抗倒性不同的自交系組配雜交組合莖稈性狀的綜合選擇

抗倒性不同的自交系組配雜交組合莖稈性狀的綜合選擇

玉米波動是影響玉米產(chǎn)量的重要因素。育種和栽培人員在玉米上的機(jī)械強(qiáng)度、株高和根系強(qiáng)度方面都做出了增加。Radu等由雙列雜交分析得出:自交系和雜交種在所研究的性狀上有相關(guān)性,莖稈抗性的遺傳變異占表型變異的79%,加性效應(yīng)占表型變異的1.6%,上位性效應(yīng)占55%。姚啟倫得出玉米莖稈抗倒折性狀基因型變異中一般配合力比特殊配合力重要。筆者通過對影響玉米倒伏性狀的研究,以確定合適的抗倒伏指標(biāo)并對其遺傳特點(diǎn)進(jìn)行分析。1秸稈穿刺強(qiáng)度測定選用10個(gè)抗倒性特點(diǎn)不同的自交系(表1)配成不完全雙列雜交組合45個(gè)。試驗(yàn)于2001~2002年在西北農(nóng)林科技大學(xué)農(nóng)作一站試驗(yàn)地進(jìn)行。隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì),2重復(fù),3行區(qū),行長3m,密度52500株/hm2,苗期用乙莠水防除雜草,喇叭口期用呋喃丹防玉米螟蛀心,拔節(jié)期澆起身水前按單株一次性施尿素0.0126kg。在乳熟后期各取樣10株,分別測定株高、穗位高、莖粗和莖稈穿刺強(qiáng)度(基部第三節(jié))、植株鮮重(地上部),環(huán)狀氣生根數(shù)、莖稈橫折強(qiáng)度、單穗粒重和田間倒伏情況共9個(gè)指標(biāo)。莖稈穿刺強(qiáng)度選用吉林農(nóng)科院綜合所研制的YJ-1型玉米莖稈硬度計(jì)測定;莖稈橫折強(qiáng)度測定是從采回的新鮮莖稈基部第三節(jié)中部作固定支點(diǎn),離此點(diǎn)0.40m處垂直于莖稈方向用一彈簧稱量取側(cè)向拉引強(qiáng)度的最大值;自然倒伏情況分5級記載:1級全部倒伏;2級約50%倒伏;3級約10%倒伏;4級植株傾斜不倒;5級植株挺直不倒。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)主成分分析采用SAS軟件包進(jìn)行,遺傳分析按Griffing方法2在EXCEL97上進(jìn)行。2結(jié)果2.1秸稈穿刺強(qiáng)度的綜合確定對9個(gè)與倒伏有關(guān)的性狀進(jìn)行主成分分析(表2)。由表2可見,各個(gè)特征根的大小表示了綜合指標(biāo)對總遺傳方差的貢獻(xiàn)大小,各特征向量表示各性狀對綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)的大小。前3個(gè)主成分方差的累計(jì)貢獻(xiàn)率為73.00%(>70%),而每一主成分的方差貢獻(xiàn)率分別為32.07%、27.30%、13.64%,皆大于10%,所以采用前3個(gè)主成分基本保存了試驗(yàn)的信息。第一主成分PIN1以莖稈橫折強(qiáng)度、穿刺強(qiáng)度、和鮮重的特征向量較大,所以它主要綜合了莖稈的質(zhì)量性狀;而第二主成分主要綜合了株高、穗位和氣生根數(shù)等性狀的信息;第三主成分主要綜合了莖粗、根倒級數(shù)和粒重等。從抗倒伏的角度看,PIN1越大,莖稈質(zhì)量越好,但同時(shí)會增加株高和穗位高,加大根倒伏的風(fēng)險(xiǎn),故不能單純追求PIN1最大化。PIN2的正向選擇恰好能克服增加株高的風(fēng)險(xiǎn)。PIN3雖能增加莖粗,但會降低莖稈穿刺強(qiáng)度、減少氣生根數(shù),應(yīng)大小適中較宜。為進(jìn)一步明確各主成分所攜帶的生物信息量大小,表3列出了前3個(gè)主成份的因子載荷和所承載的方差。從表3可以得出,莖稈橫折強(qiáng)度和穿刺強(qiáng)度的方差由前3個(gè)主成分共同承載了87.12%和80.42%,在這兩個(gè)性狀上主成分PIN1是主要的(分別承載其方差的71.13%和47.71%),故利用PIN1作為綜合選擇指標(biāo)可同時(shí)改良這2個(gè)性狀,但應(yīng)考慮PIN3的負(fù)效應(yīng),尤其在改良莖稈穿刺強(qiáng)度時(shí)更應(yīng)兼用PIN3作輔助指標(biāo)。株高主要由主成分PIN2來反映(承載方差67.09%),前3個(gè)主成分共同承載其方差的83.13%。而氣生根數(shù)、莖粗和單株粒重由于前3個(gè)主成分承載的方差信息量較少(62.96%、63.39%和67.90%),利用這3個(gè)綜合指標(biāo)進(jìn)行選擇可能對增加氣生根數(shù)、莖粗和單株粒重效果不明顯。2.2不同性狀的非加性效應(yīng)遺傳分析結(jié)果表明(表4),一般配合力除莖粗和鮮重外,其它性狀都達(dá)到顯著水平,特殊配合力除鮮重外其余也都達(dá)到極顯著水平。