高配合力玉米自交系的選育、遺傳分析及應用

焦仁海 劉成元 黃威 代秀云 劉興二 仲義 夏遠峰 蔡鑫茹 劉俊 吳鳳新

摘要：以兩群論為基礎，構建瑞德和蘭卡斯特-Iodent 這2個強雜種優勢群體，育成2個強優勢系列玉米自交系，進而育成優良雜交種。2009年冬在海南三亞構建K10×吉D2417選系基礎群體，采用系譜法經6代自交加代育成系列母本自交系。2011年夏在公主嶺用Mo113、吉D43076、PD72B和PH207 這4個自交系合成選系微群體，隔離區種植，自然散粉1次，以孤雌生殖誘導系作父本進行誘導，育成系列父本自交系。2012年在吉林省農業科學院范家屯試驗地按照增廣NCⅡ不完全雙列雜交試驗設計，分析了6份育成的自交系產量、農藝性狀的配合力及與產量間的關系，以及各個組合產量的平均雜種優勢。通過遺傳分析篩選出高配合力母本自交系吉D225、吉D65377、吉D5344，父本自交系吉D3F、吉D797。利用這些自交系育成了玉米新品種吉單604、吉單621、吉單672，已通過國家或省級審定。總結了構建選系群體的素材起點要高、構建的選系群體要具有針對性，以及運用2種或2種以上育種技術組合進行育種等經驗。

關鍵詞：玉米；自交系；遺傳分析；選育；應用

中圖分類號：S513.03? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）24-0078-05

玉米是我國第一大糧食作物［1-2］，已成為糧食、飼料、工業加工、能源等多功能、多用途的重要資源，表現出不斷增長的市場需求，推動著全球糧食生產迅猛發展［3］。美國研究人員預測，未來提高糧食產量的主要途徑依賴于品種源源不斷地推陳出新，而品種更新升級能力受制于種質資源的改良創新研究水平［4］。改良和創新種質是玉米育種持續不變的核心所在，巧婦難為無米之炊，沒有前沿的、遺傳基礎豐富的種質資源，育種工作者無論用什么辦法，做多少工作，都得不到預想的結果；不進行種質資源改良創新研究就得不到優良的育種素材，尤其是抗病基因的發掘與利用，玉米新品種研究將舉步為艱，產量和抗性再上新臺階亦難上加難［5］。大力推進玉米種質資源引入、鑒選、改良、擴增及新品種選育研究，鼓勵種質原始創新，做大做強民族種業，加大玉米生產力度，對推進農業科技創新、夯實國家糧食安全基礎、國家千億斤糧食產能提升行動具有重要的現實意義［6］。吉林省農業科學院以兩群論為基礎，分別構建了瑞德、蘭卡斯特-Iodent 這2個強雜種優勢群體，育成了母本自交系吉D225、吉D65377、吉D5344，父本自交系吉D3F、吉D797，并利用這些自交系育成了玉米新品種吉單604、吉單621、吉單672，通過國家或省級審定。

1 母本系選育過程

1.1 瑞德群體構建

K10為瑞德種質的骨干自交系［7］，因其具有廣泛的適應性、良好的綜合性狀、較高的配合力等特點，在中國北方玉米育種中得到了廣泛應用。吉D2417為吉林省農業科學院自育自交系，選自PH6WC×33D22［8］，該系具有高配合力、高產、優質、廣適、拱土能力強、宜機播等優點。本研究構建 K10×吉D2417選系基礎群體，以期育成高配合力母本自交系。

1.2 自交系選育

2009年冬在海南三亞以東北春玉米區骨干自交系K10和瑞德種質自選系吉D2417雜交組配選系基礎材料K10×吉D2417；2010年夏在吉林公主嶺完成F1加代，取得F2，冬季在海南三亞種植500株套袋自交，選收246穗；2011年夏在吉林公主嶺采用系譜法，選擇優良穗行自交，冬季在海南三亞選擇優良穗行自交并進行測配；2012年夏在吉林公主嶺加代自交，配合力測定，冬季在海南三亞加代自交，復制優良組合；2013年夏在吉林公主嶺加代自交并進行雜交種多點產量試驗，冬季在海南三亞繁殖自交系，穩定，育成3個高配合力同源系，系譜分別為K10×吉D2417-5-1-2-1-2-3-1（命名為吉D225）、K10×吉D2417-36-2-1-5-3-3-4（命名為吉D5344）、K10×吉D2417-65-1-2-1-3-7-7（命名為吉D65377）。

2 父本系選育過程

2.1 蘭卡斯特-Iodent群體構建

自交系Mo113選自1134×Mo17，屬蘭卡斯特種質［9］，具有早熟、配合力高、花粉量適中、耐旱性好［10］等特點；吉D43076為吉林省農業科學院自育自交系，選自PH4CV×吉846，屬蘭卡斯特種質，具有配合力高、品質好、產量高等特點；PD72B和PH207為美國解密的Iodent種質，具有配合力高、綜合抗性好、植株稍高的特點。選用Mo113、吉D43076、PD72B和PH207作為選系素材，充分融合蘭卡斯特和Iodent種質構建選系基礎群體。

