美国玉米种质改良系主要农艺性状的配合力及杂种优势分析

邓昆鹏， 王薪淇， 谷 男， 邢 政， 景桂昕， 李向永， 赵仁贵

（1．吉林农业大学农学院， 长春130118； 2．吉林云天化农业发展有限公司， 长春130022）

近年来，耐密、高产、抗逆玉米杂交种郑单958和先玉335一直是我国北方玉米主产区试验对照品种，推广面积稳居前列，深受广大农民朋友的喜爱，为农业的增产增收提供了有力保障，由此证明密植型育种仍然是玉米育种重要方向之一［1］。和育187等机收品种的大面积种植，为玉米生产全程机械化提供了启示。总的来说，玉米杂交种综合性状诸如单株产量、生育期、耐密性、抗倒性等农艺性状一定要优良［2］。然而，玉米单株产量适宜、生育期早、耐密性好、抗倒性强的种质资源十分匮乏，是我国玉米育种快速发展的障碍［3］。因此，采用高效的育种手段进行种质创新，整合外来种质资源的优良基因选育玉米自交系，是我国玉米育种发展的必由之路。本课题组从美国依阿华州引进了20份玉米种质基础材料，经“南北穿梭”育种，选育出5份农艺性状优良、熟期早、耐密植的玉米新型自交系，通过探讨上述改良系与我国不同杂种优势类群的玉米骨干自交系的配合力情况及杂种优势表现，为拓宽我国玉米种质基础、构建新的杂种优势模式，以及实现玉米高产、超高产育种计划提供实用的借鉴。

1 材料与方法

1．1 供试材料

2011年，吉林农业大学农学院从美国依阿华州引进20份美系种质，这种类型材料主要表现为熟期早、叶上冲、茎秆柔韧、粒深、轴细，经农学院玉米研究室“南北穿梭”育种，选育出5份优良改良系，分别命名为WY 1、WY 2、WY 3、WY 4、WY 5，以其作为母本，以自交系吉853（塘四平头群）、S 122（旅大红骨群）、龙抗11（Lancaster群）、铁C 8605－2（Reid群）、丹599（温带Ⅰ群）为父本。详见表1。

表1 供试材料及其所属类群

1．2 试验设计

2014年冬，在吉林农业大学乐东佛罗镇玉米育种基地按照NCⅡ遗传交配设计组配出25个杂交组合。2015年春，将25个杂交组合种于吉林农业大学长春作物育种基地。采用随机区组试验设计，4行区，3次重复，行长5 m，行距0．65 m，密度为6万株／hm2，田间管理同大田。田间调查株高、穗位高和倒伏率，选取中间两行收获。自然风干后从每个组合中随机选取5个果穗，考察穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重（折算成14%含水量的百粒重），计算单株产量（折算成14%含水量的单株产量）。

1．3 统计分析

利用 Excel 2013和SAS 9．0［4］软件进行各性状的方差及配合力分析，估算一般配合力（GCA）和特殊配合力（SCA），计算总配合力（TCA）。以单株产量平均值（X 1）为基数计算平均杂种优势［5］。

总配合力（TCA）＝GCA＋SCA。

2 结果与分析

2．1 方差分析

对25个杂交组合的株高、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒重、单株产量8个农艺性状进行方差分析的F值结果见表2。由表2可知，不同组合间8个性状的差异均达极显著水平，由此说明各性状之间的差异是由各杂交组合之间的差异决定的，可进一步估算各亲本的配合力效应。

