超甜玉米可溶性糖含量配合力分析

姚文華，張幫洪，尹興福，張培高，黃云霄,2*

(1.云南省農業科學院糧食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201)

【研究意義】甜玉米是因一個或幾個突變基因存在，使得籽粒淀粉的合成途徑受阻，從而使果糖、蔗糖和還原糖等可溶性糖類在玉米籽粒中大量積累的一類特用玉米，根據所攜帶的控制基因不同，可分為普通甜玉米、超甜玉米、加強甜玉米遺傳類型。超甜玉米(sh2基因型)由于其乳熟期籽粒中富含蔗糖、果糖等可溶性糖，具有甜度高、食味佳、口感好、風味獨特、耐儲運等特點，深受消費者喜愛，是當前市場上最主要的一類甜玉米類型[1-3]。甜玉米育種者根據市場發展的需求，育種目標由原來的高產轉變為品質和產量并重，特定情況下品質已經提高到比產量更重要的指標。【前人研究進展】選擇合理的親本是配制優良雜交組合成敗的關鍵，選擇親本的關鍵在于兩個自交系之間配合力的高低。近年來科研院所對超甜玉米育種和栽培技術做了大量研究，而對超甜玉米可溶性糖含量的遺傳特性研究較少，導致超甜玉米品質育種進展緩慢。王曉明等[4]、胡新洲等[5]對超甜玉米果糖含量性狀的配合力及其遺傳特性進行了研究，王鴻升[6]等對超甜玉米蔗糖含量性狀的配合力及其遺傳特性做了分析。【本研究切入點】超甜玉米的甜度指標包括了還原糖、多糖、二價糖和單糖，研究一種糖分含量并不能代表其甜度情況。本研究通過蒽酮比色法測定不同遺傳背景的超甜玉米自交系親本及其雜交組合F1中的可溶性糖含量，利用Griffing Ⅱ雙列雜交和統計學的方法分析其配合力效應及其遺傳參數。【擬解決的關鍵問題】研究超甜玉米自交系可溶性糖含量這一關鍵農藝性狀的配合力及相關遺傳參數，為超甜玉米品質育種提供科學的理論依據。

表1 供試親本自交系及其來源

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗以云南省農業科學院糧食作物研究所玉米遺傳育種課題組選育的5個超甜玉米自交系為試驗材料。根據Griffing Ⅱ雙列雜交方法組配雜交組合，共15份材料(5份親本自交系和10份正交雜交組合F1，表1～2)。

1.2 田間試驗設計

田間試驗在昆明市嵩明縣云南省農科院糧食作物研究所玉米育種基地進行。2016年4月播種，15份材料等行距種植，每份材料種植2 行，行間距0.8 m，行長4 m，株距0.25 m，設3次重復；授粉期嚴格套袋自交，授粉后25～30 d采摘鮮果穗，測定可溶性糖含量。

1.3 可溶性糖含量測定

1.3.1 樣品準備 授粉后第25～30天，每份材料隨機采收2～3個套袋自交果穗，每一果穗剝取穗中部20～30 顆籽粒作為測定樣本。

1.3.2 制作標準曲線 配置0.2 mg/mL葡萄糖標準液，分別稀釋成不同濃度的葡萄糖溶液0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 mg/mL。各取2 mL，加入蒽酮試劑0.5 mL，冷水浴中加入濃硫酸5 mL，搖勻，迅速將其放入水浴鍋中。按照王鴻升等[7]優化的水浴時間和溫度進行水浴，取出后立即用流動水冷卻至室溫，在620 nm 處測定其吸光度。以糖含量為橫坐標，吸光度為縱坐標，繪制標準曲線，求出標準直線方程[7]。

1.3.3 樣品的測定 剝取10 g甜玉米鮮籽粒研磨成漿，注入10 mL 蒸餾水，搖勻離心10 min(10 000 r/min)，取出上清液；再次向離心管剩余的固體中注入10 mL 蒸餾水，并離心10 min(10 000 r/min)，取上清液；將兩次上清液合并，移至250 mL 容量瓶中定容，制成甜玉米可溶性糖提取液。取可溶性糖提取液2 mL 于試管中，按照制作標準曲線的步驟測定吸光度。由標準線性方程求出可溶性糖濃度，計算公式如下：

