玉米自交系遼2386遺傳改良研究

葉雨盛，李 剛，王曉琳，張秀梅，李 哲，王延波，陳紹江

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，北京100083；2.遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所，沈陽(yáng) 110161)

種質(zhì)資源創(chuàng)新是玉米品種創(chuàng)新的基礎(chǔ)。我國(guó)玉米種質(zhì)基礎(chǔ)較為薄弱，利用外來(lái)優(yōu)異種質(zhì)資源是拓展種質(zhì)基礎(chǔ)的重要途徑[1-4]。國(guó)內(nèi)育種者以各種國(guó)外雜交種為基礎(chǔ)材料選育二環(huán)系，一般稱之為“外雜選”。自20世紀(jì)80年代起，我國(guó)相繼育成沈5003、鐵7922、U 8112、齊319、X 178、P 138、沈137、京724、M 54等優(yōu)良“外雜選”玉米自交系，相繼組配出許多優(yōu)良玉米品種，在玉米生產(chǎn)中發(fā)揮了重要作用。遼2386是以國(guó)外雜交種先玉335為基礎(chǔ)材料，連續(xù)選株自交6代而育成的“外雜選”玉米自交系，以其為母本組配的玉米雜交種遼單506通過(guò)遼寧省審定。近年來(lái)，以遼2386為基礎(chǔ)做了較多的改良工作，選育出遼2207等玉米自交系。本試驗(yàn)通過(guò)測(cè)定遼2386及其改良系主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量的配合力，為玉米種質(zhì)改良和品種組配提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗(yàn)以玉米自交系遼2386及其改良系遼2207、遼2061、遼2269和遼2888為母本，丹598、S 121、PH 4 CV、遼2169和遼2202等5個(gè)不同雜優(yōu)類(lèi)群的代表系為父本，按照 NCⅡ設(shè)計(jì)，于 2017年在沈陽(yáng)配制成25個(gè)雜交組合。供試玉米自交系系譜如表1。

表1 供試親本材料來(lái)源Table 1 Sources of parental materials

1.2 試驗(yàn)地概況

2018年，在遼寧省農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所沈北試驗(yàn)區(qū)開(kāi)展相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)區(qū)屬北溫帶大陸性季風(fēng)氣候，土壤土質(zhì)為薄腐酸性壤土，有機(jī)質(zhì)含量25.1 g·kg-1，全氮含量1.1 g·kg-1，速效磷含量24.1 mg·kg-1，速效鉀含量164 mg·kg-1。試驗(yàn)區(qū)前茬作物為玉米。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)種植，3次重復(fù)，4行區(qū)，小區(qū)面積12 m2，種植密度5.2萬(wàn)株·hm-2。田間管理同當(dāng)?shù)卮筇?，成熟后收中間兩行計(jì)產(chǎn)。分別調(diào)查各雜交組合的株高、穗位高、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、出籽率、產(chǎn)量等10個(gè)數(shù)量性狀。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

利用SPSS軟件，按性狀對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合方差分析，然后進(jìn)行配合力方差分析：估算一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)的效應(yīng)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 方差分析

對(duì)參試雜交組合的各數(shù)量性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析結(jié)果(見(jiàn)表2)表明，對(duì)于測(cè)定的10個(gè)數(shù)量性狀,其組合間差異均已達(dá)到極顯著水平，說(shuō)明不同組合間存在較為明顯的遺傳差異。配合力方差分析表明，除P 1組穗粗和穗行數(shù)之外，其他各性狀的一般配合力和特殊配合力方差均為顯著或極顯著水平，可進(jìn)一步開(kāi)展配合力分析。

表2 各性狀方差分析Table 2 Variance analysis of each trait

2.2 一般配合力相對(duì)效應(yīng)分析

一般配合力可以體現(xiàn)親本與其他親本的雜種后代在性狀上平均表現(xiàn)[6]。從表3可以看出，不同玉米自交系同一性狀和同一玉米自交系的不同性狀其一般配合力相對(duì)效應(yīng)值有很大差異。本試驗(yàn)選取的玉米自交系遼2386及其改良系均在不同性狀方面有各自的特點(diǎn)，也體現(xiàn)出針對(duì)玉米自交系遼2386的改良有所成效。

