25个玉米自交系配合力分析

潘敏娜, 郑常祥

(贵州省旱粮研究所, 贵阳 550009)

中国的玉米栽培面积和总产量均居世界第2位,随着我国玉米产业化的发展,需要优质高产的玉米杂交种,而要提高杂交种产量的前提必须选育出优良的自交系。玉米杂交种选育工作中配合力是评价玉米自交系利用价值的重要指标,配合力的高低可以判断自交系和杂交种的优劣。现代玉米育种中围绕改良选育自交系的基础材料,组配强优势组合。目前选育具有较多优良性状的自交系,用的是现成的优良自交系组成的群体中再次选育优系,事实证明是有效的。用单交种作为原始材料,二环系育种成为较通用的办法,其特点是简易灵活、效果较好,国内外40%～50%自交系都是从优良玉米单交种选的二环系。在美国玉米育种中76%来自自交系的选育,其中利用二环系方法选育的自交系占80%。我国近几十年的玉米育种实践证明,如选育8112,5003,478等二环系在组配优良组合中发挥重要作用。从长远看,使用一次二环系法本身也是长期轮回选择中的一轮。用较老的自交系配成杂交组合,从中自交选出新系;再用新系配成杂交组合,选出更新的系,周而复始连续进行。采用二环系育种法是一个促进遗传基础发展进化的过程,而不是促进遗传基础贫乏衰退的过程[1]。新二环系的优良基因多,遗传背景丰富,玉米种质资源多样化,丰富了玉米种质资源,对玉米种质进行扩增改良和创新,选育出优良玉米自交系组配组合,多样化组配杂交良种,丰富玉米种质资源。本研究将优良的自交系配成杂交种作为基础材料并导入热带或温带材料进行选择多次二环系选育,选育新系,供生产使用。

1 材料与方法

1.1 供试材料

25个玉米自交系中,13份新二环系的材料由2014年春进行一般配合力的筛选试验获得,按Griffing(1956)方法将25个自交系完全双列杂交方式组配成300个杂交组合。

1.2 试验设计

对组配的300个玉米组合,2016年春进行一年3点的试验,分别在贵州省旱粮研究所科研地(海拔1 140 m)、息烽县西山镇柏香村(海拔1 616 m)、开阳县双流镇双永村(海拔1 400 m)三地进行随机区组试验,3个重复,单行区,行长5 m,行距0.7 m,株距0.25 m,小区面积3.5 m2,单株留苗20株。玉米成熟后收小区测产,晒干脱粒称重。

1.3 数据分析

对一年3点的数据分析采用Griffing(1956)方法进行配合力分析,用Excel软件对测定小区产量进行方差分析和配合力效应值的分析。

2 结果与分析

2.1 方差分析及配合力分析

由表2可看出,组合与试点差异达极显著,组合间的差异极显著。表明组合间的差异极显著,存在真实遗传差异,因此有必要进行配合力的方差分析,表3在固定模型下,其差异已达极显著水平受到加性和非加性遗传效应的共同作用,可进行配合力效应分析,组合产量一般配合力的方差大于特殊配合力,说明基因的加性效应在杂交种后代的遗传中起主要作用。

表1 材料编号及亲本来源Table 1 Material number and parental source

表2 区试产量方差分析Table 2 Variance analysis of yield in the zone trial

一般配合力(GCA)是由基因的加性效应决定的,可以稳定遗传并可重组累加,一个自交系的GCA大,则表明该自交系拥有的优良基因多,利用价值高。从表4可看出,玉米自交系GCA效应值最高的是QET (40.19),其他依次是LS 24 A、 08 D 107、170 QT、J 106、LS 936、LSJ 105、186 QT、LSJ 106、D 186、D 22 B、X 936、DK 171、LSJ 107、DKC、LS 248、C 171、D 170、DKC、DKC 172、DKT、107 C 172、DKC 171、DC 171、107 C 171。正值为13个,其余为负值,107 C 171(-39.05)为最低。

表4 25个自交系一般GCA和SCA效应值Table 4 25 inbred systems with GCA and SCA effect values

2.2 组合特殊配合力效应值及总配合力效应值的分析

特殊配合力(SCA)是由特定的基因相互作用(显性、超显性、上位性等)决定的,SCA反映了自交系间的遗传差异,SCA越大,遗传差异越大,产生的变异越多,杂种优势越明显。从表4、表5可看出,组合特殊配合力(SCA)是组合10×20(LSJ 107×DK 171)(171.99)最高,8×20(LSJ 106×DK 171)(135.96)次之,其余171个组合(SCA)为正值,6×22(QET×LS 24 A)(-0.90)等127个组合SCA为负值,其中组合8×10(LSJ 106×LSJ 107(-286.14)最低。

表5 25个玉米自交系GCA值Table 5 GCA values from 25 maize inbred lines

由表5、表6可知,组合190(10×20)SCA效应值最高,为171.99即LSJ 107×DK 171组合产量最高,为660.82 kg/667 m2,其10和20的小区产量GCA效应值分别为2.23、-4.89,组合的SCA效应值(171.99),亲本(GCA)效应值一般,组合(SCA)效应值高,其产量也较高,表明在亲本GCA和SCA效应值相对较高的条件下组配玉米杂交种组合可获得较高的产量水平。8×10组合产量最低,GCA的效应值分别是8(12.23)、10(-4.89),组合的SCA效应值(-286.14),亲本(GCA)效应较低,组合(SCA)效应值也低,其产量水平也低,表明在亲本GCA和SCA效应值相对低的条件下组配玉米杂交种组合产量水平也低。图1说明,300个组合产量与SCA的走向趋势,产量按从大到小的下降趋势,其相对应的组合SCA也是趋于这样的结果。玉米组合产量水平与组合间的特殊配合力有一定的联系,取决于亲本间的加性方差与非加性方差的共同作用。

