不同玉米杂交种产量和品质性状的杂种优势分析

魏锋，史大坤，卫晓轶，马毅，洪德峰，马俊峰，王稼苜，郑秋道

(新乡市农业科学院，河南 新乡 453002)

杂交育种可以提高遗传力，从而加速进化。利用杂种优势可以对玉米种质进行遗传改良和创新，并且可以提高玉米产量和改善籽粒品质[1－3]。当前，玉米的播种面积和产量均已超过水稻和小麦，已成为我国第一大粮食作物[4]。玉米是最早利用杂种优势的作物之一。玉米杂种优势的利用为我国玉米产量大幅度提高发挥了决定性作用[5]。而且，玉米是杂种优势表现最强的作物，中亲优势率一般在35%～40%，因此杂种优势的利用是提高玉米产量的重要途径之一[6]。

一般使用中亲优势值和超亲优势值来度量杂种优势[7]。群体平均优势和群体超亲优势也可以反映基因效应产生的杂种优势[8]。刁西洲等[9]利用混合线性加显(AD)模型和MINQUE(1)法对玉米穗部性状进行杂种优势分析，结果表明各性状均检测到极显著的显性效应，容重和穗行数检测到加性效应和显性效应，百粒重、穗长、穗粗未检测到加性效应。进茜宁等[10]利用主基因＋多基因混合遗传模型分析玉米籽粒油分含量的遗传特性，结果显示主基因＋多基因遗传率均以F2代较高，玉米籽粒油分特性在F2代选择时效率较高。姜敏等[11]对玉米穗部性状配合力研究表明，穗粗、穗行数和百粒重主要以基因的加性效应为主，穗粒重以非加性效应为主，穗长、行粒数和虚尖受加性效应和非加性效应的共同作用。

本研究利用5个新单系列杂交种及其双亲为材料，通过计算其F1杂种优势指数、相对杂种优势、中亲优势和超亲优势，对各杂交种的穗部、籽粒、产量和品质等相关性状的杂种优势进行分析，以期为自交系材料的育种应用提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试材料为新美09、新01A3、新美026、新69、新4095、新XF806、郑58、昌7－2、PH6WC、PH4CV共10个玉米自交系及新单61(新美09×新01A3)、新单68(新美026×新69)、新单65(新美026×新4095)、新单58(新美09×新4095)、新单88(新XF806×新69)、郑单958(郑58×昌7－2)、先玉335(PH6WC×PH4CV)共7个玉米杂交种。其中，自交系新美09、新01A3、新美026、新69、新4095、新XF806和杂交种新单61、新单68、新单65、新单58、新单88均由新乡市农业科学院选育；郑单958和先玉335做对照，两者均为国内生产上大面积推广应用的杂交种。各品种具体审定情况见表1。

表1 供试品种审定情况

1.2 试验设计

试验于2021年在新乡市农业科学院辉县试验基地进行。供试材料于6月17日播种，6月21日出苗，10月10日收获。随机区组试验设计，重复3次。行长4 m，行距0.6 m，4行区种植。种植密度为67 500株/hm2。管理措施同常规大田生产。

1.3 测定项目及方法

收获后，每小区选取有代表性果穗10个，测定其穗行数、行粒数、穗长、穗粗、轴粗、单穗重和水分、百粒重，并计算折合为14%水分的单穗粒重。脱粒后，选取有代表性籽粒10粒，测量粒长、粒宽和粒厚。

脱粒后每个供试样品取干净适量种子，采用Perten DA7250型近红外谷物分析仪，测定籽粒的粗蛋白、粗淀粉、油分、氨基酸含量和容重。

F1各性状的F1杂种优势指数、相对杂种优势、中亲优势和超亲优势，参照钟源[12]、余学杰[13]等的方法进行计算，公式如下:

式中，F1为杂交种值，P为双亲均值，即P＝(P1＋P2)/2，P高为高亲值。

1.4 数据处理与分析

试验数据采用SPSS 17.0软件进行处理和分析。

2 结果与分析

2.1 杂交种与双亲各个性状的方差分析

对F1与双亲的穗部性状、籽粒性状、产量和品质性状等进行方差分析，结果(表2)显示，除新单61的穗行数，新单58的穗长，新单61、郑单958、先玉335的粒宽，新单88的粒厚，新单58和先玉335的水分，新单68、新单88和先玉335的百粒重以外，其余杂交种与双亲的穗部和籽粒性状之间差异均达到显著或极显著水平。各杂交种与双亲的品质性状之间差异多表现为不显著。

