玉米主要穗性狀GCA 和SCA 效應值的因子分析

李忠南 車麗梅 王越人 鄔生輝 曲海濤 李福林 孟令媛 李光發

（1.吉林省農業技術推廣總站 長春130033；2.通化市農業科學研究院 吉林梅河口135007）

玉米單交種選育始終是采取優勢群內選系（SS或NSS），利用優勢群雜優模式獲得好的組合，對自交系育種目標性狀GCA 遺傳參數及雜交組合特殊配合力方面已進行許多探討[1-6]，而對主要穗部性狀GCA和SCA 相對效應值因子分析的研究還很少。

自獲得超多穗行數 DH 系 15D969（A6×PHB1M ,ZL201610726826.5）以來，進行了多方面的遺傳育種改良探討[7-10]。 筆者利用79 份改良 15D969 育成DH系（NSS）、3 份骨干系（SS）進行 NCⅡ遺傳交配設計，對GCA 和SCA 相對效應值進行因子分析，以期明確玉米DH 系選擇和雜交組合鑒定穗性狀的權重，為玉米遺傳育種工作提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

2019 年，在通化市農業科學研究院試驗基地，以3 份骨干自交系 PH6WC、PH2VK、PH6JM （P1：SS）為母本， 以通化市農業科學研究院育成的相對應優勢群 79 份 DH 系（P2：NSS）為父本，按 NCⅡ遺傳交配設計（north Carolina designⅡ），組配（3×79）237 個雜交組合。其中，來源于 15D969×PH4CV 的 DH 系 69 份，來 源 于 15D969×PHB1M 的 DH 系 1 份 ， 來 源 于PHB1M×15D969 的 DH 系 6 份， 來源于 15D969×A6的 DH 系 3 份[8]。

1.2 試驗設計

2020 年，在通化市農業科學研究院試驗基地，對237 個組合進行隨機區組設計，2 次重復，4 行區，行長5 m，行距60 cm，株距25 cm，田間管理同大田。成熟后去掉小區邊上的3 株，取中間2 行10 株穗進行晾曬和考種。

考種項目為穗長、穗行數、粒穗比、籽粒脫粒水分、百粒重和穗粒重。 穗粒重和百粒重均按照14%水分計算。 穗長和穗行數以10 穗平均值為統計單位；粒穗比、籽粒脫粒水分、百粒重和穗粒重以混合樣為測量單位。 水分測定采用電容式谷物水分測定儀PM-8188 測定。

1.3 統計分析

按Griffing 提出的不完全雙列雜交配合力統計原理，參照孔繁玲的方法[11]，運算分析采用DPSv14.10數據處理系統。

2 結果與分析

2.1 穗部性狀方差分析和遺傳力測定

對 237（3×79）個雜交組合、2 次重復所獲得的穗部6 個性狀數據， 進行了NCⅡ遺傳交配統計分析。方差分析結果列于表1、遺傳參數列于表2。

從表1 可以看出，6 個性狀區組間差異均不顯著；雜交組合間穗長差異達顯著水平，穗行數等5 性狀差異均達極顯著水平；P1一般配合力（GCA）穗粒重不顯著，穗長等5 性狀差異均達極顯著水平；P2一般配合力（GCA）穗行數、穗粒重差異達顯著水平，穗長等4 性狀差異均達極顯著水平；P1×P2特殊配合力（SCA）穗長差異不顯著，穗行數差異達顯著水平，粒穗比等4 性狀差異均達極顯著水平。說明，P1×P2特殊配合力（SCA）穗粒重極顯著效應主要來源于P2。

表1 主要穗性狀方差分析（F-value）

從表2 可以看出，穗長廣義遺傳力（Hb）和狹義遺傳力（Hg）均為 16.31%，原因是 SCA 方差為 0；穗行數Hb為 32.70%，Hg為 20.38%； 粒穗比 Hb為 34.64%，Hg為 16.81%；籽粒水分 Hb為 51.82%，Hg為 17.56%；百粒重 Hb為 46.49%，Hg為 34.37%； 穗粒重 Hb為29.36%，Hg為 7.70%。 說明除穗長外，其他 5 個性狀Hb高于Hg12.12%～34.26%， 存在極顯著雜種優勢效應。 狹義遺傳力Hg6 個性狀中，穗粒重最低；廣義遺傳力Hb6 個性狀中， 穗粒重僅高于穗長， 低于其他4 個性狀。 表明DH 系選育中要側重它的構成因素。

表2 主要穗性狀遺傳參數

2.2 穗部性狀GCA 相對效應值相關系數和因子數

對NCⅡ遺傳交配統計分析獲得的82 個DH 系和自交系穗6 個性狀GCA 相對效應值進行因子分析，將GCA 相對效應值相關系數列于表3、因子統計量列于表4。

由表3 可知，穗長與百粒重、穗粒重正相關，分別達極顯著水平；穗行數與百粒重負相關，達極顯著水平；粒穗比與籽粒水分負相關，達極顯著水平，與穗粒重正相關， 達顯著水平； 百粒重與穗粒重正相關，達顯著水平。

