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        玉米自交系京92改良后代單穗粒重的雜種優(yōu)勢研究

        2020-03-09 07:18:28吉玉龍張如養(yǎng)王繼東趙久然
        北京農(nóng)學院學報 2020年1期
        關(guān)鍵詞:單穗雜種優(yōu)勢粒重

        吉玉龍,孫 軒,張如養(yǎng),王繼東,宋 偉,趙久然*

        (1.北京農(nóng)學院植物科學技術(shù)學院,北京 102206,2.北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心/玉米DNA指紋及分子育種北京市重點實驗室,北京 100097)

        玉米雜種優(yōu)勢利用是提高產(chǎn)量和品質(zhì)的重要途徑,不同雜種優(yōu)勢群之間雜交后代表現(xiàn)出的雜種優(yōu)勢存在一定差異[1-3]。而不同雜種優(yōu)勢群之間的雜種優(yōu)勢高低在一定程度上取決于親本材料的遺傳組成[4],所以在玉米育種過程中,雙親的遺傳背景選擇至關(guān)重要。近年來,中國玉米科研工作者通過不同遺傳背景材料的雜種優(yōu)勢研究,發(fā)現(xiàn)X群與黃改群兩者之間在植株性狀、產(chǎn)量性狀等方面具有非常強的雜種優(yōu)勢,育成京科968、NK718和京農(nóng)科728等一系列優(yōu)良品種,開創(chuàng)“X群×黃改群”的雜優(yōu)模式[5-7]。其中黃改群自交系具有配合力高、抗病性強、株型緊湊等很多突出的優(yōu)良特性,但在單穗粒重上還有較大的提升空間。為了在保持黃改群與X群強雜種優(yōu)勢的前提下,進一步提升黃改群自交系單株的產(chǎn)量潛力,北京市農(nóng)林科學院科研人員利用黃改群優(yōu)良自交系京2416對京92通過“同群優(yōu)系聚合育種路線”進行遺傳改良,經(jīng)過6代的連續(xù)選擇和自交,選育出229份改良自交系[8]。本研究以京92及其229份改良自交系為母本,以X群自交系京724、京464和京MC01作測驗種進行組配雜交組合。通過調(diào)查親本及雜交組合的單穗粒重,分析京92單穗粒重的改良效果,為選育高產(chǎn)的黃改群自交系提供參考。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料

        黃改群自交系京92及其改良自交系229份、X群自交系京724、京464和京MC01均為北京市農(nóng)林科學院玉米研究中心自主選育。229份改良自交系(京9216R)來自自交系京92與京2416通過“同群優(yōu)系聚合育種路線”經(jīng)過6代的連續(xù)選擇和自交選育(表1)。京92單穗粒重為78.13 g。

        表1 229份改良自交系和3份測驗種自交系來源及其特點Tab.1 Sources and characteristics of 229 improved inbred lines and 3 test species inbred lines

        1.2 試驗設(shè)計

        2017年冬季在海南省三亞市崖州區(qū)南濱農(nóng)場北京市農(nóng)林科學院南繁基地種植試驗材料,以黃改群自交系京92及其229份改良自交系京9216R為母本,X群自交系京724、京464和京MC01為父本,按NCⅡ遺傳交配設(shè)計組配出690個雜交組合。2018年于北京通州試驗基地種植690個雜交組合及親本。試驗設(shè)計春播、夏播兩個播期種植,采用隨機區(qū)組試驗排列,1行區(qū),1次重復(fù),等行距種植,行距0.6 m,行長4 m,種植密度為60 000株/hm2,按照常規(guī)大田管理。春播播種時間為2018年5月23日,收獲時間為2018年9月21日;夏播播種時間為2018年6月14日,收獲時間為2018年10月3日。收獲時每行全部收獲。收獲后每個組合選取均勻一致的6個果穗進行脫粒,稱取籽粒干重和含水量,計算單穗粒重(14%水分)。

        1.3 統(tǒng)計項目

        雜種優(yōu)勢評價指標計算公式:

