玉米DH系重要性状筛选评价

摘 要：玉米育种的关键是优良玉米自交系的选育，通过玉米双单倍体育种（Double Haploid）技术可快速、批量生产玉米自交系。因此，DH系的筛选、评价成为双单倍体育种技术的关键。该研究旨在为DH系的筛选、评价提供理论支持。以美国玉米自交系M4和M61及其1 000个DH为试验材料，以表型性状的优劣为鉴选依据，对1 000个玉米DH系的7个性状进行筛选评价。通过研究表明，77.2%的玉米自交系干旱卷曲度较低；77.8%的玉米自交系抗大斑病；52.6%的玉米自交系抗弯孢菌叶斑病；43.1%的玉米自交系地上根数大于19个；50.8%的玉米自交系地下根数大于32个；52.3%的玉米交系的抗倒伏拉力大于15 N；51.2%的玉米自交系茎秆粗大于或等于20.2 mm。通过重要性状指标的筛选，73份玉米DH的综合性状较优良，筛选比例为0.73%。

关键词：玉米；DH系；叶斑病；抗倒伏；耐旱性

中图分类号：S513 文献标志码：A 文章编号：2096-9902（2024）18-0048-04

Abstract： The key of maize breeding is the breeding of excellent maize inbred lines， which can be quickly and mass produced by maize double haploid breeding （Double Haploid） technology. Therefore， the screening and evaluation of DH lines have become the key part of double haploid breeding technology. This study aims to provide theoretical support for the screening and evaluation of DH lines. The M4 and M61， 1 000 DH and 1 000 maize lines were selected and evaluated from the 1000 maize DH lines. We show that 77.2% maize selfers have low drought curvature; 77.8% maize selfers resist large spot disease; 52.6% maize selfers resist leaf spot disease; 43.1% have more than 19 roots; 50.8% have more than 32 roots; 52.3% maize selfers have lodging resistance of greater than 15 N; 51.2% maize selfers have stems of greater than or equal to 20.2 mm. Through the screening of important traits， 73 maize DH had excellent comprehensive traits， with a screening ratio of 0.73%.

Keywords： maize; DH line; leaf spot disease; lodging resistance; drought tolerance

玉米是世界第一大粮食作物，因其用途广泛，可作为食品、饲料和工业原料的物质来源[1]。我国玉米的种植面积和总产量居世界第二，仅次于美国，这为我国的粮食安全提供了重要保障[2]。

农业生产实践表明，优良玉米自交系的选育及应用是玉米获得优质和高产的重要途径。因此，开展自交系的筛选和评价是玉米育种的重点[3]。

玉米常规选育自交系需自交6～8个世代的选育过程。玉米植株在诱导条件下形成单倍体籽粒，最后将单倍体植株加倍纯合的育种技术，称为DH育种技术[4]。玉米双单倍体育种不同于传统的育种方式，玉米单倍体育种技术有利于选择出优良玉米自交系，提高玉米产量和缩短育种进程，节省育种时间。玉米双单倍体（Double Haploid）育种是玉米新品种培育的加速器，通过DH育种途径得到的自交系仅需要2个世代，大大缩短育种年限[5]。DH系群体作为纯合永久性分离群体，不受环境和季节限制可进行重复试验，能有效减少外界环境因素给试验带来的误差，实验结果更为准确可靠。DH系群体是基因挖掘的理想材料，诱导后的玉米DH系中由隐性基因控制的性状容易表现出来，对于育种工作来说，这对选择材料更具有针对性。

玉米DH在利用过程中也出现较多问题，DH系的选育进程中没有经过多年、多点的淘汰鉴选过程，DH系的鉴定和筛选较为困难，如采用人工测配鉴定必定会增加繁重的工作量。这为DH系规模化玉米育种设置了阻碍。如何从成百上千的DH系中筛选优良玉米自交系成为DH系育种的重点。

本研究利用2个差异较大的优良玉米自交系及其DH系群体为试验材料，以表型性状的优劣为鉴选依据，淘汰表型性状较差的自交系，探讨如何完成大量DH系的筛选与评价，指导玉米DH系的鉴选，为优良玉米DH系和新品种的选育奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验材料由吉林农业科技学院农学院提供。试验材料由玉米亲本M4、M61和1 000个DH系构成，M4和M61为美国玉米自交系（表1），均为Lancaster血缘。

1.2 试验方法

1.2.1 玉米DH系田间设计

2023年将2个亲本和1 000个DH系播于吉林农业科技学院玉米试验田，采用间比法设计，试验密度为6万株/hm2，2行区，行长3 m，行距0.65 m，田间管理同大田。

