玉米自交系配合力分析及育種潛力評價

汪燕芬, 蔣輔燕, 羅黎明, 和永昌, 高連彰, 姚文華, 羅開勇,張培高, 王 晶, 郭瑞佳, 于興李, 陳洪梅

(1.云南省農業科學院糧食作物研究所, 昆明 650205; 2.云南田瑞種業有限公司, 昆明 650217;3.宣威市農業技術推廣中心, 云南 宣威 655400; 4.昭通市農業科學院, 云南 昭通 657000;5.保山市昌寧縣農業科學技術推廣所, 云南 保山 678100)

配合力高低是衡量一個玉米自交系優劣的重要指標之一,無論是常規育種還是現代生物技術育成的玉米自交系,都需要進行配合力測定。親本自交系配合力是決定雜種優勢強弱的主要因素,也是選配親本的主要指標,了解并掌握玉米自交系配合力狀況,對正確指導玉米自交系的選育和雜交種的親本選配、確定優良雜交組合具有重要意義[1-2]。本研究采用 NC-Ⅱ遺傳交配設計,對 20 個最新選育的玉米自交系的單株籽粒產量和主要產量構成因素進行配合力、雜種優勢研究,以期為新選自交系進一步育種利用提供理論參考依據。

1 材料與方法

1.1 供試材料

選用 20 個最新選育的玉米自交系為被測系,5 個分別來自 Suwan、Reid 和非 Reid三個雜種優勢類群的自交系為測驗種,按不完全雙列雜交 NC-Ⅱ遺傳交配設計方法[3-6],配制100 個雜交組合,系譜來源見表 1 和表 2。

1.2 田間試驗設計

100 個雜交組合分別在云南省嵩明縣(海拔 1 912 m,103°13′E,25°35′N)和云南省宣威市(海拔1 970 m,104°02′E,26°06′N)2個不同生態環境下進行鑒定,以大面積推廣品種海禾2號為統一對照。試驗采用隨機區組設計,3次重復,1行區,小區行長4 m,行距0.75 m,株距0.24 m,種植密度55 583株/hm2。成熟后,在每行中間連續收獲5株果穗進行室內考種,考種項目包括穗長、穗粗、穗行數、行粒數、出籽率、百粒重和單株產量等7個性狀。

1.3 統計分析方法

應用SAS9.2數據處理軟件對7個性狀進行方差分析。當方差分析顯著時,再用張玉東等[7]編寫的SAS line×tester程序進行配合力分析。采用對照優勢對100個雜交組合進行產量雜種優勢分析,對照優勢H/%=[(F1-X)/X]×100%,式中,F1為雜交組合單株產量,X為統一對照海禾2號的單株產量。

2 結果與分析

2.1 方差分析

方差分析結果(表 3)表明,地點、雜交組合、雜交組合×地點間各性狀的差異均達顯著或極顯著水平,說明各性狀在不同地點、不同組合之間存在顯著或極顯著的差異,而且環境對雜交組合各性狀的影響較大,選擇不同地點同時對雜交組合進行性狀鑒定是非常必要的。進一步將雜交組合分解為被測系、測驗種、被測系×測驗種,7 個性狀的差異也均達極顯著水平,說明被測系、測驗種以及被測系×測驗種間各性狀均存在真實差異,可以進一步進行配合力分析。

表1 20 個被測系來源Table 1 Sources of 20 tested lines

表2 5個測驗種來源Table 2 Sources of 5 test varieties

表3 雜交組合方差分析Table 3 Variance analysis of hybrid combinations

2.2 配合力效應分析

2.2.1一般配合力(GCA)分析

從圖1和表4可以看出,20個被測系單株產量GCA效應值差異較大。單株產量GCA效應值達顯著或極顯著正值的自交系有YML12、YML11、YML20、YML05、YML07、YML01,GCA效應值分別為29.466,19.049,17.349,13.239,13.096,9.686;單株產量GCA效應值為正值但未達到顯著水平的自交系有YML16、YML17、YML03、YML15,GCA效應值分別為7.459,7.449,7.146,0.606;其余自交系單株產量GCA效應值為負值,達顯著或極顯著負值的自交系有YML06、YML13、YML09、YML19、YML08,GCA效應值分別為-25.771,-24.278,-22.894,-20.951,-20.934。

