玉米生理成熟后子粒脱水速率配合力分析

玉米生理成熟后子粒脱水速率配合力分析

收获期内玉米含水量高，生理成熟后子粒脱水率低，是我国北方寒冷地区玉米可持续发展的重要制约因素之一。国内外关于玉米生理成熟后子粒脱水速率的配合力研究甚少,且结论各异,因此,限制了育种技术的发展。亟待挖掘收获期含水量低,尤其是子粒脱水快的基因资源,研究快速脱水玉米的遗传育种方法,对提高我国北方寒地玉米品质、保证粮食安全、增强市场竞争力至关重要。本试验对玉米生理成熟后子粒脱水速率配合力进行分析,拟为快速脱水玉米种质资源的创新和新品种的选育提供理论依据。1材料和方法1.1玉米自交系的性质选用黑龙江省第一积温带子粒脱水速率差异较大,且熟期相近的10个玉米自交系:东754、444、B73、吉16、3189、东5414、东172、81162、吉黄61和Mo17。1.2组配杂交组合设计试验设在哈尔滨市东北农业大学实验实习基地。2004年按Grliffing方法1设计组配杂交组合,2005年在哈尔滨市东北农业大学实验实习基地种植上述杂交组合,田间试验对90个杂交组合和10个玉米自交系分别采用随机区组设计,3次重复,3行区,行长6m,行距0.7m,株距0.3m,小区面积12.6m2。1.3干时多粒重和子粒含水量的确定植株抽丝后,同一天抽丝株用相同标记挂牌,以保证取样天数一致。每小区挂牌20株左右,自抽丝后第45天开始取样,每5d取样1次,至第75天结束,根据抽丝挂牌的时间,每小区每次随机抽取一穗,然后分别立即脱粒,称重(w1),放入网袋中,挂在温室内风干,风干后称重(w2),再从风干样中取出20～30g(w3)装入小盒中,放入烘箱中于103(±2)℃烘36h,至恒重(w4)。1.3.1各时期子粒含水量的计算和玉米生理成熟期的确定根据公式子粒含水率=(w1w3-w2w4)/w1w3×100计算每次取样时的子粒含水量。同时从风干子粒中随机取300粒称重,根据风干样的含水率,将其换算成标准水分(14%)的百粒重,作为确定玉米生理成熟期的依据。1.3.2生理成熟后10d内子粒平均脱水速率的计算平均脱水速率(%/d)=(生理成熟时含水率-10d后含水率)/10。1.4数据统计分析试验结果的数据处理采用唐启义、冯光明编写,中国农业出版社发行的DPS(DataProcessingSystem)3.01数据统计分析软件和Excel2005来完成。2结果与分析2.1加性效应和特殊配合力对子粒脱水速率的影响100份杂交组合子粒脱水速率配合力方差分析的结果见表1。从表1可见,杂交组合间一般配合力和特殊配合力均达到极显著水平,说明一般配合力所反应加性效应和特殊配合力所反应非加性效应对子粒脱水速率都有重要意义。但一般配合力方差大于特殊配合力方差,表明加性效应占主要地位,因此,在品种选育中重点强调一般配合力的选择,其次考虑特殊配合力。同时配合力方差分析表明,正反交效应达到极显著水平,说明正反交杂交种的子粒脱水速率间差异较大。2.2杂交组合特性表2列出了10个供试玉米自交系生理成熟后脱水速率的一般配合力效应。从表2可见,10个自交系一般配合力效应值大小依次为:吉16>444>B73>东5414>东754>81162>吉黄61>3189>Mo17>东172,除444与B73,东5414、东754、81162与吉黄61效应值差异不显著以外,其余各效应值之间均达到极显著水平。进一步分析表明,10份供试自交系生理成熟后脱水速率的一般配合力表现出了正向与负向两类效应,吉16、444和B73都表现出较高的正向效应,分别为0.1840、0.1286和0.1120。且这3个亲本互相组配的6个杂交组合的脱水速率变幅在0.9159～1.1537之间,平均为1.0170,生理成熟后脱水较快,说明三者是配制脱水速率快的杂交组合的优良亲本,是快速脱水品种选育中较理想的材料2.3杂交组合特殊配合力效应分析90个杂交组合的特殊配合力效应值见表3,从表3中可以看出,杂交组合的特殊配合力效应值差异较大,表现出正效应和负效应两种类型,43个杂交组合的特殊配合力效应值为正值,变幅为0.0027～0.2913;47个杂交组合的特殊配合力效应值为负值,变幅为-0.2887～-0.0046。其中吉黄61×东5414吉黄61×B73、444×东754和81162×吉16组合的特殊配合力效应值高,其特殊配合力效应值分别为0.2913、0.2162、0.1468和0.1337。进一步与亲本的一般配合力效应进行比较,可以看出,在特殊配合力高的组合中,至少有一个亲本一般配合力要高。