25個玉米自交系配合力分析

潘敏娜, 鄭常祥

(貴州省旱糧研究所, 貴陽 550009)

中國的玉米栽培面積和總產量均居世界第2位,隨著我國玉米產業化的發展,需要優質高產的玉米雜交種,而要提高雜交種產量的前提必須選育出優良的自交系。玉米雜交種選育工作中配合力是評價玉米自交系利用價值的重要指標,配合力的高低可以判斷自交系和雜交種的優劣。現代玉米育種中圍繞改良選育自交系的基礎材料,組配強優勢組合。目前選育具有較多優良性狀的自交系,用的是現成的優良自交系組成的群體中再次選育優系,事實證明是有效的。用單交種作為原始材料,二環系育種成為較通用的辦法,其特點是簡易靈活、效果較好,國內外40%～50%自交系都是從優良玉米單交種選的二環系。在美國玉米育種中76%來自自交系的選育,其中利用二環系方法選育的自交系占80%。我國近幾十年的玉米育種實踐證明,如選育8112,5003,478等二環系在組配優良組合中發揮重要作用。從長遠看,使用一次二環系法本身也是長期輪回選擇中的一輪。用較老的自交系配成雜交組合,從中自交選出新系;再用新系配成雜交組合,選出更新的系,周而復始連續進行。采用二環系育種法是一個促進遺傳基礎發展進化的過程,而不是促進遺傳基礎貧乏衰退的過程[1]。新二環系的優良基因多,遺傳背景豐富,玉米種質資源多樣化,豐富了玉米種質資源,對玉米種質進行擴增改良和創新,選育出優良玉米自交系組配組合,多樣化組配雜交良種,豐富玉米種質資源。本研究將優良的自交系配成雜交種作為基礎材料并導入熱帶或溫帶材料進行選擇多次二環系選育,選育新系,供生產使用。

1 材料與方法

1.1 供試材料

25個玉米自交系中,13份新二環系的材料由2014年春進行一般配合力的篩選試驗獲得,按Griffing(1956)方法將25個自交系完全雙列雜交方式組配成300個雜交組合。

1.2 試驗設計

對組配的300個玉米組合,2016年春進行一年3點的試驗,分別在貴州省旱糧研究所科研地(海拔1 140 m)、息烽縣西山鎮柏香村(海拔1 616 m)、開陽縣雙流鎮雙永村(海拔1 400 m)三地進行隨機區組試驗,3個重復,單行區,行長5 m,行距0.7 m,株距0.25 m,小區面積3.5 m2,單株留苗20株。玉米成熟后收小區測產,曬干脫粒稱重。

1.3 數據分析

對一年3點的數據分析采用Griffing(1956)方法進行配合力分析,用Excel軟件對測定小區產量進行方差分析和配合力效應值的分析。

2 結果與分析

2.1 方差分析及配合力分析

由表2可看出,組合與試點差異達極顯著,組合間的差異極顯著。表明組合間的差異極顯著,存在真實遺傳差異,因此有必要進行配合力的方差分析,表3在固定模型下,其差異已達極顯著水平受到加性和非加性遺傳效應的共同作用,可進行配合力效應分析,組合產量一般配合力的方差大于特殊配合力,說明基因的加性效應在雜交種后代的遺傳中起主要作用。

表1 材料編號及親本來源Table 1 Material number and parental source

表2 區試產量方差分析Table 2 Variance analysis of yield in the zone trial

一般配合力(GCA)是由基因的加性效應決定的,可以穩定遺傳并可重組累加,一個自交系的GCA大,則表明該自交系擁有的優良基因多,利用價值高。從表4可看出,玉米自交系GCA效應值最高的是QET (40.19),其他依次是LS 24 A、 08 D 107、170 QT、J 106、LS 936、LSJ 105、186 QT、LSJ 106、D 186、D 22 B、X 936、DK 171、LSJ 107、DKC、LS 248、C 171、D 170、DKC、DKC 172、DKT、107 C 172、DKC 171、DC 171、107 C 171。正值為13個,其余為負值,107 C 171(-39.05)為最低。