圖1 20 個被測系單株產量GCA效應值Fig.1 Estimates of GCA effects among 20 tested lines for yield per plant

表4 20 個被測系產量及相關性狀GCA效應估算值Table 4 Estimates of GCA effects among 20 tested lines for yield per plant and related traits

綜合分析20個被測系的7個性狀GCA效應值,自交系YML12具有最高的單株產量GCA效應值(29.466),除行粒數GCA效應值為不顯著負值外,其余性狀均為正值,其中穗長、穗粗、穗行數GCA效應值達極顯著正值。自交系YML11的單株產量GCA效應值(19.049)居第二位,除穗行數GCA效應值為極顯著負值外,其余性狀均為正值,其中穗粗、行粒數、百粒重GCA效應值達顯著或極顯著正值。自交系YML20的單株產量GCA效應值(17.349)居第三位,穗行數、出籽率GCA效應值為顯著或極顯著負值,其余性狀均為正值,其中穗長、百粒重GCA效應值達顯著或極顯著正值。自交系YML05的單株產量GCA效應值(13.239)居第四位,穗粗、穗行數GCA效應值達顯著或極顯著正值,百粒重GCA效應值為不顯著正值,其余性狀GCA效應值為負值。自交系YML07的單株產量GCA效應值(13.096)居第五位,穗粗、百粒重、出籽率GCA效應值均達極顯著正值,其余性狀GCA效應值為負值。自交系YML01的百粒重GCA效應值為極顯著正值,自交系YML03的穗長、穗粗、穗行數和行粒數GCA效應值為極顯著正值,自交系YML16、YML17的穗粗和行粒數GCA效應值為極顯著正值,自交系YML15的行粒數GCA效應值為極顯著正值。

綜上所述,自交系YML12、YML11、YML20為綜合性狀配合力優良的自交系,自交系YML05、YML07、YML03、YML16、YML17為綜合性狀配合力比較優良的自交系。

2.2.2特殊配合力(SCA)分析

表5列出了100 個雜交組合

表5 100 個雜交組合單株產量的SCA效應值Table 5 SCA effect on the yield per plant of 100 hybrid combinations

的單株產量SCA效應值。從表5可以看出,單株產量SCA效應值達顯著或極顯著正值的雜交組合有12 個,包括 YML07×T4、YML05×T1、YML11×T4、YML08×T1、YML07×T1、YML14×T5、YML10×T2、YML13×T3、YML15×T3、YML20×T5、YML14×T2、YML15×T1,SCA效應值分別是 32.22,28.895,28.45,21.935,21.338,21.159,20.934,20.725,20.325,19.256,19.148,18.495。單株產量SCA效應值達顯著或極顯著負值的雜交組合也有 12 個,包括 YML11×T1、YML20×T1、YML02×T4、YML15×T4、YML14×T4、YML16×T5、YML13×T1、YML08×T2、YML10×T1、YML04×T5、YML07×T2、YML07×T3,SCA效應值分別是-35.282,-27.732,-26.413, -25.323,-23.413,-22.138,-20.538,-19.789,-19.742,-19.654,-19.036,-18.715。

結合圖1分析發現,單株產量SCA效應值達顯著或極顯著正值的12個雜交組合中, 有 7 個組合的母本是單株產量GCA效應值為正值的自交系,有 5 個組合的母本是單株產量GCA效應值為負值的自交系,其中還包括兩個單株產量GCA達極顯著負值的兩個自交系 (YML8和YML13);單株產量SCA效應值達顯著或極顯著負值的 12 個雜交組合中,有 4 個組合的母本是單株產量GCA效應值為極顯著正值的自交系。由此可見,自交系單株產量GCA效應值和SCA效應值的高低不存在必然聯系,GCA效應值高的自交系其雜交組合SCA效應值不一定高,GCA效應值低的自交系,偶爾也能組配出SCA效應值較高的雜交組合。SCA效應值的高低是由兩個親本自交系共同決定的,因此,在自交系選育過程中,不僅要進行GCA選擇,還需要進行SCA選擇。

