控制玉米穗軸直徑的基因遺傳研究

摘要：以玉米（Zea mays L.）自交系M54和D34組成的六世代群體為材料，測量不同世代群體內穗軸直徑。利用蓋鈞鎰六世代聯合分析法，研究控制玉米穗軸粗細的基因遺傳分離規律。結果表明，次數分布中F2群體類似于偏正態分布，B1群體呈多峰分布，其中有兩條主峰較為明顯，B2群體主要呈多峰分布，其中一條主峰非常明顯。通過群體AIC值進行適合性檢驗，該性狀符合1對加-顯主基因+加-顯-上位性多基因遺傳D模，主基因遺傳率介于62.2%～69.3%之間，多基因遺傳率介于20.8%～23.9%之間，主基因效應大于多基因效應，且以加性效應為主，該性狀具有較高的育種值。

關鍵詞：玉米（Zea mays L.）；穗軸；直徑；遺傳

中圖分類號：S513；S333.4 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）22-5751-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.22.006

Genetic Study on Maize Cob Diameter

WANG Liang， FENG Guang， LI Yan-yan， LIU Jun

（Dandong Academy of Agricultural Sciences/Liaoning Danyu Seed Science and Technology Co.， Ltd.， Fengcheng 118109，Liaoning， China）

Abstract： Six generations of maize inbred line M54 and D34 as the research materials were used to measure the cob diameter in the study. P1、P2、F1、F2、BC1 and BC2 of GAI Junyi genetic model were used to study the inheritance of maize cob diameter. The results showed that frequency distribution in F2 population was similar to the skewed normal distribution. B1 group assumed the multi-peak distribution with two main evident. B2 group distributed multimodal， and one of the main peak was very obvious. It fitted the D model of a pair of additive-dominance-epitasis major gene plus additive-dominance-epitasis polygene through the group AIC value fit test. The major gene heritability was between 62.2% and 69.3%， and the polygene heritability was between 20.8% and 23.9%. The main genetic effects were more than polygenic effects， and the additive effect was dominated. This character had high breeding value.

Key words： maize（Zea mays L.）； cob； diameter； genetic

2015年是中國玉米（Zea mays L.）生產和育種轉型重要之年，全國農技推廣中心在東華北和黃淮海等全國玉米主要產區試行推廣機械化子粒收獲，有效降低了玉米生產成本。單從品種角度考量適宜機械粒收問題，對玉米品種本身提出了很多苛刻的條件，要求降低株高、穗位整齊、增加密度、增強抗倒性、熟期提早、果穗苞葉松散、品質優良、子粒降水快等，其中收獲期果穗子粒低于25%的水分是非常重要的條件之一。這就要求子粒具有良好的后熟特性和脫水速率，從果穗本身特性來看，穗軸粗細是影響子粒降水的關鍵條件，傳統的稀植大穗型品種為了追求很高的單株產量，必要的增加穗行數，在很大程度上是通過增加穗軸粗來實現的，但目前來看，穗軸較粗、穗行數在16行以上的諸多品種未來很難適應機械化收獲的需要。本研究針對將來玉米適宜機械化子粒收獲品種的特點，從穗軸直徑角度研究基因遺傳分離規律，期望通過降低軸粗來更好地降低子粒收獲水分。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗以玉米自交系M54和D34及由它們組配的F1、F2、B1和B2群體為材料。試材分別由登海良玉種業有限公司和遼寧丹玉種業科技股份有限公司提供，2014年在丹東繁殖P1和P2并組配F1種子，同年冬季在海南三亞自交和回交組建F2、B1和B2群體種子，試驗于2015年夏在丹東農業科學院良種選育基地進行，不分離世代P1、P2和F1群體各播種2行，每個群體30株，分離世代B1、B2和F2分別播種20行，每個群體300株。小區行長4 m，行距0.6 m，每行15株，種植密度60 000株/hm-2。收獲后對每個群體果穗進行收獲脫粒，利用卡尺測量每個果穗直徑。

1.2 分析方法

利用南京農業大學蓋鈞鎰原始設計的六世代聯合數量性狀分離分析方法對數據結果進行處理分析[1]，在一定范圍內篩選適宜的遺傳模型。再通過極大似然法從模型的對數極大似然函數中估計出相應各世代、各成分分布的平均數、方差及該成分分布所占比例等參數及相應的似然函數值；計算AIC（Akaike′s information criterion）值，根據AIC值進行適合性檢驗，選出最優遺傳模型。利用最小二乘法估計主基因和多基因的遺傳參數、方差和效應值[2]。

2 結果與分析

2.1 穩定群體穗軸直徑的平均值

對P1、P2和F1群體穗軸直徑測量得知，M54（P1）的平均值為2.58 cm，D34（P2）的平均值為4.29 cm，兩系的穗軸直徑數值差異很大，說明利用它們為試材創建遺傳群體具有代表性。M54×D34（F1）的平均值為3.35 cm，穗軸直徑大小介于兩個親本之間。