        超高親優(yōu)勢(%)=(F1-HP)/HP×100%;

        其中,F(xiàn)1為雜交組合的平均值;HP為高值親本的平均值。

        1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

        利用SPSS22.0和Microsoft Excel 2016等軟件進行數(shù)據(jù)處理和分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 單穗粒重雜種優(yōu)勢方差分析

        方差分析結(jié)果表明(表2),兩個不同播期間的單穗粒重存在極顯著差異,可能是研究材料在春季和夏季不同時期的生長發(fā)育時間及其積溫等存在顯著差異,屬于正?,F(xiàn)象。改良自交系和京92與京724、京464、京MC01之間組配組合的單穗粒重方差極顯著,說明改良自交系和京92與不同測驗種組配組合的單穗粒重存在極顯著差異,并且3個測驗種的方差達到極顯著水平,說明不同測驗種之間單穗粒重存在極顯著差異。

        2.2 京92改良自交系與京92的單穗粒重差異分析

        229份改良自交系京9216R與京92的單穗粒重的正態(tài)分布曲線和柱形圖如圖1所示,其中標記黑色部分柱形為京92的單穗粒重。京92和229份改良自交系平均單穗粒重為78.65 g,變異范圍為25.86~160.99 g,變異系數(shù)為19.29%。京92的單穗粒重為78.13 g,其中有105份改良自交系的單穗粒重小于京92,占總數(shù)的44.85%;53份改良自交系的單穗粒重與京92相當,占總數(shù)的23.14%;有71份改良自交系的單穗粒重大于京92,占總數(shù)的31.01%,其中最大值為160.99 g,比京92高82.86 g,平均值為95.28 g,比京92高17.15 g。

        表2 單穗粒重方差分析Tab.2 The variance analysis of kernel weight per ear

        注:**表示處理間差異極顯著(P<0.01);*表示處理間差異顯著(P<0.05)。

        Note:**indicate very significant difference at(P<0.01); * indicate significant difference at(P<0.05).

        圖1 改良自交系京9216R與京92的單穗粒重的正態(tài)分布曲線和柱形圖Fig.1 Normal distribution curve and column chart of the kernel weight per ear of the improved inbred lines Jing9216R and Jing92

        2.3 改良自交系與京724組配雜交組合的單穗粒重雜種優(yōu)勢差異分析

        229份改良自交系京9216R與京724組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)分布曲線和柱形圖如圖2所示,其中標記黑色部分柱形為京92與京724組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢。京92和改良自交系與京724組配組合的平均單穗粒重超高親優(yōu)勢為40.63%,變異范圍為-1.84%~73.36%,變異系數(shù)為28.78%。京92與京724組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢為43.84%。229份改良自交系與京724組配的組合中有109份小于京92,占總數(shù)的47.60%,與京92相當?shù)母牧甲越幌涤?0份,占總數(shù)的17.47%;有80份大于京92,占總數(shù)的34.93%,其中最大值為73.36%,比京92高29.52%,平均值為52.63%,比京92高8.79%。

        2.4 改良自交系與京464組配雜交組合的單穗粒重雜種優(yōu)勢差異分析

        229份改良自交系京9216R與京464組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)分布曲線和柱形圖如圖3所示,其中標記黑色部分柱形為京92與京464組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢。京92和改良自交系與京464組配組合的平均單穗粒重超高親優(yōu)勢為56.70%,變異范圍為11.21%~86.20%,超高親優(yōu)勢變異系數(shù)為20.53%。京92與京464組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢為52.60%。229份改良自交系與京464組配的組合中有50份小于京92,占總數(shù)的21.83%;有27份與京92相當,占總數(shù)的11.79%;有152份大于京92,占總數(shù)66.38%,其中最大值為86.20%,比京92高33.60%,平均值為63.06%,比京92高10.46%。

        圖2 改良自交系京9216R與京724組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)分布曲線和柱形圖Fig.2 Normal distribution curve and column chart of the kernel weight per ear and higher Over-HP heterosis of the improved inbred lines of Jing9216R and Jing724

