配子选择法对玉米自交系QB506的遗传改良效果

陈建军，陈泽辉，郭向阳，王安贵，祝云芳，兰琴英，王安康，刘鹏飞

(1.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省旱粮研究所，贵州 贵阳 550006；3.德江县农牧科技局种子管理站，贵州 德江 565200)



配子选择法对玉米自交系QB506的遗传改良效果

陈建军1,2，陈泽辉2*，郭向阳2，王安贵2，祝云芳2，兰琴英1,2，王安康3，刘鹏飞2

(1.贵州大学 农学院，贵州 贵阳 550025；2.贵州省旱粮研究所，贵州 贵阳 550006；3.德江县农牧科技局种子管理站，贵州 德江 565200)

为选育出抗逆性强及配合力高的玉米改良系，以4个优良玉米杂交种和优良玉米自交系PH6WC为供体分别改良优良玉米新品种金玉506的母本QB506，选育出一批优异的自交系。基于田间试验统计和SSR分子标记的遗传多样性分析5个供体对玉米自交系QR273改良效应。结果表明：产量高于对照金玉506(QB506×QR273)10 %的测交组合为供体PH6WC、黔兴201和顺单6号所改良系组配的组合，改良效果明显。从146对引物中筛选出清晰稳定的引物42对，对32份供试材料同源性位点扩增，共检测到243个等位基因变异，每个点检测到等位基因数2～9个，平均5.8个，。每个位点的多态性信息量为0.2122～0.8836，平均为0.6883。供试自交系划为4个类群：第Ⅰ类群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478，为Reid种质群；第Ⅱ类群为YA8201、Mo17、黄早四和18599；第Ⅲ类群丹340为旅大红骨群；第Ⅳ类群为QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32为Suwan类群。在选准供体的基础上改良玉米自交系，可提高育种效率。

玉米；供体；自交系；SSR标记；改良效果

目前，我国玉米种质资源狭窄，优质、抗逆、高配合力和适应性广的新种质严重匮乏，造成选育丰产、高效的突破性品种困难加大，同时，遗传基础狭窄加大了遗传的脆弱性，解决这一问题的关键是对种质资源进行扩增、改良和创新[1]。温带种质早熟性对外来的热带种质晚熟性表现为显性或部分显性一致，分析热带、亚热带自交系与中国温带玉米种质杂交种，总结温热组合在温带地区生长的特点，指出温热组合有一定的增产潜力，温带材料对杂交种的不同性状有一定的调节作用[2]。玉米自交系QB506是贵州省旱粮研究所2005年以国内优良玉米杂交种辽丹933通过多代自交分离，于2008年选育而成，2012年以QB506和QR273审定国审玉米新品种金玉506。该系具有一般配合力高、抗逆性强、品质优和熟期适中等特点。但QB506存在籽粒含水量偏高、出籽率低等缺点。配子选择法是一种目的性较强、效果明显的自交系改良方法[3]。为了改良QB506自身缺点并探讨不同供体对其遗传改良的效果。贵州省旱粮所选择具有Reid血缘且与QB506互补的优良杂交种(自交系)作为供体材料对其改良，经过7代自交、测交选育得到一批性状优良的QB506改良系，为QB506的利用提供一定的理论和实践依据。

表1 SSR分子试验材料名称及来源

1 材料与方法

1.1 试验材料

2009年春，贵州省旱粮研究所将优良杂交种鄂玉10号、黔兴201、雅玉889、顺单6号和自交系PH6WC作供体，分别导入优良自交系QB506(受体)，通过自交、测交法选择，经4年南繁北育，选458份稳定的QB506改良系，从中筛选9个改良系作为母试验材料。从458份QB506改良系中选择19份；另外用QB506、QR273、PH6WC、T32、QB572、QB576和QB48及6份代表不同类群的国内骨干自交系YA8201、Mo17、掖478、丹340、黄早四和18599，共32份玉米自交系作SSR分子试验材料，各材料的遗传背景见表1。

