先锋玉米种质改良系的配合力分析

姜 龙，牟 琪2，陈殿元，马 雪，孙 博，范馨木，孟云凤

(1.吉林农业科技学院农学院，吉林 吉林 132101； 2.吉林省科学技术信息研究所，吉林 长春 130033)

20世纪70年代以来，以国外材料为基础，我国玉米育种工作者不断努力，选育出掖478、沈5003、U 8112、铁7922、丹9046等一大批优良自交系，形成了我国玉米育种的重要基础类群之一“Reid群”，由其组配的品种也得以大面积推广[1-4]。2000年后，耐密型玉米杂交种郑单958和先玉335在北方大面积推广种植，证明玉米种植密度的提高是持续提高玉米产量直接有效的方法。郑单958是改良Reid×塘四平头杂种优势模式中选育出的最优良的代表性品种，这一杂种优势模式也是目前我国选育超高产密植型玉米品种最具应用潜力的杂种优势模式[5]。Reid群自交系最重要的几个特点有株型紧凑、雄穗分枝少、根系发达、籽粒较深，但随着育种技术发展更新以及自交系抗性的丧失，沈5003、丹9046等国内Reid群自交系在育种中已经逐渐被淘汰，大多数已不适应当前我国密植型杂交种选育的要求，因此有必要对其进行遗传改良，才能对其充分应用。

美国先锋公司培育的PH 6 WC、PH 09 B等自交系具有综合农艺性状好、配合力高、耐密植、适应性强、熟期适宜、产量高等特点，因此，选用经先锋种质材料遗传改良的自交系(国内Reid×先锋种质)为母本，以旅系统群自交系为测验种(父本)进行杂交测配，可对先锋玉米种质改良系的改良效果和利用潜力进行评价，进而为我国北方玉米耐密型育种提供理论指导。

1 材料和方法

1.1 供试材料

试验材料均由吉林农业科技学院玉米育种课题组提供。父本自交系为郑22、丹340、E 28、S 121和S 122，来源于旅大红骨群；母本自交系为先锋玉米种质改良系JK 18、JK 20、JK 40、JK 60、J 80，双亲遗传基础见表1。2016年冬，在吉林农业科技学院南繁育种基地进行播种，并按B.Griffing的不完全双列杂交方法进行杂交，组配成25份杂交组合。

表1 供试材料名称及其遗传基础

母本遗传基础父本遗传基础JK18(铁C8605-2×PH6WC)×PH6WC郑22丹340×E28JK20郑58×PH6WC丹340白骨旅9×有稃玉米JK40铁C8605-2×PH6WCE28A619Ht1×旅9宽JK60铁C8605-2×PH09BS121(掖H201×丹340)×掖H204JK80铁7922×PH09BS122(掖H201×丹340)×丹340

1.2 试验设计

2018年将25个组合和对照品种(郑单958)，在吉林农业科技学院玉米遗传育种试验地，按随机区组排列设计进行播种，种植密度为6万株·hm-2，3行区，行长5 m，3次重复，行距0.65 m。成熟时先收获中间行内中间位置10株的果穗进行室内测量穗长、行粒数、穗行数、籽粒长、百粒重、容重和单株产量。然后全区收获，测量小区产量。

表2 穗部性状方差分析的F值

变异穗长行粒数穗行数籽粒长百粒重容重单株产量组合3.92∗∗2.55∗∗8.17∗∗5.70∗∗5.59∗∗5.79∗∗3.11∗∗P17.39∗∗10.42∗∗18.33∗∗26.70∗∗16.75∗∗10.38∗∗5.23∗∗P23.57∗∗5.47∗∗25.62∗∗6.93∗∗6.64∗∗8.51∗∗1.02∗∗P1×P24.07∗∗4.72∗∗5.33∗∗3.25∗∗4.04∗∗5.67∗∗4.06∗∗

注：“*”，“**”分别表示在α=0.05和α=0.01水平上的差异显著。下同。

表3 穗部性状的一般配合力效应

自交系穗长行粒数穗行数籽粒长百粒重容重单株产量JK18-1.77-2.25-5.563.635.43-0.841.52JK201.64-1.79-4.032.947.160.4310.39JK402.284.235.39-2.59-13.190.13-2.05JK607.437.37-1.51-9.973.87-1.09-4.03JK80-5.11-7.665.616.13-3.141.49-5.96郑222.81-3.013.242.272.200.39-0.79E281.94-3.71-6.98-2.788.701.01-0.29S122-3.24-1.077.831.16-2.71-0.701.89S121-4.072.21-5.78-4.16-2.540.744.26丹3402.675.471.813.63-5.77-1.323.32

