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甜玉米籽粒性状杂种优势研究

2020-12-17 193 上传者：管理员

摘要：籽粒性状是影响玉米高产的重要因素，本试验主要分析了57个甜玉米自交系及组配的40个杂交组合种子籽粒性状的遗传特点和杂种优势。结果表明：杂种优势在籽粒性状上的表现有明显差异，粒宽超中亲遗传的遗传率高达57.50%，超高亲遗传的遗传率达37.5%，粒长超中亲遗传的遗传率为50%，超高亲遗传的遗传率为30%，粒厚超中亲遗传和超高亲遗传的遗传率皆为25%。杂种优势表现为：粒宽>粒长>粒厚；当亲本间籽粒性状无显著性差异时，F1种子表现为近亲遗传。因此想要通过改良籽粒性状获得高产可以选择亲缘关系远的亲本进行杂交选育。

关键词：
杂种优势
玉米产量
玉米品种
甜玉米
籽粒性状
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甜玉米（ZeamaysL.）隶属于禾本科玉米属[1]。甜玉米由于营养价值高、鲜嫩可口而深受广大消费者的青睐。美国、加拿大、法国、中国和日本等国家是甜玉米的主要产地，中国目前已经成为仅次于美国的甜玉米生产、消费和出口的大国[2]。随着甜玉米产业迅速发展，甜玉米优良品种不断地培育成功，而其籽粒是世界重要的果蔬贸易商品，因此研究甜玉米籽粒杂种优势已成为当前农业生产焦点之一[3]。

杂种优势现象是普遍存在于自然界的生物学现象之一。在农业生产上，利用杂种优势现象已逐渐成为进一步提高动植物产量、品质、抗病性及其社会经济效益的有效措施[4]。潘光堂等[5]利用热带种质选育自交系与温带种质自交系杂交，构建了“温带种质自交系×热带种质自交系”的杂优模式；刘向东[6]利用不同类型同源四倍体水稻进行广泛的杂交，成功地选育出高育性四倍体水稻；刘晓阳等[7]的研究表明玉米株高等植株性状的杂种优势位点是选育优良玉米新品种的理论依据。

籽粒性状包括粒长、粒宽和粒厚等，籽粒性状直接决定粒重，是影响农作物产量和品质的重要性状[8]。有研究发现粒长、粒宽等粒形相关性状是影响水稻果壳率的重要性状[9]。张颖慧等[10]认为水稻籽粒的粒长与粒宽、粒厚呈负相关，粒宽与粒厚呈正相关。杜欢等[11]得出大麦的粒重与粒长和粒宽均存在极显著正相关关系。而有关甜玉米籽粒性状杂种优势有关报道较少。因此，本研究主要分析了40份甜玉米杂交组合及亲籽粒粒长、粒宽、粒厚等杂种优势，以期解析甜玉米粒形的杂种优势遗传机制，为甜玉米新品种培育提供理论基础。

1、材料与方法

1.1试验材料

本试验材料是由安徽玉米工程技术研究中心提供的40份甜玉米杂交组合及57个亲本，材料见表1。

表140个甜玉米杂交组合

1.2试验方法

田间试验采用随机区组设计，行长3m，行距0.6m，每行种植10株。玉米雌穗还未吐丝前选取发育良好的果穗进行套袋，重复3次，等到玉米开花期时采用人工辅助授粉，完成甜玉米人工杂交。

1.3性状测定

成熟后收取目标果穗风干考种。每个待测品种随机选取5粒发育完好的籽粒测其粒长（mm）、粒宽和粒厚（mm），结果取其平均值。以中亲优势和超新优势来说明籽粒杂种优势与籽粒性状的关系。

中亲优势=（杂交种籽粒性状值-双亲籽粒性状平均值）/双亲籽粒性状平均值×100%;

