玉米自交系配合力分析及育种潜力评价

汪燕芬, 蒋辅燕, 罗黎明, 和永昌, 高连彰, 姚文华, 罗开勇,张培高, 王 晶, 郭瑞佳, 于兴李, 陈洪梅

(1.云南省农业科学院粮食作物研究所, 昆明 650205; 2.云南田瑞种业有限公司, 昆明 650217;3.宣威市农业技术推广中心, 云南 宣威 655400; 4.昭通市农业科学院, 云南 昭通 657000;5.保山市昌宁县农业科学技术推广所, 云南 保山 678100)

配合力高低是衡量一个玉米自交系优劣的重要指标之一,无论是常规育种还是现代生物技术育成的玉米自交系,都需要进行配合力测定。亲本自交系配合力是决定杂种优势强弱的主要因素,也是选配亲本的主要指标,了解并掌握玉米自交系配合力状况,对正确指导玉米自交系的选育和杂交种的亲本选配、确定优良杂交组合具有重要意义[1-2]。本研究采用 NC-Ⅱ遗传交配设计,对 20 个最新选育的玉米自交系的单株籽粒产量和主要产量构成因素进行配合力、杂种优势研究,以期为新选自交系进一步育种利用提供理论参考依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料

选用 20 个最新选育的玉米自交系为被测系,5 个分别来自 Suwan、Reid 和非 Reid三个杂种优势类群的自交系为测验种,按不完全双列杂交 NC-Ⅱ遗传交配设计方法[3-6],配制100 个杂交组合,系谱来源见表 1 和表 2。

1.2 田间试验设计

100 个杂交组合分别在云南省嵩明县(海拔 1 912 m,103°13′E,25°35′N)和云南省宣威市(海拔1 970 m,104°02′E,26°06′N)2个不同生态环境下进行鉴定,以大面积推广品种海禾2号为统一对照。试验采用随机区组设计,3次重复,1行区,小区行长4 m,行距0.75 m,株距0.24 m,种植密度55 583株/hm2。成熟后,在每行中间连续收获5株果穗进行室内考种,考种项目包括穗长、穗粗、穗行数、行粒数、出籽率、百粒重和单株产量等7个性状。

1.3 统计分析方法

应用SAS9.2数据处理软件对7个性状进行方差分析。当方差分析显著时,再用张玉东等[7]编写的SAS line×tester程序进行配合力分析。采用对照优势对100个杂交组合进行产量杂种优势分析,对照优势H/%=[(F1-X)/X]×100%,式中,F1为杂交组合单株产量,X为统一对照海禾2号的单株产量。

2 结果与分析

2.1 方差分析

方差分析结果(表 3)表明,地点、杂交组合、杂交组合×地点间各性状的差异均达显著或极显著水平,说明各性状在不同地点、不同组合之间存在显著或极显著的差异,而且环境对杂交组合各性状的影响较大,选择不同地点同时对杂交组合进行性状鉴定是非常必要的。进一步将杂交组合分解为被测系、测验种、被测系×测验种,7 个性状的差异也均达极显著水平,说明被测系、测验种以及被测系×测验种间各性状均存在真实差异,可以进一步进行配合力分析。

表1 20 个被测系来源Table 1 Sources of 20 tested lines

表2 5个测验种来源Table 2 Sources of 5 test varieties

表3 杂交组合方差分析Table 3 Variance analysis of hybrid combinations

2.2 配合力效应分析

2.2.1一般配合力(GCA)分析

从图1和表4可以看出,20个被测系单株产量GCA效应值差异较大。单株产量GCA效应值达显著或极显著正值的自交系有YML12、YML11、YML20、YML05、YML07、YML01,GCA效应值分别为29.466,19.049,17.349,13.239,13.096,9.686;单株产量GCA效应值为正值但未达到显著水平的自交系有YML16、YML17、YML03、YML15,GCA效应值分别为7.459,7.449,7.146,0.606;其余自交系单株产量GCA效应值为负值,达显著或极显著负值的自交系有YML06、YML13、YML09、YML19、YML08,GCA效应值分别为-25.771,-24.278,-22.894,-20.951,-20.934。

