不同自交系主要性状的相关性及通径分析

不同自交系主要性状的相关性及通径分析

玉米物质资源是玉米遗传繁殖的基础，是人类宝贵的物质财富。玉米的自交系是玉米育种的重要物质基础，是组织培养玉米的必要因素。因此，对玉米自交系资源的收集、分类、遗传多样性的评价以及物种的分类对于提高玉米育种效率非常重要。种质扩增、种质改良和种质创新是21世纪初期玉米育种研究的技术创新方向之一,是玉米育种和生产能够持续发展的基础。从遗传育种角度来说,种质扩增是前提,种质改良是核心,种质创新是目的。美国种质在我国玉米育种和杂交种生产中,有着举足轻重的地位,国内多数育种家都非常重视外来种质的利用和研究,以增加育种种质材料的遗传多样性。另外,在进行全国性的种植扩增、改良和创新研究的同时,对地方种质缺乏系统改良,忽视了地方种质资源的研究,在强调引进外来种质的同时,也要加强对地方种质资源的改良和创新。因此,本实验目的将美国外来种质与地方种质和适宜环境的创新种质进行杂种优势分析和优势群划分,分析这些玉米材料的遗传基础和它们之间的亲缘关系,以及主要产量性状的相关性与通径分析,为玉米资源材料的改良、创新、自交系的创制及强优势组合的选育提供理论依据。1材料和方法1.1渝单系列亲本材料与自交系的选育选用齐319、Mo17、黄早四、B73、丹340、自330和掖478共7份国内标准测验种(P1),6个重庆市农科院玉米所选育的渝单系列亲本材料渝561、渝8954、渝549、渝268、478C4、渝5;1个常用自交系87-1;8个美国自交系B110、B97、IRF311、B94、AM330、IRF313、B119、B100:2个西南种质交51、095(P2)(表1)。按不完全双列杂交P1×P2配制119个组合。1.2调查区的方法采用随机区组设计,3次重复,每小区面积3.6m2,每小区种16株,在小区中部连续取10株调查。试验地前茬为玉米,栽培管理与大田种植一致。1.3多穗性状多穗田间调查成熟期每小区去掉边株,随机收获10株,考察穗长(cm)、穗粗(cm)、轴粗(cm)、结实长(cm)、结实性(结实长占穗长的百分率,%)、穗行数(行)、行粒数(粒)、粒厚(cm)、单穗重(g)、单穗粒重(g)、单穗轴粗(cm)、单穗轴重(g)、粒深(cm)、千粒重(g)、出籽率(%)、小区产量(kg)共16个性状。1.4产量性状配合力及相关性统计分析采用刘来福等和高之仁介绍的不完全双列杂交法,对24个玉米自交系的119个产量性状的配合力及其相关性及通径分析。数据统计由DPS3.01软件完成。特殊配合力聚类分析用SAS软件采用UPGMA(UnweightpairGroupmMethodusingAritheicAverages)法,2结果与分析2.1形态性状间的粘结性差异随机区组及配合力方差分析。首先对16个主要性状按随机区组设计进行方差分析,然后对这16个性状的配合力进行方差分析(表2,表3)。由表2的随机区组方差分析结果可以看出,结实性重复间差异显著,秃尖长和粒厚2个性状重复间差异极显著,其余13个性状重复间差异不显著。119个组合间的16个性状差异均达极显著水平,说明这些组合间的16个主要性状间存在着真实的差异,这些性状所有基因型间的差异是有遗传因素引起的,是可遗传的变异,两组亲本16个主要性状的一般配合力方差和两组亲本组配后产生的特殊配合力方差均达极显著水平。并从表中得知两组亲本16个性状的一般配合力方差均大于特殊配合力方差,且都超过50%,说明控制这16个性状的基因效应中主要以加性基因效应为主,非加性基因效应较少[3~7]。2.2农艺性状间相关分析聚类分析根据表2的数据,用UPGMA方法,以产量特殊配合力为距离产生的自交系聚类图(图1),以遗传距离1.00为标准,17个自交系划分成6大类,即(1)渝561、IRF311、IRF313聚为一类,它们与B73的SCA都高,与掖478的SCA较高,与Mo17和齐319的SCA居中,渝561、IRF313与黄早四的SCA较低,它们3个与丹340的SCA都低,渝561与自330的SCA较低,IRF311、IRF313与自330的SCA最低,所以这一类与Reid群比较容易组配出高产组合;(2)渝5、B97、渝268、渝8954、B110、B119、095、B100、B94聚为一类;它们(除B97)与自330的SCA较高,它们(除渝5)与丹340的SCA也较高,它们与B73的SCA比较低,这一类中比较特殊的是:渝5与Mo17的SCA最高,B97与黄早四的SCA最高,渝268和渝8954与齐319的SCA最高,与掖478的SCA最低,其它的与齐319、Mo17、黄早四和掖478的SCA都居中。