抗倒性不同的自交系组配杂交组合茎秆性状的综合选择

抗倒性不同的自交系组配杂交组合茎秆性状的综合选择

玉米波动是影响玉米产量的重要因素。育种和栽培人员在玉米上的机械强度、株高和根系强度方面都做出了增加。Radu等由双列杂交分析得出:自交系和杂交种在所研究的性状上有相关性,茎秆抗性的遗传变异占表型变异的79%,加性效应占表型变异的1.6%,上位性效应占55%。姚启伦得出玉米茎秆抗倒折性状基因型变异中一般配合力比特殊配合力重要。笔者通过对影响玉米倒伏性状的研究,以确定合适的抗倒伏指标并对其遗传特点进行分析。1秸秆穿刺强度测定选用10个抗倒性特点不同的自交系(表1)配成不完全双列杂交组合45个。试验于2001~2002年在西北农林科技大学农作一站试验地进行。随机区组设计,2重复,3行区,行长3m,密度52500株/hm2,苗期用乙莠水防除杂草,喇叭口期用呋喃丹防玉米螟蛀心,拔节期浇起身水前按单株一次性施尿素0.0126kg。在乳熟后期各取样10株,分别测定株高、穗位高、茎粗和茎秆穿刺强度(基部第三节)、植株鲜重(地上部),环状气生根数、茎秆横折强度、单穗粒重和田间倒伏情况共9个指标。茎秆穿刺强度选用吉林农科院综合所研制的YJ-1型玉米茎秆硬度计测定;茎秆横折强度测定是从采回的新鲜茎秆基部第三节中部作固定支点,离此点0.40m处垂直于茎秆方向用一弹簧称量取侧向拉引强度的最大值;自然倒伏情况分5级记载:1级全部倒伏;2级约50%倒伏;3级约10%倒伏;4级植株倾斜不倒;5级植株挺直不倒。实验数据主成分分析采用SAS软件包进行,遗传分析按Griffing方法2在EXCEL97上进行。2结果2.1秸秆穿刺强度的综合确定对9个与倒伏有关的性状进行主成分分析(表2)。由表2可见,各个特征根的大小表示了综合指标对总遗传方差的贡献大小,各特征向量表示各性状对综合指标贡献的大小。前3个主成分方差的累计贡献率为73.00%(>70%),而每一主成分的方差贡献率分别为32.07%、27.30%、13.64%,皆大于10%,所以采用前3个主成分基本保存了试验的信息。第一主成分PIN1以茎秆横折强度、穿刺强度、和鲜重的特征向量较大,所以它主要综合了茎秆的质量性状;而第二主成分主要综合了株高、穗位和气生根数等性状的信息;第三主成分主要综合了茎粗、根倒级数和粒重等。从抗倒伏的角度看,PIN1越大,茎秆质量越好,但同时会增加株高和穗位高,加大根倒伏的风险,故不能单纯追求PIN1最大化。PIN2的正向选择恰好能克服增加株高的风险。PIN3虽能增加茎粗,但会降低茎秆穿刺强度、减少气生根数,应大小适中较宜。为进一步明确各主成分所携带的生物信息量大小,表3列出了前3个主成份的因子载荷和所承载的方差。从表3可以得出,茎秆横折强度和穿刺强度的方差由前3个主成分共同承载了87.12%和80.42%,在这两个性状上主成分PIN1是主要的(分别承载其方差的71.13%和47.71%),故利用PIN1作为综合选择指标可同时改良这2个性状,但应考虑PIN3的负效应,尤其在改良茎秆穿刺强度时更应兼用PIN3作辅助指标。株高主要由主成分PIN2来反映(承载方差67.09%),前3个主成分共同承载其方差的83.13%。而气生根数、茎粗和单株粒重由于前3个主成分承载的方差信息量较少(62.96%、63.39%和67.90%),利用这3个综合指标进行选择可能对增加气生根数、茎粗和单株粒重效果不明显。2.2不同性状的非加性效应遗传分析结果表明(表4),一般配合力除茎粗和鲜重外,其它性状都达到显著水平,特殊配合力除鲜重外其余也都达到极显著水平。说明对于多数性状来说,基因的加性效应和非加性效应都很重要,需要对各性状的遗传参数进行估计。株高和茎秆横折强度σ2hh2>σ2d,说明这2个性状基因的非加性效应较加性效应重要。茎粗仅特殊配合力效应显著,而一般配合力效应不显著,显示其主要受基因非加性效应控制。气生根数和茎秆穿刺强度的两种基因效应的作用相当,也是非加性效应略高。茎秆穿刺结果与姚启伦的结果一致。所以要提高玉米杂交种茎秆机械强度和气生根数应使双亲或至少一个亲本的机械强度和气生根数较高,而增加茎粗只需亲本之一茎秆较粗即可,但降低株高又必须双亲都较矮才行。2.3抗倒性系选育从表5得知,自交系TS31除穗位高外,其余性状的GCA效应值都为显著的正值或负值,即TS31能显著增加株高、减少气生根数和茎粗、降低茎秆穿刺强度和横折强度,所以与其组配的杂交组合都极易发生根倒伏或茎倒伏,但与其组配的组合产量最佳,所以应对其进行抗倒性改良,TS31/WN8655恰能弥补这一缺陷,可望从中进行二环系选育;WN11B能降低株高和穗位高,增加茎粗、茎秆穿刺强度和横折强度,但气生根数下降也较显著,所以应与气生根较发达的系组配较好;K22与83-11B能降低株高和穗位,增加气生根数,但3个茎秆质量性状下降也较显著;89-1能显著增加穗位,株高也有增加的趋势,气生根数和茎粗下降,但茎秆穿刺强度和横折强度增加显著,所以与其组配的组合易发生根倒伏,鉴于89-1的优良的产量配合力和品质,也应对其进一步改良。3抗倒性和特殊配合力的应用3.1对9个与倒伏有关的性状进行主成分分析表明:可用3个主成分作为综合选择指标。第一主成分主要综合了茎秆横折强度、穿刺强度、鲜重等;第二主成分主要综合了株高、穗位和气生根数等;第三主成分主要综合了茎粗、根倒级数和粒重等。利用第一主成分PIN1作为综合选择指标可同时改良茎秆穿刺强度和横折强度,但应考虑第三主成分PIN3的负效应。株高等可用主成分PIN2加以选择。茎粗因前3个主成分承载的方差信息量太少(63.39%),故利用这3个指标进行选择可能对增加茎粗效果不明显。3.2对性状的一般配合力和特殊配合力分析得出,对于多数性状来说,基因的加性效应和非加性效应都很重要。株高和茎秆横折强度的基因非加性效应较加性效应重要。茎粗主要受基因非加性效应控制。气生根数和茎秆穿刺强度的两种基因效应的作用相当,也是非加性效应略高。所以抗倒性玉米杂交种组配应强调双亲或至少一个亲本的机械强度、气生根数和茎粗较高,但双亲都应矮化。3.3利用不同自交系的性状一般配合力效应值对有利用价值的自交系进行了分析。自交系TS31产量配合力最好,但因显著增加株高、减少气生根数和茎粗、降低茎秆穿刺强度和横折强度,所以与其组配的杂交组合都极易发生根倒伏或茎倒伏,应利用TS31/WN8655对其进行抗倒性改良,从中进行二环系选育。89-1因显著增加穗位、株高,降低气生根数和茎粗,但能显著增加茎秆穿刺强度和横折强度,所以与其组配的组合易发生根倒伏,鉴