图1 20 个被测系单株产量GCA效应值Fig.1 Estimates of GCA effects among 20 tested lines for yield per plant

表4 20 个被测系产量及相关性状GCA效应估算值Table 4 Estimates of GCA effects among 20 tested lines for yield per plant and related traits

综合分析20个被测系的7个性状GCA效应值,自交系YML12具有最高的单株产量GCA效应值(29.466),除行粒数GCA效应值为不显著负值外,其余性状均为正值,其中穗长、穗粗、穗行数GCA效应值达极显著正值。自交系YML11的单株产量GCA效应值(19.049)居第二位,除穗行数GCA效应值为极显著负值外,其余性状均为正值,其中穗粗、行粒数、百粒重GCA效应值达显著或极显著正值。自交系YML20的单株产量GCA效应值(17.349)居第三位,穗行数、出籽率GCA效应值为显著或极显著负值,其余性状均为正值,其中穗长、百粒重GCA效应值达显著或极显著正值。自交系YML05的单株产量GCA效应值(13.239)居第四位,穗粗、穗行数GCA效应值达显著或极显著正值,百粒重GCA效应值为不显著正值,其余性状GCA效应值为负值。自交系YML07的单株产量GCA效应值(13.096)居第五位,穗粗、百粒重、出籽率GCA效应值均达极显著正值,其余性状GCA效应值为负值。自交系YML01的百粒重GCA效应值为极显著正值,自交系YML03的穗长、穗粗、穗行数和行粒数GCA效应值为极显著正值,自交系YML16、YML17的穗粗和行粒数GCA效应值为极显著正值,自交系YML15的行粒数GCA效应值为极显著正值。

综上所述,自交系YML12、YML11、YML20为综合性状配合力优良的自交系,自交系YML05、YML07、YML03、YML16、YML17为综合性状配合力比较优良的自交系。

2.2.2特殊配合力(SCA)分析

表5列出了100 个杂交组合

表5 100 个杂交组合单株产量的SCA效应值Table 5 SCA effect on the yield per plant of 100 hybrid combinations

的单株产量SCA效应值。从表5可以看出,单株产量SCA效应值达显著或极显著正值的杂交组合有12 个,包括 YML07×T4、YML05×T1、YML11×T4、YML08×T1、YML07×T1、YML14×T5、YML10×T2、YML13×T3、YML15×T3、YML20×T5、YML14×T2、YML15×T1,SCA效应值分别是 32.22,28.895,28.45,21.935,21.338,21.159,20.934,20.725,20.325,19.256,19.148,18.495。单株产量SCA效应值达显著或极显著负值的杂交组合也有 12 个,包括 YML11×T1、YML20×T1、YML02×T4、YML15×T4、YML14×T4、YML16×T5、YML13×T1、YML08×T2、YML10×T1、YML04×T5、YML07×T2、YML07×T3,SCA效应值分别是-35.282,-27.732,-26.413, -25.323,-23.413,-22.138,-20.538,-19.789,-19.742,-19.654,-19.036,-18.715。

结合图1分析发现,单株产量SCA效应值达显著或极显著正值的12个杂交组合中, 有 7 个组合的母本是单株产量GCA效应值为正值的自交系,有 5 个组合的母本是单株产量GCA效应值为负值的自交系,其中还包括两个单株产量GCA达极显著负值的两个自交系 (YML8和YML13);单株产量SCA效应值达显著或极显著负值的 12 个杂交组合中,有 4 个组合的母本是单株产量GCA效应值为极显著正值的自交系。由此可见,自交系单株产量GCA效应值和SCA效应值的高低不存在必然联系,GCA效应值高的自交系其杂交组合SCA效应值不一定高,GCA效应值低的自交系,偶尔也能组配出SCA效应值较高的杂交组合。SCA效应值的高低是由两个亲本自交系共同决定的,因此,在自交系选育过程中,不仅要进行GCA选择,还需要进行SCA选择。