表3 親本各性狀一般配合力相對(duì)效應(yīng)值Table 3 Relative effect value of general combining ability of parental traits

例如，玉米自交系遼2386株高、穗位高的一般配合力相對(duì)效應(yīng)值分別達(dá)1.43、1.14，明顯高于其他被測(cè)系，表明改良系在植株株高和穗位高方面較遼2386均有所降低。改良系禿尖長(zhǎng)的一般配合力相對(duì)效應(yīng)值均低于遼2386，表明相關(guān)改良措施均改善了玉米自交系遼2386在果穗封頂性狀上的不足。玉米自交系遼2207、遼2269、遼2888在百粒重一般配合力相對(duì)效應(yīng)值方面均明顯高于遼2386，表明其改良措施在提升籽粒容重方面有所益處。所有被測(cè)系在出籽率一般配合力相對(duì)效應(yīng)值方面差異較小，表明其改良措施在提升出籽率方面收效不佳。遼2207和遼2888產(chǎn)量的一般配合力相對(duì)效應(yīng)值較高，分別為1.54、1.83，說(shuō)明利用這兩個(gè)玉米自交系更容易組配出高產(chǎn)的雜交種。玉米自交系丹598、S 121的產(chǎn)量一般配合力相對(duì)效應(yīng)值為負(fù)值，PH 4 CV、遼2169、遼2202等Lancaster類(lèi)玉米自交系的產(chǎn)量一般配合力相對(duì)效應(yīng)值為正值，表明玉米自交系遼2386及其改良系與Lancaster類(lèi)種質(zhì)有較好的雜種優(yōu)勢(shì)。

2.3 特殊配合力相對(duì)效應(yīng)分析

特殊配合力可以反映兩個(gè)自交系組配的雜交組合的性狀表現(xiàn)。由表4可以看出，不同雜交組合各性狀的特殊配合力存在很大差異。株高特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-6.73～5.35，效應(yīng)值最大的組合為遼2061×S 121，最小的組合為遼2207×遼2202；穗位高特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-5.38～3.29，效應(yīng)值最大的組合為遼2386 ×S 121，最小的組合為遼2207×遼2202；穗長(zhǎng)特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-3.24～3.04，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×PH 4 CV，最小的組合為遼2207×PH 4 CV；穗粗特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-4.66～3.38，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×S 121，最小的組合為遼2061×遼2202；禿尖長(zhǎng)特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-5.60～4.80，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×S 121，最小的組合為遼2888×遼2202；穗行數(shù)特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-4.73～6.18，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×丹598，最小的組合為遼2269×S 121；行粒數(shù)特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-3.76～4.11，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×丹598，最小的組合為遼2269×遼2202；百粒重特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-3.94～2.88，效應(yīng)值最大的組合為遼2269×遼2202，最小的組合為遼2269×S 121；出籽率特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-5.24～3.75，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×遼2202，最小的組合為遼2888×S 121；產(chǎn)量特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值變化區(qū)間為-6.11～7.76，效應(yīng)值最大的組合為遼2888×遼2202，最小的組合為遼2888×S 121。

表4 不同組合各性狀特殊配合力相對(duì)效應(yīng)值Table 4 Relative effect value of special combining ability of different combinations

2.4 總配合力效應(yīng)分析

由表5可以看出，總配合力效應(yīng)值排名前5位的雜交組合分別是遼2888×遼2202、遼2207×遼2202、遼2269×遼2202、遼2061×遼2169和遼2888×PH 4 CV?？偱浜狭π?yīng)值排名后5位的雜交組合分別是遼2269×丹598、遼2888×丹598、遼2888×S 121、遼2386×PH 4 CV和遼2386×遼2202。產(chǎn)量性狀的總配合力效應(yīng)值與實(shí)際測(cè)產(chǎn)結(jié)果較吻合，印證總配合力效應(yīng)值更適合相對(duì)準(zhǔn)確地預(yù)測(cè)雜交組合的實(shí)際表現(xiàn)[8]。

