摘要莖稈穿刺強(qiáng)度是評(píng)價(jià)玉米抗倒性的重要指標(biāo)之一。以113份玉米自交系為試驗(yàn)材料，在2個(gè)環(huán)境下鑒定其莖稈穿刺強(qiáng)度。聚類分析顯示，113份玉米自交系按莖稈穿刺強(qiáng)度高低可分為4類，屬于高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系的有9份。利用32853個(gè)SNP標(biāo)記，將9份高莖稈穿刺強(qiáng)度玉米自交系劃分為5個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群，可為玉米抗倒性的遺傳改良及抗倒新品種的選育提供參考。

關(guān)鍵詞玉米自交系；莖稈穿刺強(qiáng)度；雜種優(yōu)勢(shì)群

中圖分類號(hào)S513"文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼A"文章編號(hào)0517-6611（2025）01-0016-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2025.01.004

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識(shí)碼（OSID）：

EvaluationofRindPenetrometerResistanceinMaizeInbredLines

TANGNing1，LIHua-rui1，ZHUQiu-li2etal

（1.JiangsuZhongjiangSeedCo.，Ltd.，Nanjing，Jiangsu211500;2.NantongCropCultivationTechniqueDirectionStation，Nantong，Jiangsu226007）

AbstractRindpenetrometerresistanceisoneofthemainfactorsaffectingmaizelodgingresistance.Atotalof113maizeinbredlineswereusedtoevaluaterindpenetrometerresistanceintwoenvironments.Allthetestedinbredlinesweredividedintofourgroupsviaclusteranalysisbasedonthelevelofrindpenetrometerresistance.Nineinbredlineswithhighrindpenetrometerresistancevalueswereselected.Thesenineinbredlinesweredividedintofiveheteroticpopulationsusing32853SNPmarkers.Theresultsprovidedimportantreferencesforgeneticimprovementofmaizelodgingresistanceandbreedingnovelmaizevarietieswithlodgingresistance.

KeywordsMaizeinbredline;Rindpenetrometerresistance;Heteroticpopulation

基金項(xiàng)目江蘇省科協(xié)青年科技人才托舉工程項(xiàng)目（TJ-2023-052）；江蘇省種業(yè)振興揭榜掛帥項(xiàng)目（JBGS〔2021〕054）；江蘇省重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目（BE2022343）；江蘇現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項(xiàng)資金項(xiàng)目（JATS〔2022〕150）。

作者簡(jiǎn)介唐寧（1993—），男，江蘇睢寧人，農(nóng)藝師，從事玉米新品種選育及推廣研究。*通信作者，副研究員，博士，從事玉米遺傳育種研究。

收稿日期2023-10-29

玉米是我國(guó)第一大糧食作物，常年種植面積在4 500萬(wàn)hm2左右，產(chǎn)量在2.6億t左右，是我國(guó)糧食安全和穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的主力軍^［1］。倒伏是玉米生產(chǎn)中常見現(xiàn)象，每年可造成我國(guó)玉米近100萬(wàn)t的產(chǎn)量損失，而且也嚴(yán)重影響玉米機(jī)械化收獲^［2］，嚴(yán)重制約我國(guó)玉米健康可持續(xù)發(fā)展。因此，選育抗倒伏玉米品種是我國(guó)玉米育種的重要目標(biāo)。

玉米倒伏主要受氣候條件和栽培措施等外部因素及品種根系結(jié)構(gòu)、莖稈特性等內(nèi)部因素的影響^［3］。莖稈穿刺強(qiáng)度作為重要的莖稈特性，因其測(cè)定簡(jiǎn)便且能較好反映抗倒性，已成為衡量玉米抗倒性重要指標(biāo)^［4］。莖稈穿刺強(qiáng)度數(shù)值越大表明莖稈硬度越高，玉米抗倒性就越強(qiáng)。前期研究表明，莖稈穿刺強(qiáng)度主要由基因加性效應(yīng)控制，且具有較高遺傳力，通過(guò)對(duì)高莖稈穿刺強(qiáng)度的種質(zhì)資源鑒定和創(chuàng)新，有助于抗倒玉米新品種的選育^［3］。目前國(guó)內(nèi)已開展了玉米自交系莖稈穿刺強(qiáng)度評(píng)價(jià)工作，Zhang等^［5］在257份玉米自交系中，篩選到30份高莖稈穿刺強(qiáng)度優(yōu)異自交系；周海宇等^［6］通過(guò)對(duì)110份玉米自交系研究發(fā)現(xiàn)，熱帶種質(zhì)的莖稈穿刺強(qiáng)度大于溫帶種質(zhì)。