2.2 自交系選育

2010年夏將Mo113、吉D43076、PD72B和PH207 這4個父本系兩兩雜交配制6個雜交種，冬季在隔離內種植，每個雜交種播種1行，每行25株，花期自由散粉，按行混合收獲脫粒；2011年夏每個穗行取100粒混合做母本，以高誘5號做父本進行誘導，父母本行比1 ∶4，設置隔離區，花期母本去雄，秋季選優良單株收獲，挑選單倍體籽粒，冬季采用化學加倍的方法獲得DH系；2012年夏繁殖、測配，冬季綜合鑒定、配合力分析，篩選符合育種目標的編號為LI-3和LI-797的DH系，分別命名為吉D3F和吉D797。

3 自交系的遺傳分析

2012年在吉林省農業科學院范家屯試驗地選取性狀差異較大的6個母本類自交系吉D225、吉D5344、吉D65377、吉D3246、吉D5563和吉D4832作為被測系，以父本類自交系吉D43076、PHB1M、吉D3F和吉D797作測交系，按照增廣NCⅡ不完全雙列雜交試驗設計，對6份被測系的主要數量性狀進行遺傳分析，共配制24個雜交組合。分析了6份自交系在產量、農藝性狀的配合力及與產量間的關系，以及各個組合產量的平均雜種優勢。一般配合力分析結果表明，自交系吉D5344、吉D5563能降低穗位高，提高莖稈穿刺強度和莖稈直徑，可用作矮稈抗倒育種材料；自交系吉D225和吉D5344表現增產，增加穗行數和行粒數，而吉D5563、吉D3246、吉D4832表現減產（表1）。

特殊配合力分析結果表明，自交系吉D225、吉D3246、吉D5344增大穗長，提高穗行數和行粒數，而吉D4832表現相反；自交系吉D5344、吉D65377表現增產，且吉D65377表現減少禿尖，提高容重。產量性狀的一般配合力、總配合力與小區產量的相關系數均達到顯著、極顯著水平；產量平均雜種優勢分析結果表明，吉D225的雜種優勢最強，母本一般配合力效應值為7.82；其次為自交系吉D5344，母本一般配合力效應值為5.98；篩選出吉D5344×吉D3F、吉D5344×吉D797、吉D65377×吉D3F、吉D225×吉D3F 這4個強雜種優勢組合（表2）。

4 高配合力自交系利用

4.1 吉單672選育

該品種2014年以吉D5344為母本、吉D797為父本組配雜交種；2015年進行初比試驗，2016年參加多環境產比試驗，綜合表現高產、穩產、廣適、綜合抗性突出等特點，2017—2018年參加東華北中早熟春玉米組區域試驗，2018年參加東華北中早熟春玉米組生產試驗；2017—2018年在吉林省農業科學院進行人工接種抗病性鑒定；2018年在農業農村部谷物及制品質量監督檢驗測試中心（哈爾濱）進行品質分析；2019年通過國家農作物品種審定委員會審定，審定編號：國審玉20190100。該品種適宜在吉林省中早熟玉米種植區、黑龍江省第二積溫帶和內蒙古中早熟玉米種植區大面積推廣種植。

4.2 吉單604選育

該品種2015年以自選系吉D65377為母本、吉D3F為父本組配雜交種；2016—2017年進行所內產比試驗，2018—2019年參加吉林省友邦聯合體中早熟組區域試驗，2019年參加生產試驗；2018—2019年在吉林市農業科學院、延邊朝鮮族自治州農業科學研究院進行人工接種抗病（蟲）性鑒定；2019年在農業農村部谷物及制品質量監督檢驗測試中心（哈爾濱）進行品質分析；2020年通過吉林省農作物品種審定委員會審定，審定編號：吉審玉20200056；2022年完成內蒙古自治區同一生態區引種備案，引種備案號：蒙引玉2022340號，具有廣闊的推廣應用前景。該品種適宜在吉林省和內蒙古自治區中早熟玉米區種植。

4.3 吉單621選育

該品種2015年以吉D225為母本、吉D3F為父本組配雜交種；2016年在吉林省農業科學院試驗地參加初比試驗，2017—2018年參加多環境復比試驗，綜合表現高產、穩產、廣適、綜合抗性突出等特點，2019—2020年參加東華北中早熟春玉米組區域試驗，2020年參加東華北中早熟春玉米組生產試驗；2019—2020年在吉林省農科院進行人工接種抗病性鑒定；2020年在農業農村部谷物及制品質量監督檢驗測試中心（哈爾濱）進行品質分析；2021年通過國家農作物品種審定委員會審定，審定編號：國審玉20210235。該品種適宜在吉林省中早熟玉米種植區、黑龍江省第二積溫帶和內蒙古中早熟玉米種植區大面積推廣種植。

