張艷茹 楊子和 楊 榮 韓 建 焦金龍 趙 麗 吳元奇

（1四川農(nóng)業(yè)大學(xué)玉米研究所，611130，四川成都；2雅安市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，625000，四川雅安；3蓬安縣農(nóng)業(yè)農(nóng)村局，637800，四川南充）

玉米是我國重要的作物，用途廣泛，可以用于糧食、能源和飼料等。長期以來中國玉米種質(zhì)主要集中在來自美國的 Lancaster、Reid和國內(nèi)塘四平頭、旅大紅骨4種類型[1-2]，為了加速品種選育，常用的做法是把少數(shù)幾個(gè)骨干自交系或其衍生系作為育種的基礎(chǔ)材料反復(fù)地利用，導(dǎo)致近十幾年來玉米育種遺傳增益逐漸降低，使玉米對病蟲害和逆境表現(xiàn)出脆弱性，減少了提高雜種優(yōu)勢的潛力和增強(qiáng)抗逆能力的可能性，影響玉米生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展[3]。因此，解決種質(zhì)基礎(chǔ)狹窄問題的有效方法就是拓寬玉米種質(zhì)基礎(chǔ)，將熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)導(dǎo)入溫帶玉米種質(zhì)中，增加玉米遺傳多樣性。熱帶、亞熱帶種質(zhì)在干旱、瘠薄等嚴(yán)酷的環(huán)境條件下經(jīng)過長期的自然和人為選擇，具備了耐旱、耐高溫陰雨、莖稈堅(jiān)韌、抗倒性強(qiáng)和抗病蟲害等優(yōu)良特性，且與其他種質(zhì)存在地理隔離，遺傳交流較少，因而擁有豐富的遺傳變異[4]。因此，通過引進(jìn)外來種質(zhì)，創(chuàng)建優(yōu)良群體和雜種優(yōu)勢模式[5]，對我國玉米育種具有重要意義。

熱帶種質(zhì)對光具有較強(qiáng)敏感性，為了使熱帶和亞熱帶種質(zhì)適應(yīng)溫帶日照條件，必須進(jìn)行適應(yīng)性選擇[6]，減少不利效應(yīng)。要改良外來種質(zhì)適應(yīng)性，必須保持較大的有效群體和適當(dāng)降低選擇強(qiáng)度，才能夠保持群體遺傳變異性，通常采用混合選擇法滿足上述要求，該方法不僅可以保持群體中優(yōu)良變異，同時(shí)可以防止近交衰退，包括籽粒產(chǎn)量、開花時(shí)間、果穗長度、株高、籽粒含水量等。美國學(xué)者20世紀(jì)60年代開始引進(jìn)并馴化了一批具有熱帶血緣的玉米種質(zhì)群體，目的是為了豐富玉米帶的種質(zhì)基礎(chǔ)。有研究[7-10]對美國近年來應(yīng)用熱帶玉米種質(zhì)資源情況進(jìn)行了總結(jié)，指出熱帶種質(zhì)資源的應(yīng)用極大地豐富了玉米育種材料的遺傳基礎(chǔ)，并選出一批符合美國玉米帶育種目標(biāo)的自交系，經(jīng)雜交試驗(yàn)表明這批自交系有較好的適應(yīng)性和較高的配合力。近年來美國利用 50%的熱帶種質(zhì)與 50%的溫帶種質(zhì)雜交，極大地拓寬了美國玉米的遺傳基礎(chǔ)，依阿華州立大學(xué)對引進(jìn)的熱帶玉米種質(zhì)群體進(jìn)行6輪混合選擇，改良得到群體 BS16，不僅適應(yīng)在美國地帶生長，并且具有較高的產(chǎn)量和配合力[11]。

