DH系莖稈粗小于20.2 mm，占DH系總數(shù)的49.8%。

3 討論

種質(zhì)資源匱乏會(huì)造成品種性狀退化、抗逆性降低、產(chǎn)量下降等。因此，我國對玉米種質(zhì)創(chuàng)新工作進(jìn)行了研究，種質(zhì)資源的創(chuàng)新是育種工作取得成功的關(guān)鍵性進(jìn)展。引入國外種質(zhì)并結(jié)合DH育種技術(shù)，一方面，可以縮短育種進(jìn)程，節(jié)省育種工作的成本；另一方面，發(fā)掘玉米種質(zhì)的優(yōu)良性狀可以使具有潛在利用價(jià)值的玉米品種得到更大程度的開發(fā)。本研究對1 000個(gè)玉米DH系的干旱葉片卷曲度、大斑病、彎孢菌葉斑病、地上節(jié)根數(shù)、地下節(jié)根數(shù)、抗倒伏拉力、莖稈粗總共7個(gè)重要性狀進(jìn)行基本統(tǒng)計(jì)分析。從各性狀基本統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可看出性狀的篩選存在一定的差異性，需要進(jìn)行人工鑒定。

創(chuàng)制優(yōu)異的種質(zhì)資源，離不開優(yōu)良的農(nóng)藝性狀。其中，玉米大斑病和抗倒伏能力近年來備受關(guān)注。玉米品種抗病特性是決定玉米品種是否具備優(yōu)良性狀的關(guān)鍵。那明慧等[7]對225個(gè)國外玉米自交系進(jìn)行玉米大斑病的篩選，最終篩選出27個(gè)抗性較好的自交系，鑒選比例為12%。陶燁等[8]對283個(gè)玉米種質(zhì)進(jìn)行大斑病抗性的評價(jià)，有116個(gè)玉米種質(zhì)抗大斑病，占鑒定材料的41%。李曉光等[9]對434個(gè)國內(nèi)玉米種質(zhì)進(jìn)行玉米抗大斑病的篩選，篩選出320個(gè)抗病種質(zhì)，占總數(shù)的73.7%。在前人研究的基礎(chǔ)上，本研究對1 000個(gè)美國玉米自交系進(jìn)行大斑病篩選，篩選出778個(gè)抗病種質(zhì)，鑒選比例為77.8%。倒伏對玉米的產(chǎn)量和品質(zhì)的影響也尤為重要。白永新等[10]對107個(gè)玉米自交系進(jìn)行抗倒伏鑒選，鑒選出85個(gè)抗倒伏玉米自交系，鑒選比例為79.3%。楊明花等[11]對36個(gè)玉米雜交組合進(jìn)行鑒選抗倒伏品種，最終篩選出22個(gè)，占總數(shù)的61.1%。借鑒前人研究，本研究在1 000個(gè)玉米自交系中篩選出523個(gè)抗倒伏自交系，鑒選比例為52.3%。這些研究結(jié)果，為進(jìn)一步篩選玉米自交系重要性狀提供了參考依據(jù)。

優(yōu)良玉米DH系在多個(gè)性狀上應(yīng)該區(qū)別于普通種植的玉米。選擇優(yōu)良玉米DH系品種要多方面考慮品種的性狀，而不是只選擇單一某個(gè)方面的性狀。除了大斑病和抗倒伏能力，其他性狀也極其重要。吉林市生態(tài)區(qū)土壤為沙質(zhì)土，玉米經(jīng)常發(fā)生倒伏，因此根部性狀為重要的篩選指標(biāo)。本研究最終篩選出431個(gè)地上節(jié)根和508個(gè)地下節(jié)根發(fā)達(dá)DH系，綜合玉米重要性狀的篩選標(biāo)準(zhǔn)，最終在1 000個(gè)玉米DH系中，淘汰干旱葉片卷曲、彎孢菌葉斑病、莖稈粗性狀分別為288個(gè)、474個(gè)、488個(gè)。這些數(shù)據(jù)為遴選優(yōu)良的玉米DH系提供了科學(xué)可靠的數(shù)據(jù)支撐。

本研究最終篩選出73個(gè)玉米DH系，鑒選比例為7.3%。關(guān)于玉米DH系重要性狀的篩選工作處于探索階段，尚未形成完善且系統(tǒng)的理論數(shù)據(jù)，各性狀的篩選仍需深入研究。因此，7.3%可作為篩選玉米DH系重要性狀的指標(biāo)，為優(yōu)良玉米種質(zhì)的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)。為了進(jìn)一步評價(jià)DH系優(yōu)劣，應(yīng)該對73個(gè)DH系進(jìn)行骨干系測配，進(jìn)一步評價(jià)。

4 結(jié)論

本研究針對吉林市生態(tài)區(qū)對1 000個(gè)玉米DH系的7個(gè)重要性狀開展的篩選評價(jià)。7個(gè)重要性狀包括干旱葉片卷曲度、大斑病、彎孢菌葉斑病、地下節(jié)根數(shù)、地上節(jié)根數(shù)、抗倒伏拉力和莖稈粗。772個(gè)玉米自交系葉片卷曲度較低，占自交系總數(shù)的77.2%。778個(gè)玉米自交系抗大斑病，占自交系總數(shù)的77.8%。843個(gè)玉米自交系抗彎孢菌葉斑病，占自交系總數(shù)的84.3%。431個(gè)玉米自交系地上節(jié)根數(shù)大于19個(gè)，占自交系總數(shù)的43.1%。508個(gè)玉米自交系地下節(jié)根數(shù)大于32個(gè)，占自交系總數(shù)的50.8%。523個(gè)自交系的抗倒伏拉力大于15 N，占自交系總數(shù)的52.3%。512個(gè)自交系莖稈粗大于或等于20.2 mm，占自交系總數(shù)的51.2%。

DH系的地上節(jié)根數(shù)性狀淘汰的DH系數(shù)最大值，是篩選重要性狀的關(guān)鍵指標(biāo)。性狀淘汰影響力大小依次為地上節(jié)根數(shù)、地下節(jié)根數(shù)、莖稈粗、抗倒伏拉力、彎孢菌葉斑病、干旱葉片卷曲度、大斑病。通過符合重要性狀指標(biāo)的篩選，最終篩選出73個(gè)玉米DH系符合篩選標(biāo)準(zhǔn)，占DH系總數(shù)的7.3%。由于玉米DH系重要性狀的篩選工作仍處于探索階段，應(yīng)繼續(xù)對篩選出的73個(gè)DH系進(jìn)行骨干系配合力評價(jià)，進(jìn)而為DH育種提供參考。

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