        圖3 改良自交系京9216R與京464組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)分布曲線和柱形圖Fig.3 Normal distribution curve and column chart of the kernel weight per ear and higher Over-HP heterosis of the improved inbred lines of Jing9216R and Jing464

        2.5 改良自交系與京MC01組配雜交組合的單穗粒重雜種優(yōu)勢差異分析

        229份改良自交系與京MC01組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)曲線分布和柱形圖如圖4所示,其中標記為黑色部分柱形為京92與京MC01組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢。京92和改良自交系與京MC01組配組合的平均單穗粒重超高親優(yōu)勢為80.55%,變異范圍為10.08%~115.49%,變異系數(shù)為17.92%。京92與京MC01組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢為79.06%。229份改良自交系與京MC01組配的組合中有76份小于京92,占總數(shù)的33.19%;有42份與京92相當,占總數(shù)的18.34%;有111份大于京92,占總數(shù)的48.47%,其中最大值為115.49%,比京92高36.43%,平均值為91.54%,比京92高12.48%。

        圖4 改良自交系京9216R與京MC01組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的正態(tài)分布曲線和柱形圖Fig.4 Normal distribution curve and column chart of the kernel weight per ear and higher Over-HP heterosis of the improved inbred lines of Jing9216R and JingMC01

        2.6 改良自交系的綜合表現(xiàn)

        通過對京92和229份改良自交系的單穗粒重及其與X群自交系京724、京464和京MC01的單穗粒重的雜種優(yōu)勢綜合分析,篩選綜合性狀優(yōu)良的改良自交系。利用Venn圖對改良自交系進行篩選,從圖5中可以發(fā)現(xiàn)中間標記部分的9份改良自交系在4個評價指標的重疊區(qū)域,表明這9份改良自交系自身單穗粒重表現(xiàn)均優(yōu)于京92,與京724、京464和京MC01組配的組合超高親優(yōu)勢表現(xiàn)較優(yōu),這9份改良自交系分別是京9216R-10、京9216R-83、京9216R-125、京9216R-126、京9216R-150、京9216R-175、京9216R-228、京9216R-247和京9216R-254,這為選育高產(chǎn)的優(yōu)良自交系提供可靠的支撐。

        圖5 改良自交系京9216R綜合分析Venn圖Fig.5 Venn diagram of improved inbred lines Jing9216R trait comprehensive analysis

        由表3單穗粒重綜合性狀優(yōu)于京92的改良自交系及單穗粒重超高親優(yōu)勢優(yōu)于京92的雜交組合數(shù)據(jù)可知,改良自交系京9216R-228單穗粒重為105.01 g,比京92高26.88 g;京9216R-228與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高21.39%、17.05%和20.25%。改良自交系京9216R-126單穗粒重為94.58 g,比京92高16.45 g;京9216R-126與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高18.65%、12.52%和25.01%。改良自交系京9216R-125單穗粒重為92.12 g,比京92高13.99 g;京9216R-125與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高15.99%、3.94%和15.65%。改良自交系京9216R-10單穗粒重為94.15 g,比京92高16.02 g;京9216R-10與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高12.63%、4.64%和6.82%。改良自交系京9216R-150單穗粒重為91.63 g,比京92高13.50 g;京9216R-150與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高9.58%、4.55%和8.29%。改良自交系京9216R-175單穗粒重為94.67 g,比京92高16.54 g;京9216R-175與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高8.41%、11.86%和19.80%。改良自交系京9216R-83單穗粒重為91.85 g,比京92高13.72 g;京9216R-83與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高6.18%、16.06%和15.62%。改良自交系京9216R-247單穗粒重為97.26 g,比京92高19.13 g;京9216R-247與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高3.78%、12.68%和5.31%。改良自交系京9216R-254單穗粒重為88.32 g,比京92高10.19 g;京9216R-254與京724、京464和京MC01組配雜交組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢分別比京92高1.44%、5.44%和10.35%。

