玉米粒重杂交当代杂种优势分析

2020-05-20

种子 2020年4期

(河北农业大学农学院/国家玉米改良中心河北分中心，河北保定 071001)

玉米是我国重要的农作物，也是在生产上利用杂种优势的典型农作物，玉米杂种优势的成功应用推动了水稻、高粱、小麦等其他作物杂种优势利用的研究[1-3]。玉米的杂种优势除了表现在杂交种的生长势、抗逆性、产量等方面，还表现在F0果穗结出的籽粒上，这就是玉米的杂交当代优势[4-9]。杂种优势的利用为玉米种质遗传改良与技术创新奠定了理论基础,是使玉米大幅度增产和改善玉米籽粒品质的有效方式[10-12]。20 世纪末，我国学者开始对玉米当代杂种优势进行研究，发现玉米的当代杂种优势主要表现在粒重、籽粒体积和胚的增加，还有营养物质含量发生的变化[1]。史振声等[2]利用不同品种的自交系和单交种进行杂交，发现玉米F0代的杂种优势是存在的，并且指出杂交当代杂种优势在不同类型的杂交种中普遍存在，籽粒粒重与容重均存在当代杂种优势。玉米当代杂种优势的大小因品种基因型的不同而不同[4]。研究当代杂种优势对于提高玉米杂交种制种产量和种子品质具有重要意义[12-13]。

表1 品种名称、亲本组合

品种名称亲本组合农单9004农系604/PH6WC农单9005农系605/PH6WC农单9006农系606/PH6WC农单9007农系607/PH6WC农单9008农系608/PH6WC农单9009农系609/PH6WC农单9010农系610/PH6WC农单9011农系611/PH6WC农单9012农系612/PH6WC农单9015农系615/农系82农单9016农系616/农系5161农单9017农系617/农系5161农单9018农系618/农系5161农单9019农系619/农系5161农单9020农系620/农系5161农单9021农系5161/农系3600-3604农单9023农系621/农系3600-3604农单9025农系622/农系3600-3604农单9026农系623/农系3600-3604农单9027农系624/农系3600-3604农单9031农系629/农系3600-3604农单9032农系630/农系3610-3612农单9033农系631/农系3610-3612农单9034农系632/农系658农单9035农系633/农系658农单9036农系634/农系1242农单9037农系635/农系1242农单9038农系636/农系1242农单9039农系637/农系1242农单9040农系638/农系1242农单9041农系639/农系1242品种名称亲本组合农单9042农系641/京B547农单9043农系639/京B547农单9044农系642/京B547农单9045农系636/京B547农单9046农系643/京B547农单9052农系650/农系174农单9053农系651/农系174农单9055农系656/京2416农单9056农系629/京2416农单9057农系631/京92农单9058农系657/京92农单9059农系658/京MC01农单9061农系656/京MC01农单9062农系660/京MC01农单9063农系661/京MC01农单9064农系663/郑22优农单9065农系664/郑22优农单9066农系665/郑22优农单9067农系666/郑22优农单9068农系667/郑22优农单9069农系668/郑22优农单9070农系669/郑22优农单9071农系670/郑22优农单9072农系671/郑22优农单9073农系672/郑22优农单9074农系673/郑22优农单9075农系674/郑22优农单9076农系675/郑22优农单9077农系676/郑22优农单9079农系678/郑22优农单9080农系679/郑22优品种名称亲本组合农单9081农系680/郑22优农单9082农系639/DH1132农单9083农系681/DH1132农单9084农系682/农系5112农单9085农系683/农系5112农单9086农系684/农系54农单9087农系685/农系54农单9088农系686/农系54农单9089农系687/农系54农单9090农系688/农系54农单9091农系689/农系54农单9092农系690/农系54农单9093农系691/农系54农单9095农系693/农系54农单9101农系700/JS09306农单9102农系701/农系302农单9103农系702/农系302农单9107农系705/农系0271农单9108农系706/农系0271农单9109农系707/农系0271农单9110农系708/农系5824农单9111农系709/农系5824农单9112农系710/农系6882农单9113农系711/农系6882农单9114农系712/农系6882农单9115农系713/豫928农单9117农系715/豫928农单9118农系716/豫928农单9119农系717/豫928农单9120农系718/农系3750农单9121农系675/农系3750品种名称亲本组合农单9122农系719/农系3750农单9123农系720/农系3750农单9124农系721/农系3750农单9125农系680/农系3750农单9126农系676/早314S农单9127农系722/早314S农单9128农系663/郑H71农单9129农系700/郑H71农单9130农系656/郑H71农单9131农系680/郑H71农单9132农系724/郑H71农单9133农系725/农系768农单9134农系726/农系9121农单9137农系680/HRV332农单9138农系729/J1106父本农单9139农系730/J1106父本农单9140农系731/KA203农单9141农系732/农系771农单9142农系733/丹3140农单9143农系734/农系7071农单9144农系735/农系1109农单9145农系736/农系6982农单9146农系737/新自588农单9147农系738/农系3435农单156农系82/农系972农单172农系287/农系5182农单175农系532/农系5182农单181农系613/农系972农单182农系602/PH6WC农单437农系3435/农系631