1.2.2 玉米DH系性状调查

针对吉林市生态区，适时调查2个亲本和1 000个DH系农艺性状。调查性状包括：干旱叶片卷曲（级）、大斑病（级）、弯孢菌叶斑病（级）、地下节根（个）、抗倒伏拉力（N）、地上节根（个）和茎秆粗（mm）。

叶片卷曲级别参照安江勇等[6]提出的方法，采用目标检测模型对玉米卷曲叶片进行检测；采用国家区试鉴定标准鉴定玉米大斑病和弯孢菌叶斑病；采用数据统计调查地下节根和地上节根数目，采用拉力计测定抗倒伏拉力，采用游标卡尺进行测量玉米的茎秆粗细，以3株平均值为统计单位。

1.2.3 玉米DH系各性状筛选标准

本研究针对DH系的各性状进行逐级筛选，筛选程序：淘汰干旱条件下叶片卷曲度达到7级和9级的DH系；淘汰地下节根中位数低于32个的DH系；淘汰地上节根中位数低于19个的DH系；淘汰茎秆粗低于中位数20.2 mm的DH系；淘汰抗倒伏拉力低于中位数15 N的DH系；淘汰玉米大斑病为7级和9级的DH系；淘汰玉米弯孢菌叶斑病为7级和9级的DH系。最终遴选出性状优良的玉米DH系。

1.3 统计试验方法

采用Excel对调查和测量的数据进行异常值估计和性状筛选，利用DPS V14.1软件对各性状进行基本统计量分析。

2 结果与分析

2.1 调查性状基本统计分析

对1 000个玉米DH系的7个重要性状进行基本统计量分析（表2）。各性状调查结果表明：干旱叶片卷曲度、大斑病、弯孢菌叶斑病3个性状均值分别为4.44、3.83和3.97级，DH系的整体抗性较好。

抗倒伏拉力最大值为35 N，最小值为5 N，极差为30 N，抗倒伏拉力值存在较大的差异；茎秆粗的最大值为37.7 mm，最小值为9.9 mm，极差为27.8 mm，茎秆粗性状之间也存在较大差异；地上节根数最大值为33个，最小值为6个，极差为27个；地下节根数最大值为48个，最小值为11个，极差为37个。抗倒伏拉力值、茎秆粗、地上节根和地下节根数极差值均较大。

各性状的变异系数在17.27%～63.27%。其中大斑病的变异系数最大，变异系数为63.27%，茎秆粗的变异系数最小，变异系数为17.27%。叶片卷曲度、弯孢菌叶斑病、抗倒伏拉力、地上节根和地下节根数目的变异系数分别为52.79%、55.01%、35.99%、32.47%和28.07%。

2.2 DH系重要性状分析

2.2.1 干旱叶片卷曲度

干旱叶片卷曲度是衡量玉米是耐旱性的指标之一。以干旱叶片卷曲小于7级为筛选标准，772个符合鉴选标准，占自交系总数的77.2%。228个DH系叶片卷曲大于7级。占DH系总数的22.8%。

2.2.2 玉米大斑病

以国家玉米区试标准鉴定玉米DH系大斑病等级。将大斑病抗性低于7级为筛选标准，筛选出778个抗玉米大斑病DH系，占自交系总数77.8%。其中260个自交系为1级抗性，166个DH系为5级抗性，352个DH系为3级抗性。222个DH系感玉米大斑病，157个自交系为7级抗性，65个自交系为9级抗性，淘汰比例为22.2%。

2.2.3 弯孢菌叶斑病

以国家区试标准鉴定玉米DH系弯孢菌叶斑病等级。将弯孢菌叶斑病抗性低于7级为筛选标准，筛选出843个玉米DH系，占自交系总数的84.3%。其中229个自交系为1级抗性，257个自交系为3级抗性，357个自交系为5级抗性。177个DH系感弯孢菌叶斑病，115个自交系为7级抗性，42个自交系为9级抗性，淘汰比例为17.7%。

2.2.4 地上节根和地下节根数目

根系的发育状况会影响玉米的抗倒伏能力。将地上节根大于中位数19个和地下节根大于中位数32个为筛选标准。431个DH系地上节根数符合鉴选标准，占自交系总数的43.1%；508个DH系地下节根数符合鉴选标准，占自交系总数的50.8%。

2.2.5 抗倒伏拉力

以抗倒伏拉力大于中位数15 N为筛选标准，523个DH系的抗倒伏能力较好，占自交系总数的52.3%。145个倒伏性较高，倒伏率为14.5%。

2.2.6 茎秆粗

以茎秆粗大于中位数20.2 mm为筛选标准。512个DH系大于或等于20.2 mm，占自交系总数的51.2%。488个DH系茎秆粗小于20.2 mm，占DH系总数的49.8%。