所以这一类与旅大红骨亚群和自330亚群比较容易组配出高产组合,对于其中的几个特殊情况要特殊对待,因为特殊配合力虽然可以用来指导杂种优势的利用和杂交种的选育,绝大多数组合性状的观测值与SCA相对效应值高低一致,但也有少部分是例外的;(3)交51和87-1聚为一类,它们与B73的SCA最高,与Mo17、丹340、自330和掖478的SCA居中,与黄早四和齐319的SCA都低,所以这一类与Reid群比较容易组配出高产组合;(4)478C4为一类,它与B73的SCA最高,与丹340的SCA较高,与黄早四、Mo17和自330的SCA居中,与齐319的SCA较低,与掖478的SCA最低,所以这类与BSSS和旅大红骨亚群比较容易组配出高产组合;(5)AM330为一类,它与掖478和齐319的SCA比较高,与Mo17、丹340、黄早四的SCA居中,与自330和B73的SCA比较低,所以这类与PA、PB亚群比较容易组配出高产组合;(6)渝549为一类,它与黄早四的SCA最高,与齐319和掖478的SCA较高,与丹340的SCA居中,与B73和自330的SCA较低,与Mo17的SCA最低,所以这类与四平头、PA和PB亚群较易组配出高产组合;所有聚类与系谱分类基本一致。不同类群间的特殊配合力大于相同类群间的特殊配合力。通过聚类分析,对不同玉米种质特别是美国外来种质的利用,应针对不同自交系的优势类群组建基础材料,提高后代利用价值。在数量遗传研究中,多个数量性状间关系问题的分析历来是人们重视的领域,而相关系数正是用来表明各个性状之间的遗传相关程度的指标。作物杂种优势是各个性状相互作用的综合表现,各个性状之间存在着不同程度的相关,因而对一个性状的选择势必影响到另一个性状的遗传效果。通常我们所观察的往往是表现型的相关,包含了环境的影响,不能真实地反映出各个性状间相关的遗传效应,所以我们有必要对各个性状间的相关作一分析。本文杂交组合F1代各个主要农艺性状间的相关系数列于表4。产量是杂交育种最重要的最终选择目标,本试验的试验材料主要是以产量为主,其产量表现可以用单穗粒重来表示,因此重点分析各个性状中与单穗粒重的关系。由表4结果表明:除秃尖长和粒厚2个性状与单穗粒重性状的相关性为负值外,其余13个测定性状中与单穗粒重的相关性均为正值,其中穗长、穗粗、结实长、结实性、行粒数、粒深、单穗轴重、单穗重、千粒重和出籽率共10个性状与小区产量呈极显著正相关,单穗轴粗与单穗粒重呈显著正相关。单穗重与单穗粒重表现为极显著正相关,相关系数为r=0.988**,且相关系数最大,说明单穗重对产量的影响非常大,通过对单穗重的选择可以明显增加产量。但是单穗重在上下代之间固定遗传的成分较小,遗传率较低,不宜对该性状进行直接选择。可以通过穗粗来对单穗重进行间接选择,因为单穗重与穗粗呈正相关(r=0.470),且穗粗的遗传率较高,可在早期时代进行选择。但穗粗与穗长、行粒数呈负相关,对增产不利。穗长、结实长、行粒数、单穗轴重、穗粗、千粒重、出籽率、粒深和结实性与单穗粒重的相关系数分别为0.663**、0.612**、0.575**、0.449**、0.430**、0.389**、0.366**、0.349**和0.244**,全部达到极显著水平。说明这九个性状对产量的影响比较大,其中穗长、结实长、行粒数、单穗轴重、穗粗、出籽率和结实性等性状的遗传率较高,表明这几个性状不易受环境条件的影响,能较真实的遗传,这些性状的在自交系的选育中,可在早期世代进行选择。因此,可以直接通过对它们的选择来提高单穗粒重,同时也应注意,选择的同时,不同性状间的协调发展;而千粒重和粒深两个性状,由于它们的广义遗传率和狭义遗传率都较低,不能在早代选择,可以通过穗粗对产量进行间接选择。