國內(nèi)熱帶和亞熱帶玉米種質(zhì)導(dǎo)入利用的研究始于20世紀(jì)80年代初。當(dāng)時(shí)從墨西哥（CIMMYT）和泰國等引入了Tuxpeno、Suwan1、Across和Pool33等一批熱帶和亞熱帶材料，將溫帶材料與之雜交組建了溫?zé)犭s種群體，并對其進(jìn)行改良，直接或間接地選育出了一批新的自交系，并且開始構(gòu)建新的雜交模式，通過適應(yīng)性改良、農(nóng)藝性狀和配合力測定，篩選出適合我國利用的優(yōu)良群體，如中綜5號(hào)、中綜6號(hào)、中綜7號(hào)、BSSS和BS13等[12-13]，拓寬了我國的玉米種質(zhì)基礎(chǔ)。四川農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的S37、山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院育成的太113自交系、河南農(nóng)業(yè)大學(xué)選育的 87-1、吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的 8501和沈陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的沈118、沈218、沈219等自交系都含有熱帶、亞熱帶種質(zhì)血源，很多自交系成為了育種單位主要的骨干自交系。

劉代惠等[14]、黎裕等[15]和董玲等[16]經(jīng)過分析與整合，已經(jīng)形成了較為系統(tǒng)的熱帶、亞熱帶玉米種質(zhì)的利用途徑。其中群體改良和輪回選擇是改良利用熱帶、亞熱帶種質(zhì)的有效方法。對外來種質(zhì)進(jìn)行適應(yīng)性改良時(shí)，一般采用適度規(guī)模的控制雙親的混合選擇法，該方法可鈍化熱帶和亞熱帶種質(zhì)對光周期的敏感性，同時(shí)最大程度地保留其原有的遺傳變異。具體操作是在抽絲、散粉期間對雌穗和雄穗進(jìn)行套袋，即對雌穗和雄穗同時(shí)做了選擇。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院通過5輪混合選擇，改良了2個(gè)亞熱帶優(yōu)質(zhì)蛋白玉米群體Pool33和Pool34在我國北方的適應(yīng)性，選育出優(yōu)質(zhì)蛋白玉米自交系 CA375和雜交種中單9409。從1997年開始，采用混合選擇法改良CIMMYT群體，經(jīng)過3年3輪光周期馴化，其主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀得到改良，Pob43和Pob21等群體基本適應(yīng)了我國南方及河南等地區(qū)的生態(tài)條件。郭向陽等[17]通過對玉米Tuxpeno輪回選擇來拓寬我國玉米的種質(zhì)基礎(chǔ)。

本研究利用1份非洲農(nóng)家地方種，將合成基礎(chǔ)群體 AC0以及經(jīng) 2輪控制雙親混合選擇改良的群體作為供試材料，評價(jià)玉米群體主要性狀的遺傳變異，為該群體的有效利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料來源

基礎(chǔ)玉米材料是來自西非中南部國家貝寧的1份農(nóng)家地方種，屬于熱帶種質(zhì)。貝寧全境地處熱帶，全年高溫。

1.2 群體選擇方法和程序

2017年3月，在四川雅玉科技有限公司新津育種基地種植，淘汰發(fā)育不良、結(jié)實(shí)率低的個(gè)體，單株自交，選取穗部表現(xiàn)良好的果穗，等量取穗中部的飽滿玉米籽粒，混勻后組成AC群體。同年9月，在海南樂東育種基地種植AC群體，選取最早抽絲的植株，人工控制混合授粉，收獲時(shí)自然淘汰不孕株和穗腐病嚴(yán)重的果穗，混合脫粒為AC0群體。

2018年3月，在四川新津育種基地種植AC0（S1）群體2000～3000株，并采用控制雙親混合選擇的方法，選取2塊面積相同地塊分別種植1000～1500株，人工控制授粉，選取雌雄協(xié)調(diào)的植株進(jìn)行授粉，每一輪群體內(nèi)的花粉來源不少于250株，對AC0群體進(jìn)行改良，選取結(jié)實(shí)率較高玉米穗，淘汰不良種質(zhì)，獲得AC1（S2）群體2000～3000株。同年9月，在海南育種基地種植AC1群體，采用相同的改良程序?qū)C1群體進(jìn)行改良，得到AC2（S3）群體2000～3000株，在2018年9月AC0群體已經(jīng)完成2輪選擇。