本研究采用123个玉米品种及其双亲作为实验材料，通过对不同品种及其双亲自交系的百粒重、容重的测定，研究不同品种杂交当代中亲优势和超亲优势，旨在探索玉米杂交当代杂种优势规律，为玉米育种提供一定参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

本研究选用123个玉米品种及其亲本自交系作为实验材料，由河北农业大学国家玉米改良中心河北分中心提供(见表1)。

1.2 试验方法

1.2.1百粒重

参照李亚楠等[14]的方法，测定不同玉米品种及其双亲籽粒百粒重。

1.2.2容重

参照李亚楠等[14]的方法，测定不同玉米品种及其双亲籽粒容重，仪器设备为LSD-1G型水分容重测定仪。

1.2.3数据分析

利用Excel软件进行数据分析：对百粒重和容重进行方差分析，并参照李亚楠等[14]的方法计算不同玉米品种杂交当代优势。

中亲优势(%)=[(杂交当代籽粒性状值-双亲平均值)/双亲平均值]×100%；

超母本优势(%)=[(杂交当代籽粒性状值-母本籽粒性状值)/母本籽粒性状值]×100%；

超父本优势(%)=[(杂交当代籽粒性状值-父本籽粒性状值)/父本籽粒性状值]×100%。

2 结果与分析

2.1 玉米百粒重的杂种优势分析

2.1.1不同玉米品种百粒重方差分析

方差分析结果(表2)表明：不同玉米品种杂交当代的种子百粒重间存在显著差异，而同一品种重复间差异不显著。

2.1.2不同玉米品种百粒重差异分析

由表3可得：123个玉米品种籽粒百粒重的范围为10.93～38.93 g，百粒重平均值为26.03 g。其中64个玉米品种籽粒百粒重在平均值以下，59个玉米品种籽粒百粒重在平均值以上。百粒重最低的品种是农单9127，为10.93 g；百粒重最高的品种是农单9009，为38.93 g。