图1 组合产量与SCA、TCA效应值比较Fig.1 Comparison of combined yield with SCA and TCA effect values

表6 组合产量(前25位)与组合GCA、TCA值比较Table 6 The combined yield (top 25 positions) compared with the combined GCA and TCA values

由表6可知,总配合力效应值(TCA):玉米育种实践说明,产量性状无疑是第一位的,杂交玉米的产量并非完全取决于SCA或GCA,而是受到双亲GCA和SCA的共同作用,TCA作为主要的指标,对其综合评价。组合16(1×17)产量为16位(601.00 kg/667 m2)、TCA(183.97)为第1位、SCA(132.16)为第3位。组合149(8×10)产量212.70 kg/667 m2、TCA(-296.47)和SCA(-286.14)均为最后1位;组合190(10×20)产量最高(660.82 kg/667 m2),SCA(171.99)为第1位,TCA(169.33)为第2位;组合264(16×25)产量位次8位,SCA位次9位,TCA位次80位。在产量前25位组合中,配制的杂交组合产量高,SCA高,其对应的TCA值也高,产量值与其相对应的组合SCA效应值也是趋于一致结果。SCA很小(负值),则双亲的遗传差异小,近似于一个纯合的自交系自交。由表7可看出,产量后25位组合中(除组合235、300),组合双亲的来源分析结果看,或多或少含有较相近的血缘,遗传差异小,遗传变异少,没有杂种优势,配制的杂交组合产量低,SCA也低,其对应的TCA值也低。从图1看出,300个组合产量与TCA的走向趋势,产量组合编号从大到小呈下降趋势,其相对应的组合TCA也是趋于下降的趋势。对组合产量的综合评价,要多方面加以考虑。

表7 组合产量(后25位)与组合GCA、TCA值比较Table 7 Comparison of combined yield (last 25 bits) with combined GCA and TCA values

3 结论和讨论

通过在贵州中海拔(海拔1 100～1 600 m)地区一年3点试验,筛选出适应中海拔山区自然条件且产量在592.86 kg/667 m2以上的组合有25个,排名前三位为LSJ 107×DK 171(660.82 kg/667 m2),LSJ 106×DK 171(660.82 kg/667 m2),C 171×LSJ 105(633.95 kg/667 m2),组合组配杂优模式为(热带×温带)×(热带×温带),新选育的二环系组配产量较高的组合占比达到84%以上,这些组合可以进一步进行试验,对其综合评价,鉴定出可参加试验的组合。

本试验中,QET自交系一般配合力效应值最大,该系由瑞德种质铁7922(美国杂交种3382)和具有o 2优质蛋白基因材料T 19/o 2组配杂交种(7922×T 19/o 2)(温带×热带)加代获得,特点是根系发达,抗倒。衍生自交系186 QT(13.66)、170 QT(25.346)的GCA也大,根系发达,抗倒。J 106(21.69)(美国杂交种3245)的GCA较高,衍生系(温带×热带)LSJ 105(14.58)、LSJ 106(12.23)GCA也较高;在25个自交系中C 171(-8.09)(国际玉米小麦改良中心的改良自交系)GCA为负值,其特点是排列结实紧密,硬粒型,衍生系(温带×热带)DKC 172(-14.72)、107 C 172(-27.54)、DKC 171(-35.89)、DC 171(-37.23)不高,但其配出组合特殊配合力很高,在25个高产组合中占14个,可对以上自交系加以利用。

本试验组合197(170 QT×DKC 171)SCA为130.04、组合205(170 QT×DKC 171)SCA为100.11、组合264(08 D 107×DKT)SCA为113.78,组合特殊配合力均较高,可利用其特殊配合力。本试验中选育的新二环系LSJ 107的GCA为-4.89,DK 171的GCA为2.23,配制组合190的SCA(171.99)很高, DC 171的GCA为-37.23很低和LSJ 105的GCA为14.58,配出较高的产量组合16 SCA(183.97)、组合6×22(QET×LS 24 A)。其中QET的GCA为40.19,LS 24 A的GCA为29.58,组合SCA(-0.90)产量并不高,其原因需要进一步研究和思考。

本试验选育的二环系在育种工作中的运用广泛,审定玉米品种黔单26杂交种母本LSJ 106是由杂交种LS 248自交选育的二环系,LS 248与自交系J 106(黔单12号的母本)组配杂交种选育的二环系,是温带X热带种质配制杂交组合选出的新系;审定玉米品种黔单27的亲本均来源本试验所涉及的二环系,母本DC 171是由杂交种丹科2206自交选育的二环系与来自国际玉米小麦改良中心的改良自交系C 171组配杂交种选育的二环系(温带X热带种质配制杂交组合选出的新系),父本170 QT为本试验配合力效应值最大QET的衍生系,由杂交种(D 170×QET)选系。针对玉米育种遗传基础狭窄,育成杂交种很难有突破,选育的杂交种一旦发生突发性病害,生产上将造成严重损失的现状,对外来种质资源的扩增、改良和利用途径上,可导入热带、温带种质进行选育改良和利用,丰富种质遗传背景。本试验的结果说明,将优良的自交系配成杂交种作为基础材料并导入热带或温带材料进行选系,进行多次二环系选育,组配杂交种的办法是可行的,后续筛选组合也进入相关的试验。

对自交系材料进行分子标记,通过分析试验数据得到一系列结果,有助深入研究玉米杂交种优势的遗传背景、杂种优势模式,创造较多的遗传变异供选择,分析遗传基因效应,找出有效控制玉米产量相应的基因位点。