2017年3月，在四川雅玉科技有限公司新津育種基地，根據(jù)AC0群體幼苗長勢、雌雄協(xié)調(diào)性、穗型、行粒數(shù)、粒型、結(jié)實(shí)性等農(nóng)藝性狀選出21份優(yōu)良植株，自交且單株收獲，獲得S1；同年9月，在海南育種基地種植S1，繼續(xù)讓S1自交，收獲后得S2，共21份；2018年3月，在新津育種基地種植S2，繼續(xù)讓S2自交，淘汰11份后收獲S3，獲得10份，后續(xù)再進(jìn)行選育，自交至少6次以上得到較純的自交系，用于構(gòu)建雜種優(yōu)勢模式，增加種質(zhì)多樣性。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2019年 3月在四川農(nóng)業(yè)大學(xué)崇州（103°07'-103°49' E、30°30'-30°53' N）基地和安岳（104°56' E、29°40' N）基地種植AC0、AC1和AC2群體，采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，10行區(qū)，行長4.5m，行距0.7m，密度為57 000株/hm2，常規(guī)大田管理。待AC0、AC1、AC2群體株高穩(wěn)定，3個(gè)群體在崇州的株高、穗位高分別調(diào)查149株、159株、292株。收獲時(shí)在崇州、安岳各群體的穗數(shù)調(diào)查分別為171株、170株、145株，對收獲植株進(jìn)行室內(nèi)考種，調(diào)查穗長、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、軸粗、粒深、穗重、軸重和單株產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析

以小區(qū)平均值進(jìn)行方差分析；采用DPS 7.55軟件處理分析數(shù)據(jù)。按公式計(jì)算單株各性狀的變異系數(shù)。

按公式?Gi(%)=(Xsi–Xi)/Xi×100 計(jì)算各性狀的遺傳增益[18]，式中?Gi為i性狀的遺傳增益，Xsi為改良群體i性狀的平均數(shù)，Xi為某基礎(chǔ)群體i性狀的平均數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 群體性狀的方差分析

從表1可以看出，基礎(chǔ)群體AC0以及改良群體AC1、AC2群體的株高、穗位在群體間差異達(dá)到顯著水平，其余性狀均未達(dá)到顯著水平，說明性狀遺傳不穩(wěn)定，易受環(huán)境的影響，基礎(chǔ)群體和其改良群體部分性狀間存在遺傳差異。

表1 群體各性狀方差分析結(jié)果Table 1 The results of the analysis of variance of the various symptoms of the groups

2.2 混合選擇方法對群體主要農(nóng)藝性狀改良效果評價(jià)

2.2.1 株高和穗位的改良效果評價(jià) 從表2可以看出，經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇改良后，基礎(chǔ)群體AC0株高和穗位高呈極顯著增加趨勢。株高在AC2為最大值，與 AC0間有極顯著差異，遺傳增益為11.60%，；穗位性狀與株高相同，在AC2為最大值，且 AC0與 AC2間差異達(dá)到極顯著水平，其遺傳增益為16.18%。

表2 主要農(nóng)藝性狀群體間的均值比較Table 2 Comparison of the averages the main agronomic traits among of groups

2.2.2 穗長和禿尖長的改良效果評價(jià) 從表 2可以看出，經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇改良后，群體AC0穗長和禿尖長有一定程度增加。其中最大的穗長表現(xiàn)在AC2，AC2與AC1達(dá)到極顯著性差異，遺傳增益為1.57%，表現(xiàn)為有效遺傳；禿尖長最大值同樣出現(xiàn)在 AC2，無顯著性差異，其遺傳增益為12.90%，表現(xiàn)為無效遺傳。