2．2 一般配合力（GCA）效应分析

由表3可知，同一性状不同自交系间以及同一自交系不同性状间的一般配合力（GCA）相对效应差异较为明显，说明GCA效应已在这些性状中显现出来。就单株产量看，WY 1的单株产量GCA效应最大（8．59）。此外，WY 1的穗粗、穗行数、行粒数的GCA效应均为正值，但株高、穗位高、穗长、百粒重的GCA效应为负值，说明以自交系 WY 1作为亲本之一，较易组配出株型清秀、穗粗大、行数和行粒数多的丰产型玉米杂交种［6］。自交系WY 3的单株产量配合力为1．29，株高、穗位高、穗长、行粒数、百粒重的GCA效应为正值，但穗粗、穗行数的GCA效应为负值，综上表明 WY 3对选育出株型高大、果穗长且行粒数多、百粒重大的高产型玉米杂交种作用明显。WY 2、WY 4、WY 5单株产量的 GCA 效应均为负值，但WY 5的行粒数、百粒重的GCA效应为较明显的正值，表明 WY 5在提高行粒数和百粒重方面有较大利用潜力。

2．3 特殊配合力（SCA）效应分析

由表4可知，单株产量特殊配合力（SCA）相对效应值为正值的有14个组合，排列在前8位的分别是：WY 3×龙抗11、WY 5×吉853、WY 4×S122、WY 1×丹599、WY 4×丹599、WY 3×S 122、WY 4×吉853、WY 1×铁 C 8605－2，SCA 效应值分别为7．18、6．05、5．18、5．16、4．86、4．14、3．68、3．65。 WY 3 的 单 株产量一般配合力为正值，但在组合 WY 3×吉853、WY 3×铁C 8605－2、WY 3×丹599中没有表现出来。WY 2、WY 4、WY 5的单株产量 GCA 效应为负值，但组合 WY 5×吉853、WY 4×S 122、WY 4×丹599、WY 4×吉853单株产量却表现出较高的特殊配合力。

表2 各性状的方差分析F值

表3 美国玉米种质改良系一般配合力效应值

表4 杂交组合的特殊配合力效应值

WY 2×S 122的株高、穗位高、穗长的SCA 效应位于25个杂交组合中的首位，其次为 WY 5×龙抗11，株高、穗位高、穗长SCA效应最低的两个组合分别为 WY 2×吉853和WY 1×龙抗11。穗粗的SCA效应最高的2个组合为 WY 3×龙抗11和 WY 2×吉853，穗粗SCA效应最低的2个组合为 WY 5×龙抗11和WY 3×吉853。穗行数最高的组合为 WY 1×S 122和 WY 3×龙抗11，穗行数SCA效应最低的组合为 WY 2×S 122和 WY 4×龙抗11。行粒数SCA效应最高的2个组合是 WY 1×S 122和 WY 2×吉853，行粒数SCA效应最低的组合为 WY 1×铁C 8605－2和 WY 3×吉853。组合 WY 4×S 122和WY 1×丹599的百粒重SCA效应表现最高，最低的组合为 WY 4×铁 C 8605－2和 WY 5×丹599。单株产量特殊配合力表现突出，并结合其它农艺性状的SCA来看，WY 3×龙抗11、WY 5×吉853、WY 4×S 122是特殊配合力表现优良的前3个组合。

2．4 单株产量的总配合力效应分析

如表5所示，单株产量总配合力为正值的组合有14个，分别为 WY 3×S 122＞WY 1×S 122＞WY 1×丹599＞WY 4×S 122＞WY 1×吉853＞WY 2×S 122＞WY 5×S 122＞WY 5×吉853＞WY 4×吉853＞WY 4×丹599＞WY 2×丹599＞WY 3×丹599＞WY 2×吉853＞WY 3×吉853。单株产量总配合力后5名的组合为 WY 4×龙抗11、WY 5×龙抗11、WY 2×龙抗11、WY 1×龙抗11、WY 4×铁C 8605－2。F 1代单株产量与其配合力总效应呈极显著正相关（R2＝0．999 999），产量配合力总效应大小顺序与产量结果高低的排列基本一致，各组合单株产量总配合力效应与田间实际单株产量的表现是吻合的。说明杂交组合各性状的总配合力效应与其实际的表现具有一定相关性，能够反映出杂交组合的优劣，杂交组合的总配合力值越高，其亲本间的杂种优势越高，田间表现就越突出［6］。