表3 123个玉米品种百粒重

品种名称百粒重农单912710.93农单906315.42农单904515.96农单903417.52农单904318.05农单908918.12农单907218.26农单903818.28农单907118.41农单904018.87农单904618.93农单913819.08农单909519.19农单911819.72农单902319.97农单905220.11农单903920.20农单901820.26农单904120.71农单908221.00农单908821.33农单912621.45农单911522.04农单915622.13农单904422.26农单910122.36农单904222.49农单907522.52农单901022.62农单911922.91农单906722.98品种名称百粒重农单905323.08农单18223.12农单907323.21农单910823.35农单906523.42农单913423.46农单906423.69农单902623.70农单913123.73农单902023.92农单18124.04农单908324.12农单905724.16农单909224.16农单911724.17农单912824.26农单907924.30农单909124.63农单903224.66农单908624.77农单906224.81农单903324.83农单910224.91农单914425.02农单901725.11农单906625.18农单912925.28农单902125.32农单908725.37农单907425.62农单907025.66品种名称百粒重农单913025.95农单909025.96农单914326.26农单901926.40农单900526.47农单900426.49农单906126.50农单906926.51农单910926.55农单911226.75农单914626.82农单903526.85农单914526.87农单908426.93农单912027.02农单908527.23农单901527.29农单17527.32农单910327.34农单909327.38农单905527.72农单901127.98农单908028.02农单907728.16农单911428.34农单906828.52农单901228.65农单903628.69农单913728.79农单908128.82农单905628.97品种名称百粒重农单911128.99农单43729.74农单914729.91农单912530.42农单900830.47农单901630.53农单912231.11农单900731.47农单902731.57农单912331.65农单914131.90农单910732.27农单912432.39农单913332.43农单903132.48农单17232.65农单912132.75农单913233.02农单914033.44农单911033.47农单913933.48农单903733.54农单907633.55农单900633.90农单905834.55农单902534.68农单905934.71农单914236.13农单911338.60农单900938.93

表2 不同玉米品种百粒重的方差分析

差异源SSdfMSFP-valueF crit组间6254.9312251.27550.431E-1331.35组内11.461230.09总计6266.38245

2.1.3基于百粒重的不同玉米品种杂交当代杂种优势分析

由表4可得：玉米籽粒百粒重的中亲优势范围为-50.72%～41.46%，75个玉米品种籽粒百粒重中亲优势为负向优势，44个玉米品种籽粒百粒重中亲优势为正向优势，中亲优势平均是-4.31%，其中农单9142中亲优势最大，为41.46%；农单9127中亲优势最小，为-50.72%。

对123个玉米品种超母本优势分析(表4)得出，123个玉米品种超母本优势范围为-46.27%～23.56%，89个玉米品种籽粒百粒重超母本优势为负向优势，30个玉米品种籽粒百粒重超母本优势为正向优势，超母本优势平均为-10.08%，其中农单9142超母本优势最大，为23.56%；农单9138超母本优势最小，为-46.27%。

对不同玉米品种超父本优势进行分析(表4)得出，超父本优势范围为-59.62%～92.12%，55个玉米品种籽粒百粒重超父本优势为负向优势，64个玉米品种籽粒百粒重超父本优势为正向优势，超父本优势平均为4.83%，其中农单9133超父本优势最大，为92.12%；农单9127超父本优势最小，为-59.62%。