2.2.3 穗行數(shù)和行粒數(shù)的改良效果評價(jià) 從表2可以看出，經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇改良后，對于基礎(chǔ)群體AC0，穗行數(shù)有一定程度的增加，行粒數(shù)略微減少。穗行數(shù)最大值出現(xiàn)在AC1，但無顯著性差異，遺傳增益為1.12%，表現(xiàn)為有效遺傳；行粒數(shù)最優(yōu)值出現(xiàn)在AC0，與AC1有顯著差異，遺傳增益為-0.47%，表現(xiàn)為無效遺傳。

2.2.4 穗粗、軸粗和粒深的改良效果評價(jià) 從表2可以看出，經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇改良后，基礎(chǔ)群體AC0穗粗、軸粗和粒深均略微降低。穗粗在AC1有最優(yōu)值，與AC0和AC2差異不顯著，AC2最小，遺傳增益為-1.27%，表現(xiàn)為無效遺傳；軸粗最大值也在AC1出現(xiàn)，分別與AC0、AC2差異不顯著，遺傳增益為-1.57%，表現(xiàn)為無效遺傳；粒深最大值同樣是AC1，與AC0和AC2差異不顯著，遺傳增益為-2.42%，表現(xiàn)為無效遺傳。

2.2.5 穗重、軸重和單株產(chǎn)量的改良效果評價(jià) 從表 2可以看出，經(jīng)過 2輪控制雙親混合選擇改良后，基礎(chǔ)群體AC0穗重、軸重、單株產(chǎn)量也均略微降低。穗重最優(yōu)值在AC0，但與其他群體無顯著性差異，遺傳增益為-3.05%，表現(xiàn)為無效遺傳；軸重最大值也在AC0，與AC1達(dá)到顯著差異，遺傳增益為-3.64%，表現(xiàn)為無效遺傳；單株產(chǎn)量最大值同樣在AC0，與其他群體無顯著差異，遺傳增益為-2.87%，表現(xiàn)為無效遺傳。

2.3 改良群體性狀的遺傳變異分析

變異系數(shù)在一定程度上可以揭示群體內(nèi)個(gè)體間的遺傳變異，圖1中AC0基礎(chǔ)群體經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇后，在崇州，穗位、軸粗、穗粗、粒深、軸重、單株產(chǎn)量性狀在群體間的變異系數(shù)在改良群體間減小，表明各性狀在改良群體AC2趨于穩(wěn)定，但穗長、穗重、行粒數(shù)、株高、禿尖長和株高性狀的變異系數(shù)在 AC0、AC1、AC2群體間增加，表明性狀在改良群體AC2遺傳不穩(wěn)定。在安岳，穗長、行粒數(shù)、穗重、株高、穗位和禿尖長性狀的變異系數(shù) AC0基礎(chǔ)群體相比在 AC2代有所降低；穗行數(shù)、穗粗、軸粗、粒深、單株產(chǎn)量5個(gè)性狀的變異系數(shù)在群體間都有所增加。

圖1 主要農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)Fig.1 Coefficients of variation of the main agronomic traits

不同地點(diǎn)各性狀變異系數(shù)基本都有差異，說明其受環(huán)境影響較大，輪回群體次數(shù)較少，各性狀不能夠穩(wěn)定遺傳。由于作物性狀有質(zhì)量性狀和數(shù)量遺傳，質(zhì)量性狀為單個(gè)主基因控制，呈不連續(xù)變異，能夠明確分組，數(shù)量性狀為多個(gè)基因控制，在遺傳分離群體中表現(xiàn)為連續(xù)性變異且不能夠明確分組。數(shù)量性狀相比質(zhì)量性狀，在不同環(huán)境中變幅較大，如經(jīng)典數(shù)量遺傳學(xué)表明，株高是由多基因控制[19]，前人研究[20]表明，玉米產(chǎn)量的構(gòu)成是與許多農(nóng)藝性狀相關(guān)，由多基因控制，并受環(huán)境和基因型共同影響，因此產(chǎn)量部分性狀在不同地點(diǎn)間表現(xiàn)變化幅度較大。