1.3 统计分析方法

试验结果为3次试验的平均值，先用Excel 2013软件进行数据的初步处理，而后根据刘来福等[6]、莫惠栋[7]的方法进行配合力的测定。

2 结果与分析

2.1 配合力方差分析

将25份杂交组合的7个穗部农艺性状：穗长、行粒数、穗行数、籽粒长、百粒重、容重和单株产量的随机区组方差分析F值结果列于表2。由表2可知，各个玉米杂交组合间被测的7个穗部农艺性状均达到极显著水平。由此可以看出，组合间性状的基因型之间存在真实的遗传差异，可作进一步配合力方差分析。

2.2 一般配合力分析

一般配合力(General Combining Ability，GCA)是某一亲本品种和其他若干品种杂交后，杂种后代在某个数量性状上的平均表现，是由其亲本所含的有利基因位点得多少决定的，也就是基因的加性效应，可以遗传。可以通过对自交系在大田农艺性状进行一般配合力的测定，来了解自交系是否有利用价值。将供试10份玉米自交系的一般配合力效应值列于表3。

2.2.1先锋种质改良系的一般配合力评价

通过自交系GCA的测定，通过对数据可以了解自交系的利用价值和改良潜力，并推测出杂种后代的性状[9]。在5个先锋种质改良系中单株产量GCA以JK 20(10.27)最高，JK 18(1.40)次之，JK 40(-1.93)和JK 60(-3.91)分别位列第3、4位，JK 80(-5.84)最低。其中，JK 18：籽粒长和百粒重的GCA都为较大正值，可以增加组合的穗轴深度和产量；JK 20：在穗长、籽粒长、百粒重和容重的GCA都为较大正值，对增加组合的穗长、选育产量高的杂交种作用大；JK 40：对增加组合的穗长、行粒数和穗行数有作用。其余2个先锋改良系JK 60、JK 80单株产量的GCA为均为较低负值，分别为-4.03和-5.96，表明在先锋种质改良系中，不同自交系的GCA存在较大的差异，单株产量一般配合力更高的先锋改良系杂交种选育中具有更大的利用潜力。总之，JK 20和JK 18是2个经过改良后表现很好的自交系。

2.2.2旅大红骨自交系的一般配合力表现

在旅大红骨类群的5个自交系中，首先看单株产量，GCA最高的是S 121(4.26)，丹340(3.32)列第2位，S 122(1.89)位列第3，有利于增加组合的产量，在选育密植型杂交种中有较高的利用价值。其中，S 121：单株产量GCA最高是行粒数和容重的GCA较高的结果；丹340：是穗长、穗行数、行粒数和籽粒长的作用结果；S 122：能增加组合的穗行数和籽粒长度。其余2个旅大红骨类群自交系E 28和郑22单株产量的GCA为负向效应，数值较低分别为-0.29和-1.79，在排除个别特殊情况下，这2个自交系并不利于组配出高产组合。E 28在百粒重和穗长均表现出较大的正向效应，效应值分别为8.70和1.94，即该自交系能增加组合的百粒重和穗长。郑22能增加穗长、穗行数、籽粒长和百粒重，对选育密植杂交种也有一定作用。同不同先锋改良系之间一样，不同旅大红骨自交系的GCA也存在着较大差异。

表4 穗部性状的SCA效应及单株产量的TCA效应

组合SCA效应穗长行粒数穗行数籽粒长百粒重容重单株产量TCA效应单株产量JK18×郑22-15.33-10.320.13-5.25-8.460.92-18.71-17.98JK18×E2810.088.352.012.817.66-0.8115.4516.68JK18×S12212.795.71-1.78-0.531.290.187.7110.88JK18×S1214.492.941.991.34-3.720.352.387.92JK18×丹340-1.91-6.55-2.331.753.46-0.51-6.71-1.97JK20×郑22-1.270.91-0.914.418.48-1.493.9213.53JK20×E28-3.84-5.37-1.86-0.955.620.59-2.967.38JK20×S1222.382.85-3.994.320.29-0.213.9715.91JK20×S1215.455.80-4.15-2.736.40-0.385.9320.34JK20×丹340-2.84-3.9910.60-5.17-20.431.28-10.742.97JK40×郑220.25-2.530.35-0.774.261.261.65-1.20JK40×E282.671.18-0.832.17-7.551.85-2.61-4.71JK40×S1220.382.862.32-1.99-3.560.514.514.35JK40×S121-2.13-0.401.12-1.981.93-1.463.395.60JK40×丹340-1.05-1.35-2.842.654.99-1.99-6.81-5.54JK60×郑225.46-0.682.106.85-2.77-0.490.33-4.49JK60×E28-5.67-0.81-3.46-5.89-8.38-1.50-16.81-20.87JK60×S122-1.15-1.420.79-7.338.990.991.68-0.72JK60×S1210.220.221.236.12-1.870.566.997.39JK60×丹3401.262.77-0.540.373.820.557.977.41JK80×郑2210.9912.51-1.56-5.34-1.63-0.2213.166.65JK80×E28-3.36-3.473.931.972.78-0.346.610.80JK80×S122-4.27-9.992.835.49-6.89-1.45-17.51-21.58JK80×S121-7.92-8.240.17-1.76-2.860.99-18.39-19.99JK80×丹3404.439.07-5.250.768.580.8315.9514.02

