16份玉米自交系籽粒品質性狀配合力及育種潛力分析

玉米是全球最重要的糧食作物之一，不僅在農業生產中占有舉足輕重的地位，也是食品工業、飼料生產及生物能源開發等多個領域的核心原料[1。近年來，隨著人們消費結構、全球氣候和農業生產需求的不斷變化，對玉米籽粒品質性狀的研究與改良顯得尤為重要。玉米籽粒品質性狀是評價玉米種質的核心指標之一[2]，包括玉米籽粒營養品質和籽粒外觀品質等，籽粒營養品質主要有蛋白質含量、淀粉含量、油分含量等，籽粒外觀品質有容重等。在玉米雜交品種選育過程中，配合力測定與分析是一項重要的工作環節，為親本的合理搭配以及雜種優勢的充分利用提供了寶貴的指導。配合力分為一般配合力（GCA，General combiningability）與特殊配合力（SCA，Specialcombiningability）。前者是一個親本自交系與其他多個自交系雜交后遺傳給后代性狀的平均表現，主要取決于基因的加性效應，屬于能夠穩定傳遞并固定的遺傳成分。而后者指兩個特定自交系雜交時，通過相互作用展現出來的非加性效應，這涵蓋了基因的顯性和上位效應。特殊配合力可以為選擇和優化雜交組合提供有價值的參考[3]。配合力分析在玉米產量性狀研究中使用較多[4-，對籽粒品質性狀的研究大多集中在特質玉米，對普通玉米的研究相對較少[7-8]。潘相文等[9]研究表明，蛋白質、脂肪、淀粉、容重的遺傳模式均遵循加性-顯性遺傳模型，其中容重是加性效應起主要作用，淀粉遺傳是顯性效應起決定性作用。姜敏等[]認為淀粉含量主要受基因加性效應影響。不同的育種研究材料，研究結果可能會有所差異，為了更有效地利用外引系和自育系，在玉米雜交選育工作中開展配合力測定是非常必要的[11]

本研究以16份玉米自交系為親本，按照不完全雜交試驗設計組配成64個組合，分析玉米籽粒蛋白質含量、淀粉含量、脂肪含量和容重4個性狀的相互關系及配合力，以期為玉米籽粒品質性狀的選擇和改良提供理論基礎。

1材料與方法

1.1試驗材料供試玉米材料包括12份西南生態區應用較廣泛的外引系：Mo17（國外引進）SD375（綿陽市涪城區山地農作物研究所）ZHF141（廣西青青農業科技有限公司）SH1070（四川中正科技有限公司）ZHO4（南寧市正昊農業科學研究院）DT297（云南大天種業有限公司）DSQ4（華中農業大學）Znc-442（廣西壯族自治區農業科學院玉米研究所）ST32（云南盈泰農業科技有限公司）N18H127RD（仁壽縣陵州作物研究所）18599（四川農業大學玉米研究所）SCML0849（四川農業大學玉米研究所），以及4份四川省農業科學院作物研究所（四川省種質資源中心）的自育系：成自648、成自6105、成自6211、成自6331，共計16份玉米自交系親本。

1.2試驗設計2023年秋季在四川省農業科學院西雙版納南繁基地將8份母本被測自交系（成自648、成自6105、Mo17、SD375、ZHF141、SH1070、成自6211和ZHO4）和8份父本測驗種（DT297、DSQ4、Znc-442、ST32、18599、SCML0849、成自6331和N18H127RD）按不完全雙列雜交設計組配64個雜交組合。2024年春季在四川省農業科學院現代農業科技創新示范園新都基地進行64個組合和16個親本的田間試驗，雜交組合田間試驗與親本田間試驗分開種植，均采用隨機區組設計，3次重復，單行區，行距 0.8cm ，行長 5.0m ，單株種植，密度5.25萬株 /hm² 。田間管理同大田生產。

1.3品質性狀測定果穗成熟后，收獲雜交組合和親本種子，將單株種子混合后，去除破損、病變籽粒，隨機取出部分籽粒，使用近紅外分析儀進行蛋白質含量、脂肪含量、淀粉含量和容重測定。

1.4數據處理利用Excel2017進行數據整理，利用SPSS2.1進行方差分析和相關性分析，用DPS7.05計算一般配合力和特殊配合力。

2 結果與分析

2.1籽粒品質性狀表現及相關性分析由表1可知，雜交組合各品質性狀變異系數由大到小依次為：脂肪含量 gt; 蛋白質含量 gt; 容重 gt; 淀粉含量，說明脂肪含量的遺傳多樣性較豐富，變異程度較大，淀粉含量變異程度較小。脂肪含量、淀粉含量、容重的偏度和峰度絕對值均小于1，表示這3個性狀滿足正態分布;蛋白質含量偏度絕對值小于1，但峰度絕對值大于1，表明蛋白質含量數值分布相對較對稱，但也存在一些極端值，這可能是由于組合基因型相差較大導致部分性狀表現突出。

