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        5個(gè)玉米矮稈突變體的致矮效應(yīng)及主要性狀配合力研究

        2021-08-19 02:19:52余學(xué)杰柯永培趙長(zhǎng)云李仁飛石海春
        種子 2021年7期
        關(guān)鍵詞:矮稈配合力穗位

        余學(xué)杰, 王 攀, 柯永培, 趙長(zhǎng)云, 李仁飛, 石海春

        (1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 成都 611130; 2.四川正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司, 成都 610213;3.眉山市東坡區(qū)農(nóng)業(yè)農(nóng)村局, 四川 眉山 620010)

        玉米株高和穗位高是極其重要的農(nóng)藝性狀,適當(dāng)降低株高和穗位高可提高雜交種的種植密度、增強(qiáng)抗倒力進(jìn)而提高產(chǎn)量,且有利于機(jī)械化收獲[1-4]。我國(guó)于1965年對(duì)玉米矮稈基因br-2開(kāi)展研究,育成了一批具有適宜密植、抗倒伏等特點(diǎn)的矮稈玉米雜交種[5-10]。矮源是作物矮化育種的重要物質(zhì)基礎(chǔ),明確矮源的致矮力即對(duì)雜交后代株高和穗位高的矮化效應(yīng),有利于指導(dǎo)作物矮化育種應(yīng)用實(shí)踐[11-17]。目前對(duì)矮源致矮力的研究主要集中在小麥上[18-21],而對(duì)玉米矮稈系的研究相對(duì)較少。宋玉墀等[22]用6個(gè)玉米矮稈系和10個(gè)中高稈系按完全雙列雜交法配制組合,從雜交組合的平均株高等4個(gè)方面,比較研究不同矮稈系的致矮力。結(jié)果表明,微效多基因矮稈系致矮力突出,而隱性單基因矮稈系無(wú)致矮能力。因此,研究玉米矮稈突變體的矮化效應(yīng)對(duì)玉米矮化育種具有一定的理論價(jià)值和實(shí)踐意義[23]。本研究以5個(gè)玉米矮稈突變體為主要材料,研究其致矮力和主要性狀配合力表現(xiàn),以期明確其致矮效應(yīng)和應(yīng)用潛力,為下一步應(yīng)用研究提供參考。

        1 材料和方法

        1.1 供試材料

        5個(gè)玉米矮稈突變體K 125 d、K 123 d、R 08 d、K 78 d、K 15 d和相應(yīng)的5個(gè)野生同源自交系(簡(jiǎn)稱野生型)K 211、K 123、R 08、K 78和K 15,以及按9×10不完全雙列雜交設(shè)計(jì)配制的90個(gè)雜交組合。9個(gè)測(cè)驗(yàn)種名稱為K 305、K 169、698-3、21-ES、K 389、K 11、B 16、鄭58和昌7-2。以上材料均由四川正紅生物技術(shù)有限責(zé)任公司提供。

        1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

        90個(gè)雜交組合種植在四川雙流和雅安,單行區(qū),每行7穴14株,密度50 000株·hm-2,采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),3次重復(fù)。

        1.3 數(shù)據(jù)分析方法

        1.3.1致矮力分析

        以矮稈突變體和對(duì)應(yīng)野生型分別配制的雜交組合的平均株高及穗位高為基數(shù),計(jì)算突變體的致矮力,其計(jì)算公式如下。對(duì)各矮稈突變體致矮力進(jìn)行兩環(huán)境與多基因型互作的聯(lián)合方差分析,各突變體致矮力間的多重比較用LSD法。

        致矮力(%)=[(F1(野)-F1(矮))/F1(野)]×100%

        式中,F(xiàn)1(野)為野生型所配雜交組合的平均株高或穗位高數(shù)值;F1(矮)為相應(yīng)矮稈突變體所配雜交組合的平均株高或穗位高數(shù)值。

        1.3.2主要性狀配合力效應(yīng)分析

        以小區(qū)均值為單位,對(duì)雜交組合F1的株高、穗位高和單株產(chǎn)量,進(jìn)行兩環(huán)境與多基因型互作的聯(lián)合方差分析,檢驗(yàn)雜交組合間基因型差異的顯著性,配合力方差及配合力與地點(diǎn)的互作效應(yīng)按不完全雙列雜交配合力與地點(diǎn)互作模型分析,配合力效應(yīng)按不完全雙列雜交設(shè)計(jì)分析。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 方差分析