4.4 3個雜交種的特點

吉單604、吉單621、吉單672具有高產穩產、綠色抗病、優質專用等特點。

4.4.1 高產穩產

吉單604、吉單621、吉單672區域試驗平均產量分別為780.3、731.6、756.1 kg/667 m2，分別比對照增產7.0%、9.5%、7.2%。生產試驗平均產量分別為760.0、662.8、734.6 kg/667 m2，分別比對照增產10.1%、7.9%、8.1%，區域試驗和生產試驗增產試驗點占比分別為90.5%、92.9%、92.1%，綜合表現均為高產穩產（表3）。

4.4.2 綠色抗病

經人工接種鑒定，吉單604抗玉米絲黑穗病、穗腐病、灰斑病，中抗大斑病、莖腐病；吉單621抗玉米絲黑穗病、大斑病，中抗穗腐病、莖腐病和灰斑病；吉單672抗玉米灰斑病，中抗絲黑穗病、大斑病、穗腐病和莖腐病。3個品種對5種病害均達到中抗及以上水平，符合國家綠色抗病品種審定標準，均屬綠色抗病品種（表4）。

4.4.3 優質專用

吉單604、吉單621、吉單672籽粒容重均達到720 g/L以上，達到GB 1353—2018《玉米》一等品質標準，品質優良。吉單621粗淀粉含量75.20%，達到國家高淀粉品種審定標準。吉單604籽粒粗蛋白含量10.02%，屬高蛋白品種（表5）。

5 總結

難在選系，重在組配［11］，選育優良玉米自交系的前提是構建遺傳基礎豐富、雜種優勢明確的基礎群體，有了高起點基礎群體，還應配以合理的選系方法和技術，比如單倍體育種技術，加快自交系選育速度，盡早進入雜交種選育進程，以提高育種效率。

5.1 構建群體的素材優中選優

作為構建選系群體的素材要有盡可能多的優點，比如自身產量高、配合力高、有廣泛的適應性、較好的商品品質、抗多種病害、優良基因多、農藝性狀好等，在選擇素材時要慎之又慎，優中選優，這樣才能為下一步自交系的選育奠定良好的基礎。筆者在構建瑞德群體選擇母本系時選用了K10和吉D2417 這2個瑞德種質，K10作為瑞德種質中的骨干系，在育種和生產中應用已超過30年，目前仍然在應用，具有早熟、優質、高配合力、農藝性狀優良、適應性廣等特點；吉D2417選用先鋒公司母本群骨干系PH6WC和另一瑞德種質33D22做素材選育而成，具有高配合力、產量高、品質優良、廣適、一次播種出全苗、適宜單粒種植的優點。用這2個自交系作為構建瑞德群體的素材，屬于強強聯合，組材目標明確，雜種優勢明顯，育成的吉D224、吉D5344、吉D65377等自交系配合力高，綜合性狀突出，雜種優勢強。

5.2 構建群體時要有針對性

雜種優勢強弱的重要制約因子是玉米自交系的配合力［12-15］，玉米育種實踐表明，只有創制出配合力高的自交系，才可能組配出強優勢雜交組合［16］。在構建選系群體時要考慮自交系育成后怎么使用，按照2個雜種優勢群理論，要有針對性。筆者在構建蘭卡斯特-Iodent群體時，目標是育成與瑞德群有強優勢的自交系，進而育成符合育種目標的雜交種，應用于生產。首先確定了非瑞德群的蘭卡斯特種質和Iodent種質，這2類種質和瑞德群都有高配合力，兩者融合可以使有利基因聚合，強化雜種優勢；進而選擇了蘭卡斯特種質優良自交系Mo113和吉D43076，以及高配合力Iodent種質PD72B和PH207，為了使有利基因充分聚合，在合成6個單交種后又進行了1次隔離條件下混合授粉，加大有利基因性狀的重組概率。

5.3 常規育種與單倍體育種技術有機結合實現快速育種

常規育種技術可以更好地創制選系基礎群體，比如用雜交、回交、復交、混粉、構建小微群體等方式進行基因重組，增加有利基因的積累頻率，構建選系群體；單倍體育種技術大大縮短了玉米自交選育的周期，提高了種質資源的原始創新，2個世代即可育成純合自交系，顯著提高了育種速度［4］。筆者在選育父本系吉D3F和吉D797時將2種育種技術有機結合起來，通過常規育種技術將自交系配制成單交種，為了打破不良基因的連鎖，使有益基因累加，豐富遺傳基礎，更益于創制優良自交系，采取隔離環境中自由散粉的方式，實現基因重組，以期獲得更多的有益基因型，基礎群體構建完成后，利用單倍體育種技術快速育成穩定自交系，達到了事半功倍的效果。

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