不同玉米雜交種產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的雜種優(yōu)勢分析

魏鋒，史大坤，衛(wèi)曉軼，馬毅，洪德峰，馬俊峰，王稼苜，鄭秋道

(新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453002)

雜交育種可以提高遺傳力，從而加速進化。利用雜種優(yōu)勢可以對玉米種質(zhì)進行遺傳改良和創(chuàng)新，并且可以提高玉米產(chǎn)量和改善籽粒品質(zhì)[1－3]。當(dāng)前，玉米的播種面積和產(chǎn)量均已超過水稻和小麥，已成為我國第一大糧食作物[4]。玉米是最早利用雜種優(yōu)勢的作物之一。玉米雜種優(yōu)勢的利用為我國玉米產(chǎn)量大幅度提高發(fā)揮了決定性作用[5]。而且，玉米是雜種優(yōu)勢表現(xiàn)最強的作物，中親優(yōu)勢率一般在35%～40%，因此雜種優(yōu)勢的利用是提高玉米產(chǎn)量的重要途徑之一[6]。

一般使用中親優(yōu)勢值和超親優(yōu)勢值來度量雜種優(yōu)勢[7]。群體平均優(yōu)勢和群體超親優(yōu)勢也可以反映基因效應(yīng)產(chǎn)生的雜種優(yōu)勢[8]。刁西洲等[9]利用混合線性加顯(AD)模型和MINQUE(1)法對玉米穗部性狀進行雜種優(yōu)勢分析，結(jié)果表明各性狀均檢測到極顯著的顯性效應(yīng)，容重和穗行數(shù)檢測到加性效應(yīng)和顯性效應(yīng)，百粒重、穗長、穗粗未檢測到加性效應(yīng)。進茜寧等[10]利用主基因＋多基因混合遺傳模型分析玉米籽粒油分含量的遺傳特性，結(jié)果顯示主基因＋多基因遺傳率均以F2代較高，玉米籽粒油分特性在F2代選擇時效率較高。姜敏等[11]對玉米穗部性狀配合力研究表明，穗粗、穗行數(shù)和百粒重主要以基因的加性效應(yīng)為主，穗粒重以非加性效應(yīng)為主，穗長、行粒數(shù)和虛尖受加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)的共同作用。

本研究利用5個新單系列雜交種及其雙親為材料，通過計算其F1雜種優(yōu)勢指數(shù)、相對雜種優(yōu)勢、中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢，對各雜交種的穗部、籽粒、產(chǎn)量和品質(zhì)等相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢進行分析，以期為自交系材料的育種應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料為新美09、新01A3、新美026、新69、新4095、新XF806、鄭58、昌7－2、PH6WC、PH4CV共10個玉米自交系及新單61(新美09×新01A3)、新單68(新美026×新69)、新單65(新美026×新4095)、新單58(新美09×新4095)、新單88(新XF806×新69)、鄭單958(鄭58×昌7－2)、先玉335(PH6WC×PH4CV)共7個玉米雜交種。其中，自交系新美09、新01A3、新美026、新69、新4095、新XF806和雜交種新單61、新單68、新單65、新單58、新單88均由新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育；鄭單958和先玉335做對照，兩者均為國內(nèi)生產(chǎn)上大面積推廣應(yīng)用的雜交種。各品種具體審定情況見表1。

表1 供試品種審定情況

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2021年在新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院輝縣試驗基地進行。供試材料于6月17日播種，6月21日出苗，10月10日收獲。隨機區(qū)組試驗設(shè)計，重復(fù)3次。行長4 m，行距0.6 m，4行區(qū)種植。種植密度為67 500株/hm2。管理措施同常規(guī)大田生產(chǎn)。

1.3 測定項目及方法

收獲后，每小區(qū)選取有代表性果穗10個，測定其穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗長、穗粗、軸粗、單穗重和水分、百粒重，并計算折合為14%水分的單穗粒重。脫粒后，選取有代表性籽粒10粒，測量粒長、粒寬和粒厚。

脫粒后每個供試樣品取干凈適量種子，采用Perten DA7250型近紅外谷物分析儀，測定籽粒的粗蛋白、粗淀粉、油分、氨基酸含量和容重。

F1各性狀的F1雜種優(yōu)勢指數(shù)、相對雜種優(yōu)勢、中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢，參照鐘源[12]、余學(xué)杰[13]等的方法進行計算，公式如下:

式中，F(xiàn)1為雜交種值，P為雙親均值，即P＝(P1＋P2)/2，P高為高親值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

試驗數(shù)據(jù)采用SPSS 17.0軟件進行處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 雜交種與雙親各個性狀的方差分析

對F1與雙親的穗部性狀、籽粒性狀、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀等進行方差分析，結(jié)果(表2)顯示，除新單61的穗行數(shù)，新單58的穗長，新單61、鄭單958、先玉335的粒寬，新單88的粒厚，新單58和先玉335的水分，新單68、新單88和先玉335的百粒重以外，其余雜交種與雙親的穗部和籽粒性狀之間差異均達到顯著或極顯著水平。各雜交種與雙親的品質(zhì)性狀之間差異多表現(xiàn)為不顯著。