表4 25個自交系一般GCA和SCA效應值Table 4 25 inbred systems with GCA and SCA effect values

2.2 組合特殊配合力效應值及總配合力效應值的分析

特殊配合力(SCA)是由特定的基因相互作用(顯性、超顯性、上位性等)決定的,SCA反映了自交系間的遺傳差異,SCA越大,遺傳差異越大,產生的變異越多,雜種優勢越明顯。從表4、表5可看出,組合特殊配合力(SCA)是組合10×20(LSJ 107×DK 171)(171.99)最高,8×20(LSJ 106×DK 171)(135.96)次之,其余171個組合(SCA)為正值,6×22(QET×LS 24 A)(-0.90)等127個組合SCA為負值,其中組合8×10(LSJ 106×LSJ 107(-286.14)最低。

表5 25個玉米自交系GCA值Table 5 GCA values from 25 maize inbred lines

由表5、表6可知,組合190(10×20)SCA效應值最高,為171.99即LSJ 107×DK 171組合產量最高,為660.82 kg/667 m2,其10和20的小區產量GCA效應值分別為2.23、-4.89,組合的SCA效應值(171.99),親本(GCA)效應值一般,組合(SCA)效應值高,其產量也較高,表明在親本GCA和SCA效應值相對較高的條件下組配玉米雜交種組合可獲得較高的產量水平。8×10組合產量最低,GCA的效應值分別是8(12.23)、10(-4.89),組合的SCA效應值(-286.14),親本(GCA)效應較低,組合(SCA)效應值也低,其產量水平也低,表明在親本GCA和SCA效應值相對低的條件下組配玉米雜交種組合產量水平也低。圖1說明,300個組合產量與SCA的走向趨勢,產量按從大到小的下降趨勢,其相對應的組合SCA也是趨于這樣的結果。玉米組合產量水平與組合間的特殊配合力有一定的聯系,取決于親本間的加性方差與非加性方差的共同作用。

圖1 組合產量與SCA、TCA效應值比較Fig.1 Comparison of combined yield with SCA and TCA effect values

表6 組合產量(前25位)與組合GCA、TCA值比較Table 6 The combined yield (top 25 positions) compared with the combined GCA and TCA values

由表6可知,總配合力效應值(TCA):玉米育種實踐說明,產量性狀無疑是第一位的,雜交玉米的產量并非完全取決于SCA或GCA,而是受到雙親GCA和SCA的共同作用,TCA作為主要的指標,對其綜合評價。組合16(1×17)產量為16位(601.00 kg/667 m2)、TCA(183.97)為第1位、SCA(132.16)為第3位。組合149(8×10)產量212.70 kg/667 m2、TCA(-296.47)和SCA(-286.14)均為最后1位;組合190(10×20)產量最高(660.82 kg/667 m2),SCA(171.99)為第1位,TCA(169.33)為第2位;組合264(16×25)產量位次8位,SCA位次9位,TCA位次80位。在產量前25位組合中,配制的雜交組合產量高,SCA高,其對應的TCA值也高,產量值與其相對應的組合SCA效應值也是趨于一致結果。SCA很小(負值),則雙親的遺傳差異小,近似于一個純合的自交系自交。由表7可看出,產量后25位組合中(除組合235、300),組合雙親的來源分析結果看,或多或少含有較相近的血緣,遺傳差異小,遺傳變異少,沒有雜種優勢,配制的雜交組合產量低,SCA也低,其對應的TCA值也低。從圖1看出,300個組合產量與TCA的走向趨勢,產量組合編號從大到小呈下降趨勢,其相對應的組合TCA也是趨于下降的趨勢。對組合產量的綜合評價,要多方面加以考慮。

表7 組合產量(后25位)與組合GCA、TCA值比較Table 7 Comparison of combined yield (last 25 bits) with combined GCA and TCA values