        表3 單穗粒重優(yōu)于京92的改良自交系及單穗粒重超高親優(yōu)勢優(yōu)于京92的雜交組合Tab.3 The hybrid combinations with heavier kernel weight per ear and higher Over-HP heterosis of the kernel weight per ear than Jing92

        3 討 論

        單穗粒重是影響玉米產(chǎn)量的一個重要指標,自交系單穗粒重的高低很大程度上決定組配雜交組合的成功與否[9-11]。近年來,以“X群×黃改群”雜優(yōu)模式選育的京科968、京農(nóng)科728等系列品種在生產(chǎn)上得到大面積推廣和應(yīng)用,表現(xiàn)出良好的適應(yīng)性和豐產(chǎn)性[12]。其中,X群自交系京724、京464和京MC01具有自身產(chǎn)量高、易制種、抗病性好、適應(yīng)性廣和配合力高等優(yōu)點[13];而黃改群具有較高的一般配合力、株型緊湊、抗病性好、散粉性好等優(yōu)點[14-16],但黃改群的單穗粒重性狀,相對X群等其他雜種優(yōu)勢群的自交系偏低,還有較大的提升空間。通過“同群優(yōu)系聚合育種路線”對黃改群進行遺傳改良,不僅可以有效保持“X群×黃改群”雜優(yōu)模式的雜種優(yōu)勢,還可以為提升黃改群的單穗粒重提供可能。本研究所利用的229份改良自交系是利用黃改群自交系京2416對京92通過“同群優(yōu)系聚合育種路線”進行遺傳改良所得。且本研究利用3個單穗粒重存在顯著差異的X群自交系京724、京464和京MC01進行測配,可以有效評估改良自交系的利用潛力[17],同時篩選出的優(yōu)良組合可直接應(yīng)用到育種實踐中。

        229份改良自交系中,有71份改良自交系的單穗粒重大于京92,說明利用“同群優(yōu)系聚合育種路線”對京92的改良效果顯著[18]。通過與X群測驗種的雜交組合單穗粒重超高親優(yōu)勢分析,有80份改良自交系與京724組配的組合高于京92;有152份改良自交系與京464組配的組合高于京92;有111份改良自交系與京MC01組配的組合高于京92。通過改良自交系的單穗粒重及其與京724、京464、京MC01組配組合的單穗粒重超高親優(yōu)勢的4個性狀的綜合篩選分析,篩選出表現(xiàn)優(yōu)良的9份單穗粒重高且與3個測驗種的超高親優(yōu)勢都比較強的改良自交系,分別是京9216R-10、京9216R-83、京9216R-125、京9216R-126、京9216R-150、京9216R-175、京9216R-228、京9216R-247和京9216R-254。在一定程度上可以說明這9份改良自交系與X群自交系的組配效果較好,可以將這9份改良自交系作為重點,同其他X群自交系進行廣泛組配,以充分利用這9份改良自交系同X群具有強雜種優(yōu)勢的特性。雜交組合表現(xiàn)出強的超高親優(yōu)勢是雜種優(yōu)勢利用的重要基礎(chǔ),在遺傳改良進程中優(yōu)化一個優(yōu)良雜交種不僅要讓改良后的雜交種在產(chǎn)量上優(yōu)于原來的品種,在抗病性、抗倒性、抗逆性等方面都要在一定程度上優(yōu)于原來的。可以將這9份改良自交系與京724、京464和京MC01組配的組合作為重點,可以進一步開展較大規(guī)模的抗逆性、抗病性、抗倒性和適應(yīng)性等綜合評價試驗,為后續(xù)選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗、廣適的優(yōu)良新品種奠定可靠的基礎(chǔ)。

        綜上所述,通過同群優(yōu)良自交系京2416的改良,得到單穗粒重比原自交系京92顯著提升、且與X群自交系京724、京464和京MC01的單穗粒重雜種優(yōu)勢優(yōu)于京92的改良自交系。

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