表2 F1與雙親各性狀的方差分析

2.2 產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢分析

由表3可以看出，雜交種產(chǎn)量相關(guān)性狀的F1雜種優(yōu)勢指數(shù)介于67.9%～304.1%之間，變異系數(shù)為3.15%～12.95%；相對雜種優(yōu)勢介于(－47.3%)～67.1%之間，變異系數(shù)為3.32%～164.15%；中親優(yōu)勢介于(－32.1%)～204.1%之間，變異系數(shù)為9.43%～170.43%；超親優(yōu)勢介于(－33.1%)～163.0%之間，變異系數(shù)為11.65%～112.04%。其中，產(chǎn)量相關(guān)性狀中，粒寬、水分和百粒重的中親優(yōu)勢變異系數(shù)均相對較高，說明不同品種間的粒寬、水分和百粒重雜種優(yōu)勢的差異較大。行粒數(shù)、穗長、穗粗、粒長、單穗重和單穗粒重的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢均較高，說明雜交種行粒數(shù)、穗長、穗粗、粒長、單穗重和單穗粒重的雜種優(yōu)勢較強。穗行數(shù)、軸粗、粒寬、粒厚、水分和百粒重的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢較低，且粒寬、粒厚、水分和百粒重多數(shù)為負(fù)向雜種優(yōu)勢，說明穗行數(shù)、軸粗、粒寬、粒厚、水分和百粒重的雜種優(yōu)勢不明顯。

表3 F1產(chǎn)量相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢

表3(續(xù))

2.3 品質(zhì)相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢分析

從品質(zhì)相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢分析結(jié)果(表4)可以看出，各品種粗蛋白、油分、粗淀粉、氨基酸、容重的F1雜種優(yōu)勢指數(shù)介于78.8%～134.0%之間，變異系數(shù)為0.97%～15.66%；相對雜種優(yōu)勢介于(－26.9%)～25.3%之間，變異系數(shù)為57.73%～147.33%；中親優(yōu)勢介于(－21.2%)～34.0%之間，變異系數(shù)為55.8%～141.90%；超親優(yōu)勢介于(－36.3%)～13.2%之間，變異系數(shù)為37.13%～138.30%。油分、氨基酸相對雜種優(yōu)勢和中親優(yōu)勢的變異系數(shù)偏高，說明不同品種間油分和氨基酸的雜種優(yōu)勢存在較大差異。粗蛋白、油分、粗淀粉、氨基酸、容重的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢均相對較低，且粗蛋白和油分多表現(xiàn)為負(fù)向雜種優(yōu)勢，說明雜交種品質(zhì)相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢不明顯。

表4 F1品質(zhì)相關(guān)性狀的雜種優(yōu)勢

2.4 雜交種產(chǎn)量和品質(zhì)性狀的相關(guān)性分析

對雜交種穗部、籽粒、產(chǎn)量共12個相關(guān)性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果(表5)顯示，穗行數(shù)與行粒數(shù)呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.799；穗粗與軸粗之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.970；行粒數(shù)與粒厚間呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.762；穗長與粒厚、單穗重間均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.778和0.833；單穗粒重與穗長、粒長間均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.764和0.858；單穗粒重與單穗重之間呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.955；百粒重與穗長、粒厚間均呈極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.891和0.951；百粒重與單穗重、單穗粒重間均呈顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.798和0.797。

表5 產(chǎn)量相關(guān)性狀的相關(guān)性分析

對雜交種品質(zhì)相關(guān)性狀進行相關(guān)性分析，結(jié)果(表6)顯示，粗蛋白與粗淀粉間呈極顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.914；粗淀粉與容重間呈顯著負(fù)相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為－0.787；其余性狀之間相關(guān)性均不顯著。

表6 品質(zhì)相關(guān)性狀的相關(guān)性分析

3 討論與結(jié)論

關(guān)于玉米雜種優(yōu)勢的相關(guān)研究，前人已有很多報道。張前進等[14]對12份玉米種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀的配合力及雜種優(yōu)勢進行分析，結(jié)果表明玉米的雜種優(yōu)勢使不同組合間產(chǎn)量性狀的差異減小，雜種優(yōu)勢對提高玉米產(chǎn)量具有重要的促進作用。侯有良等[15]對11個玉米雜交組合的穗部性狀及產(chǎn)量進行雜種優(yōu)勢分析，結(jié)果顯示，穗粒重和穗重的雜種優(yōu)勢最大，其次為穗粒數(shù)和千粒重，穗行數(shù)的雜種優(yōu)勢最小。王永學(xué)等[16]利用20個玉米雜交組合為材料，對其穗部性狀進行雜種優(yōu)勢分析，認(rèn)為:除穗行數(shù)的超親優(yōu)勢外，組合間各個穗部性狀的中親優(yōu)勢與超親優(yōu)勢均存在極顯著差異，另外，以中親值預(yù)測F1的雜種優(yōu)勢是有效的。本研究通過對5個新單系列雜交種的穗部性狀、籽粒性狀、產(chǎn)量性狀、品質(zhì)相關(guān)性狀等進行雜種優(yōu)勢分析，結(jié)果顯示，雜交種的行粒數(shù)、穗長、穗粗、粒長、單穗重和單穗粒重均具有較強的雜種優(yōu)勢。所以，在玉米自交系選育過程中，應(yīng)加強對其雜種優(yōu)勢較強性狀的選擇，這有助于選育出產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)的玉米新品種。

品種間粒寬、水分、百粒重、油分和氨基酸的雜種優(yōu)勢存在較大差異。其中，鄭單958粒寬、水分和油分的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢均高于其余品種，先玉335百粒重的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢均高于其它品種，新單68氨基酸的中親優(yōu)勢和超親優(yōu)勢也均高于其余品種，說明這些雜交種雙親之間在粒寬、水分、百粒重、油分和氨基酸性狀上雜種優(yōu)勢更強。