2.3 特殊配合力效应和配合力总效应分析

特殊配合力(Special Combining Ability，SCA)是2个特定亲本系所组配的杂交种的产量水平，与一般配合力相反，特殊配合力由基因的非加性效应决定，受基因的显性、超显性和上位性效应及基因与周围环境因素的互作效应所控制[10]。它不能稳定的遗传，只能由某些组合双亲的等位基因间或非等位基因间的互作而反映出来，可为杂种优势的利用和杂交组合的选育提供重要信息，其产量性状的特殊配合力是选择的关键[10]。

由表4可知，25份玉米杂交组合中单株产量SCA以JK 80×丹340(16.05)最高，JK 18×E 28(15.45)，JK 80×郑22(13.16)分别位列第2、3位，而组合JK 18×郑22(-18.71)最低。其中，JK 80×丹340组合单株产量SCA最高，其亲本中JK 80单株产量GCA较低，但丹340却是旅大红骨类群系中GCA第二高值，说明GCA高的旅系与先锋改良的基因互作效应好，组配潜力大；JK 18×E 28组合：SCA居第2位，其母本JK 18单株产量GCA较高，但父本E 28的单株产量GCA较低。可知这几个SCA高的组合，可以看出只有杂交组合的亲本之一具有较高的GCA，这个杂交组合才能有较高的SCA。

决定组合F1代产量高低的是双亲的配合力总效应TCA，即亲本的GCA和双亲间的SCA效应之和[11]。由表4可知，单株产量TCA排前5位的是JK 20×S 121(20.34)、JK 18×E 28(16.68)、JK 20×S 122(15.91)、JK 80×丹340(14.02)、JK 20×郑22(13.53)，小区产量最高的是这5个组合(未列出)。试验结果表明，杂交组合的小区产量与单株产量配合力总效应呈极显著正相关(r=0.96>r0.01=0.51)，即单株产量与小区产量的配合力效应值趋势基本一致，这5个组合的小区产量均超过郑单958(ck位于第15位)，因此这5个杂交组合为耐密高产优良组合。

3 讨论与结论

玉米自交系是杂交种选育的遗传基础，评判一份自交系的育种价值除了看其产量、抗逆性和品质表现外，更重要的是评价其配合力的高低[12]。要选育出能在生产上利用的强优势杂交组合，在很大程度上取决于自交系的配合力[13-15]。近几年，先锋公司杂交种的产量表现突出，引导育种家开始改变育种策略，注重利用先锋种质的密植性[16]。本研究中先锋种质改良系JK 20单株产量的GCA高，组配出JK 20×S 121、JK 20×S 122和JK 20×郑22共计3个高产杂交组合。先锋种质改良系JK 18单株产量的GCA较高，组配出JK 18×E 28高产组合。由此说明，JK 18和JK 20是改良较成功的自交系，在实际育种中具有很大的利用价值。其中，JK 18和JK 20的遗传基础分别是(铁C 8605-2×PH 6 WC)×PH 6 WC、郑58×PH 6 WC，其中铁C 8605-2、郑58是我国北方玉米育种研究中的骨干系。因此，用生态适应性强、配合力高的国内Reid群自交系与先锋种质自交系杂交，以进行遗传改良的方法在实际应用中具有很大的价值，证明了先锋自交系改良的应用切实可行。此外，JK 80单株产量的GCA为负值(-5.96)，但组配出JK 80×丹340高产组合，说明JK 80具有一定的育种价值，有待进一步改良利用。

本研究中先锋Reid改良系与旅大红骨自交系的组配模式与2000年左右推广的新铁单10等(Reid×旅大红骨)的组配模式相似，但所组配的杂交种在耐密性方面有了较大提高。本研究中所选用的先锋种质改良系与国内Reid群自交系具有遗传相似性，与旅大红骨群自交系杂交一直都有着较高的产量优势。因此，在东北玉米育种研究时需要继续对此类遗传种质改良与旅系进行杂交测配，进一步筛选密植型高产品种，深入挖掘该杂种优势模式的育种潜力。