80份美国解禁玉米自交系利用潜力分析

王昌亮，赵连峰，常建智，韦胜利，闫丽慧，李彦昌，王海亮

（1鹤壁市农业科学院，河南鹤壁458031；2浚县畜牧局，河南浚县456250）

0 引言

玉米种质是玉米育种的物质基础，中国玉米种质遗传基础狭窄，且配合力高、抗逆性强、适应性广的宜机收玉米种质匮乏[1-3]。而美国玉米育种处于全球领先地位，拥有丰富的种质资源，对中国玉米产量潜力的作用很大，且对中国玉米的遗传贡献一直呈增长趋势[4-6]。利用美国玉米种质改良系可针对性改良中国玉米种质，拓展中国玉米种质基础，提高中国玉米种质资源多样性[7-9]。从20世纪70年代开始，中国就开始从美国引进大量的自交系、杂交种和群体，通过对引进的外来自交系进行改良，拓宽了中国种质资源，提高了中国育种效率，是中国近代玉米育种的重要途径之一[10-11]。为了进一步拓宽中国玉米种质资源、加快中国玉米育种进程，2012年国家玉米产业技术体系从美国农业部USDA-ARS引进160份解密的商业自交系，陈淑萍等[13]已对其中80份自交系在黄淮海区域的配合力进行了分析。为了明确另外80份自交系在黄淮海区域的利用潜力，加快自交系利用速度。在国家玉米产业技术体系统一安排下，于2015—2016年，在鹤壁市农业科学院试验园区，利用先玉335的双亲为测验种，对另外80份自交系进行了配合力试验。通过对杂交组合相关性状进行测定，分析一般配合力、特殊配合力、总配合力效应和对照优势，明确了80份美国自交系的杂种优势群，确立了这批自交系在黄淮海区域利用潜力和改良方向。

1 材料与方法

1.1 试验材料

80份美国玉米解禁商业自交系（表1）为母本，以PH4CV、PH6WC为测验种，80份美国玉米自交系类群归属情况见表1，表中SS为母本群30份，NSS为父本群39份，NA为未确定类群11份。

表1 80份美国解禁玉米自交系名称及编号

1.2 试验设计

采用NCII遗传交配设计，2014年冬在南繁基地，以测验种PH6WC为母本、PH4CV为父本分别对80份美国自交系进行组配，配置160份杂交组合。

2015—2016年，将160份组合与对照种‘郑单958’种植在国家玉米产业技术体系鹤壁综合试验站（鹤壁市农业科学院试验园区，东经114°19′、北纬35°43′），进行配合力田间测定。参试组合采用a-lattics不完全区组排列，3次重复，试验2年，植密度90000株/hm2，每个组合2行区，行长4 m，行距60 cm。记录抽丝期，成熟前测定小区倒伏率，并在小区随机调查10株，测量株高、穗位高；在收获时测定籽粒含水量，在室内每小区随机抽取10个果穗，考察穗粒数、百粒重、计算出籽率，全区收获计算公顷产量。

1.3 数据统计分析

采用SPSS20.0和Microsoft Excel 2010软件对9个性状试验数据进行方差分析。配合力分析采用刘来福提出针对不完全双列杂交设计的方法[14]，计算一般配合力(GCA)、特殊配合力(CCA)效应值，根据公式TCA=tij=gi+gj+sij计算杂交组合总配合力(TCA)效应值，根据产量TCA结合对照杂交种优势，对160份杂交组合进行分析，对照优势的计算见公式(1)。