G=C×V×N/W

式中，G——測定樣品的糖含量，mg/g；C——根據標準曲線所得的糖提取液濃度，mg/mL；V——可溶性糖提取液體積，mL；N——稀釋倍數；W——樣品質量，g。

1.4 數據處理

按照文獻[8-14]介紹的計算方法，采用軟件Microsoft Excel 2007對數據進行初步整理并計算，應用DPS 9.1版軟件中的雙列雜交Ⅱ程序(親本及一組F1材料Griffing 配合力分析)計算一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)和其它遺傳參數值。

2 結果與分析

2.1 可溶性糖含量方差分析

為了確定處理和區組間的表現型差異是否由遺傳因素造成的，對15個雜交組合的可溶性糖含量進行隨機區組方差分析(表3)。

表2 各組合可溶性糖含量

表3 各組合可溶性糖含量方差分析

由表3可知，P= 0.0001<0.01超甜玉米可溶性糖含量性狀在雜交F1代的差異達到極顯著水平，表明超甜玉米雜交F1代的可溶性糖含量存在極顯著差異，該性狀受不同基因型控制，有必要進一步做可溶性糖含量的配合力分析。

2.2 配合力方差分析

將各組合基因型可溶性糖含量見表4。利用雙列雜交GriffingⅡ[8]模型對親本的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)進行方差分析，見表5方差分析結果表明，試驗親本自交系的一般配合力和特殊配合力的P值為0.0001<0.01，達到極顯著水平，表明超甜玉米可溶性糖含量性狀在參試組合中同時受非加性效應和加性效應的影響，有必要進一步分析一般配合力和特殊配合力效應值。

表4 各組合的均值雙向列表

表5 固定模型下方差分析

注：P<0.01表示在1 %的水平上差異極顯著；GCA：一般配合力；SCA:特殊配合力，下同。 Note:P<0.01 meant statistically significant at 0.01 probability levels. GCA: General combining ability. SCA: Specific combining ability. The same as below.

2.3 配合力分析

2.3.1 一般配合力(GCA)分析 GCA是指某個自交系性狀在雜交后代F1中的平均表現。通常認為GCA是受基因的加性效應控制，遺傳率高。而自交系所含的有利基因位點越多，其一般配合力越高，雜交得到優良后代的概率也較大，因此通常情況下優良自交系(骨干系)的GCA較高。

本試驗親本之間GCA存在極顯著差異(表6)，說明所用親本對提高超甜玉米可溶性糖含量這一性狀有極高的利用價值，因此有必要用LSD法多重比較各親本之間GCA效應值的差異，各親本的一般配合力效應值以及差異顯著性見表6。

通過對表6的分析表明，5個親本自交系可溶性糖含量的一般配合力變幅為-2.8943～2.7581。自交系T5、T2的一般配合力為正值，說明自交系T5、T2在提高超甜玉米可溶性糖含量的育種中利用價值較高，用T5、T2這兩個自交系配制組合，有望得到可溶性糖含量較高的超甜玉米新品種。

2.3.2 可溶性糖含量特殊配合力分析 特殊配合力(SCA)是指某些特定的組合減去雙親一般配合后所呈現的表型偏差，是親本基因型中顯性和上位性效應的結果，受非加性基因效應控制，很難用親本的效應值推測其雜種后代的表現，必須具體組合具體分析。本試驗可溶性糖含量特殊配合力效應見表7，分析數據表明F1各組合間的SCA差異較大，其變幅在-4.9540～0.8932。其中以組合T1×T4表現最好，SCA為0.8032；組合T2×T3表現次之，SCA為0.2974；而組合T1×T5、T2×T5、T3×T5、T4×T5、T1×T2、T2×T4的特殊配合力均為負值。分析結果表明，對于兩個可溶性糖含量GCA都高的親本，其雜交組合的SCA不一定高，如親本自交系T2、T5；而具有共同親本T5的組合，其特殊配合力都表現出了負值效應。因此即使親本的可溶性糖含量GCA高，其雜交組合的SCA也不一定高。

表6 各親本可溶性糖含量GCA效應值和親本間效應值比較

注：臨界值：LSD0.05=1.8361，LSD0.01=2.4769；*、**分別表示0.05和0.01的差異顯著水平。 Note: Critical value: LSD0.05=1.8361，LSD0.01=2.4769；*, ** meant statistically significant at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表7 10個雜交組合可溶性糖含量SCA效應值