說明對于多數(shù)性狀來說,基因的加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)都很重要,需要對各性狀的遺傳參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。株高和莖稈橫折強(qiáng)度σ2hh2>σ2d,說明這2個(gè)性狀基因的非加性效應(yīng)較加性效應(yīng)重要。莖粗僅特殊配合力效應(yīng)顯著,而一般配合力效應(yīng)不顯著,顯示其主要受基因非加性效應(yīng)控制。氣生根數(shù)和莖稈穿刺強(qiáng)度的兩種基因效應(yīng)的作用相當(dāng),也是非加性效應(yīng)略高。莖稈穿刺結(jié)果與姚啟倫的結(jié)果一致。所以要提高玉米雜交種莖稈機(jī)械強(qiáng)度和氣生根數(shù)應(yīng)使雙親或至少一個(gè)親本的機(jī)械強(qiáng)度和氣生根數(shù)較高,而增加莖粗只需親本之一莖稈較粗即可,但降低株高又必須雙親都較矮才行。2.3抗倒性系選育從表5得知,自交系TS31除穗位高外,其余性狀的GCA效應(yīng)值都為顯著的正值或負(fù)值,即TS31能顯著增加株高、減少氣生根數(shù)和莖粗、降低莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度,所以與其組配的雜交組合都極易發(fā)生根倒伏或莖倒伏,但與其組配的組合產(chǎn)量最佳,所以應(yīng)對其進(jìn)行抗倒性改良,TS31/WN8655恰能彌補(bǔ)這一缺陷,可望從中進(jìn)行二環(huán)系選育;WN11B能降低株高和穗位高,增加莖粗、莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度,但氣生根數(shù)下降也較顯著,所以應(yīng)與氣生根較發(fā)達(dá)的系組配較好;K22與83-11B能降低株高和穗位,增加氣生根數(shù),但3個(gè)莖稈質(zhì)量性狀下降也較顯著;89-1能顯著增加穗位,株高也有增加的趨勢,氣生根數(shù)和莖粗下降,但莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度增加顯著,所以與其組配的組合易發(fā)生根倒伏,鑒于89-1的優(yōu)良的產(chǎn)量配合力和品質(zhì),也應(yīng)對其進(jìn)一步改良。3抗倒性和特殊配合力的應(yīng)用3.1對9個(gè)與倒伏有關(guān)的性狀進(jìn)行主成分分析表明:可用3個(gè)主成分作為綜合選擇指標(biāo)。第一主成分主要綜合了莖稈橫折強(qiáng)度、穿刺強(qiáng)度、鮮重等;第二主成分主要綜合了株高、穗位和氣生根數(shù)等;第三主成分主要綜合了莖粗、根倒級數(shù)和粒重等。利用第一主成分PIN1作為綜合選擇指標(biāo)可同時(shí)改良莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度,但應(yīng)考慮第三主成分PIN3的負(fù)效應(yīng)。株高等可用主成分PIN2加以選擇。莖粗因前3個(gè)主成分承載的方差信息量太少(63.39%),故利用這3個(gè)指標(biāo)進(jìn)行選擇可能對增加莖粗效果不明顯。3.2對性狀的一般配合力和特殊配合力分析得出,對于多數(shù)性狀來說,基因的加性效應(yīng)和非加性效應(yīng)都很重要。株高和莖稈橫折強(qiáng)度的基因非加性效應(yīng)較加性效應(yīng)重要。莖粗主要受基因非加性效應(yīng)控制。氣生根數(shù)和莖稈穿刺強(qiáng)度的兩種基因效應(yīng)的作用相當(dāng),也是非加性效應(yīng)略高。所以抗倒性玉米雜交種組配應(yīng)強(qiáng)調(diào)雙親或至少一個(gè)親本的機(jī)械強(qiáng)度、氣生根數(shù)和莖粗較高,但雙親都應(yīng)矮化。3.3利用不同自交系的性狀一般配合力效應(yīng)值對有利用價(jià)值的自交系進(jìn)行了分析。自交系TS31產(chǎn)量配合力最好,但因顯著增加株高、減少氣生根數(shù)和莖粗、降低莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度,所以與其組配的雜交組合都極易發(fā)生根倒伏或莖倒伏,應(yīng)利用TS31/WN8655對其進(jìn)行抗倒性改良,從中進(jìn)行二環(huán)系選育。89-1因顯著增加穗位、株高,降低氣生根數(shù)和莖粗,但能顯著增加莖稈穿刺強(qiáng)度和橫折強(qiáng)度,所以與其組配的組合易發(fā)生根倒伏,鑒