為進(jìn)一步篩選高莖稈穿刺強(qiáng)度的玉米自交系，筆者以國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)上常用的113份玉米自交系為研究對(duì)象，在2個(gè)環(huán)境下評(píng)價(jià)其莖稈穿刺強(qiáng)度；對(duì)篩選到的高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系，采用Axiom"Maize56KSNPArray進(jìn)行遺傳結(jié)構(gòu)分析，明確其所屬雜種優(yōu)勢(shì)群，為抗倒玉米品種的選育提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為113份玉米自交系（表1），由江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所提供。

1.2試驗(yàn)方法田間試驗(yàn)于2018年分別在江蘇省南通市江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗(yàn)基地（NT）和海南省三亞市江蘇南繁中心試驗(yàn)基地（SY）進(jìn)行。采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，2次重復(fù)，單行區(qū)，行長(zhǎng)3.0m，行距0.6m，每行定苗12株，田間管理同正常大田。

1.3表型鑒定和數(shù)據(jù)分析

莖稈穿刺強(qiáng)度測(cè)定參考Flint-Garcia等^［7］的方法，在玉米授粉14 d后，每行選取長(zhǎng)勢(shì)一致的玉米8～10株，利用浙江拓普儀器有限公司生產(chǎn)的植物莖稈強(qiáng)度測(cè)定儀YYD-1A，將橫截面積為1.0 mm2的測(cè)頭以莖稈的短軸方向垂直刺入地上部第三節(jié)間中部，讀取并記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)分析采用R 4.0.2軟件（https：/www.r-project.org/）完成。

1.4基因型分析和雜種優(yōu)勢(shì)群劃分

利用天根生化科技（北京）有限公司提供的植物基因組DNA提取試劑盒（DP305），按照產(chǎn)品說(shuō)明書提取玉米自交系葉片DNA，委托中玉金標(biāo)記（北京）生物技術(shù)股份有限公司，利用Axiom "Maize56K SNP Array分析玉米自交系的基因型，利用TASSEL 5.0軟件^［8］過(guò)濾掉最小等位基因頻率小于5%和缺失率大于20%的SNP分子標(biāo)記，最終獲得了32 853個(gè)高質(zhì)量SNP分子標(biāo)記。利用MEGA X軟件^［9］計(jì)算Nei’s遺傳距離^［10］，構(gòu)建neighbor-joining進(jìn)化樹，劃分雜種優(yōu)勢(shì)群。

2結(jié)果與分析

2.1玉米自交系莖稈穿刺強(qiáng)度分析

113份玉米自交系莖稈穿刺強(qiáng)度分析表明，供試材料表型變異豐富，不同自交系間莖稈穿刺強(qiáng)度有明顯差異（表1）。由表2可知，在南通試驗(yàn)點(diǎn)，莖稈穿刺強(qiáng)度平均值為41.16N/mm2，變異范圍為2335～63.30N/mm2，變異系數(shù)為19.85%；在三亞試驗(yàn)點(diǎn)，莖稈穿刺強(qiáng)度平均值為44.13N/mm2，變異范圍為25.93～66.40N/mm2，變異系數(shù)為15.00%。雖然2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的表型數(shù)據(jù)顯著正相關(guān)（Plt;0.01），但相關(guān)系數(shù)較?。╮2=0.44），且不同試驗(yàn)點(diǎn)間、自交系與試驗(yàn)點(diǎn)互作的差異極顯著，說(shuō)明環(huán)境對(duì)莖稈穿刺強(qiáng)度的影響較大（表3）。