表1雜交組合4個玉米籽粒品質性狀的表現

對雜交組合玉米籽粒蛋白質含量、脂肪含量、淀粉含量和容重進行相關性分析（表2），結果表明：蛋白質含量與脂肪含量呈極顯著正相關，與淀粉含量呈極顯著負相關，與容重呈正相關但不顯著；脂肪含量與淀粉含量呈極顯著負相關，與容重呈極顯著正相關；淀粉含量與容重呈極顯著負相關，這與張鳳啟等[12]研究結果相似。

表2雜交組合4個玉米籽粒品質性狀的相關性分析

*表示在0.01水平上存在極顯著相關性

2.2籽粒品質性狀及配合力方差分析對64個雜交組合的4個籽粒品質性狀進行方差分析（表3），結果表明：蛋白質含量、脂肪含量、淀粉含量和容重的組合間差異均達到極顯著水平，表明這4個性狀在組合間存在著真實的遺傳差異。對組合間差異顯著的性狀進行配合力方差分析可知，除脂肪含量特殊配合力差異未達顯著水平外，其余各性狀的一般配合力和特殊配合力在自交系和雜交組合間差異均達到極顯著水平，表明這些性狀的一般配合力、特殊配合力在親本自交系和不同的組合間存在真實的遺傳差異。

2.3被測自交系與測驗種一般配合力效應值基于不完全雙列雜交方法所估算的被測自交系和測驗種各性狀一般配合力相對效應值見表4和表5。結果表明，各自交系相同品質性狀的一般配合力效應值存在明顯差異，同一自交系各品質性狀間一般配合力效應值差異也較大。被測自交系中籽粒蛋白質含量一般配合力效應值為正值的有成自 6105.Mol7 、SH1070和成自6211，蛋白質含量為 10.66%～13.08% ，其中Mo17、SH1070表現突出，用這4個自交系組配可提高雜交種籽粒蛋白質含量。籽粒脂肪含量一般配合力為正效應值的有成自6105、SH1070、成自6211和ZHO4，脂肪含量為 4.48%～5.19% ，其中ZHO4一般配合力效應值最高，用這4個親本組配可提高雜交種籽粒的脂肪含量。籽粒淀粉含量一般配合力為正效應值的有SD375、ZHF141、SH1070、成自6211，淀粉含量為 68.74%～73.74% ，最高的是ZHF141，用這4個親本組配可提高雜交種籽粒的淀粉含量。容重一般配合力效應值為正值的有成自6105、SH1070、成自 6211Ω，ZHO4 ，容重為726.80～791.38g/L ，用這些親本組配可提高雜交種的容重。被測自交系中SH1070和成自6211各性狀一般配合力效應值均為正值。

表3各性狀方差分析

*表示在0.01水平上存在極顯著差異

表4被測自交系一般配合力效應值

表5測驗種一般配合力效應值

測驗種中籽粒蛋白含量一般配合力效應值為正值的有 DT297，Znc-442，ST32 和成自6331，蛋白質含量為 11.01%～12.22% ，其中DT297最高，用這4個自交系作親本組配可提高雜交種籽粒蛋白質含量。籽粒脂肪含量一般配合力為正效應值的有DT297、DSQ4、ST32和成自6331，脂肪含量為5.20%～6.00% ，其中表現突出的是DT297和ST32，用這4個親本雜交可提高后代籽粒脂肪含量。籽粒淀粉含量一般配合力效應值為正值的有DSQ4、Znc-442、SCML0849和N18H127RD，淀粉含量為69.44%～74.27% ，其中SCML0849最高，用這4個親本組配組合可提高雜交種籽粒淀粉含量。容重一般配合力為正效應值的有DT297、DSQ4、ST32和N18H127RD，容重為 728.40～774.67g/L ，其中DT297和ST32一般配合力效應值較高，用這些親本雜交可提高雜交種籽粒容重。

2.4測配組合特殊配合力分析64個雜交組合各 籽粒品質性狀的特殊配合力效應值見表6，結果表 明蛋白質含量特殊配合力正向效應值組合有36個， 負向效應值組合有28個；脂肪含量特殊配合力正向 效應值組合有34個，負向效應值組合有30個；淀粉 含量特殊配合力正向效應值與負向效應值組合均為 32個；容重特殊配合力正向效應值組合有31個，負 向效應值組合有33個。由此可見，各性狀特殊配合 力正向和負向效應值組合數量大體相當。