但进一步观察也发现,个别组合一般配合力高的亲本,由其组配杂交组合的特殊配合力也不一定高,如吉16和444的一般配合力效应值均较高,但是吉16×444组合特殊配合力效应较小,仅为0.0038。以上分析可知,在配制快速脱水品种选育时,不但要重点进行一般配合力亲本的选择,同时还要考虑特殊配合力效应。2.4反交效应的检测配合力方差分析表明,正反交效应存在极显著差异。为了进一步了解正反交效应差异,表4列出了各正反交组合的子粒脱水速率和反交效应值。由表4可以看出,各组合的反交效应值差异较大,变幅为-0.2886～0.2913。同时发现,反交效应较大的正向组合主要有东5414×吉黄61、东5414×东172、东754×444和B73×吉黄61,说明以正交为好。反交效应较大的负向组合主要有B73×东754Mo17×东754、3189×东754和吉黄61×444,说明以反交为好。部分组合反交效应值较小,如3189×B73、Mo17×东172、吉16×3189和Mo17×3189,正反交效应差异不大。因此,生理成熟后子粒脱水速率的遗传变异在受加性或非加性基因效应控制的同时,也受到组合组配方式的影响。在确定组合时,既要考虑母本效应也要考虑父本效应,否则会出现适得其反的效果,以至于难以获得所需要的理想类型2.5遗传影响因素表5列出了生理成熟后脱水速率的遗传参数。由表5可以看出,玉米生理成熟后子粒脱水速率的广义遗传力和狭义遗传力均较高,分别达到81.45%和61.71%,表明生理成熟后子粒脱水速率受遗传作用较大,受环境影响较小。遗传方差大于环境方差,其比值为4.4048,加性方差大于显性方差,其比值为3.1111,表明遗传控制主要受加性效应的影响,而非加性基因(显性、上位性)的影响比加性基因的影响小得多。因此,生理成熟后脱水速率可以在早代进行选择。3结论和讨论3.1加性方差分析前人对玉米生理成熟时子粒脱水速率配合力研究较少,多数研究者认为子粒脱水速率配合力以一般配合力为主。Purdy等1964～1965年用3个快干燥自交系和3个慢干燥自交系做亲本研究子粒脱水速率的遗传控制因素,结果表明:一般配合力高的自交系,其脱水速率也较快;一般配合力效应值低的自交系,不仅子粒脱水速率较慢,而且组合的特殊配合力效应也较低。为此,Purdy认为,对子粒脱水速率性状,亲本的一般配合力较组合的特殊配合力重要;谷思玉用12个亲本研究玉米成熟时子粒脱水速率配合力及相关性状的分析,结果表明:在遗传变异中,一般配合力存在显著差异,特殊配合力方差不显著,表明脱水速率的遗传中加性效应为主,而非加性效应则较弱。也有人报道认为,具有较高的一般配合力的亲本所组配的杂交组合,并不一定获得理想的结果。赵伟用黑龙江省13个玉米杂交种及亲本,在黑龙江省常用玉米杂交种及亲本灌浆期子粒脱水速度的研究中指出,脱水速率存在正反交差异。尽管数量较多的杂交种表现出母本效应,但是还不能据此将正反交差异全部解释为受细胞质的影响,因为有些杂交种的供试特性偏向父本。本试验以10个亲本自交系及90个杂交组合生理成熟后子粒脱水速率的配合力方差分析表明,一般配合力和特殊配合力的效应均存在极显著差异。在遗传变异中,一般配合力方差显著大于特殊配合力方差,说明子粒脱水速率遗传中,加性方差的作用显著大于制约个别组合特殊表现的非加性基因互作作用,即一般配合力效应占主要地位。但也存在一般配合力效应值较低的亲本配制出来的杂交组合,脱水速率也较高的现象,如杂交组合东754×吉黄61,双亲的一般配合力效应都很小,东754表现为正效应(0.0059),吉黄61表现为负效应(-0.0297),但是二者组配的杂交组合的脱水速率则很高,达到0.9137%/d,其主要原因是由于该组合的特殊配合力效应值(0.2146)较高。因此,在组配杂交组合的过程中,既要注重一般配合力效应较高的亲本自交系,同时还应兼顾特殊配合力也偏高的杂交组合,才能达到理想的效果。本研究结果进一步证实,玉米生理成熟后子粒脱水速率正反交效应存在极显著的差异,因此在确定组合时既要考虑母本效应也要考虑父本效应,否则会出现适得其反的结果,以至于难以获得所需要的理想类型。3.2玉米脱水速率遗传的稳定性ключекв用80份自交系和72个杂交种,进行了生理成熟后子粒脱水速率遗传研究,他得出脱水速率的狭义遗传力为77%,说明脱水速率主要受加性效应基因控制,是高度遗传的。谷思玉用12个亲本按部分双列杂交轮回设计配制组合,研究玉米成熟时子粒脱水速率遗传,其广义遗传力和狭义遗传力分别为:53.57%和46.4