配子選擇法對玉米自交系QB506的遺傳改良效果

陳建軍，陳澤輝，郭向陽，王安貴，祝云芳，蘭琴英，王安康，劉鵬飛

(1.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省旱糧研究所，貴州 貴陽 550006；3.德江縣農牧科技局種子管理站，貴州 德江 565200)

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配子選擇法對玉米自交系QB506的遺傳改良效果

陳建軍1,2，陳澤輝2*，郭向陽2，王安貴2，祝云芳2，蘭琴英1,2，王安康3，劉鵬飛2

(1.貴州大學 農學院，貴州 貴陽 550025；2.貴州省旱糧研究所，貴州 貴陽 550006；3.德江縣農牧科技局種子管理站，貴州 德江 565200)

為選育出抗逆性強及配合力高的玉米改良系，以4個優良玉米雜交種和優良玉米自交系PH6WC為供體分別改良優良玉米新品種金玉506的母本QB506，選育出一批優異的自交系?；谔镩g試驗統計和SSR分子標記的遺傳多樣性分析5個供體對玉米自交系QR273改良效應。結果表明：產量高于對照金玉506(QB506×QR273)10 %的測交組合為供體PH6WC、黔興201和順單6號所改良系組配的組合，改良效果明顯。從146對引物中篩選出清晰穩定的引物42對，對32份供試材料同源性位點擴增，共檢測到243個等位基因變異，每個點檢測到等位基因數2～9個，平均5.8個，。每個位點的多態性信息量為0.2122～0.8836，平均為0.6883。供試自交系劃為4個類群：第Ⅰ類群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478，為Reid種質群；第Ⅱ類群為YA8201、Mo17、黃早四和18599；第Ⅲ類群丹340為旅大紅骨群；第Ⅳ類群為QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32為Suwan類群。在選準供體的基礎上改良玉米自交系，可提高育種效率。

玉米；供體；自交系；SSR標記；改良效果

目前，我國玉米種質資源狹窄，優質、抗逆、高配合力和適應性廣的新種質嚴重匱乏，造成選育豐產、高效的突破性品種困難加大，同時，遺傳基礎狹窄加大了遺傳的脆弱性，解決這一問題的關鍵是對種質資源進行擴增、改良和創新[1]。溫帶種質早熟性對外來的熱帶種質晚熟性表現為顯性或部分顯性一致，分析熱帶、亞熱帶自交系與中國溫帶玉米種質雜交種，總結溫熱組合在溫帶地區生長的特點，指出溫熱組合有一定的增產潛力，溫帶材料對雜交種的不同性狀有一定的調節作用[2]。玉米自交系QB506是貴州省旱糧研究所2005年以國內優良玉米雜交種遼丹933通過多代自交分離，于2008年選育而成，2012年以QB506和QR273審定國審玉米新品種金玉506。該系具有一般配合力高、抗逆性強、品質優和熟期適中等特點。但QB506存在籽粒含水量偏高、出籽率低等缺點。配子選擇法是一種目的性較強、效果明顯的自交系改良方法[3]。為了改良QB506自身缺點并探討不同供體對其遺傳改良的效果。貴州省旱糧所選擇具有Reid血緣且與QB506互補的優良雜交種(自交系)作為供體材料對其改良，經過7代自交、測交選育得到一批性狀優良的QB506改良系，為QB506的利用提供一定的理論和實踐依據。

表1 SSR分子試驗材料名稱及來源

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2009年春，貴州省旱糧研究所將優良雜交種鄂玉10號、黔興201、雅玉889、順單6號和自交系PH6WC作供體，分別導入優良自交系QB506(受體)，通過自交、測交法選擇，經4年南繁北育，選458份穩定的QB506改良系，從中篩選9個改良系作為母試驗材料。從458份QB506改良系中選擇19份；另外用QB506、QR273、PH6WC、T32、QB572、QB576和QB48及6份代表不同類群的國內骨干自交系YA8201、Mo17、掖478、丹340、黃早四和18599，共32份玉米自交系作SSR分子試驗材料，各材料的遺傳背景見表1。