2．5 单株产量的平均杂种优势分析

由表6可知，单株产量平均杂种优势为正值的有14个，具体表现为 WY 3×S 122＞WY 1×S 122＞WY 1×丹599＞WY 4×S 122＞WY 1×吉853＞WY 2×S 122＞WY 5×S 122＞WY 5×吉853＞WY 4×吉853＞WY 4×丹599＞WY 2×丹599＞WY 3×丹599＞WY 2×吉853＞WY 3×吉853。本试验中，美国玉米种质改良系与吉853、S 122组配的组合平均杂种优势值均为正值，5个美国玉米种质改良系与丹599组配的组合平均杂种优势有4个为正值，由此可知，美国玉米种质改良系与旅大红骨、塘四平头、温带Ⅰ群的玉米自交系较易组配出强优势杂交组合，与Lancaster和Reid类群的玉米自交系很难组配出高产组合。组合 WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853的杂种优势表现最为突出。这5个组合的母本自交系中WY 1单株产量一般配合力表现为较高的正值，WY 3单株产量一般配合力也为正值，WY 3与S 122杂交可获得强优势杂交组合，WY 1与S 122、丹599和吉853可组配出强优势组合；虽然自交系WY 4的单株产量GCA效应为负值，但由于 WY 4与高配合力自交系S 122有较高的特殊配合力，组合 WY 4×S 122有较高的总配合力效应，表现出较高的产量杂种优势；这总体体现了选育玉米自交系注重一般配合力的选系原则，在一般配合力高的基础上，再筛选高特殊配合力值，容易获得优良的杂交组合［7］。

表5 杂交组合的单株产量总配合力效应及其田间表现

表6 杂交组合单株产量的平均杂种优势

3 结论与讨论

3．1 美国玉米种质改良系的配合力分析

配合力的高低是衡量一个玉米自交系优劣的主要条件，而杂交组合产量的高低则是自交系配合力高低的具体表现［8］。玉米杂交组合的产量高低，不但取决于亲本一般配合力高低，还取决于组合特殊配合力的高低，即取决于总配合力效应值（TCA）的大小［9］。结合单株产量等8个农艺性状的特殊配合力效应表现，组合 WY 3×龙抗11、WY 5×吉853、WY 4×S 122是特殊配合力表现优良的前3个组合。单株产量总配合力效应表现突出的组合有 WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853，产量配合力总效应大小顺序与产量结果高低的排列基本一致，各组合单株产量总配合力效应与田间实际单株产量表现是吻合的。

3．2 美国玉米种质改良系的杂种优势表现及利用价值

玉米新种质的创制、改良与利用是玉米育种成败的关键［11－12］。本试验中，美国玉米种质改良系与分属于我国5个杂种优势群的骨干系组配的杂交组合，产量杂种优势表现最突出的组合有：WY 3×S 122、WY 1×S 122、WY 1×丹599、WY 4×S 122、WY 1×吉853，杂交组合的杂种优势表现与总配合力分析结果及田间实际表现基本一致，美国玉米种质改良系与吉853、S 122和丹599组配的组合表现较好，杂种优势值较高，美国玉米种质改良系与龙抗11和铁C 8605－2组配的组合产量杂种优势值均为负值，由此可知，美国玉米种质改良系与旅大红骨、塘四平头、温带Ⅰ群等类群的玉米自交系较易组配出强优势杂交组合，与Lancaster和Reid类群的玉米自交系很难组配出高产组合。

因此，利用美国玉米种质改良系可有针对性地改良Lancaster和Reid类群的玉米种质，选育早熟、耐密玉米自交系；利用美国玉米种质改良系可与旅大红骨、塘四平头温带Ⅰ群等类群的玉米自交系杂交选育强优势玉米杂交种。

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