超亲优势=（杂交种籽粒性状值-高值亲本籽粒性状值）/高值亲本籽粒性状值×100%。

1.4数据分析

实验数据采用Excel2010和DPS7.05数据处理软件进行统计分析和作表，利用LSD法进行方差分析。

2、结果与分析

2.1粒长杂种优势分析

对40份甜玉米杂交组合亲本及F1种子的粒长进行差异性分析（表2），可以得到在40份甜玉米杂交组合中有13组杂交组合的亲本间籽粒粒长没有显著性差异，其F1种子表现为12份杂交组合的种子粒长与亲本差异不显著，1份杂交组合显著低于亲本遗传。27份杂交组合的亲本间籽粒粒长差异显著，其中有8份组合F1种子粒长与高值亲本间没有显著性差异为近高亲遗传；有5份组合F1种子粒长与低值亲本间无显著性差异表现为近低亲遗传。有5份组合F1种子粒长与高值亲本间存在显著性差异为超高亲优势。有4份组合F1种子显著低于亲本遗传，还有5份组合F1种子粒长表现居中。可见在亲本间籽粒粒长无显著性差异时，有92.31%的组合F1种子粒长与亲本差异不明显，还有7.69%的组合F1种子显著低于亲本遗传。当亲本间籽粒粒长有显著性差异时，有29.63%的组合表现为近高亲遗传，18.52%的组合表现为近低亲遗传，18.52%的杂交组合表现为超高亲遗传，14.81%组合表现为低于亲本遗传，剩余18.52%表现居中。40份杂交组合中有20组超中亲遗传，超中亲遗传的遗传率为50%,12组表现为超高亲遗传，超高亲遗传的遗传率为30%。由此可见粒长的杂种优势明显，可以通过利用杂种优势来提高甜玉米产量。

E27-2×夏王♂杂交组合中亲优势达30.39%，超高亲优势达14.51%，杂种优势表现最好，E27-2×16HT02♀组合中亲和超亲优势较好，并且两组含有E27-2做亲本的杂交组合都表现出较高的杂种优势。

表240个甜玉米杂交组合籽粒粒长杂种优势分析

2.2粒宽杂种优势分析

不同杂交组合粒宽的杂种优势的分析见表3，可见在40份甜玉米材料中有27份杂交组合的亲本间籽粒粒宽没有显著性差异，其F1种子表现为25个杂交组合的种子粒宽与亲本差异不显著，1份杂交组合显著低于亲本遗传，还有1份组合显著高于亲本遗传。13份杂交组合的亲本间籽粒粒宽差异显著，其中有4份组合F1种子粒宽与高值亲本间无显著性差异，即近高亲遗传；有3份组合F1种子粒宽与低值亲本间无显著性差异表现为近低亲遗传。有1份组合F1种子显著低于亲本遗传，4份组合F1种子粒宽与高值亲本间存在显著性差异为超高亲遗传，还有1份组合F1种子粒宽表现居中。由此可以看出亲本间籽粒粒宽无显著性差异时，有92.60%的组合F1种子粒宽与亲本差异不明显，3.70%的组合显著低于亲本遗传，还有3.70%的组合显著高于亲本遗传；在亲本间籽粒粒宽存在显著性差异时，有30.77%的组合表现近高亲遗传，23.08%的组合表现近低亲遗传，30.77%的组合超高亲遗传，7.69%的组合显著低于亲本遗传，还有7.69%的组合表现居中。在40份甜玉米杂交组合中有23组超中亲遗传，超中亲遗传的遗传率57.50%，有18组表现超高亲遗传，超高亲遗传的遗传率37.5%。由此可见F1种子杂种优势明显，可以利用品种间粒宽杂种优势有效地提高籽粒的百粒重从而达到高产育种，其中14WT1×16HT02♀、YNT50-2×9357、1号♂×黄甜-21-8这3个组合表现最好。

表340个甜玉米杂交组合籽粒粒宽杂种优势分析

2.3粒厚杂种优势分析

对不同杂交组合粒厚的杂种优势（表4），在40份甜玉米杂交组合里有34组杂交组合的亲本间籽粒粒厚没有显著性差异，其F1种子表现为32份杂交组合的F1种子粒厚与亲本差异不显著，1份杂交组合F1种子显著高于亲本遗传，另1份显著低于亲本遗传。6份杂交组合的亲本间籽粒粒厚差异性显著，其中有有两份杂交组合F1种子粒厚与高值亲本间有显著性差异，为超高亲遗传，有3份组合F1种子显著低于亲本遗传，还有1份组合F1种子表现居中。当亲本间籽粒粒厚无显著性差异时，有94.12%的杂交组合F1种子粒厚与亲本差异性不显著，有2.94%的组合显著高于亲本遗传，还有2.94%的组合显著低于亲本遗传。当亲本间籽粒粒厚有显著性差异时有33.33%的组合表现超高亲遗传，50%的组合表现低于亲本遗传，还有16.67%的组合表现居中。在40组甜玉米杂交组合中有10组表现出超中亲优势，10组表现为超高亲优势，粒厚超中亲遗传和超高亲遗传的遗传率皆为25%。相较于粒长和粒宽，粒厚的杂种优势并不明显，因此很难通过杂种优势来改善粒厚这一籽粒性状来获得高产。