3 討論

通過群體間性狀方差分析可知，AC0群體的株高、穗位高、穗粗、軸粗在AC1、AC2群體中相差較大，說明選取的自交種農(nóng)藝性狀受環(huán)境影響較大，遺傳不穩(wěn)定。AC0基礎(chǔ)群體通過2輪選擇后，大多農(nóng)藝性狀均值都相對AC0群體有所變化，證明改良措施是有效的，選取的自交種遺傳效應(yīng)較強(qiáng)，這與莊鐵成等[21]認(rèn)為早期混合選擇對外來種質(zhì)產(chǎn)量性狀的改良進(jìn)展較小類似，但它們均值變化幅度不大，且某些性狀在AC1出現(xiàn)最優(yōu)值，可能與在四川新津和海南樂東育種基地2種生態(tài)環(huán)境下選擇有關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果也表明在改良過程中應(yīng)及時(shí)鑒定改良效果，以便根據(jù)育種需要和目標(biāo)性狀的表現(xiàn)，及時(shí)調(diào)整群體改良的選擇強(qiáng)度，以提高群體改良的效果。

群體改良中由于群體間遺傳背景的不同，表現(xiàn)出不同的遺傳特性，導(dǎo)致不同群體改良用途不同。張德貴等[22]研究表明，控制雙親混合選擇方法能夠有效改良群體的部分性狀，有的生育期得到了改良，有的產(chǎn)量及其相關(guān)性狀沒有明顯的改良，改良效果因材料的不同而異。本研究結(jié)果表明，經(jīng)過2輪控制雙親混合選擇后，基礎(chǔ)群體AC0自身穗長和穗行數(shù)性狀得到一定程度的改良，但也伴隨著株高、穗位高、禿尖的升高，這與李蘆江等[23]研究中P4群體、P5群體經(jīng)過 2輪控制雙親混合選擇后株高、穗位改良效果趨勢一致，并且認(rèn)為株高和穗位升高可能是光周期敏感引起的，隨著改良不斷推進(jìn)，應(yīng)該會(huì)有所降低，其需要后期增加輪回次數(shù)，進(jìn)一步對群體中優(yōu)良性狀的選育，為后期組合雜交種奠定基礎(chǔ)。如楊致遠(yuǎn)等[24]通過外來種質(zhì)的滲入，選出CP15-2為優(yōu)良種質(zhì)，可以用于改良生育期、產(chǎn)量和含水量等性狀。

熱帶、亞熱帶種質(zhì)由于其強(qiáng)烈的溫帶光周期和溫度敏感性，會(huì)掩蓋優(yōu)良基因表達(dá)和特異性狀的表現(xiàn)，采用混合選擇法直接改良熱帶、亞熱帶種質(zhì)難度較高、耗費(fèi)時(shí)間較長，但可以減少優(yōu)良種質(zhì)的丟失，因此需要較大的改良群體，打破不良基因的連鎖，確保群體內(nèi)遺傳的多樣性，本試驗(yàn)通過2輪改良，群體較多農(nóng)藝性狀的增益效應(yīng)都呈現(xiàn)負(fù)值，單株產(chǎn)量的變異系數(shù)增大，說明以AC0為基礎(chǔ)群體的改良，沒有達(dá)到增產(chǎn)的目的，可能由于環(huán)境和群體大小的影響，其優(yōu)良基因未能表現(xiàn)出來，后續(xù)應(yīng)增加改良群體和次數(shù)，發(fā)掘優(yōu)良性狀，達(dá)到增產(chǎn)和增加優(yōu)良種質(zhì)的目的。

4 結(jié)論

選用的非洲種質(zhì)有一定的育種潛力，但因?yàn)楦牧驾喆屋^少，目前還看不出大多數(shù)性狀的改良趨勢。在今后的改良過程中，將增加改良輪回次數(shù)和群體選擇強(qiáng)度，同時(shí)兼顧其他性狀，集聚群體的優(yōu)良基因，形成綜合性狀較好的育種群體。