1.2 试验方法与设计

2009年春在贵州贵阳用供体与QB506杂交，当年冬天在海南三亚崖城用F1植株自交，同时用F1和QB506的花粉与测验种测交。2010年春在贵阳用测交种进行重复产量比较试验，根据结果找出测验组合产量高于QB506与测验种的杂交组合，再找出该F1植株自交果穗种成穗行，继续自交选择，按系谱法选出稳定自交系。

2013年冬，在海南三亚崖城用QR273作父本，QB506和9个改良系(表2)分别作母本，组配10个杂交组合，收获种子；2014春，分别在贵州贵阳、贵州德江和云南罗平进行杂交组合的田间鉴定，田间组合鉴定采用随机区组设计，以金玉506(QB506×QR273)为对照(CK)，2行区，3次重复，行长3 m，行距70 m，株距0.25 m，每行12株，小区面积4.9 m2。

1.3 序列来源及SSR分子标记

玉米SSR引物序列信息来自MaizeGDB (http://www.maizegdb.org)，选择均匀覆盖玉米全基因组的146对玉米SSR引物，引物由上海生物工程公司(Sangon)合成。用从146对引物中筛选清晰稳定的引物42对，对32份供试自交系进行同源性位点扩增。应用UPGMA对32份玉米自交系的SSR分子标记结果的原始矩阵进行聚类分析和主坐标分析。

表2 QB506改良系名称

表3 杂交组合10个农艺性状及测定方法

1.4 农艺性状调查与测定方法

田间调查和室内考种以小区为单位，杂交组合的田间农艺性状，共调查了10个农艺性状(表3)。

1.5 数据处理

按照UPGMA方法对各材料进行聚类分析和主坐标分析，数据处理由NTSYS-pc2.10e软件完成；采用Excel 2007和DPS7.05数据分析软件进行输入和统计分析。

图1 32份玉米自交系的UPGMA聚类图Fig.1 UPGMA clustering chart of 32 maize inbred lines

图2 32份自交系主坐标的二维图Fig.2 Principal coordinates analysis of 32 maize inbred lines-2D

2 结果与分析

2.1 QB506改良系的遗传多样性

2.1.1 SSR标记的扩增 供试材料具有不同的SSR带型，多态性检出率较高。42对引物分布于玉米的10条染色体上，共检测到243个等位基因变异，每个点检测到等位基因数2～9个，平均5.8个。每个位点的多态性信息量(polymorphism information content，简称PIC值)为0.2122～0.8836，平均为0.6883。QB506与其改良系间的GD变幅为0.1344～0.3661，平均0.2388。其中，与QB1495 的GD最小为0.1344，与QB2380间的GD最大为0.3661。QB506与用PH6WC导入QB506的改良系间的GD均大于其他供体导入的QB506的改良系。说明，PH6WC与QB506间的亲缘关系比其他供体较远。QB506改良系之间的GD为0.0716～0.5089，平均0.3186。其中，GD最小的是QB1636与QB2115间，为0.1203；最大的是QB1636与QB2380间的GD为0.5089。

2.1.2 聚类图 根据42个SSR标记分析数据，以0.65为阈值，供试自交系被划为4个类群：第Ⅰ类群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478；第Ⅱ类群为YA8201、Mo17、黄早四和18599；第Ⅲ类群丹340为旅大红骨群；第Ⅳ类群为QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32为Suwan类群。

2.1.3 主坐标 由图2可见，QB1579划归为QB506改良系一类；共划分成4个类群，这与UPGMA图差别较小。

2.2 组合的农艺性状及对照优势

2.2.1 改良系与原系的组合性状均值方差 由表4可见，试点内区组间的方差分析除小区产量、穗长、穗行数、行粒数和秃尖长无显著差异，其他性状均达显著或极显著水平。组合间的方差分析，小区产量和百粒重未达显著水平，其他性状均达到极显著水平，即各组合间性状差异明显，说明组合间存在真实的遗传差异。试点间方差分析，小区产量不显著，秃尖长达显著水平，其他性状均达到极显著水平。在组合×地点互作方差分析中所有性状均未达显著水平，表明QB506及其改良系和QR273的测交组合的株高、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、秃尖长、出籽率、百粒重和小区产量等表现不仅有基因型效应，而且受生态条件和气候条件等环境因素的影响。

表4 各杂交组合10个农艺性状的方差

注：*和**分别表示在0.05和0.01水平显著。表中的数值为MS值。

Note：* and ** indicated the significance at 0.05 and 0.01 levels, respectively. Data in the table were MS values.