2.3 單株產量對照優勢分析

表6列出了單株產量對照優勢H≥15%的14個雜交組合的單株產量、對照優勢和主要穗部性狀表現。結合圖1可以看出,14個強優勢雜交組合中有10個組合的母本是單株產量GCA效應值為正值的自交系,說明選用產量GCA效應值為正值的自交系作親本,較易組配出高產雜交組合。從表5和表6可以看出,單株產量對照優勢H≥15%的14個組合中,單株產量SCA效應值達顯著或極顯著正值的組合有7個,分別是YML05×T1、YML07×T1、YML15×T1、YML11×T4、YML07×T4、YML08×T1、YML20×T5,其余7個組合的單株產量SCA效應值為不顯著正值或負值。而單株產量SCA效應值達顯著或極顯著正值的組合YML14×T5、YML10×T2、YML13×T3、YML15×T3和YML14×T2的產量對照優勢并不突出。因此,在雜交種培育過程中,還必須注重SCA和雜種優勢的選擇。

表6 對照優勢H≥15%的雜交組合單株產量、對照優勢及主要穗部性狀Table 6 Yield per plant. relative heterosis and main panicle traits of hybrid combinations with relative heterosis H≥15%

3 討論與結論

3.1 新選自交系的育種潛力綜合評價

評價一個自交系是否優良,除了看自交系本身農藝性狀表現優良與否外,更重要的是配合力的高低。有研究表明,不同自交系、不同性狀的GCA效應差異很大,各性狀GCA效應都較高的自交系基本不存在,但是一個優良的自交系通常會在多個性狀上具有較高的GCA效應值[8-12]。玉米穗部綜合性狀優良是選育高產雜交種的重要因素,穗部性狀的GCA效應值越大,越有利于改善雜交組合的穗部性狀和產量,越容易組配出高產雜交組合[13-14]。本研究結果表明,新選自交系YML12、YML11、YML20、YML05、YML07單株產量GCA效應值為極顯著正值,且多數穗部性狀的GCA效應值為較高正值,這些自交系含有較多與產量相關的有利基因,具有較高的育種利用潛力。單株產量對照優勢H≥15%的14個強優勢雜交組合中有10個組合的母本是單株產量GCA效應值為正值的自交系,進一步證明選用GCA效應值高的自交系作親本,較易組配出高產雜交組合。雜交組合YML05×T1、YML12×T1、YML07×T1具有較高的產量對照優勢,可進一步研究其豐產性、穩產性和適應性。

在本研究中,產量對照優勢H≥15%的高產雜交組合中,有11個雜交組合親本都有測驗種T1,多年育種實踐證明,測驗種T1(TRL60)具有較高的育種價值,已育成云瑞999、云瑞707等雜交玉米品種在生產上推廣應用。

3.2 雙單倍體選系(DH系)配合力差異

利用玉米單倍體誘導系進行自交系選育可以快速獲得純合玉米自交系[15],玉米單倍體育種技術突破了常規育種技術選育周期長的瓶頸,只要兩個世代就可以獲得純合的自交系,大大縮短了育種年限,提高育種效率[16-19]。近年來,玉米單倍體育種技術應用逐漸成熟,產生DH系的能力和速度明顯加強,對DH系的鑒定和配合力分析已成為評價DH系育種利用潛力高低的重要環節。本試驗中包含采用玉米單倍體誘導育種技術選育的6個DH系YML08、YML09、YML15、YML16、YML17、YML18。這6個DH系的GCA效應和SCA效應均存在較大差異,其中YML15、YML16、YML17的產量GCA效應值為正值,YML18為產量GCA效應值負值,但未達到顯著水平,而YML08、YML09產量GCA效應值為極顯著負值。雖然這些DH系產量GCA效應值均未達到顯著或極顯著正值,仍出現了產量SCA效應值達顯著正值的組合,產量對照優勢H≥15%的高產雜交組合中,親本為DH系的組合也有5個。李鳳艷等[19]研究表明,S2、S3代選系變異幅度最大,其姊妹系的一般配合力、特殊配合力及其雜交組合產量都顯著優于其他世代,在這兩個世代進行配合力測定,可以淘汰配合力較低的選系。本研究的DH系均是采用雜交F1混合授粉1代,再自交1代后的材料進行單倍體誘導選育的,說明采用這種方法可淘汰一些不利基因,有利于獲得更多的優良DH系,但不同育種材料間差異較大。