表4 基于百粒重的不同玉米品种杂交当代杂种优势

品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单9127-50.72-36.78-59.62农单9089-42.23-45.01-39.15农单9018-37.68-42.36-32.17农单9063-35.54-30.79-39.67农单9045-35.42-27.68-41.67农单9023-34.48-44.94-19.12农单9138-34.44-46.27-15.95农单9043-32.24-30.36-34.03农单9095-31.70-27.34-35.56农单9034-30.30-17.9-39.44农单9046-27.91-24.76-30.81农单9126-26.99-32.31-20.76农单9092-24.32-29.09-18.87农单9040-23.44-29.54-16.19农单9088-23.42-17.74-28.37农单9073-23.35-40.096.37农单9057-21.63-33.07-5.48农单9033-21.36-31.22-8.21农单9026-21.08-32.99-4.01农单9087-20.56-25.58-14.81农单9086-18.84-20.76-16.82农单9038-18.00-17.17-18.81农单9079-17.71-34.7511.37农单9067-16.84-31.305.32农单9072-16.79-17.26-16.32农单9039-16.16-21.31-10.28农单9090-14.77-16.63-12.83农单9044-14.60-10.13-18.64农单9131-14.52-23.20-3.61农单9108-14.50-16.37-12.55农单9041-14.48-20.10-8.02农单9143-13.83-21.09-5.10农单9074-13.75-31.8417.42农单9118-12.66-2.50-20.91农单9091-12.50-7.13-17.29农单9082-12.35-18.98-4.55农单9032-11.82-14.61-8.84农单9019-11.78-11.94-11.62农单9020-11.69-1.56-19.92农单9115-11.43-12.07-10.79农单9042-11.14-3.31-17.80农单9109-10.79-19.1-0.56农单9017-10.35-3.98-15.94农单9004-9.87-13.91-5.43农单9075-9.21-18.963.21农单9093-9.13-10.17-8.06农单9062-8.94-14.24-2.93农单9134-8.27-14.72-0.76农单9021-8.09-15.230.36农单9071-7.352.73-15.63农单9066-7.32-22.5715.40农单9144-7.26-14.260.97农单9130-7.04-16.855.40农单9128-6.96-11.88-1.46品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单9053-5.08-32.5159.94农单9083-4.70-15.729.64农单437-4.5313.51-17.62农单9129-4.50-10.752.68农单9065-4.06-13.267.33农单9102-3.730.04-7.23农单9112-3.48-6.14-0.67农单9016-3.39-8.402.21农单9010-3.0221.35-19.24农单9008-2.57-11.788.78农单9114-2.21-8.675.24农单9012-2.10-6.132.28农单9117-1.34-0.49-2.17农单9146-0.983.23-4.86农单9137-0.96-6.835.69农单90110.962.04-0.11农单91032.533.251.82农单91192.9915.79-7.27农单91203.00-2.308.91农单90703.09-8.2317.60农单1563.50-0.327.61农单90054.1115.89-5.50农单90074.31-2.6612.35农单91474.98-2.8314.16农单90775.25-11.1429.06农单91235.27-10.3927.57农单90855.381.999.01农单91416.143.848.54农单91078.11-2.2120.86农单90158.21-3.3622.93农单90068.71-1.3421.03农单90808.82-5.5928.41农单91259.21-1.5522.61农单90319.32-6.4831.55农单90819.33-6.7332.08农单17510.3715.036.08农单913210.49-6.0634.12农单911110.713.3519.20农单912211.23-0.0625.39农单906812.31-1.5530.71农单912112.70-1.6832.00农单906913.316.1721.49农单912413.590.5330.55农单914514.499.8119.58农单903614.754.3727.43农单900916.07-0.3638.99农单17218.4411.1326.77农单911318.991.7143.33农单902720.413.7727.87农单914020.983.9544.70农单903721.332.3548.97农单907621.710.7253.76农单911023.9412.7337.62农单913325.24-7.1092.12

续表4

品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单9061-6.64-15.093.68农单9101-6.46-21.6516.04农单9084-6.25-17.067.81农单9052-5.54-28.5639.36农单182-5.2511.21-17.46农单9064-5.20-15.878.57品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单905825.6817.4435.17农单902526.6415.2940.46农单905927.4019.9835.80农单913932.8020.7847.49农单914241.4623.5665.43

表5 百粒重正向优势的21个玉米品种

品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单91032.533.251.82农单90855.381.999.01农单91416.143.848.54农单17510.3715.036.08农单911110.713.3519.20农单906913.316.1721.49农单912413.590.5330.55农单914514.499.8119.58农单903614.754.3727.43农单17218.4411.1326.77农单911318.991.7143.33品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单902720.4013.7727.87农单914020.983.9544.70农单903721.332.3548.97农单907621.710.7253.76农单911023.9412.7337.62农单905825.6817.4435.17农单902526.6415.2940.46农单905927.4019.9835.80农单913932.8020.7847.49农单914241.4623.5665.43