從表6還可以看出，相同的組合各性狀間特殊配合力效應值差距較大，同一性狀不同的組合間特殊配合力也表現出較大差異。蛋白質含量特殊配合力效應值變幅為 -5.00～6.30 ，特殊配合力效應值最大的組合為 SH1070×DT297 ，其次是Mo17×SCML0849 ，特殊配合力效應值最小的組合是 ZHO4×DT297 。脂肪含量特殊配合力效應值變幅為 -7.30～7.80 ，特殊配合力效應值最大的組合是 SH1070×DT297 ，其次是成自 6105×DT297 ，效應值最小的組合是 ZHO4×DT297 。淀粉含量特殊配合力效應值變幅為 -1.79～1.84 ，特殊配合力效應值最大的組合是 ZHO4×DT297 ，其次是 SD375×18599 ，特殊配合力效應值最小的組合是 SH1070×DT297 。容重特殊配合力效應值變幅為 -3.04～2.96 ，特殊配合力效應值最大的組合是ZHO4×SCML0849 ，其次是 SH1070×18599 ，特殊配合力最小的組合是成自 6105×SCML0849 。

2.5籽粒品質性狀遺傳參數分析玉米親本的一般配合力方差包含母本與父本的一般配合力方差，屬于遺傳方差中的加性效應方差；特殊配合力方差是母本與父本雜交產生的遺傳方差中的非加性效應方差。對雜交組合品質性狀進行遺傳參數分析，結果見表7。被測自交系（母本）和測驗種（父本）各品質性狀一般配合力方差以及雜交組合特殊配合力差異均較大，說明各品質性狀受基因加性效應和非加性效應相互作用。各品質性狀一般配合力方差比例均較特殊配合力方差比例大，表明這些性狀加性效應起主要作用。遺傳力是親本性狀遺傳給下一代的能力，4個品質性狀廣義遺傳力和狹義遺傳力均在 50.00% 以上，說明這些性狀遺傳給子代的能力較強。

表6雜交組合特殊配合力效應值

表7親本自交系品質性狀遺傳參數分析

3 討論與結論

玉米品質性狀遺傳是一個復雜的研究領域，品質性狀多為數量性狀，受多基因控制，遺傳機制復雜。本研究以外引系和自育系共16份自交系為親本，根據不完全雙列雜交（ NCII，8×8 組配了64個雜交組合，對其籽粒蛋白質含量、淀粉含量、脂肪含量和容重4個品質性狀進行配合力分析，結果表明這些品質性狀的遺傳受基因加性效應和非加性效應相互作用，其中加性效應起主要作用，這與前人[12-13]報道結果一致。本研究認為，在玉米品質育種過程中親本一般配合力和特殊配合力對品質性狀都至關重要，一般配合力為育種提供了穩定的遺傳基礎，而特殊配合力則為發掘和利用雜種優勢提供了可能，在玉米自交系選育過程中籽粒蛋白質含量、淀粉含量、脂肪含量和容重應該注重早代選育，在穩定遺傳基礎的同時，積極發掘和利用雜種優勢，通過篩選特定親本組合和關注親本間特異性基因互作，培育出具有優良性狀和廣泛適應性的玉米新品種。

本研究初步鑒定出玉米自交系SH1070具有較高的品質育種價值，其次是自交系DT297、ZHO4和ST32。自交系SH1070蛋白質含量一般配合力效應值突出，其他品質性狀一般配合力效應值均為正值，可明顯提高雜交種籽粒蛋白質含量，目前已利用該自交系成功培育出錦玉361（川審玉20202024）成單607（國審玉20231024，川審玉20210013）蜀黔919（川審玉20220006）等一級飼料玉米品種（參照GB/T17890—1999《飼料用玉米》標準，粗蛋白（干基）含量 ?10.0% ）。自交系DT297蛋白質含量一般配合力效應值較高，但淀粉含量一般配合力效應值為負值，在淀粉含量下降較少的情況下，可顯著提高子代籽粒蛋白質含量，該自交系已組配出一級飼料玉米品種羅單297（國審玉20210582），粗蛋白含量為 11.94% 。ZHO4和ST32脂肪含量和容重一般配合力效應值較高，有助于提高后代脂肪含量和容重。

本研究揭示了外引系和自育系品質特性的遺傳規律及其潛在的育種應用價值，可為后續試驗材料利用、自交系改良和品種選育提供理論依據。鑒于品質性狀受環境因素影響較大，本試驗未選擇不同類群的骨干自交系為測驗種，因此下一步會繼續應用標準測驗種進行多年多點分析，結合分子生物學和細胞學等方法和技術深入剖析玉米品質性狀遺傳基礎，為高產、優質、營養豐富的玉米新品種的培育奠定基礎。

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（收稿日期：2025-05-27）