其中F1为杂交组合产量，CK为对照的产量。

2 结果与分析

2.1 美国自交系一般配合力效应分析

GCA是由加性基因效应提供的度量值，其效应值大小与相关性状的遗传可能性成正比，一般配合力高的相应性状，其遗传力也高，同时受外界环境条件影响较小。产量是材料筛选的绝大部分因素，产量GCA效应值高的材料可组配出高产杂交组合，通过对80份美国自交系产量一般配合力分析，从中筛选出22份显著高于其他自交系的优良材料（表2）。SS类群材料6份，其中LH206、PHN66产量GCA较高，分别为1.55 t/hm2、1.51 t/hm2，NL001、2FACC两份材料不仅GCA相对较高外，且倒伏率、收获时含水量、株高、穗位高GCA均为负值，表明NL001、2FACC其更适宜组配高产宜机收品种；NSS类群14份材料，其中6M502A产量GCA最高达4.52 t/hm2，但其他各性状GCA也为正值，收获含水量、穗粒数、百粒重、出籽率也较高分别为5.28%、91.51粒、1.11 g、0.76%，表明6M502A更容易组配稀植大穗型后代，29MIBZ2和1538两份材料两份材料不仅GCA相对较高外，且倒伏率、收获时含水量、株高、穗位高GCA均为负值，表明29MIBZ2和1538适合组配宜机收品种，其余11份NSS类群材料中LH128、LH181、Lp215D、PHR30、LH214和LH213六份材料产量GCA为正值同时倒伏率GCA为负值，表明6份材料除了产量配合力高外，抗倒伏性配合力也相对较高。

表2 22份美国玉米自交系9个性状的GCA效应值

2.2 杂交组合产量特殊配合力效应分析

SCA是由基因的非加性效应决定，不能稳定遗传，容易受到环境的影响，在筛选组合是可作为参考依据[15]，利用产量SCA效益值进行自交系类群划分也是一种简单的方法，在测验种固定情况下，产量SCA效应值较低的划入同一杂种优势群，SCA较高的属于不同杂种优势群[16]。由表3可以看出：80份美国自交系与PH4CV组配的杂交组合产量SCA效应值，有33份为正值，其中SS类群24份，NSS类群4份，不确定类群5份。表明：30份SS类自交系中有24份为SS类群，其余6份LH194、LH191、F118、PHV53、PHWG5、PHN34应归为NSS类群，39份NSS类群自交系中PHW43、PHR30、LH128、LH222四份材料可归应SS类群，其余35份为NSS类群，11份NA类群中6F629、PHV07、ICI 441、RS710、PHR32五份材料应归为SS类群，其余5份材料ICI 740、NQ508、PHW30、ICI 193、ML606、OQ10应归为NSS类群。

表3 PH4CV组配的杂交组合产量SCA效应值

2.3 杂交组合产量总配合力效应值和对照优势分析

表4显示：母本测验种PH6WC的GCA效应值为-0.37，则父本测验种PH4CV的效应值为0.37。排名前10位的组合中除LH128×PH4CV为顺式组合外，其余9个组合均为反式组合；9个反式组合中，5个组合双亲GCA效应值和杂交组合SCA效应值均为正值，4个组合双亲GCA效应值互补和杂交组合SCA效应值为正值，且有一个亲本GCA效应正值较大，如：PH6WC×6M502A、PH6WC×LH215等。排名后10位的组合中，仅有PH6WC×PHT73、PH6WC×LH222两个为反式组合，其中PH6WC×LH222特殊配合力效应值为负值，LH222又可归类为SS类群，NA类群自交系可RS710、ICI 441因杂交组合PH6WC×RS710、PH6WC×ICI 441特殊配合力效应值也为负值，也可推测为SS类群，由此推测10个组合中，有9个组合为顺式组合，且9个顺式组合中，基本为双亲GCA效应值和杂交组合SCA效应值均为负值，由此表明反式组合TCA一般较大，而顺势组合TCA相对较小。

组合TCA是由双亲的GCA和SCA共同决定，TCA可以作为杂交组合表现优劣的评价指标。160份杂交组合产量结果表明，TCA效益值变幅为：-5.40～4.69，正值83个；对照优势变幅为：-66.82%～22.14%，仅17个正值，说明160个组合中虽然TCA效应值较多，但与对照比较，存在优势的组合较少。表4为160份杂交组合TCA效益值排位前10为和后10位结果，通过分析显示：组合TCA效应值越大，对照优势也越大，反之TCA效应值越小，对照优势也越小。对照优势作为品种审定的关键指标，表4显示：排前10位的杂交组合中PH6WC×6M502A对照优势达22.14%，PHW51×PH4CV、NL001×PH4CV对照优势超过9点均值，分别为9.61%、9.59%，3份杂交组合优势明显；其余7个组合 LH128 ×PH4CV、PH6WC×29MIBZ2、LH205×PH4CV、LH206×PH4CV、PH6WC×PHR55、PH6WC×LH215、PHN66×PH4CV对照优势也均为正值，分别为：7.97%、6.56%、5.34%、5.24%、4.96%、3.63%、3.89%。

