超甜玉米可溶性糖含量配合力分析

姚文华，张帮洪，尹兴福，张培高，黄云霄,2*

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205；2.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201)

【研究意义】甜玉米是因一个或几个突变基因存在，使得籽粒淀粉的合成途径受阻，从而使果糖、蔗糖和还原糖等可溶性糖类在玉米籽粒中大量积累的一类特用玉米，根据所携带的控制基因不同，可分为普通甜玉米、超甜玉米、加强甜玉米遗传类型。超甜玉米(sh2基因型)由于其乳熟期籽粒中富含蔗糖、果糖等可溶性糖，具有甜度高、食味佳、口感好、风味独特、耐储运等特点，深受消费者喜爱，是当前市场上最主要的一类甜玉米类型[1-3]。甜玉米育种者根据市场发展的需求，育种目标由原来的高产转变为品质和产量并重，特定情况下品质已经提高到比产量更重要的指标。【前人研究进展】选择合理的亲本是配制优良杂交组合成败的关键，选择亲本的关键在于两个自交系之间配合力的高低。近年来科研院所对超甜玉米育种和栽培技术做了大量研究，而对超甜玉米可溶性糖含量的遗传特性研究较少，导致超甜玉米品质育种进展缓慢。王晓明等[4]、胡新洲等[5]对超甜玉米果糖含量性状的配合力及其遗传特性进行了研究，王鸿升[6]等对超甜玉米蔗糖含量性状的配合力及其遗传特性做了分析。【本研究切入点】超甜玉米的甜度指标包括了还原糖、多糖、二价糖和单糖，研究一种糖分含量并不能代表其甜度情况。本研究通过蒽酮比色法测定不同遗传背景的超甜玉米自交系亲本及其杂交组合F1中的可溶性糖含量，利用Griffing Ⅱ双列杂交和统计学的方法分析其配合力效应及其遗传参数。【拟解决的关键问题】研究超甜玉米自交系可溶性糖含量这一关键农艺性状的配合力及相关遗传参数，为超甜玉米品质育种提供科学的理论依据。

表1 供试亲本自交系及其来源

1 材料与方法

1.1 供试材料

试验以云南省农业科学院粮食作物研究所玉米遗传育种课题组选育的5个超甜玉米自交系为试验材料。根据Griffing Ⅱ双列杂交方法组配杂交组合，共15份材料(5份亲本自交系和10份正交杂交组合F1，表1～2)。

1.2 田间试验设计

田间试验在昆明市嵩明县云南省农科院粮食作物研究所玉米育种基地进行。2016年4月播种，15份材料等行距种植，每份材料种植2 行，行间距0.8 m，行长4 m，株距0.25 m，设3次重复；授粉期严格套袋自交，授粉后25～30 d采摘鲜果穗，测定可溶性糖含量。

1.3 可溶性糖含量测定

1.3.1 样品准备 授粉后第25～30天，每份材料随机采收2～3个套袋自交果穗，每一果穗剥取穗中部20～30 颗籽粒作为测定样本。

1.3.2 制作标准曲线 配置0.2 mg/mL葡萄糖标准液，分别稀释成不同浓度的葡萄糖溶液0、0.02、0.04、0.06、0.08、0.1 mg/mL。各取2 mL，加入蒽酮试剂0.5 mL，冷水浴中加入浓硫酸5 mL，摇匀，迅速将其放入水浴锅中。按照王鸿升等[7]优化的水浴时间和温度进行水浴，取出后立即用流动水冷却至室温，在620 nm 处测定其吸光度。以糖含量为横坐标，吸光度为纵坐标，绘制标准曲线，求出标准直线方程[7]。

1.3.3 样品的测定 剥取10 g甜玉米鲜籽粒研磨成浆，注入10 mL 蒸馏水，摇匀离心10 min(10 000 r/min)，取出上清液；再次向离心管剩余的固体中注入10 mL 蒸馏水，并离心10 min(10 000 r/min)，取上清液；将两次上清液合并，移至250 mL 容量瓶中定容，制成甜玉米可溶性糖提取液。取可溶性糖提取液2 mL 于试管中，按照制作标准曲线的步骤测定吸光度。由标准线性方程求出可溶性糖浓度，计算公式如下：