        將雜交組合的株高、穗位高和單株產(chǎn)量的聯(lián)合方差分析結(jié)果列于表1。由表1可知,株高、穗位高和單株產(chǎn)量這3個(gè)性狀在組合及地點(diǎn)間的差異均達(dá)極顯著水平,可做進(jìn)一步分析。

        表1 各性狀聯(lián)合方差分析

        2.2 不同矮稈突變體致矮力分析

        2.2.1方差分析

        計(jì)算各突變體對(duì)株高和穗位高的致矮力,并進(jìn)行聯(lián)合方差分析,結(jié)果見(jiàn)表2。由表2可知,5個(gè)矮稈突變體對(duì)株高和穗位高的致矮力差異極顯著,表明它們的致矮力不一致;各突變體致矮力與地點(diǎn)間互作達(dá)顯著或極顯著水平,說(shuō)明玉米矮稈突變體的致矮力受環(huán)境因素的影響。

        表2 致矮力聯(lián)合方差分析

        2.2.2矮稈突變體的致矮力分析

        由表3可知,同一矮稈突變體在不同環(huán)境下的致矮力有差異,同一矮稈突變體對(duì)株高和穗位高的致矮力也不一致。在雙流點(diǎn),對(duì)株高的致矮力最高的突變體是R 08 d,為10.6%,其次是K 78 d;對(duì)穗位高的致矮力最高的突變體是K 78 d,其次是K 15 d。在雅安點(diǎn),K 15 d株高致矮力最高,K 123 d致矮力最低;K 78 d穗位高致矮力最低。從兩點(diǎn)綜合來(lái)看,各矮稈突變體株高致矮力從高到低依次為R 08 d、K 78 d、K 15 d、K 125 d,其中R 08 d對(duì)株高的致矮力最高,為8.67%,K 123 d相對(duì)于其野生型K 123對(duì)株高無(wú)致矮作用;各矮稈突變體對(duì)穗位的致矮力從高到低依次為K 78 d、K 15 d和R 08 d,均超10%,K 123 d和K 125 d相對(duì)于其對(duì)應(yīng)野生型對(duì)穗位無(wú)致矮作用。

        表3 矮稈突變體致矮力

        2.3 矮稈突變體株高、穗位高和單株產(chǎn)量配合力分析

        2.3.1配合力方差分析

        由表4可知,各性狀的一般配合力(GCA)和特殊配合力(SCA)均存在真實(shí)差異,可進(jìn)行進(jìn)一步配合力效應(yīng)分析。配合力與地點(diǎn)互作分析可知,各被測(cè)系株高和穗位高GCA與地點(diǎn)互作方差顯著或極顯著,單株產(chǎn)量GCA與地點(diǎn)互作方差不顯著;株高和穗位高SCA與地點(diǎn)互作不顯著,單株產(chǎn)量SCA與地點(diǎn)互作極顯著。

        2.3.2GCA效應(yīng)分析

        由表5可知,K 123、K 123 d、K 15 d、K 78 d和R 08 d的株高GCA效應(yīng)表現(xiàn)為負(fù)向效應(yīng),表明這5個(gè)材料對(duì)F1雜交組合的株高均具有矮化的趨勢(shì),其中K 123、K 123 d和K 15 d的負(fù)向效應(yīng)值相對(duì)較大,說(shuō)明這3個(gè)材料對(duì)F1雜交組合株高的致矮效應(yīng)明顯;K 125 d、K 15、K 78、K 211和R 08表現(xiàn)為正向效應(yīng),其中K 125 d和K 15正向效應(yīng)值相對(duì)較低,表明這2個(gè)材料對(duì)F1雜交組合的株高無(wú)明顯的增高效應(yīng)。