表3 穗部性狀一般配合力GCA 相對效應值相關系數

由表4 可知，根據特征值≥1 原則，因子個數可以確定為3 個， 特征值為 1.17， 因子累計方差為77.18%。 由于KMO=0.40，以及 Bartlett 球形檢驗卡方值Chi=111.26；df=15；p=0，因子間相關性顯著，可以進行因子分析。由于RMS=0.11，λmax=3.27，平均絕對偏差=0.09， 偏差大于 0.05 的相關系數有 8 個, 占53.33%，統計檢驗W=0.88，顯著性水平p=0.05，擬合指數Q=0.39。 表明通過方差極大旋轉的因子載荷和初始因子模型的載荷接近， 能夠合理解釋客觀存在的各性狀GCA 相對效應值關系， 為性狀加性效應選擇權重提供理論依據。

表4 穗部性狀因子統計量

2.3 穗部性狀GCA 相對效應值簡化因子分析

由表5 可知，因子1 包括穗長和穗粒重，均為正向。說明因子1 是DH 系穗部性狀加性效應選擇的首要因素。

表5 穗部性狀簡化因子

因子2 包括穗行數和百粒重，百粒重為負向，說明DH 系穗行數不能過少、不能低于14 行，百粒重可以低一點。

因子3 包括粒穗比和籽粒水分， 高粒穗比和低籽粒水分方向一致，說明DH 系高粒穗比和低籽粒水分能夠兼顧一致。

2.4 SCA 相對效應值相關系數及因子數

對NCⅡ遺傳交配統計分析獲得的237 個雜交組合穗部6 個性狀SCA 相對效應值進行因子分析，SCA 相對效應值相關系數列于表6、因子統計量列于表7。

由表6 可知，穗長與穗行數、籽粒水分負相關分別達顯著水平，與粒穗比、百粒重、穗粒重正相關分別達極顯著水平； 穗行數與百粒重負相關達極顯著水平；粒穗比與籽粒水分負相關達極顯著水平，與百粒重、穗粒重正相關分別達極顯著水平；籽粒水分與穗粒重負相關達極顯著水平； 百粒重與穗粒重正相關達極顯著水平。

表6 穗部性狀特殊配合力SCA 相對效應值相關系數

由表7 可知，根據特征值≥1 原則，因子個數可以確定為2 個， 特征值為1.31， 因子累計方差為62.51%。 由于KMO=0.58，以及 Bartlett 球形檢驗卡方值Chi=364.50；df=15；p=0，因子間相關性顯著，可以進行因子分析。由于RMS=0.14，λmax=4.13，平均絕對偏差=0.11， 偏差大于 0.05 的相關系數有 11 個, 占73.33%，統計檢驗W=0.95，顯著性水平p=0.55，擬合指數Q=0.50。 表明通過方差極大旋轉的因子載荷和初始因子模型的載荷接近， 能夠合理解釋客觀存在的各性狀SCA 相對效應值關系， 為性狀加顯效應選擇權重提供理論依據。

表7 穗部性狀各因子的統計量

2.5 穗部性狀SCA 相對效應值簡化因子分析

由表8 可知，因子1 包括粒穗比、籽粒水分和穗粒重，高粒穗比、低籽粒水分和高穗粒重方向一致。說明因子1 是玉米雜交組合穗部性狀加顯性效應選擇的首要因素。

表8 穗部性狀簡化因子

因子2 包括穗長、穗行數和百粒重，穗行數為負向。 說明百粒重要大、穗行數要適宜、穗要長，是雜交組合穗部性狀加顯性效應選擇的第二因素。

3 結論

通過GCA、SCA 相對效應值因子分析表明，穗粒重為DH 系選擇和雜交組合鑒定的首要因素。實際育種操作中，DH 系田間選擇應側重果穗要長、 穗行數適宜（≥14 行）、粒深軸細，從而實現最大穗粒重目標；雜交種田間鑒定應側重粒深軸細、粒要大、果穗要長，從而確保最大穗粒重。

4 討論

筆者通過對GCA 和SCA 相對效應值進行因子分析，表明了DH 系和雜交種鑒定穗部性狀選擇的權重。 GCA 因子分析表明，因子1 包括穗長和穗粒重，穗粒重方差大于穗長方差；SCA 因子分析表明，因子1 包括粒穗比、籽粒水分和穗粒重，方差絕對值一致。說明穗粒重在DH 系和雜交種目標性狀選擇鑒定中權重的一致性，比以往研究更明確[6]，對玉米高產育種更具有直接理論指導意義。

由于穗粒重狹義遺傳力最低、廣義遺傳力較低，具體在DH 系田間選擇中，首先果穗要長，其次穗行數要適宜（≥14 行），最后是粒深軸細（高粒穗比），從而確保最大穗粒重。

在雜交種田間選擇鑒定中，首先看粒深軸細（高粒穗比），其次粒要大（高百粒重），最后是果穗要長，從而確保最大穗粒重。

株高和穗位高的遺傳比較復雜且遺傳方差較大[6,9]，如與穗部性狀混合研究，將干擾產量性狀的權重。 在實際育種中，就是選擇抗倒伏的、選育選擇莖稈韌性好的。

GCA 因子分析中， 因子3 的高粒穗比和低籽粒水分方向一致，說明所育DH 系高粒穗比和低籽粒水分能夠兼顧一致；SCA 因子分析中，因子1 中的高粒穗比、 低籽粒水份和高穗粒重方向一致， 且權重一致，說明測試組合在高粒穗比、低籽粒水分和高穗粒重性狀上兼顧良好。 表明改良15D969 有效果，更接近吉林玉米生產實際。