3 結論和討論

通過在貴州中海拔(海拔1 100～1 600 m)地區一年3點試驗,篩選出適應中海拔山區自然條件且產量在592.86 kg/667 m2以上的組合有25個,排名前三位為LSJ 107×DK 171(660.82 kg/667 m2),LSJ 106×DK 171(660.82 kg/667 m2),C 171×LSJ 105(633.95 kg/667 m2),組合組配雜優模式為(熱帶×溫帶)×(熱帶×溫帶),新選育的二環系組配產量較高的組合占比達到84%以上,這些組合可以進一步進行試驗,對其綜合評價,鑒定出可參加試驗的組合。

本試驗中,QET自交系一般配合力效應值最大,該系由瑞德種質鐵7922(美國雜交種3382)和具有o 2優質蛋白基因材料T 19/o 2組配雜交種(7922×T 19/o 2)(溫帶×熱帶)加代獲得,特點是根系發達,抗倒。衍生自交系186 QT(13.66)、170 QT(25.346)的GCA也大,根系發達,抗倒。J 106(21.69)(美國雜交種3245)的GCA較高,衍生系(溫帶×熱帶)LSJ 105(14.58)、LSJ 106(12.23)GCA也較高;在25個自交系中C 171(-8.09)(國際玉米小麥改良中心的改良自交系)GCA為負值,其特點是排列結實緊密,硬粒型,衍生系(溫帶×熱帶)DKC 172(-14.72)、107 C 172(-27.54)、DKC 171(-35.89)、DC 171(-37.23)不高,但其配出組合特殊配合力很高,在25個高產組合中占14個,可對以上自交系加以利用。

本試驗組合197(170 QT×DKC 171)SCA為130.04、組合205(170 QT×DKC 171)SCA為100.11、組合264(08 D 107×DKT)SCA為113.78,組合特殊配合力均較高,可利用其特殊配合力。本試驗中選育的新二環系LSJ 107的GCA為-4.89,DK 171的GCA為2.23,配制組合190的SCA(171.99)很高, DC 171的GCA為-37.23很低和LSJ 105的GCA為14.58,配出較高的產量組合16 SCA(183.97)、組合6×22(QET×LS 24 A)。其中QET的GCA為40.19,LS 24 A的GCA為29.58,組合SCA(-0.90)產量并不高,其原因需要進一步研究和思考。

本試驗選育的二環系在育種工作中的運用廣泛,審定玉米品種黔單26雜交種母本LSJ 106是由雜交種LS 248自交選育的二環系,LS 248與自交系J 106(黔單12號的母本)組配雜交種選育的二環系,是溫帶X熱帶種質配制雜交組合選出的新系;審定玉米品種黔單27的親本均來源本試驗所涉及的二環系,母本DC 171是由雜交種丹科2206自交選育的二環系與來自國際玉米小麥改良中心的改良自交系C 171組配雜交種選育的二環系(溫帶X熱帶種質配制雜交組合選出的新系),父本170 QT為本試驗配合力效應值最大QET的衍生系,由雜交種(D 170×QET)選系。針對玉米育種遺傳基礎狹窄,育成雜交種很難有突破,選育的雜交種一旦發生突發性病害,生產上將造成嚴重損失的現狀,對外來種質資源的擴增、改良和利用途徑上,可導入熱帶、溫帶種質進行選育改良和利用,豐富種質遺傳背景。本試驗的結果說明,將優良的自交系配成雜交種作為基礎材料并導入熱帶或溫帶材料進行選系,進行多次二環系選育,組配雜交種的辦法是可行的,后續篩選組合也進入相關的試驗。

對自交系材料進行分子標記,通過分析試驗數據得到一系列結果,有助深入研究玉米雜交種優勢的遺傳背景、雜種優勢模式,創造較多的遺傳變異供選擇,分析遺傳基因效應,找出有效控制玉米產量相應的基因位點。