表5 杂交组合小区产量对照优势

2.2.2 组合产量的对照优势 对照优势指某参数超过对照的百分数，由表5可见，该值>15 %的测交组合为QB1579×QR273；其次，>10 %为QB1540、QB2383和QB2398所配组合；进一步表明改良系QB2383和QB2398来源于同一供体PH6WC；QB1579来源于供体黔兴201；QB1540来源于供体顺单6号；说明供体PH6WC、黔兴201和顺单6号对玉米自交系QB506改良效果较好。

3 结论与讨论

对现有玉米自交系的改良是提高自交系水平的重要途径之一[4]。对育种而言，衡量自交系改良成功与否的关键是评价其改良后组合在产量以及抗逆性方面是否有所提高。供体与受体的性状具有明显的差异性和互补性，能克服其受体的缺点。供体必需具备2个基本条件：第一，具备明显的、可以弥补被改良系某些缺点的优良性状；第二，具有较高配合力，较多的优良性状无严重且难以克服的缺点[5-6]。鄂玉10 号、黔兴201、雅玉889和顺单6号具有适应性广、抗逆性强、丰产性好和出籽率高等优点，PH6WC具有果穗子粒脱水快、出籽率高、子粒容重高和一般配合力高等突出的优点。本研究利用这些供体的优点来克服QB506的不足，进而达到改良QB506的目的。

不同供体对QB506农艺性状及测交组合效应存在较大差异，组合QB1579×QB273增产15.89 %；组合QB1540×QB273增产12.53 %；QB2383和QB2398组配组合分别增产10.98 %和10.58 %。综合分析结果显示供体PH6WC、黔兴201和顺单6号对玉米自交系QB506改良效果较好。说明，供体材料背景不同，其改良效果存在一定的差异，这与前人的研究结果较为一致。因此，用配子选择法改良玉米自交系时，可利用多个遗传背景不同的优良杂交种或自交系作为供体。

综合上述，不同供体对亲本的改良效果存在显著的差异。因此，利用配子选择法改良现有玉米自交系,供体的选择至关重要。然而，在实际育种工作中，优良配子所携带的染色体，经过杂交、自交和选择，必然发生重组和分离，不可能完全按原有的纯合状态保存下来[3]。因此，配子选择法在理论和实践上都存在一定的缺陷，同时育种程序繁琐。

不同供体对QB506农艺性状及测交组合效应存在较大差异，同一供体改良得到的改良系组配的杂交种差异较大。改良系QB2383和QB2398来源于同一供体PH6WC；QB1579来源于供体黔兴201；QB1540来源于供体顺单6号。说明供体PH6WC、黔兴201和顺单6号对玉米自交系QB506改良效果较好，综合考虑基础材料优缺点是改良材料的重要因素之一。

SSR分子标记在一定程度上揭示不同供体与受体之间的遗传差异，不同供体所改良系划分为不同的亚群。通过UPGMA和主坐标分析，将供试自交系被划为3个类群：第Ⅰ类群包括QB506及其改良系、PH6WC和掖478，为偏Reid种质群；第Ⅱ类群包括YA8201、Mo17、黄早四和18599；第Ⅲ类丹340为旅大红骨群；第Ⅳ类群包括QR273、QB48、QB2164、QB572、QB576和T32为Suwan类群。不同供体与受体之间遗传差异明显，相同供体不同改良系之间遗传差异存在不规则差异性，进一步说明Reid种质群遗传变异丰富；同时，与人工自交和环境选择紧密相关。参考文献：

[1]苏义臣, 苏桂华, 金明华. CIMMYT热带玉米种质在温带地区的改良利用[J]. 河南农业科学, 2013,42(7):14-18.

