美國玉米雜交種分離后代表型的多樣性

張春宇+秦紅珍+林鳳

摘要：長期以來，種質資源狹窄是制約我國玉米產業發展的主要因素，引入外來優良自交系或以雜交種為基礎選育二環系是玉米種質擴增的重要途徑。通過表型性狀的變異分析和聚類分析，對101份美國玉米雜交種分離后代的表型性狀多樣性水平進行研究。結果表明：供試材料的表型性狀存在不同程度的變異。18個數量性狀的變異系數在3.48%～71.13%之間，禿尖長的變異幅度最大，達71.13%；與果穗發育相關的表型性狀存在較為豐富的變異。29個表型性狀的Shannon-Weaver多樣性指數的平均值較高，為1.238 3；相對于數量性狀，質量性狀的表型多樣性指數均較低。聚類分析將101份美國玉米雜交種分離的高代材料分為6個組群，且大部分材料聚在1個組群內，說明供試材料親本的親緣關系較近。

關鍵詞：美國玉米；雜交種；分離；表型性狀；遺傳多樣性；禿尖長；果穗發育

中圖分類號： S513.035.1 文獻標志碼： A 文章編號：1002-1302（2017）20-0076-04

種質擴增、改良和創新是玉米育種研究的物質基礎。目前，國內外玉米育種的主要限制因素是遺傳基礎狹窄，對國內外種質資源進行有效的整理和分類，有針對性地進行種質擴增、改良與創新研究是解決這一問題的關鍵[1-2]。引入國外優良玉米種質，利用其豐富的遺傳變異及優良的農藝性狀，改良我國玉米自交系的遺傳基礎，是解決我國目前玉米產業化過程中新品種遺傳基礎狹窄的一個重要途徑[3-6]。利用國外雜交種分離二環系，是國內解決生產用玉米種質基礎狹窄、快速提升育種水平的常用途徑[7]，但利用雜交種分離二環系時，由于不了解分離后代遺傳基礎，缺乏相關的表型性狀、農藝性狀和抗病蟲性等綜合性狀的評價，給后期的組配工作帶來很大的困難。

表型多樣性是指植物外部形態的差異，是植物基因變異的外在表現。表型性狀的變異是植物遺傳多樣性與環境互作的結果，但對于外界環境相對穩定的栽培群體，其表型的變異也是相對穩定的[8]。因此，作物表型差異能夠從一定程度上反映作物基因型的差異，可以利用表型多樣性對作物進行種質資源評價或遺傳多樣性分析，而表型性狀多樣性的分析主要通過評價表型的變異系數、多樣性指數等參數來實現[9-12]。本試驗對101份美國玉米雜交種分離的高代材料進行表型多樣性研究，通過表型性狀的變異幅度、方差和多樣性指數的分析，評價由101份高代材料組成的美國玉米種質群體的表型多樣性水平，通過聚類分析和組群比較，分析自交系的表型性狀的遺傳多樣性。本研究結果為利用美國玉米雜交種的育種實踐奠定了基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

101份美國玉米高代材料由遼寧省雷奧玉米育種公司提供。材料的來源是以美國先鋒玉米雜交種選育二環系得到的后代改良系，經自交至F15代形成性狀穩定的自育玉米自交系。

1.2 田間管理

分別于2012、2013、2014年連續3年種植供試材料。試驗采取完全隨機區組設計，每份試驗材料每年隨機區組種植，每個區組內材料隨機排列。每份材料播種1行，行長15 m，行距0.6 m，株距0.35 m。

1.3 數據采集與整理

參考《玉米種質資源描述規范和數據標準》[13]和《中國玉米DUS測試國家標準》，調查29個表型性狀（含11個質量性狀、18個數量性狀）。供試玉米種質表型性狀重復測定3次，取平均值。調查的表型性狀種類和調查時期見表1。

1.4 數據統計與分析

對所調查記錄的質量性狀賦值后進行數據分析，賦值方法參考張婷婷等的方法[14]。利用SPSS軟件，對101份玉米自交系的表型性狀進行方差、極值、平均值和變異系數分析。通過多樣性指數分析確定表型性狀的多樣性，多樣性指數采用Shannon-Weaver多樣性指數的平均值，其公式如下：

平均Shannon-Weaver多樣性指數：I1=-∑∑P _ijlnP _ij。

聚類分析在NTSYS-pc Version 2.10e軟件進行，利用該軟件下的順序層次嵌套聚類（sequential hierarchal and nested clustering，SAHN）程序進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 數量性狀的變異解析

變異系數表示性狀離散程度，可用于不同表型性狀間分析比較，變異系數越大，則表明性狀間的變異程度越大[15]。

分別對101份美國玉米雜交種分離后代的18個數量性狀進行變異系數、方差等統計分析，發現供試玉米材料間表型變異存在顯著差異。18個數量性狀（表2）中，變異幅度最大的性狀為禿尖長，變異系數達到71.1%；抽雄期、散粉期、吐絲期變異系數分別為3.51%、4.27%、3.48%，變異幅度相對較小，說明供試玉米種質與花器官發育相關的表型性狀相對較為穩定。穗柄長和穗柄角度變異系數分別為34.83%和2819%，另外，表型性狀中與果穗發育相關的數量性狀（分別為果穗長、果穗直徑、穗行數、行粒數、軸粗和百粒質量）的變異幅度都較高，說明供試的101份材料與果穗發育相關的9個數量性狀存在較為豐富的表型變異。

2.2 表型性狀多樣性指數分析

供試101份美國玉米雜交種分離后代表型性狀的Shannoa-Weaver多樣性指數列于表3，不同表型的遺傳多樣性有明顯的差異，調查的所有表型性狀多樣性指數平均值為1.238 3。百粒質量在29個表型性狀中多樣性指數最高，達到1.886 5；抽雄期、穗位高、莖粗、穗柄長、果穗長、禿尖長這6個表型性狀的多樣性指數也在1.7以上，分別為1.712 8、1.735 7、1.789 7、1.708 3、1.739 2、1.789 7；在所有數量性狀中，只有吐絲期的多樣性指數低于1.0。18個數量性狀的平均遺傳多樣性指數為1.398 7，而質量性狀的表型多樣性指數均較低，11個質量性狀的平均遺傳多樣性指數為0.776 6，最高的花藥顏色多樣性指數也只達到1.294 7。表型性狀的變異系數和多樣性指數在不同的性狀上的表現并不一致，如抽雄期和散粉期的變異系數較小，分別為3.51和4.27，但是其多樣性指數卻分別達1.712 8和1.084 6。endprint