為減小環(huán)境的影響，利用R語(yǔ)言lme4包估算每個(gè)自交系2個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)表型數(shù)據(jù)的最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)（bestlinearunbiasedprediction，BLUP）值，通過(guò)K-means法對(duì)113份玉米自交系進(jìn)行聚類分析，按照莖稈穿刺強(qiáng)度高低分為4類。Group1為高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系，包含9份自交系，分別為T75、T877、N21、R4、N24、N26、T3015、T3018和T3019，占供試自交系的7.96%，莖稈穿刺強(qiáng)度平均為（50.73±2.37）N/mm2；Group2為較高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系，包含28份自交系，占供試自交系的24.78%，莖稈穿刺強(qiáng)度平均為（45.59±1.20）N/mm2；Group3為較低莖稈穿刺強(qiáng)度自交系，包含48份自交系，占供試自交系的42.48%，莖稈穿刺強(qiáng)度平均為（42.00±1.01）N/mm2；Group4為低莖稈穿刺強(qiáng)度自交系，包含28份自交系，占供試自交系的24.78%，莖稈穿刺強(qiáng)度平均為（38.21±1.44）N/mm2（圖1）。

2.2高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系雜種優(yōu)勢(shì)群分析

選擇9份高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系以及我國(guó)玉米主要雜種優(yōu)勢(shì)群代表系，包括PA群代表系鐵7922、PB群代表系齊319、塘四平頭群代表系黃早四、蘭卡斯特群代表系Mo17和旅大紅骨群代表系丹340^［11］，利用Axiom "Maize56K SNP Array進(jìn)行基因型分析。利用MEGA X軟件，通過(guò)計(jì)算Nei’s遺傳距離，構(gòu)建14份玉米自交系的neighbor-joining進(jìn)化樹。結(jié)果表明，9份高莖稈穿刺強(qiáng)度自交系可分為5個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群（圖2），其中，N26屬于PA群，T75和T877屬于PB群，R4屬于塘四平頭群，N21、N24和T3015屬于蘭卡斯特群，T3018和T3019屬于1個(gè)新的雜種優(yōu)勢(shì)群。

3結(jié)論與討論

玉米莖稈由節(jié)和節(jié)間組成，具有支持地上部的功能，也有貯藏和運(yùn)輸養(yǎng)料的作用。莖稈穿刺強(qiáng)度與莖稈倒伏性和壓碎強(qiáng)度高度相關(guān)，在輪回選擇中，通過(guò)提高莖稈穿刺強(qiáng)度，可以顯著降低玉米的倒伏率^［12-13］。優(yōu)異種質(zhì)資源在作物遺傳改良和品種選育中具有重要價(jià)值^［14］，該研究通過(guò)鑒定國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)中常用的113份玉米自交系的莖稈穿刺強(qiáng)度，篩選到9份高莖稈穿刺強(qiáng)度的自交系，表明這9份自交系中聚合了多個(gè)調(diào)控玉米莖稈穿刺強(qiáng)度的優(yōu)異等位基因^［5］，可作為玉米抗倒性狀遺傳改良的優(yōu)異種質(zhì)資源，在今后基因克隆、種質(zhì)創(chuàng)新和品種選育中應(yīng)重點(diǎn)利用。

玉米育種是雜種優(yōu)勢(shì)利用的過(guò)程，在長(zhǎng)期玉米育種實(shí)踐中，研究學(xué)者根據(jù)玉米自交系的生態(tài)類型、血緣關(guān)系和個(gè)體表現(xiàn)等，將其劃分為不同的雜種優(yōu)勢(shì)群，可為組配雜交組合提供參考，進(jìn)而提高育種效率。周廣飛等^［11］利用玉米3 K芯片數(shù)據(jù)將13份脫水速率快的玉米自交系劃分到我國(guó)主要的5個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群。章慧敏等^［15］利用玉米56 K芯片數(shù)據(jù)將9份糯玉米抗紋枯病種質(zhì)劃分成4個(gè)類群。趙久然等^［16］利用MaizeSNP 3072芯片將344份玉米自交系劃分為8個(gè)類群，探明了京科968系列品種的雜優(yōu)模式為“X群×黃改群”，指出該雜優(yōu)模式將成為我國(guó)玉米生產(chǎn)中的主要雜優(yōu)模式。該研究利用玉米56K芯片數(shù)據(jù)，將9份高莖稈穿刺強(qiáng)度的自交系劃分為5個(gè)雜種優(yōu)勢(shì)群，其中有2份自交系屬于我國(guó)5個(gè)主要雜種優(yōu)勢(shì)群之外的1個(gè)新雜種優(yōu)勢(shì)群，可為玉米自交系的有效利用和新品種選育提供參考。

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