1.2 試驗方法與設計

2009年春在貴州貴陽用供體與QB506雜交，當年冬天在海南三亞崖城用F1植株自交，同時用F1和QB506的花粉與測驗種測交。2010年春在貴陽用測交種進行重復產量比較試驗，根據結果找出測驗組合產量高于QB506與測驗種的雜交組合，再找出該F1植株自交果穗種成穗行，繼續自交選擇，按系譜法選出穩定自交系。

2013年冬，在海南三亞崖城用QR273作父本，QB506和9個改良系(表2)分別作母本，組配10個雜交組合，收獲種子；2014春，分別在貴州貴陽、貴州德江和云南羅平進行雜交組合的田間鑒定，田間組合鑒定采用隨機區組設計，以金玉506(QB506×QR273)為對照(CK)，2行區，3次重復，行長3 m，行距70 m，株距0.25 m，每行12株，小區面積4.9 m2。

1.3 序列來源及SSR分子標記

玉米SSR引物序列信息來自MaizeGDB (http://www.maizegdb.org)，選擇均勻覆蓋玉米全基因組的146對玉米SSR引物，引物由上海生物工程公司(Sangon)合成。用從146對引物中篩選清晰穩定的引物42對，對32份供試自交系進行同源性位點擴增。應用UPGMA對32份玉米自交系的SSR分子標記結果的原始矩陣進行聚類分析和主坐標分析。

表2 QB506改良系名稱

表3 雜交組合10個農藝性狀及測定方法

1.4 農藝性狀調查與測定方法

田間調查和室內考種以小區為單位，雜交組合的田間農藝性狀，共調查了10個農藝性狀(表3)。

1.5 數據處理

按照UPGMA方法對各材料進行聚類分析和主坐標分析，數據處理由NTSYS-pc2.10e軟件完成；采用Excel 2007和DPS7.05數據分析軟件進行輸入和統計分析。

圖1 32份玉米自交系的UPGMA聚類圖Fig.1 UPGMA clustering chart of 32 maize inbred lines

圖2 32份自交系主坐標的二維圖Fig.2 Principal coordinates analysis of 32 maize inbred lines-2D

2 結果與分析

2.1 QB506改良系的遺傳多樣性

2.1.1 SSR標記的擴增 供試材料具有不同的SSR帶型，多態性檢出率較高。42對引物分布于玉米的10條染色體上，共檢測到243個等位基因變異，每個點檢測到等位基因數2～9個，平均5.8個。每個位點的多態性信息量(polymorphism information content，簡稱PIC值)為0.2122～0.8836，平均為0.6883。QB506與其改良系間的GD變幅為0.1344～0.3661，平均0.2388。其中，與QB1495 的GD最小為0.1344，與QB2380間的GD最大為0.3661。QB506與用PH6WC導入QB506的改良系間的GD均大于其他供體導入的QB506的改良系。說明，PH6WC與QB506間的親緣關系比其他供體較遠。QB506改良系之間的GD為0.0716～0.5089，平均0.3186。其中，GD最小的是QB1636與QB2115間，為0.1203；最大的是QB1636與QB2380間的GD為0.5089。

2.1.2 聚類圖 根據42個SSR標記分析數據，以0.65為閾值，供試自交系被劃為4個類群：第Ⅰ類群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478；第Ⅱ類群為YA8201、Mo17、黃早四和18599；第Ⅲ類群丹340為旅大紅骨群；第Ⅳ類群為QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32為Suwan類群。

2.1.3 主坐標 由圖2可見，QB1579劃歸為QB506改良系一類；共劃分成4個類群，這與UPGMA圖差別較小。

2.2 組合的農藝性狀及對照優勢

2.2.1 改良系與原系的組合性狀均值方差 由表4可見，試點內區組間的方差分析除小區產量、穗長、穗行數、行粒數和禿尖長無顯著差異，其他性狀均達顯著或極顯著水平。組合間的方差分析，小區產量和百粒重未達顯著水平，其他性狀均達到極顯著水平，即各組合間性狀差異明顯，說明組合間存在真實的遺傳差異。試點間方差分析，小區產量不顯著，禿尖長達顯著水平，其他性狀均達到極顯著水平。在組合×地點互作方差分析中所有性狀均未達顯著水平，表明QB506及其改良系和QR273的測交組合的株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數、行粒數、禿尖長、出籽率、百粒重和小區產量等表現不僅有基因型效應，而且受生態條件和氣候條件等環境因素的影響。