2.3 单株产量对照优势分析

表6列出了单株产量对照优势H≥15%的14个杂交组合的单株产量、对照优势和主要穗部性状表现。结合图1可以看出,14个强优势杂交组合中有10个组合的母本是单株产量GCA效应值为正值的自交系,说明选用产量GCA效应值为正值的自交系作亲本,较易组配出高产杂交组合。从表5和表6可以看出,单株产量对照优势H≥15%的14个组合中,单株产量SCA效应值达显著或极显著正值的组合有7个,分别是YML05×T1、YML07×T1、YML15×T1、YML11×T4、YML07×T4、YML08×T1、YML20×T5,其余7个组合的单株产量SCA效应值为不显著正值或负值。而单株产量SCA效应值达显著或极显著正值的组合YML14×T5、YML10×T2、YML13×T3、YML15×T3和YML14×T2的产量对照优势并不突出。因此,在杂交种培育过程中,还必须注重SCA和杂种优势的选择。

表6 对照优势H≥15%的杂交组合单株产量、对照优势及主要穗部性状Table 6 Yield per plant. relative heterosis and main panicle traits of hybrid combinations with relative heterosis H≥15%

3 讨论与结论

3.1 新选自交系的育种潜力综合评价

评价一个自交系是否优良,除了看自交系本身农艺性状表现优良与否外,更重要的是配合力的高低。有研究表明,不同自交系、不同性状的GCA效应差异很大,各性状GCA效应都较高的自交系基本不存在,但是一个优良的自交系通常会在多个性状上具有较高的GCA效应值[8-12]。玉米穗部综合性状优良是选育高产杂交种的重要因素,穗部性状的GCA效应值越大,越有利于改善杂交组合的穗部性状和产量,越容易组配出高产杂交组合[13-14]。本研究结果表明,新选自交系YML12、YML11、YML20、YML05、YML07单株产量GCA效应值为极显著正值,且多数穗部性状的GCA效应值为较高正值,这些自交系含有较多与产量相关的有利基因,具有较高的育种利用潜力。单株产量对照优势H≥15%的14个强优势杂交组合中有10个组合的母本是单株产量GCA效应值为正值的自交系,进一步证明选用GCA效应值高的自交系作亲本,较易组配出高产杂交组合。杂交组合YML05×T1、YML12×T1、YML07×T1具有较高的产量对照优势,可进一步研究其丰产性、稳产性和适应性。

在本研究中,产量对照优势H≥15%的高产杂交组合中,有11个杂交组合亲本都有测验种T1,多年育种实践证明,测验种T1(TRL60)具有较高的育种价值,已育成云瑞999、云瑞707等杂交玉米品种在生产上推广应用。

3.2 双单倍体选系(DH系)配合力差异

利用玉米单倍体诱导系进行自交系选育可以快速获得纯合玉米自交系[15],玉米单倍体育种技术突破了常规育种技术选育周期长的瓶颈,只要两个世代就可以获得纯合的自交系,大大缩短了育种年限,提高育种效率[16-19]。近年来,玉米单倍体育种技术应用逐渐成熟,产生DH系的能力和速度明显加强,对DH系的鉴定和配合力分析已成为评价DH系育种利用潜力高低的重要环节。本试验中包含采用玉米单倍体诱导育种技术选育的6个DH系YML08、YML09、YML15、YML16、YML17、YML18。这6个DH系的GCA效应和SCA效应均存在较大差异,其中YML15、YML16、YML17的产量GCA效应值为正值,YML18为产量GCA效应值负值,但未达到显著水平,而YML08、YML09产量GCA效应值为极显著负值。虽然这些DH系产量GCA效应值均未达到显著或极显著正值,仍出现了产量SCA效应值达显著正值的组合,产量对照优势H≥15%的高产杂交组合中,亲本为DH系的组合也有5个。李凤艳等[19]研究表明,S2、S3代选系变异幅度最大,其姊妹系的一般配合力、特殊配合力及其杂交组合产量都显著优于其他世代,在这两个世代进行配合力测定,可以淘汰配合力较低的选系。本研究的DH系均是采用杂交F1混合授粉1代,再自交1代后的材料进行单倍体诱导选育的,说明采用这种方法可淘汰一些不利基因,有利于获得更多的优良DH系,但不同育种材料间差异较大。