G=C×V×N/W

式中，G——测定样品的糖含量，mg/g；C——根据标准曲线所得的糖提取液浓度，mg/mL；V——可溶性糖提取液体积，mL；N——稀释倍数；W——样品质量，g。

1.4 数据处理

按照文献[8-14]介绍的计算方法，采用软件Microsoft Excel 2007对数据进行初步整理并计算，应用DPS 9.1版软件中的双列杂交Ⅱ程序(亲本及一组F1材料Griffing 配合力分析)计算一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)和其它遗传参数值。

2 结果与分析

2.1 可溶性糖含量方差分析

为了确定处理和区组间的表现型差异是否由遗传因素造成的，对15个杂交组合的可溶性糖含量进行随机区组方差分析(表3)。

表2 各组合可溶性糖含量

表3 各组合可溶性糖含量方差分析

由表3可知，P= 0.0001<0.01超甜玉米可溶性糖含量性状在杂交F1代的差异达到极显著水平，表明超甜玉米杂交F1代的可溶性糖含量存在极显著差异，该性状受不同基因型控制，有必要进一步做可溶性糖含量的配合力分析。

2.2 配合力方差分析

将各组合基因型可溶性糖含量见表4。利用双列杂交GriffingⅡ[8]模型对亲本的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)进行方差分析，见表5方差分析结果表明，试验亲本自交系的一般配合力和特殊配合力的P值为0.0001<0.01，达到极显著水平，表明超甜玉米可溶性糖含量性状在参试组合中同时受非加性效应和加性效应的影响，有必要进一步分析一般配合力和特殊配合力效应值。

表4 各组合的均值双向列表

表5 固定模型下方差分析

注：P<0.01表示在1 %的水平上差异极显著；GCA：一般配合力；SCA:特殊配合力，下同。 Note:P<0.01 meant statistically significant at 0.01 probability levels. GCA: General combining ability. SCA: Specific combining ability. The same as below.

2.3 配合力分析

2.3.1 一般配合力(GCA)分析 GCA是指某个自交系性状在杂交后代F1中的平均表现。通常认为GCA是受基因的加性效应控制，遗传率高。而自交系所含的有利基因位点越多，其一般配合力越高，杂交得到优良后代的概率也较大，因此通常情况下优良自交系(骨干系)的GCA较高。

本试验亲本之间GCA存在极显著差异(表6)，说明所用亲本对提高超甜玉米可溶性糖含量这一性状有极高的利用价值，因此有必要用LSD法多重比较各亲本之间GCA效应值的差异，各亲本的一般配合力效应值以及差异显著性见表6。

通过对表6的分析表明，5个亲本自交系可溶性糖含量的一般配合力变幅为-2.8943～2.7581。自交系T5、T2的一般配合力为正值，说明自交系T5、T2在提高超甜玉米可溶性糖含量的育种中利用价值较高，用T5、T2这两个自交系配制组合，有望得到可溶性糖含量较高的超甜玉米新品种。

2.3.2 可溶性糖含量特殊配合力分析 特殊配合力(SCA)是指某些特定的组合减去双亲一般配合后所呈现的表型偏差，是亲本基因型中显性和上位性效应的结果，受非加性基因效应控制，很难用亲本的效应值推测其杂种后代的表现，必须具体组合具体分析。本试验可溶性糖含量特殊配合力效应见表7，分析数据表明F1各组合间的SCA差异较大，其变幅在-4.9540～0.8932。其中以组合T1×T4表现最好，SCA为0.8032；组合T2×T3表现次之，SCA为0.2974；而组合T1×T5、T2×T5、T3×T5、T4×T5、T1×T2、T2×T4的特殊配合力均为负值。分析结果表明，对于两个可溶性糖含量GCA都高的亲本，其杂交组合的SCA不一定高，如亲本自交系T2、T5；而具有共同亲本T5的组合，其特殊配合力都表现出了负值效应。因此即使亲本的可溶性糖含量GCA高，其杂交组合的SCA也不一定高。

表6 各亲本可溶性糖含量GCA效应值和亲本间效应值比较

注：临界值：LSD0.05=1.8361，LSD0.01=2.4769；*、**分别表示0.05和0.01的差异显著水平。 Note: Critical value: LSD0.05=1.8361，LSD0.01=2.4769；*, ** meant statistically significant at 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表7 10个杂交组合可溶性糖含量SCA效应值