表440个甜玉米杂交组合籽粒粒厚杂种优势分析

2.4强优势杂交组合及亲本分析

在40个杂交组合中选取5个强优势杂交组合（见图1），占杂交组合的12.5%。由图1可以看出，E27-2×夏王♂杂交组合在粒长、粒宽、粒厚均具有较强中亲优势和超亲优势，在粒长方面，中亲优势达30.39%，超高亲优势达14.51%。E27-2×16HT02♀、14WT1×16HT02♀、YNT50-2×9357、1号♂×黄甜-21-8杂交组合在粒长、粒宽中均具有较强的中亲优势和超亲优势，其中14WT1×16HT02♀粒宽中亲优势达41.37%，超高亲优势达31.55%。5个强优势杂交组合共利用了8个亲本，其中E27-2和16HT02♀占2个杂交组合，进一步表明E27-2和16HT02♀具有较高的配合力。

图1几个较强优势杂交组合及亲本比较分析

3、结论与讨论

在生物界中杂种优势是一种普遍存在的遗传学现象，很早就作为一种育种方法被育种者广泛应用于农业生产中以提高作物产量和改善作物品质。育种工作者们从玉米杂种优势被提出来到现在一直致力于形态水平上的研究，将高产作为甜玉米育种的重要目标[12]。有研究表明在普通玉米中粗脂肪含量、粗淀粉含量、粗蛋白含量和赖氨酸含量4个主要品质性状均存在杂种优势，其中粗淀粉含量杂种优势最高，粗脂肪含量其次，粗蛋白和赖氨酸含量呈现负向杂种优势，且各个性状不同组合的杂种优势存在着较大差异[13]。

粒重主要依赖于籽粒体积的增加而提高，而籽粒体积的增加依赖于籽粒大小相关性状的改良，粒长、粒宽和粒厚是影响籽粒大小的主要因素。本研究表明亲本间籽粒粒长无显著性差异时，有92.31%的组合F1种子粒长与亲本差异不明显；当亲本间籽粒粒长有显著性差异时，有29.63%的组合表现为近高亲遗传，18.52%的组合表现为近低亲遗传，18.52%的杂交组合表现为超高亲遗传。在粒宽的分析中可以看出当亲本间籽粒粒宽无显著性差异时，有92.60%的组合F1种子粒宽与亲本差异不明显，3.70%的组合显著高于亲本遗传；在亲本间籽粒粒宽存在显著性差异时，有30.77%的组合表现近高亲遗传，23.08%的组合表现近低亲遗传，30.77%的组合表现超高亲遗传。在粒厚的分析中可以看出当亲本间籽粒粒厚无显著性差异时，有94.12%的杂交组合F1种子粒厚与亲本差异性不显著，有2.94%的杂交组合显著高于亲本遗传；当亲本间籽粒粒厚有显著性差异时有33.33%的杂交组合表现超高亲遗传，50%的杂交组合表现低于亲本遗传，具体表现为粒宽>粒长>粒厚。

玉米的粒重是构成玉米产量的一个重要因子，它是由粒长、粒宽、粒厚和容量共同决定[14]。张颖慧等[10]认为水稻籽粒的粒长与粒宽、粒厚呈负相关，粒宽与粒厚呈正相关。杜欢等[11]得出大麦的粒重与粒长和粒宽均存在极显著正相关关系。本研究得出粒长与粒宽、粒厚3个甜玉米籽粒性状都存在一定程度上的杂种优势，且杂种优势有正负之分。

参考文献：

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[11]杜欢,张颖,薛梦瑶.大麦株高近等基因系的籽粒性状差异及相关性分析[J].华北农学报,2015,30(5):97-103.