基于溫熱玉米F2∶3家系的株型相關性狀遺傳分析

趙 強1,， 趙滿義1,， 吳 迅， 王安貴， 郭向陽， 劉鵬飛， 祝云芳， 陳澤輝

(1.貴州大學農學院， 貴陽 550025； 2.貴州省農業科學院旱糧研究所， 貴陽 550006)

玉米作為重要的糧食、飼料作物和工業原料之一，在保障國家糧食安全和經濟發展方面具有十分重要的作用[1-2]。提高玉米產量一直是育種家們工作的目標，而株型作為育種選擇的直接性狀，具有直觀、容易度量等優勢，在玉米育種實踐中起著重要作用。南方玉米生態區具有生態環境復雜多樣，病蟲害發生頻繁等特點，對玉米種質的要求較高。而熱帶玉米種質具有適應性強、抗性好、籽粒品質優的優勢，目前在拓寬我國尤其是南方地區的玉米種質基礎中發揮著重要作用[3-8]。但是，熱帶玉米種質在具有優勢的同時，也表現為株高過高，容易倒伏和光周期較為敏感的不足。因此，通過溫熱玉米雜交，結合人工選擇和馴化，培育出適合不同生態區的重要玉米種質材料是現代玉米育種，尤其是南方玉米育種的一個重要方向[9-11]。前人通過生理生化、分子標記等開展株型相關性狀的研究較多，如尹燕枰等[12]和陳玉水等[13]對玉米株型相關性狀進行相關性分析發現，株高與穗位高之間呈顯著正相關。孫嬌等[14]以289份常用玉米自交系為材料，對玉米葉夾角的遺傳變異進行全基因組關聯分析，規模化鑒定出一批控制玉米葉夾角變異的遺傳區段，并定位到42個與葉夾角顯著相關聯的QTNs。但是關于溫熱玉米改良過程中株型相關性狀的受選擇方向，以及它們之間的相互關系的研究則較少。因此本研究基于溫熱玉米QR 273/HCL 645的F2：3后代，通過探究該群體內株高(PH)、穗位高(EH)、葉夾角(LA)、雄穗分枝(TBN)4個性狀在人工選擇后的變異方向與相互關系進行分析，旨在明確溫熱玉米改良過程中株型相關性狀的受選擇方向，期望能夠為熱帶種質的育種利用提供一定的支持。

1 材料與方法

1.1 供試材料

本研究以熱帶玉米自交系QR 273(母本)和溫帶核心自交系HCL 645(父本)為親本，構建的160份家系為材料，供試材料特征見表1。QR 273是貴州省旱糧研究所以熱帶玉米Suwan 1群體作基礎材料，經5年8代自交、大群體分離，于2002年選育出的優良玉米自交系，于2016年獲得農業部植物新品種保護授權，品種權號為CNA 20100303.8。該系具有一般配合力高、抗逆性強、株型緊湊、品質良好和熟期適中等特點，組配的雜交種在生產上應用的有金玉506、華龍玉899、青青515、金玉1號、黔單988等10余個，并在生產上大面積推廣應用[15-17]。HCL 645是溫帶重要玉米自交系，以其作為親本組配的雜交種迪卡517在我國北方玉米生態區被廣泛應用[18]。

表2 F2：3家系株型性狀方差分析與變異

性狀 均方F值均值標準差變異系數/%偏度峰度株高47.77148.91**159.5218.8411.810.150.39穗位高36.0241.31**49.099.9620.280.460.81葉夾角51.654.23**32.487.6823.621.333.48雄花分枝6.549.35**7.522.9949.690.580.91

注：“*”和“**”分別表示在5%和1%水平上差異顯著。下同。

圖1 F2：3家系株型性狀頻率分布

2016年春，在貴州貴陽(26.33°N，106.64°E)以QR 273作母本，HCL 645作父本，通過雜交獲得F1種子。于2016年冬，在海南九所(18.26°N,108.54°E)播種F1，套袋自交獲得F2單穗種子，采用單籽粒法構建160個家系的F2：3，即供試材料。

1.2 試驗方法

2017年春，在貴州省農業科學研究院實驗基地將160個F2：3家系播種，采用完全隨機區組設計，單行種植，行長3 m，每行14 株，行距70 cm。大田管理與當地玉米種植管理一致。在授粉完成后第28天，從每行的第3株開始連續選取5株進行株高(cm)、穗位高(cm)、葉夾角(度)、雄花分枝數(個)等株型相關性狀測量。

1.3 數據處理

利用Excel軟件進行數據初步整理，SPSS 23.0軟件進行數據統計分析。

2 結果與分析

2.1 株型性狀方差分析與變異

從F2：3家系主要株型性狀方差分析與變異分布(表2)可以看出，株高、穗位高、葉夾角、雄花分枝4個株型性狀在不同家系間均呈現出顯著性差異。株型相關性狀變異系數大小依次為：雄花分枝>葉夾角>穗位高>株高。就偏峰度而言，4個株型性狀分布都向大于平均數的方向偏斜，葉夾角的峰度大于3，分布較為陡峭，峰態明顯；株高、穗位高、雄花分枝峰度都小于3，分布比較平緩。總體變數的分布比較集中(圖1)。

表1 親本的來源與特征特性

親本來源特征特性 QR273Suwan1生育期123d,株高210cm,穗位高85cm,穗位上部葉片披散,雄花分枝有10～14個,雄花發達,葉片寬。HCL645NL9607×BE8006生育期98d,株高175cm,穗位高55cm,穗位上部葉片緊湊,雄花分枝有4～5個,雄花中等,葉片窄。

2.2 株型性狀相關性分析

從F2：3家系各性狀之間的相關性分析(表3)表明,株高與穗位高、雄花分枝數之間均呈現顯著正相關，相關系數分別為0.672和0.502；穗位高和雄花分枝之間呈現顯著正相關，相關系數為0.551；葉夾角與其它性狀均未達到顯著水平。

表3 F2：3家系株型性狀相關系數

性狀 株高穗位高葉夾角雄花分枝數株高1穗位高0.672**1葉夾角0.0930.0561雄花分枝0.502**0.551**0.0511

3 結論與討論

本研究結果顯示，株型相關性狀在不同家系間均呈顯著性差異，其中雄花分枝數的變異程度最大，其變異系數為49.69%；不同的株型相關性狀均呈現出連續的正態分布，符合數量性狀的特征表現；另外，株高和穗位高表現出極顯著的正相關關系，R2為0.69。該結果與尹燕枰等[12]、陳玉水[13]等的研究結果一致。前人對玉米株型進行了大量研究[19-21]，玉米株型性狀與生物產量、光合效率、抗倒性等密切相關，是理想株型設計育種的基礎。陳彥惠等[22]利用溫帶材料為母本，以熱帶、亞熱帶群體為父本，按照NCⅡ設計配制了8×10=80個溫×熱雜交組合為研究對象得出，溫熱雜交種的株高和穗位高2個性狀顯著增高。李峰等[23]研究得出，玉米的抗倒性與株高和穗位高之間呈極顯著相關，玉米倒伏嚴重影響產量、品質以及機械化收獲。因此，在使用溫熱玉米種質資源進行育種時，應把株高和穗位高的改良作為一個重點，既要考慮株高對產量的提高，又要考慮穗位高與植株抗倒性之間的關系。

參考文獻類型及其標志

注：對于其他未說明的文獻類型，建議采用單字母“Z”。