表4 20份杂交组合产量TCA和对照优势分析

3 结论与讨论

一般配合力表示的是一个纯系亲本与其他任何一自交系通过杂交获得的杂交种在其各农艺性状指标上的平均表现水平，并能稳定遗传给后代。通过对自交系GCA分析，按照同一类群性状互补原则，利用优良自交系构建群体，可提高优良等位基因频率，筛选出适宜本区域优良自交系[17]。本研究通过对80份美国自交系一般配合力分析，筛选出LH206、PHN66、NL001、2FACC、6M502A、29MIBZ2、1538、LH128、LH181、Lp215D、PHR30、LH214和LH213等产量一般配合力较高的自交系，其中NL001、2FACC、29MIBZ2和1538四个自交系不仅产量一般配合力高，同时收获时含水量、倒伏率、株高、穗位高等性状GCA为负效应值，由此表明，利用它们作亲本组配杂交组合获得宜机收组合的机率较大。

在自交系改良、选系、组配过程中，可以根据GCA效应值进行目的性状选择，根据SCA明确自交系的类群归属[18]。通过对PH6WC、PH4CV与80份美国自交系组配的160份杂交组合进行SCA效应值分析，将80份美国自交系划分为33份母本群和47份母本群，其中母本群包括原SS群自交系24份，NSS群自交系4份：PHW43、PHR30、LH128、LH222，NA 群自交系 5份：6F629、PHV07、ICI 441、RS710和PHR32；父本群包括原 NSS群自交系35份，SS群 6份：LH194、LH191、F118、PHV53、PHWG5、PHN34，NA 群自交系 6份：ICI740、NQ508、PHW30、ICI193、ML606、OQ101。

配合力的高低是衡量玉米自交系优劣的主要条件，杂交组合产量的高低是自交系配合力高低的具体表现，不但取决于亲本GCA，还取决于组合SCA，即取决于总配合力效应值(TCA)的大小[19]。本研究中，6M502A、NL001、LH128三个自交系产量一般配合力最高，可以重点改良并利用。产量配合力高低也反应了实际产量水平，因此，在选择一般配合力高的自交系作为亲本的同时，也要考虑组合的特殊配合力高低。组合PH6WC×6M502A的产量SCA、TCA的对照优势都排在第1位，PHW51×PH4CV、NL001×PH4CV和LH128×PH4CV产量SCA和TCA都较高，对照优势较强，可以作为重点组合进行下一步试验。

引进外来种质是丰富遗传多样性的重要途径，但难以在育种上马上利用，种质创新是一个长期的过程，同时自交系的利用潜力，不能根据长势优劣判定，需要通过配合力分析进行鉴别[10,13]。本研究仅代表当地气候条件对80份美国自交系进行配合力分析，而对玉米自交系数量性状受多基因控制，不同区域表型性状与环境存在互作效应[20]，通过各区域多年份配合力试验，或通过分子手段进行聚类分析，更能准确的对自交系进行杂种优势群划分。通过对80份美国自交系在本区域进行杂种优势群划分，按照杂种优势类群，与本地骨干系构建基础群体，通过前育种研究工作，循环选系，建立适应本区域的A、B群，对扩宽中国玉米自交系遗传多样性，提升中国玉米育种水平起到积极的推动作用。

通过本研究，将80份美国自交系重新划分为33份母本群和 47份父本群，其中NL001、2FACC、29MIBZ2、1538可作为适宜机械收获材料进行利用，6M502A、NL001、LH128可作为高配合力材料重点利用。而杂交组合中PH6WC×6M502A、PHW51×PH4CV、NL001×PH4CV和LH128×PH4CV对照优势较强，可以进行下一步试验。