通过百粒重杂交当代杂种优势综合分析(表4)得出，21个玉米品种籽粒百粒重的中亲优势和超亲优势均为正值(见表5)。其中农单9142的中亲优势和超母本优势最高，超父本优势仅低于农单9133，说明农单9142的杂种优势最为明显。其次是农单9139具有较高的杂种优势，而农单9103的杂种优势是21个玉米品种中最低的。

2.2 玉米容重的杂种优势分析

2.2.1不同玉米品种容重方差分析

通过方差分析(表6)可得：不同玉米品种杂交当代的种子容重间存在显著差异，而同一品种重复间差异不显著。

表6 不同玉米品种容重的方差分析

差异源SSdfMSFP-valueF crit组间331327.41222715.8038.259.02E-641.35组内8733.512371.00总计340060.9245

2.2.2不同玉米品种容重差异分析

由表7可得：123个玉米品种籽粒的容重范围为619.5～833.0 g·L-1，容重平均值为768.36 g·L-1。其中54个玉米品种籽粒容重在平均值以下，69个玉米品种籽粒容重在平均值以上。容重最低的品种是农单9095，为619.5 g·L-1；容重最高的品种是农单9015，为833 g·L-1。

2.2.3不同玉米品种杂交当代杂种优势分析

本研究对基于容重性状的34个玉米品种进行杂交当代杂种优势分析，由表8可得：玉米籽粒容重的中亲优势范围为-9.59%～16.39%，8个玉米品种籽粒容重中亲优势为负向优势，26个玉米品种籽粒容重中亲优势为正向优势。中亲优势平均为3.28%，其中农单9068中亲优势最大，为16.39%；农单156中亲优势最小，为-9.59%。

分析不同玉米品种超母本优势(表8)得出，34个玉米品种超母本优势范围为-8.38%～22.27%，9个玉米品种籽粒容重超母本优势为负向优势，25个玉米品种籽粒容重超母本优势为正向优势。超母本优势平均是4.15%，其中农单9064超母本优势最大，为22.27%；农单156超母本优势最小，为-8.38%。

对34个玉米品种超父本杂种优势分析(表8)得出，超父本优势范围为-11.60%～14.45%，12个玉米品种籽粒容重超父本优势为负向优势，22个玉米品种籽粒容重超父本优势为正向优势。超父本优势平均是2.28%，其中农单9067超父本优势最大，为14.45%；农单9140超父本优势最小，为-11.60%。

通过容重杂交当代杂种优势综合分析(表8)得出，16个玉米品种籽粒容重的中亲优势和超亲优势均为正向优势(见表9)。其中农单9066的中亲优势最高，具有的杂种优势最为明显。其次是农单9080具有较高的杂种优势，而农单9086的杂种优势是16个玉米品种中最低的。

表7 123个玉米品种容重

品种名称容重农单9095619.5农单9045669.5农单9064682.0农单9034683.5农单9092685.0农单9089692.5农单9128702.0农单9038708.5农单9131709.5农单9127714.0农单9138721.0农单9043722.5农单9082723.5农单9140724.0农单9139725.0农单172725.0农单9072726.0农单9004727.5农单9110728.0农单9120730.0农单9067731.0农单9113736.0农单9122737.5农单9059741.0农单9041742.0农单9010742.5农单9090743.0农单9017744.0农单9083745.0农单9118745.5农单9046747.5品种名称容重农单9102747.5农单9040748.0农单9087751.0农单9143753.0农单9133754.5农单9023755.5农单9108756.0农单9141756.0农单9005757.0农单9103757.0农单9007757.5农单9025757.5农单9042757.5农单9112759.5农单9053760.0农单9071762.0农单9123762.0农单9052763.0农单9085766.0农单9088766.0农单175767.0农单9073767.5农单9132767.5农单9076768.5农单9018769.5农单9063769.5农单156771.0农单9066771.5农单9021772.0农单9027772.0农单9093772.0品种名称容重农单9084773农单9065773.5农单9006774.0农单9033774.5农单437775.5农单9109776.0农单9121776.0农单9142776.0农单9026776.5农单9035776.5农单9101776.5农单9124776.5农单9146779.0农单9144779.5农单9037780.0农单9086782.0农单9069783.0农单9074783.0农单9079784.0农单9075785.0农单9012786.5农单9056786.5农单9011787.0农单9091787.0农单9058787.5农单9057789.5农单9114790.0农单9062791.0农单9129791.5农单9036794.5农单9115794.5品种名称容重农单9117795.5农单9107796.5农单9111797.5农单9019798.5农单9081799.5农单9126802.5农单9119803.5农单9009804.0农单9147804.5农单181806.0农单9145806.5农单182808.0农单9008808.5农单9125808.5农单9031809.0农单9020809.5农单9032812.0农单9137814.0农单9077815.5农单9080817.5农单9061818.0农单9055818.5农单9016819.5农单9130823.5农单9134825.0农单9068827.5农单9039828.0农单9044832.5农单9070832.5农单9015833.0