表4 各雜交組合10個農藝性狀的方差

注：*和**分別表示在0.05和0.01水平顯著。表中的數值為MS值。

Note：* and ** indicated the significance at 0.05 and 0.01 levels, respectively. Data in the table were MS values.

表5 雜交組合小區產量對照優勢

2.2.2 組合產量的對照優勢 對照優勢指某參數超過對照的百分數，由表5可見，該值>15 %的測交組合為QB1579×QR273；其次，>10 %為QB1540、QB2383和QB2398所配組合；進一步表明改良系QB2383和QB2398來源于同一供體PH6WC；QB1579來源于供體黔興201；QB1540來源于供體順單6號；說明供體PH6WC、黔興201和順單6號對玉米自交系QB506改良效果較好。

3 結論與討論

對現有玉米自交系的改良是提高自交系水平的重要途徑之一[4]。對育種而言，衡量自交系改良成功與否的關鍵是評價其改良后組合在產量以及抗逆性方面是否有所提高。供體與受體的性狀具有明顯的差異性和互補性，能克服其受體的缺點。供體必需具備2個基本條件：第一，具備明顯的、可以彌補被改良系某些缺點的優良性狀；第二，具有較高配合力，較多的優良性狀無嚴重且難以克服的缺點[5-6]。鄂玉10 號、黔興201、雅玉889和順單6號具有適應性廣、抗逆性強、豐產性好和出籽率高等優點，PH6WC具有果穗子粒脫水快、出籽率高、子粒容重高和一般配合力高等突出的優點。本研究利用這些供體的優點來克服QB506的不足，進而達到改良QB506的目的。

不同供體對QB506農藝性狀及測交組合效應存在較大差異，組合QB1579×QB273增產15.89 %；組合QB1540×QB273增產12.53 %；QB2383和QB2398組配組合分別增產10.98 %和10.58 %。綜合分析結果顯示供體PH6WC、黔興201和順單6號對玉米自交系QB506改良效果較好。說明，供體材料背景不同，其改良效果存在一定的差異，這與前人的研究結果較為一致。因此，用配子選擇法改良玉米自交系時，可利用多個遺傳背景不同的優良雜交種或自交系作為供體。

綜合上述，不同供體對親本的改良效果存在顯著的差異。因此，利用配子選擇法改良現有玉米自交系,供體的選擇至關重要。然而，在實際育種工作中，優良配子所攜帶的染色體，經過雜交、自交和選擇，必然發生重組和分離，不可能完全按原有的純合狀態保存下來[3]。因此，配子選擇法在理論和實踐上都存在一定的缺陷，同時育種程序繁瑣。

不同供體對QB506農藝性狀及測交組合效應存在較大差異，同一供體改良得到的改良系組配的雜交種差異較大。改良系QB2383和QB2398來源于同一供體PH6WC；QB1579來源于供體黔興201；QB1540來源于供體順單6號。說明供體PH6WC、黔興201和順單6號對玉米自交系QB506改良效果較好，綜合考慮基礎材料優缺點是改良材料的重要因素之一。

SSR分子標記在一定程度上揭示不同供體與受體之間的遺傳差異，不同供體所改良系劃分為不同的亞群。通過UPGMA和主坐標分析，將供試自交系被劃為3個類群：第Ⅰ類群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478，為偏Reid種質群；第Ⅱ類群包括YA8201、Mo17、黃早四和18599；第Ⅲ類丹340為旅大紅骨群；第Ⅳ類群包括QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32為Suwan類群。不同供體與受體之間遺傳差異明顯，相同供體不同改良系之間遺傳差異存在不規則差異性，進一步說明Reid種質群遺傳變異豐富；同時，與人工自交和環境選擇緊密相關。參考文獻：

[1]蘇義臣, 蘇桂華, 金明華. CIMMYT熱帶玉米種質在溫帶地區的改良利用[J]. 河南農業科學, 2013,42(7):14-18.