表2 F1与双亲各性状的方差分析

2.2 产量相关性状的杂种优势分析

由表3可以看出，杂交种产量相关性状的F1杂种优势指数介于67.9%～304.1%之间，变异系数为3.15%～12.95%；相对杂种优势介于(－47.3%)～67.1%之间，变异系数为3.32%～164.15%；中亲优势介于(－32.1%)～204.1%之间，变异系数为9.43%～170.43%；超亲优势介于(－33.1%)～163.0%之间，变异系数为11.65%～112.04%。其中，产量相关性状中，粒宽、水分和百粒重的中亲优势变异系数均相对较高，说明不同品种间的粒宽、水分和百粒重杂种优势的差异较大。行粒数、穗长、穗粗、粒长、单穗重和单穗粒重的中亲优势和超亲优势均较高，说明杂交种行粒数、穗长、穗粗、粒长、单穗重和单穗粒重的杂种优势较强。穗行数、轴粗、粒宽、粒厚、水分和百粒重的中亲优势和超亲优势较低，且粒宽、粒厚、水分和百粒重多数为负向杂种优势，说明穗行数、轴粗、粒宽、粒厚、水分和百粒重的杂种优势不明显。

表3 F1产量相关性状的杂种优势

表3(续)

2.3 品质相关性状的杂种优势分析

从品质相关性状的杂种优势分析结果(表4)可以看出，各品种粗蛋白、油分、粗淀粉、氨基酸、容重的F1杂种优势指数介于78.8%～134.0%之间，变异系数为0.97%～15.66%；相对杂种优势介于(－26.9%)～25.3%之间，变异系数为57.73%～147.33%；中亲优势介于(－21.2%)～34.0%之间，变异系数为55.8%～141.90%；超亲优势介于(－36.3%)～13.2%之间，变异系数为37.13%～138.30%。油分、氨基酸相对杂种优势和中亲优势的变异系数偏高，说明不同品种间油分和氨基酸的杂种优势存在较大差异。粗蛋白、油分、粗淀粉、氨基酸、容重的中亲优势和超亲优势均相对较低，且粗蛋白和油分多表现为负向杂种优势，说明杂交种品质相关性状的杂种优势不明显。

表4 F1品质相关性状的杂种优势

2.4 杂交种产量和品质性状的相关性分析

对杂交种穗部、籽粒、产量共12个相关性状进行相关性分析，结果(表5)显示，穗行数与行粒数呈显著正相关，相关系数为0.799；穗粗与轴粗之间呈极显著正相关，相关系数为0.970；行粒数与粒厚间呈显著负相关，相关系数为－0.762；穗长与粒厚、单穗重间均呈显著正相关，相关系数分别为0.778和0.833；单穗粒重与穗长、粒长间均呈显著正相关，相关系数分别为0.764和0.858；单穗粒重与单穗重之间呈极显著正相关，相关系数为0.955；百粒重与穗长、粒厚间均呈极显著正相关，相关系数分别为0.891和0.951；百粒重与单穗重、单穗粒重间均呈显著正相关，相关系数分别为0.798和0.797。

表5 产量相关性状的相关性分析

对杂交种品质相关性状进行相关性分析，结果(表6)显示，粗蛋白与粗淀粉间呈极显著负相关，相关系数为－0.914；粗淀粉与容重间呈显著负相关，相关系数为－0.787；其余性状之间相关性均不显著。

表6 品质相关性状的相关性分析

3 讨论与结论

关于玉米杂种优势的相关研究，前人已有很多报道。张前进等[14]对12份玉米种质主要农艺性状和产量性状的配合力及杂种优势进行分析，结果表明玉米的杂种优势使不同组合间产量性状的差异减小，杂种优势对提高玉米产量具有重要的促进作用。侯有良等[15]对11个玉米杂交组合的穗部性状及产量进行杂种优势分析，结果显示，穗粒重和穗重的杂种优势最大，其次为穗粒数和千粒重，穗行数的杂种优势最小。王永学等[16]利用20个玉米杂交组合为材料，对其穗部性状进行杂种优势分析，认为:除穗行数的超亲优势外，组合间各个穗部性状的中亲优势与超亲优势均存在极显著差异，另外，以中亲值预测F1的杂种优势是有效的。本研究通过对5个新单系列杂交种的穗部性状、籽粒性状、产量性状、品质相关性状等进行杂种优势分析，结果显示，杂交种的行粒数、穗长、穗粗、粒长、单穗重和单穗粒重均具有较强的杂种优势。所以，在玉米自交系选育过程中，应加强对其杂种优势较强性状的选择，这有助于选育出产量高、品质优的玉米新品种。

品种间粒宽、水分、百粒重、油分和氨基酸的杂种优势存在较大差异。其中，郑单958粒宽、水分和油分的中亲优势和超亲优势均高于其余品种，先玉335百粒重的中亲优势和超亲优势均高于其它品种，新单68氨基酸的中亲优势和超亲优势也均高于其余品种，说明这些杂交种双亲之间在粒宽、水分、百粒重、油分和氨基酸性状上杂种优势更强。