表8 可溶性糖含量遺傳參數

2.4 可溶性糖含量遺傳參數分析

超甜玉米中可溶性糖遺傳參數值見表8，分析表明超甜玉米可溶性糖含量的顯性方差大于加性方差，表明這一性狀受非加性作用影響較大，在組配組合時可適當放寬選擇條件，以免錯失優良雜交組合。同時超甜玉米可溶性糖含量廣義遺傳力和狹義遺傳力的值都相對較高，表明這一性狀符合加性、顯性模型，環境對這一性狀的遺傳也有一定的影響。

3 討 論

配合力是自交系潛在能力的反應，是決定雜種優勢強弱的主要因素。王曉明[4]等對超甜玉米果糖性狀進行配合力研究，研究表明果糖性狀的遺傳受加性基因和非加性基因控制，參試組合的一般配合力和特殊配合力及其變異幅度均存在極顯著差異，廣義遺傳力較大。王鴻升等[6]對超甜型玉米蔗糖性狀遺傳特性和配合力研究后認為，蔗糖性狀的遺傳也受非加性基因和加性基因控制。在本試驗中，參試5個自交系可溶性糖性狀的一般配合力和特殊配合力均達到極顯著差異，表明超甜玉米可溶性糖性狀的遺傳受非加性基因和加性基因控制，與王曉明和王鴻升等研究結果相似。在選育超甜型玉米的工作中，應當充分利用控制可溶性糖性含量狀遺傳的加性基因效應、非加性基因效應和環境效應。選擇可溶性糖含量性狀一般配合力效應值都高的親本，這樣基因的加性效應才能得到充分的利用。環境效應和非加性基因效應的存在，說明不同來源和不同遺傳特性的親本組配出優勢的雜交組合具有一定的隨機性，想要組配出強優勢的組合，就需要組配較多的組合同時還應考慮環境的影響，這樣才能使強優勢組合出現的概率增加。在選育超甜型玉米新品種時要充分利用控制可溶性糖含量加性基因效應，充分選擇各品質性狀配合力高的親本配制組合。同時考慮非加性基因效應影響，應盡量配制較多的組合，適當放寬選擇的條件，在中晚代進行選擇以免錯失優良材料。

在本次試驗中，5個自交系可溶性糖含量的一般配合力變幅為-2.8943～2.7581。自交系T2、T5的一般配合力為正值，其中最高的T5自交系是超甜玉米基因sh2和糯玉米基因waxy的雙隱性自交系，由于超甜sh2基因對糯玉米基因的上位性效應籽粒是表現出的超甜玉米籽粒的性狀(即成熟籽粒皺縮不透明)，據前人研究sh2基因和waxy基因的互作效應通常表現為進一步增加了籽粒含糖量，且營養品質和口味變得獨特[15]。本試驗對T5和其組配的雜交種的含糖量分析表明，超甜玉米基因sh2和糯玉米基因waxy的雙隱性自交系不僅自身含糖量高，含糖量的一般配合力也較高，對提高超甜玉米的含糖量利用價值較大。5個親本自交系相互之間的特殊配合力變異幅度在-4.9540～0.8932，以組合T1×T4最好，組合T2×T3次之，組合T2×T5第三。由于本實驗參試的樣本較少，同時沒有考慮多點環境效應和反交效應影響，以上分析在超甜玉米類型的育種工作中只能作為一種參考，具體的情況還需進一步研究。

4 結 論

參試材料5個親本自交系可溶性糖含量性狀的一般配合力變幅為-2.8943～2.7581，特殊配合力變幅為-4.9540～0.8932，一般配合力和特殊配合力的P值為0.0001<0.01，均達到極顯著水平，表明超甜玉米可溶性糖含量同時受非加性效應和加性效應的影響。超甜玉米可溶性糖含量性狀的廣義遺傳力為66.68 %，狹義遺傳力為35.18 %，都相對較高，說明這一性狀能夠穩定遺傳給子代，但是需要在中晚代進行選擇并適當放寬選擇條件。利用T2、T5這兩個自交系配制雜交組合有望獲得可溶性糖含量較高的超甜玉米新品種，超甜玉米和糯玉米雙隱性材料的可溶性糖含量一般配合力較高。