[2] 陳彥惠, 王利明, 戴景瑞. 熱帶、亞熱帶自交系與中國溫帶玉米種質雜交種的研究[J]. 中國農業大學學報, 2000,5(1):50-57.

[3] 陳澤輝. 貴州玉米育種[M]. 貴陽:貴州科技出版社, 2011.

[4] 喬善寶, 王玉花, 楊克誠, 等. 不同供體及不同回交次數對玉米自交系R08的改良效應[J]. 作物學報, 2009,35(12):2187-2196.

[5] 潘家駒. 作物育種學總論[M]. 北京：中國農業出版社, 1994:68-74, 91, 161.

[6] 榮廷昭, 李晚忱, 楊克誠, 等. 西南生態區玉米育種[M]. 北京:中國農業出版社,2003.

[7] 胡 興, 陳澤輝, 郭向陽, 等. 優良玉米自交系QR273改良系的遺傳特征特性及其改良效果[J]. 貴州農業科學, 2014,42(2):35-38.

[8] 陳澤輝. 貴州玉米自交系雜交種的選育分析[J]. 貴州農業科學, 2007, 35(3):122-127.

(責任編輯 劉忠麗)

Genetic Improvement Effects of Maize Inbred Line QB506 by Gamete Selection Method

CHEN Jian-jun1,2, CHEN Ze-hui2*, GUO Xiang-yang2, WANG An-gui2, ZHU Yun-fang2, LAN Qin-ying1,2, WANG An-kang3, LIU Peng-fei2

(1.Guizhou Institute of Upland Crops, Guizhou Guiyang 550006,China; 2.Institute of Modern Chinese Medicinal Materials, Guizhou Guiyang 550006,China; 3.Seed Control Station, Dejiang Science and Technology Bureau of Agriculture and Animal Husbandry, Guizhou Dejiang 565200, China)

In order to breed a batch of new excellent maize inbred lines, four fine hybrids and inbred line PH6WC were used to improve the female parent QB506 of new variety Jinyu 506. The authors analyzed the improve effects of the five donors on inbred line QR273 by the methods of field experiment and statistics and SSR marker. Results: Yields of those combinations ameliorated by PH6WC, Qianxin 201 and Shundan 6 were 10 % higher than the control Jinyu506(QB506×QR273), it is an obvious improvement. According to SSR marker, 42 pairs distinct and stable primers were chosen from 146 to amplify homologous loci of 32 test materials. There were many variations detected on 243 alleles, on average, 5.8 alleles each locus, ranging from 2 to 9. The polymorphism information content amplitude of variation of all locus was from 0.2122 to 0.8836, the average was 0.6883. Based on UPGMA and principal coordinate analysis, all of the tested inbred lines were divided into four groups: The first group was Reid germplasm, including QB506 and its improved lines, PH6WC, Ye478. The second group was composed of YA8201, Mo17, Huangzaosi and 18599. Qundan 340 constituted the third Lvdahonggu germplasm group. The last group was Suwan germplasm, consisting of QR273, QB48, QB2164, QB572, QB576 and T32. There was a great way to enhance breeding efficiency by improving maize inbred lines based on correct tested materials.

Maize；Tested materials；Inbred lines；SSR marker；Improvement effect

1001-4829(2016)08-1776-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.004

2015-12-30

貴州省科技廳農業攻關項目“優良熱帶玉米Suwan群體遺傳潛勢及種質改良創新研究”[黔科合NZ(2013)3004]；貴州省農業科學院自主創新專項“貴州玉米育種核心種質的改良與創制”[黔農科院自主創新科研專項字(2014)006]；貴州省農業科學院創新基金項目“玉米籽粒大小QTL初步定位”[黔農科合(創新基金)2011017]

陳建軍(1988-)，男，在讀碩士，研究方向：遺傳育種，E-mail:913580104@qq.com， *為通訊作者。

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