        表5 矮稈突變體及對(duì)應(yīng)野生型3個(gè)性狀的GCA效應(yīng)值

        穗位高的GCA效應(yīng),K 15 d、K 123、K 123 d、K 78 d和K 15為負(fù)向效應(yīng),表明這5個(gè)材料對(duì)F1雜交組合的穗位高均具有矮化的趨勢(shì),其中僅K 15的負(fù)向效應(yīng)值相對(duì)較低,說(shuō)明其余4個(gè)材料對(duì)F1雜交組合穗位高的致矮效應(yīng)明顯;R 08 d、K 211、K 125 d、R 08和K 78表現(xiàn)為正向效應(yīng),其中R 08 d正向效應(yīng)值相對(duì)較低,表明其余4個(gè)材料對(duì)F1雜交組合的穗位高的增高效應(yīng)明顯。

        單株產(chǎn)量GCA,K 78、K 125 d、K 211、R 08和K 78 d為正向效應(yīng),表明它們對(duì)F1雜交組合的產(chǎn)量具有促進(jìn)作用,組配出高產(chǎn)組合的潛力較大。

        2.3.3單株產(chǎn)量SCA效應(yīng)分析

        分析表明,單株產(chǎn)量SCA效應(yīng)值變幅在-32.857~39.745之間,有39個(gè)組合表現(xiàn)為正向效應(yīng),占總組合數(shù)的43.3%。其中K 11×K 78、B 16×K 78 d、698-3×K 78、K 389×K 125 d、K 305×K 15 d和K 169×K 15 d等雜交組合單株產(chǎn)量的SCA效應(yīng)值分別為39.75、24.49、22.83、21.23、20.89和20.47,表現(xiàn)相對(duì)較好。建議繼續(xù)復(fù)制這些組合,用于多年多點(diǎn)觀察鑒定,以判斷其應(yīng)用前景。

        3 討論與結(jié)論

        3.1 評(píng)價(jià)玉米矮稈突變體矮化效應(yīng)的指標(biāo)選擇

        張彪等[24]和張永科等[25]認(rèn)為,親本株高GCA負(fù)向效應(yīng)值越大其致矮力越強(qiáng),即雜交組合的株高與親本株高GCA的高低密切相關(guān);阮元武等[20]和宋玉墀等[22]的研究表明,當(dāng)隱性矮稈系與中高稈親本雜交,致矮力無(wú)或弱。本研究結(jié)果表明,以致矮力為相對(duì)矮化指標(biāo),對(duì)株高致矮力最高的是R 08 d,最低的是K 123 d;GCA效應(yīng)分析表明,R 08 d僅對(duì)株高有微弱的負(fù)向效應(yīng),而K 123 d及其對(duì)應(yīng)野生型K 123的株高GCA負(fù)向效應(yīng)均很明顯,其原因是K 123自身株高較矮;再結(jié)合本研究中F1雜交組合自身株高的表現(xiàn),以GCA效應(yīng)為致矮指標(biāo)更能全面反映親本對(duì)玉米F1雜交組合的致矮效應(yīng),與張彪等[24]、張永科等[25]的研究結(jié)果一致。

        3.2 不同矮稈突變體的應(yīng)用潛力

        20世紀(jì)50年代初開(kāi)始選育玉米矮稈品種,這些品種具有株矮、耐密植和抗倒伏等特點(diǎn)[26],使產(chǎn)量有了大幅度的提升,此后,矮稈被廣泛用于改良作物的抗倒伏性狀,從而提高作物產(chǎn)量[5,7-9]。育種實(shí)踐也證明,矮稈資源是培育理想株型性狀的重要物質(zhì)基礎(chǔ)[12-17],而種質(zhì)資源自身性狀的表現(xiàn)、產(chǎn)量配合力的高低等是評(píng)價(jià)其應(yīng)用潛力的重要指標(biāo)[27-31]。根據(jù)本研究結(jié)果,再結(jié)合課題組對(duì)這5個(gè)突變體的多年觀察鑒定結(jié)果綜合分析,5個(gè)矮稈突變體的株高和穗位高均明顯矮于其對(duì)應(yīng)野生型,除R 08 d外,其余株型緊湊;K 123 d和K 15 d對(duì)F1雜交組合的矮化作用明顯,是較好的矮化育種親本;K 125 d產(chǎn)量GCA效應(yīng)值高,對(duì)F1雜交組合的產(chǎn)量有明顯的促進(jìn)作用,是較好的高產(chǎn)育種親本;K 78 d具有明顯的降高效應(yīng),產(chǎn)量GCA正向效應(yīng)較高,可作為理想的矮稈高產(chǎn)育種用親本。

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