3 讨论

种质资源匮乏会造成品种性状退化、抗逆性降低、产量下降等。因此，我国对玉米种质创新工作进行了研究，种质资源的创新是育种工作取得成功的关键性进展。引入国外种质并结合DH育种技术，一方面，可以缩短育种进程，节省育种工作的成本；另一方面，发掘玉米种质的优良性状可以使具有潜在利用价值的玉米品种得到更大程度的开发。本研究对1 000个玉米DH系的干旱叶片卷曲度、大斑病、弯孢菌叶斑病、地上节根数、地下节根数、抗倒伏拉力、茎秆粗总共7个重要性状进行基本统计分析。从各性状基本统计数据可看出性状的筛选存在一定的差异性，需要进行人工鉴定。

创制优异的种质资源，离不开优良的农艺性状。其中，玉米大斑病和抗倒伏能力近年来备受关注。玉米品种抗病特性是决定玉米品种是否具备优良性状的关键。那明慧等[7]对225个国外玉米自交系进行玉米大斑病的筛选，最终筛选出27个抗性较好的自交系，鉴选比例为12%。陶烨等[8]对283个玉米种质进行大斑病抗性的评价，有116个玉米种质抗大斑病，占鉴定材料的41%。李晓光等[9]对434个国内玉米种质进行玉米抗大斑病的筛选，筛选出320个抗病种质，占总数的73.7%。在前人研究的基础上，本研究对1 000个美国玉米自交系进行大斑病筛选，筛选出778个抗病种质，鉴选比例为77.8%。倒伏对玉米的产量和品质的影响也尤为重要。白永新等[10]对107个玉米自交系进行抗倒伏鉴选，鉴选出85个抗倒伏玉米自交系，鉴选比例为79.3%。杨明花等[11]对36个玉米杂交组合进行鉴选抗倒伏品种，最终筛选出22个，占总数的61.1%。借鉴前人研究，本研究在1 000个玉米自交系中筛选出523个抗倒伏自交系，鉴选比例为52.3%。这些研究结果，为进一步筛选玉米自交系重要性状提供了参考依据。

优良玉米DH系在多个性状上应该区别于普通种植的玉米。选择优良玉米DH系品种要多方面考虑品种的性状，而不是只选择单一某个方面的性状。除了大斑病和抗倒伏能力，其他性状也极其重要。吉林市生态区土壤为沙质土，玉米经常发生倒伏，因此根部性状为重要的筛选指标。本研究最终筛选出431个地上节根和508个地下节根发达DH系，综合玉米重要性状的筛选标准，最终在1 000个玉米DH系中，淘汰干旱叶片卷曲、弯孢菌叶斑病、茎秆粗性状分别为288个、474个、488个。这些数据为遴选优良的玉米DH系提供了科学可靠的数据支撑。

本研究最终筛选出73个玉米DH系，鉴选比例为7.3%。关于玉米DH系重要性状的筛选工作处于探索阶段，尚未形成完善且系统的理论数据，各性状的筛选仍需深入研究。因此，7.3%可作为筛选玉米DH系重要性状的指标，为优良玉米种质的创新奠定基础。为了进一步评价DH系优劣，应该对73个DH系进行骨干系测配，进一步评价。

4 结论

本研究针对吉林市生态区对1 000个玉米DH系的7个重要性状开展的筛选评价。7个重要性状包括干旱叶片卷曲度、大斑病、弯孢菌叶斑病、地下节根数、地上节根数、抗倒伏拉力和茎秆粗。772个玉米自交系叶片卷曲度较低，占自交系总数的77.2%。778个玉米自交系抗大斑病，占自交系总数的77.8%。843个玉米自交系抗弯孢菌叶斑病，占自交系总数的84.3%。431个玉米自交系地上节根数大于19个，占自交系总数的43.1%。508个玉米自交系地下节根数大于32个，占自交系总数的50.8%。523个自交系的抗倒伏拉力大于15 N，占自交系总数的52.3%。512个自交系茎秆粗大于或等于20.2 mm，占自交系总数的51.2%。

DH系的地上节根数性状淘汰的DH系数最大值，是筛选重要性状的关键指标。性状淘汰影响力大小依次为地上节根数、地下节根数、茎秆粗、抗倒伏拉力、弯孢菌叶斑病、干旱叶片卷曲度、大斑病。通过符合重要性状指标的筛选，最终筛选出73个玉米DH系符合筛选标准，占DH系总数的7.3%。由于玉米DH系重要性状的筛选工作仍处于探索阶段，应继续对筛选出的73个DH系进行骨干系配合力评价，进而为DH育种提供参考。

参考文献：

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