[2] 陈彦惠, 王利明, 戴景瑞. 热带、亚热带自交系与中国温带玉米种质杂交种的研究[J]. 中国农业大学学报, 2000,5(1):50-57.

[3] 陈泽辉. 贵州玉米育种[M]. 贵阳:贵州科技出版社, 2011.

[4] 乔善宝, 王玉花, 杨克诚, 等. 不同供体及不同回交次数对玉米自交系R08的改良效应[J]. 作物学报, 2009,35(12):2187-2196.

[5] 潘家驹. 作物育种学总论[M]. 北京：中国农业出版社, 1994:68-74, 91, 161.

[6] 荣廷昭, 李晚忱, 杨克诚, 等. 西南生态区玉米育种[M]. 北京:中国农业出版社,2003.

[7] 胡 兴, 陈泽辉, 郭向阳, 等. 优良玉米自交系QR273改良系的遗传特征特性及其改良效果[J]. 贵州农业科学, 2014,42(2):35-38.

[8] 陈泽辉. 贵州玉米自交系杂交种的选育分析[J]. 贵州农业科学, 2007, 35(3):122-127.

(责任编辑 刘忠丽)

Genetic Improvement Effects of Maize Inbred Line QB506 by Gamete Selection Method

CHEN Jian-jun1,2, CHEN Ze-hui2*, GUO Xiang-yang2, WANG An-gui2, ZHU Yun-fang2, LAN Qin-ying1,2, WANG An-kang3, LIU Peng-fei2

(1.Guizhou Institute of Upland Crops, Guizhou Guiyang 550006,China; 2.Institute of Modern Chinese Medicinal Materials, Guizhou Guiyang 550006,China; 3.Seed Control Station, Dejiang Science and Technology Bureau of Agriculture and Animal Husbandry, Guizhou Dejiang 565200, China)

In order to breed a batch of new excellent maize inbred lines, four fine hybrids and inbred line PH6WC were used to improve the female parent QB506 of new variety Jinyu 506. The authors analyzed the improve effects of the five donors on inbred line QR273 by the methods of field experiment and statistics and SSR marker. Results: Yields of those combinations ameliorated by PH6WC, Qianxin 201 and Shundan 6 were 10 % higher than the control Jinyu506(QB506×QR273), it is an obvious improvement. According to SSR marker, 42 pairs distinct and stable primers were chosen from 146 to amplify homologous loci of 32 test materials. There were many variations detected on 243 alleles, on average, 5.8 alleles each locus, ranging from 2 to 9. The polymorphism information content amplitude of variation of all locus was from 0.2122 to 0.8836, the average was 0.6883. Based on UPGMA and principal coordinate analysis, all of the tested inbred lines were divided into four groups: The first group was Reid germplasm, including QB506 and its improved lines, PH6WC, Ye478. The second group was composed of YA8201, Mo17, Huangzaosi and 18599. Qundan 340 constituted the third Lvdahonggu germplasm group. The last group was Suwan germplasm, consisting of QR273, QB48, QB2164, QB572, QB576 and T32. There was a great way to enhance breeding efficiency by improving maize inbred lines based on correct tested materials.

Maize；Tested materials；Inbred lines；SSR marker；Improvement effect

1001-4829(2016)08-1776-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.004

2015-12-30

贵州省科技厅农业攻关项目“优良热带玉米Suwan群体遗传潜势及种质改良创新研究”[黔科合NZ(2013)3004]；贵州省农业科学院自主创新专项“贵州玉米育种核心种质的改良与创制”[黔农科院自主创新科研专项字(2014)006]；贵州省农业科学院创新基金项目“玉米籽粒大小QTL初步定位”[黔农科合(创新基金)2011017]

陈建军(1988-)，男，在读硕士，研究方向：遗传育种，E-mail:913580104@qq.com， *为通讯作者。

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