表8 可溶性糖含量遗传参数

2.4 可溶性糖含量遗传参数分析

超甜玉米中可溶性糖遗传参数值见表8，分析表明超甜玉米可溶性糖含量的显性方差大于加性方差，表明这一性状受非加性作用影响较大，在组配组合时可适当放宽选择条件，以免错失优良杂交组合。同时超甜玉米可溶性糖含量广义遗传力和狭义遗传力的值都相对较高，表明这一性状符合加性、显性模型，环境对这一性状的遗传也有一定的影响。

3 讨 论

配合力是自交系潜在能力的反应，是决定杂种优势强弱的主要因素。王晓明[4]等对超甜玉米果糖性状进行配合力研究，研究表明果糖性状的遗传受加性基因和非加性基因控制，参试组合的一般配合力和特殊配合力及其变异幅度均存在极显著差异，广义遗传力较大。王鸿升等[6]对超甜型玉米蔗糖性状遗传特性和配合力研究后认为，蔗糖性状的遗传也受非加性基因和加性基因控制。在本试验中，参试5个自交系可溶性糖性状的一般配合力和特殊配合力均达到极显著差异，表明超甜玉米可溶性糖性状的遗传受非加性基因和加性基因控制，与王晓明和王鸿升等研究结果相似。在选育超甜型玉米的工作中，应当充分利用控制可溶性糖性含量状遗传的加性基因效应、非加性基因效应和环境效应。选择可溶性糖含量性状一般配合力效应值都高的亲本，这样基因的加性效应才能得到充分的利用。环境效应和非加性基因效应的存在，说明不同来源和不同遗传特性的亲本组配出优势的杂交组合具有一定的随机性，想要组配出强优势的组合，就需要组配较多的组合同时还应考虑环境的影响，这样才能使强优势组合出现的概率增加。在选育超甜型玉米新品种时要充分利用控制可溶性糖含量加性基因效应，充分选择各品质性状配合力高的亲本配制组合。同时考虑非加性基因效应影响，应尽量配制较多的组合，适当放宽选择的条件，在中晚代进行选择以免错失优良材料。

在本次试验中，5个自交系可溶性糖含量的一般配合力变幅为-2.8943～2.7581。自交系T2、T5的一般配合力为正值，其中最高的T5自交系是超甜玉米基因sh2和糯玉米基因waxy的双隐性自交系，由于超甜sh2基因对糯玉米基因的上位性效应籽粒是表现出的超甜玉米籽粒的性状(即成熟籽粒皱缩不透明)，据前人研究sh2基因和waxy基因的互作效应通常表现为进一步增加了籽粒含糖量，且营养品质和口味变得独特[15]。本试验对T5和其组配的杂交种的含糖量分析表明，超甜玉米基因sh2和糯玉米基因waxy的双隐性自交系不仅自身含糖量高，含糖量的一般配合力也较高，对提高超甜玉米的含糖量利用价值较大。5个亲本自交系相互之间的特殊配合力变异幅度在-4.9540～0.8932，以组合T1×T4最好，组合T2×T3次之，组合T2×T5第三。由于本实验参试的样本较少，同时没有考虑多点环境效应和反交效应影响，以上分析在超甜玉米类型的育种工作中只能作为一种参考，具体的情况还需进一步研究。

4 结 论

参试材料5个亲本自交系可溶性糖含量性状的一般配合力变幅为-2.8943～2.7581，特殊配合力变幅为-4.9540～0.8932，一般配合力和特殊配合力的P值为0.0001<0.01，均达到极显著水平，表明超甜玉米可溶性糖含量同时受非加性效应和加性效应的影响。超甜玉米可溶性糖含量性状的广义遗传力为66.68 %，狭义遗传力为35.18 %，都相对较高，说明这一性状能够稳定遗传给子代，但是需要在中晚代进行选择并适当放宽选择条件。利用T2、T5这两个自交系配制杂交组合有望获得可溶性糖含量较高的超甜玉米新品种，超甜玉米和糯玉米双隐性材料的可溶性糖含量一般配合力较高。