2.2 分離群體穗軸直徑的次數分布

從圖1可以看出，F2群體穗軸直徑數值頻率次數分布主要呈類似于偏正態分布；B1群體主要呈多峰分布，其中有兩條主峰較為明顯；B2群體主要呈多峰分布，其中一條主峰非常明顯，這條主峰類似于正態分布?？梢宰C明控制玉米穗軸直徑性狀為存在主基因控制的數量遺傳，從多峰分布的存在也說明存在多基因的影響。

2.3 最優遺傳模型的選擇與適合性檢驗

根據蓋鈞鎰六世代聯合分析法分析原則，最優遺傳模型應該從AIC較小的理論模型中選出。同時有幾個模型AIC較小且差異不大時，通過適合性檢驗，選擇參數顯著差異最少的模型為最優模型[3]。從表1各模型的AIC值可以看出，D和C兩類模型的 AIC值相對A和B類模型較小，其中D（713.6）、C（770.6）和C-1（779.0）三種模型的AIC值位列后三位，最優模型應該從三者之中選出。

U2適合性檢驗（表2）結果可以得出，D模型中有P1U32和F1U32 2個統計量達到顯著差異，說明有2個適合性檢的驗統計量描述D模型與分離世代群體的分布不同；同理C模型中有3個達到顯著差異，C-1模型中11個達到顯著差異，根據六世代聯合分析原則，選擇參數顯著差異最少而且AIC值小的模型為最優模型，所以D模型應為最優模型。以上數據證明玉米穗軸粗細性狀遺傳符合一對加-顯主基因+加-顯-上位性多基因遺傳D模型。

2.4 最優模型的一階和二階遺傳參數估計

六世代聯合分析計算出D模型成分分布參數m1=2.58，m2=3.22，m3=4.293 5，m41=2.95，m42=2.97，m51=3.91，m52=3.92，m61=2.98，m62=3.65，m63=3.82。利用最小二乘法，根據成分分布參數計算出該模型的一階、二階遺傳參數估計值。從表3中可以得出，控制玉米穗軸直徑大小的主基因加性效應值為3.43，主基因顯性效應值為0.66，主基因加性效應大于顯性效應；多基因的加性效應值為1.78，顯性效應值0.24，同樣也是加性效應較高；證明控制該性狀的基因加性效應占主導地位。多基因之間的加性互作效應值為1.97，加顯性互作效應值為0.91，顯性互作效應值為0.36，加性互作效應在上位性方面起主導作用。

從表4可以看出，玉米穗軸直徑主基因遺傳率較高，在B1、B2和F2三個后代群體表現略有差異，在B2群體中最高到達69.32%，在F2群體中最低為62.17%，整體上介于在62.17%～69.32%之間。多基因遺傳率較低，在B1群體中最高為23.88%，在B2和F2群體中分別為20.78%和20.84%，介于20.78%～23.88%之間。由此說明主基因在遺傳上起到主要作用，在不同的環境條件下抓住主基因的遺傳規律是該性狀篩選和淘汰的關鍵所在。

3 結論與討論

玉米產量主要由單位面積株數、每株穗數、每穗粒數和百粒重等基本要素構成，試驗研究表明玉米果穗粗與單穗粒數具有極顯著相關性，與穗軸粗也具有極顯著相關性，所以增加穗軸粗對提高單個果穗粒數具有很大的促進作用。本試驗參考了前人在玉米穗長、穗粗、穗行數、株高、葉向值、葉片持綠性、子粒長度、莖稈抗倒性及子粒病害等數量遺傳的研究方法[4-12]。通過本試驗研究認為，玉米穗軸直徑性狀屬數量性狀遺傳，且由一對加-顯主基因+加-顯-上位性多基因控制，主基因遺傳率較高，在62.17%%～69.32%之間，多基因遺傳率低于主基因，在20.78%～23.88%之間。這一結果與張懷勝等[4]和譚巍巍等[13]的研究結論相近，與李靜等[7]的研究結果在主基因數量上存在一定差異，這可能與試驗材料選擇和試驗環境條件差異具有一定關系，但試驗的共同點是在控制玉米穗軸直徑的遺傳性狀方面具有主基因的存在和多基因的共同作用。而且本試驗從加顯上位性研究結果來看，不論是主基因還是多基因加性效應明顯大于顯性效應，說明該性狀等位基因的育種值較高，在后代遺傳過程中具有良好的累加效應，有利于育種者通過表型直觀來選擇和淘汰，并且可以根據育種需要在早代組建適宜穗軸粗細這樣育種目標的基礎試材。

傳統的玉米育種通常追求較高的單株果穗產量，往往忽視通過群體來增產的途徑，所以造成目前很多國內玉米資源和品系穗行數較多，果穗和穗軸均較粗，這種品種特性在傳統的以個體農戶為單位的玉米生產時期是能夠適應的，但推廣機械化粒收的時代馬上就要到來，如何能夠選擇穗軸粗細適宜子粒降水快的品種是未來主流的發展方向。建議廣大育種者根據玉米生產和發展的需要適時轉變育種思路和方法，創建適宜的種質資源，也希望本試驗對玉米穗軸直徑遺傳特性的研究結果能夠給廣大育種者提供一些有價值的參考意見。

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