表5 不同組合產(chǎn)量性狀總配合力相對(duì)效應(yīng)值Table 5 Relative effect value of total combining ability of yield traits in different combinations

3 討 論

3.1 供試材料的配合力表現(xiàn)

玉米自交系是雜交種選育的遺傳基礎(chǔ)，評(píng)判自交系的育種價(jià)值除了看其產(chǎn)量、抗逆性和品質(zhì)表現(xiàn)外，更重要的是評(píng)價(jià)其配合力的高低[9]。單株產(chǎn)量一般配合力與部分產(chǎn)量構(gòu)成因子一般配合力有著極顯著的正相關(guān)關(guān)系[10]。周旭梅等[11]對(duì)27個(gè)歐洲玉米種質(zhì)改良系主要數(shù)量性狀遺傳相關(guān)和主成分分析表明，自交系性狀間存在著復(fù)雜密切的關(guān)系，穗行數(shù)、粒長(zhǎng)、粒寬占優(yōu)勢(shì)的自交系，單株產(chǎn)量較高；空稈率低的自交系，一般單株產(chǎn)量也高。本研究結(jié)果表明，產(chǎn)量一般配合力高的自交系遼2207、遼2888,其部分的產(chǎn)量構(gòu)成因子(穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和百粒重)的一般配合力也較高,是比較理想的改良自交系。利用上述兩個(gè)自交系組配的雜交組合遼2888×遼2202、遼2207×遼2202在產(chǎn)量特殊配合力方面有良好的表現(xiàn)，可進(jìn)一步試驗(yàn)評(píng)價(jià)其應(yīng)用價(jià)值。

3.2 玉米自交系遼2386改良成效

創(chuàng)造新種質(zhì)的最終目的是為育種實(shí)踐提供有用親本，因此，對(duì)新種質(zhì)的利用價(jià)值進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)具有重要意義，它可讓后續(xù)研究者清楚地了解新種質(zhì)各性狀的特征特性，進(jìn)而根據(jù)育種目標(biāo)確定新種質(zhì)的利用方向[12]。玉米自交系遼2386是從SS/NSS雜優(yōu)模式的雜交種先玉335中選育的，根據(jù)以往測(cè)配經(jīng)驗(yàn)，其偏向于SS種質(zhì)。為了進(jìn)一步提高遼2386在SS群內(nèi)的一般配合力，使其融入SS/NSS雜種優(yōu)勢(shì)利用模式，本試驗(yàn)選取SS類(lèi)種質(zhì)PH 6 WC、PHV 37對(duì)玉米自交系遼2386實(shí)施改良。改良效果初步實(shí)現(xiàn)初衷，改良系與SS類(lèi)種質(zhì)有較好的雜種優(yōu)勢(shì)，其產(chǎn)量一般配合力較玉米自交系遼2386均有不同程度的提升。應(yīng)用自交系遼2888與Lancaster類(lèi)種質(zhì)組配的玉米新品種遼單299通過(guò)遼寧省審定。持續(xù)開(kāi)展種質(zhì)循環(huán)改良，是擴(kuò)寬國(guó)內(nèi)種質(zhì)基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)種質(zhì)創(chuàng)新的關(guān)鍵。遺傳變異是玉米育種的基石，也是種質(zhì)改良過(guò)程中需特別關(guān)注的要點(diǎn)。玉米自交系遼2386及其改良系之間在諸多性狀上有著較大的遺傳變異，為創(chuàng)制玉米新品種提供了可能，這與蘭琴英等[13]的研究結(jié)果一致，原始自交系與改良系之間具有豐富的遺傳多樣性。

4 結(jié) 論

選用SS類(lèi)種質(zhì)對(duì)遼2386等偏向SS種質(zhì)的玉米自交系進(jìn)行種質(zhì)改良，可實(shí)現(xiàn)提升其在SS群內(nèi)的一般配合力，改良后代材料與Lancaster類(lèi)種質(zhì)有較好的雜種優(yōu)勢(shì)，容易融入SS/NSS雜種優(yōu)勢(shì)利用模式。上述種質(zhì)改良策略創(chuàng)制的育種材料具有較為豐富的遺傳變異，對(duì)玉米遺傳育種有一定的利用價(jià)值。