单穗轴粗与单穗粒重的相关系数为0.236*,达到显著水平,单穗轴粗对产量也有一定的影响,它们的遗传率也较高,可以在早期世代进行选择。上述分析表明,本研究中,各农艺性状对单穗粒重的相关系数由大到小依次为单穗重、穗长、结实长、行粒数、单穗轴重、穗粗、千粒重、出籽率、粒深、结实性、单穗轴粗、穗行数、粒厚、秃尖长。2.4单穗重、结晶性和出籽率的单穗特征对高产品种数量的作用相关系数虽然表明各对性状间的相关程度,要想清楚各性状对单穗粒重的作用大小,还必须进一步进行通径分析才能分清各产量组成因素对单穗粒重所起的真正作用。通径系数可以把一对性状的相关系数根据其成因分解成为若干组成部分,以便于更清楚地了解各性状对这一性状的相关发生的影响程度。现将杂交组合F1代穗长、穗粗、结实性、行粒数、粒深、单穗轴重、单穗重、千粒重和出籽率等9个性状对单穗粒重的通径系数列于表5。结果表明:各性状对单穗粒重的直接贡献大小依次为单穗重>结实性>出籽率>穗长>粒深>千粒重>行粒数>穗粗>单穗轴重。其中,单穗重、结实性、出籽率、穗长和粒深对单穗粒重的直接作用为正向效应,千粒重、行粒数、穗粗和单穗轴重对单穗粒重的直接作用为负向效应。单穗重与单穗粒重的相关系数表现为显著的正相关。单穗重对单穗粒重的直接通径系数P7y=1.09859,居第1位。通过穗长、结实性、粒深和出籽率等四个性状的间接同径系数为正值,其中通过穗长的间接作用最大;通过穗粗、行粒数、单穗轴重和千粒重的间接通径系数为负值,说明通过选择单穗重可以增加单穗粒重,从而获得高产品种。结实性与单穗粒重的相关系数表现为显著的正相关,结实性对单穗粒重的直接通径系数P3y=0.00306,居第2位。通过穗长、穗粗、单穗轴重、单穗重、千粒重和出籽率的间接通径系数为正值,其中通过单穗重间接作用为最大,而通过行粒数和粒深的间接作用为负值。说明增加结实性对提高玉米杂交种的单穗粒重起着重要的作用,所以在育种上要重视结实性性状的选择,结实性高的杂交种易获得高产。出籽率与单穗粒重的相关系数表现为显著的正相关,它对单穗粒重的直接通径系数P9y=0.00248,居第3位。出籽率通过穗长、穗粗、结实性、粒深、单穗轴重和单穗重的间接通径系数正值,其中通过单穗重的间接作用最大,而通过行粒数和千粒重的间接通径系数为负值。说明提高出籽率对提高产量也起着重要的作用,通过提高出籽率可以间接的提高其它几个性状的表现,从而起到提高杂交种产量的作用,所以要重视出籽率性状的选择,通过它的选择易获得高产杂交种。穗长与单穗粒重的相关系数也表现为显著的正相关,它对单穗粒重的直接通径系数P1y=0.00228,居第4位。穗长通过穗粗、结实性、单穗重、千粒重和出籽率的间接通径系数为正值,其中通过单穗重的间接作用最大,而通过行粒数、粒深和单穗轴重的间接通径系数为负值。说明增加穗长对产量起着重要作用,通过增加穗长可以间接的增加其它几个性状的表现,从而起到提高产量的作用,所以要重视穗长性状的选择,通过它的选择易获得高产杂交种。粒深与单穗粒重的相关系数也表现为正相关,它对单穗粒重的直接通径系数P5y=0.00148,居第5位。它通过行粒数、单穗重和出籽率的间接通径系数为正值,其中通过单穗重的间接作用最大,而通过穗长、穗粗、结实性、单穗轴重和千粒重的通径系数为负值。说明增加粒深也对产量起着相当重要的作用,在育种上要重视粒深性状的选择,这样有利于获得高产。3强化分子标记聚类及杂优划分的作用本试验24个自交系按照不完全双列杂交设计配成119个杂交组合,用UPGMA方法,以产量特殊配合力为距离,把17个自交系分为6大类,分类结果与自交系的亲缘关系基本一致,群间特殊配合力大于群内特殊配合力。本试验采用产量性状的SCA进行聚类,它是基于表达水平的聚类,与自交系之间的杂种表现直接相关,但是田间的结果容易受到四周环境的影响,不同的年份、不同地点、不同生态同种材料的产量结果可能存在较大的差异。而用分子标记进行自交系材料的分类和杂种优势群的划分,由于不受环境条件的干扰,越来越发挥着重要的作用,因此要更进一步进行分子标记聚类及杂优的划分,2种方法互相结合,互相补充完善才能更为准确。玉米杂种优势是各个性状相互作用的综合表现,各个性状之间存在着不同程度的相关,对一个性状的选择势必影响到另一个性状的遗传效果。本试验通过对产量主要性状相关