基于温热玉米F2∶3家系的株型相关性状遗传分析

赵 强1,， 赵满义1,， 吴 迅， 王安贵， 郭向阳， 刘鹏飞， 祝云芳， 陈泽辉

(1.贵州大学农学院， 贵阳 550025； 2.贵州省农业科学院旱粮研究所， 贵阳 550006)

玉米作为重要的粮食、饲料作物和工业原料之一，在保障国家粮食安全和经济发展方面具有十分重要的作用[1-2]。提高玉米产量一直是育种家们工作的目标，而株型作为育种选择的直接性状，具有直观、容易度量等优势，在玉米育种实践中起着重要作用。南方玉米生态区具有生态环境复杂多样，病虫害发生频繁等特点，对玉米种质的要求较高。而热带玉米种质具有适应性强、抗性好、籽粒品质优的优势，目前在拓宽我国尤其是南方地区的玉米种质基础中发挥着重要作用[3-8]。但是，热带玉米种质在具有优势的同时，也表现为株高过高，容易倒伏和光周期较为敏感的不足。因此，通过温热玉米杂交，结合人工选择和驯化，培育出适合不同生态区的重要玉米种质材料是现代玉米育种，尤其是南方玉米育种的一个重要方向[9-11]。前人通过生理生化、分子标记等开展株型相关性状的研究较多，如尹燕枰等[12]和陈玉水等[13]对玉米株型相关性状进行相关性分析发现，株高与穗位高之间呈显著正相关。孙娇等[14]以289份常用玉米自交系为材料，对玉米叶夹角的遗传变异进行全基因组关联分析，规模化鉴定出一批控制玉米叶夹角变异的遗传区段，并定位到42个与叶夹角显著相关联的QTNs。但是关于温热玉米改良过程中株型相关性状的受选择方向，以及它们之间的相互关系的研究则较少。因此本研究基于温热玉米QR 273/HCL 645的F2：3后代，通过探究该群体内株高(PH)、穗位高(EH)、叶夹角(LA)、雄穗分枝(TBN)4个性状在人工选择后的变异方向与相互关系进行分析，旨在明确温热玉米改良过程中株型相关性状的受选择方向，期望能够为热带种质的育种利用提供一定的支持。

1 材料与方法

1.1 供试材料

本研究以热带玉米自交系QR 273(母本)和温带核心自交系HCL 645(父本)为亲本，构建的160份家系为材料，供试材料特征见表1。QR 273是贵州省旱粮研究所以热带玉米Suwan 1群体作基础材料，经5年8代自交、大群体分离，于2002年选育出的优良玉米自交系，于2016年获得农业部植物新品种保护授权，品种权号为CNA 20100303.8。该系具有一般配合力高、抗逆性强、株型紧凑、品质良好和熟期适中等特点，组配的杂交种在生产上应用的有金玉506、华龙玉899、青青515、金玉1号、黔单988等10余个，并在生产上大面积推广应用[15-17]。HCL 645是温带重要玉米自交系，以其作为亲本组配的杂交种迪卡517在我国北方玉米生态区被广泛应用[18]。

表2 F2：3家系株型性状方差分析与变异

性状 均方F值均值标准差变异系数/%偏度峰度株高47.77148.91**159.5218.8411.810.150.39穗位高36.0241.31**49.099.9620.280.460.81叶夹角51.654.23**32.487.6823.621.333.48雄花分枝6.549.35**7.522.9949.690.580.91

注：“*”和“**”分别表示在5%和1%水平上差异显著。下同。

图1 F2：3家系株型性状频率分布

2016年春，在贵州贵阳(26.33°N，106.64°E)以QR 273作母本，HCL 645作父本，通过杂交获得F1种子。于2016年冬，在海南九所(18.26°N,108.54°E)播种F1，套袋自交获得F2单穗种子，采用单籽粒法构建160个家系的F2：3，即供试材料。

1.2 试验方法

2017年春，在贵州省农业科学研究院实验基地将160个F2：3家系播种，采用完全随机区组设计，单行种植，行长3 m，每行14 株，行距70 cm。大田管理与当地玉米种植管理一致。在授粉完成后第28天，从每行的第3株开始连续选取5株进行株高(cm)、穗位高(cm)、叶夹角(度)、雄花分枝数(个)等株型相关性状测量。

1.3 数据处理

利用Excel软件进行数据初步整理，SPSS 23.0软件进行数据统计分析。

2 结果与分析

2.1 株型性状方差分析与变异

从F2：3家系主要株型性状方差分析与变异分布(表2)可以看出，株高、穗位高、叶夹角、雄花分枝4个株型性状在不同家系间均呈现出显著性差异。株型相关性状变异系数大小依次为：雄花分枝>叶夹角>穗位高>株高。就偏峰度而言，4个株型性状分布都向大于平均数的方向偏斜，叶夹角的峰度大于3，分布较为陡峭，峰态明显；株高、穗位高、雄花分枝峰度都小于3，分布比较平缓。总体变数的分布比较集中(图1)。

表1 亲本的来源与特征特性

亲本来源特征特性 QR273Suwan1生育期123d,株高210cm,穗位高85cm,穗位上部叶片披散,雄花分枝有10～14个,雄花发达,叶片宽。HCL645NL9607×BE8006生育期98d,株高175cm,穗位高55cm,穗位上部叶片紧凑,雄花分枝有4～5个,雄花中等,叶片窄。

2.2 株型性状相关性分析

从F2：3家系各性状之间的相关性分析(表3)表明,株高与穗位高、雄花分枝数之间均呈现显著正相关，相关系数分别为0.672和0.502；穗位高和雄花分枝之间呈现显著正相关，相关系数为0.551；叶夹角与其它性状均未达到显著水平。

表3 F2：3家系株型性状相关系数

性状 株高穗位高叶夹角雄花分枝数株高1穗位高0.672**1叶夹角0.0930.0561雄花分枝0.502**0.551**0.0511

3 结论与讨论

本研究结果显示，株型相关性状在不同家系间均呈显著性差异，其中雄花分枝数的变异程度最大，其变异系数为49.69%；不同的株型相关性状均呈现出连续的正态分布，符合数量性状的特征表现；另外，株高和穗位高表现出极显著的正相关关系，R2为0.69。该结果与尹燕枰等[12]、陈玉水[13]等的研究结果一致。前人对玉米株型进行了大量研究[19-21]，玉米株型性状与生物产量、光合效率、抗倒性等密切相关，是理想株型设计育种的基础。陈彦惠等[22]利用温带材料为母本，以热带、亚热带群体为父本，按照NCⅡ设计配制了8×10=80个温×热杂交组合为研究对象得出，温热杂交种的株高和穗位高2个性状显著增高。李峰等[23]研究得出，玉米的抗倒性与株高和穗位高之间呈极显著相关，玉米倒伏严重影响产量、品质以及机械化收获。因此，在使用温热玉米种质资源进行育种时，应把株高和穗位高的改良作为一个重点，既要考虑株高对产量的提高，又要考虑穗位高与植株抗倒性之间的关系。

参考文献类型及其标志

注：对于其他未说明的文献类型，建议采用单字母“Z”。