表8 基于容重的不同玉米品种杂交当代杂种优势

品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单156-9.59-8.38-10.76农单9140-7.00-1.90-11.60农单9059-5.791.740.25农单9064-3.5422.276.71农单9010-2.171.37-5.47农单9072-2.09-5.256.15农单9108-0.829.72-9.52农单9101-0.613.4-4.31农单90730.13-0.898.30农单90610.998.36-3.06农单90861.894.942.20农单91271.966.57-2.26农单90072.308.91-3.56农单90622.33-1.30-5.67农单90122.6410.302.48农单90673.3918.3814.45农单90743.503.7512.79品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单90903.55-5.78-5.78农单90273.8317.935.34农单90254.027.370.52农单90794.129.0013.07农单91024.882.547.32农单90194.933.7211.50农单90094.937.632.36农单91035.762.998.69农单91265.842.109.86农单90176.250.319.99农单90207.4710.02-1.37农单90817.82-3.227.57农单90778.080.138.44农单908011.005.2010.58农单903111.28-2.11-9.19农单906613.965.791.11农单906816.39-4.470.41

表9 容重具有正向优势的16个玉米品种

品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单90861.894.942.20农单90122.6410.302.48农单90673.3918.3814.45农单90743.503.7512.79农单90273.8317.935.34农单90254.027.370.52农单90794.129.0013.07农单91024.882.547.32品种名称中亲优势/%超母本优势/%超父本优势/%农单90194.933.7211.50农单90094.937.632.36农单91035.762.998.69农单91265.842.19.86农单90176.250.319.99农单90778.080.138.44农单908011.005.2010.58农单906613.965.791.11

3 结论与讨论

3.1 讨论

玉米杂交当代粒重的杂种优势已有相关研究，李亚楠等[14]发现了粒厚和百粒重在杂交当代F1具有较好的杂种优势，粒长和粒宽在杂交当代F1具有较弱的杂种优势。在本研究中，百粒重的中亲优势和超亲优势表现正向优势的有21个品种，容重的中亲优势和超亲优势表现正向优势的有16个品种，玉米籽粒容重表现的杂种优势比百粒重表现的杂种优势更明显，这与前人的研究结果基本一致，表明玉米杂交当代籽粒百粒重和容重具有一定的杂种优势。李凤海[10]报道了在授粉的早期，杂交当代种子粒重增加的现象已经出现，且杂交种比自交种干物质转化、利用和储存的能力更强，进一步解释杂交当代优势产生的原因。本研究发现，一些品种呈现负向杂种优势。有研究认为，杂种优势是各个性状相互作用的综合表现,除了受遗传因素影响，还受环境等其它因素影响[13,15]。本研究认为，由于杂交授粉时间延后，影响籽粒的物质转化、储存等，出现负向杂种优势，有待进一步研究。