高配合力玉米自交系的选育、遗传分析及应用

2023-02-26焦仁海刘成元黄威代秀云刘兴二仲义夏远峰蔡鑫茹刘俊吴凤新

江苏农业科学 2023年24期

焦仁海刘成元黄威代秀云刘兴二仲义夏远峰蔡鑫茹刘俊吴凤新

摘要：以两群论为基础，构建瑞德和兰卡斯特-Iodent 这2个强杂种优势群体，育成2个强优势系列玉米自交系，进而育成优良杂交种。2009年冬在海南三亚构建K10×吉D2417选系基础群体，采用系谱法经6代自交加代育成系列母本自交系。2011年夏在公主岭用Mo113、吉D43076、PD72B和PH207 这4个自交系合成选系微群体，隔离区种植，自然散粉1次，以孤雌生殖诱导系作父本进行诱导，育成系列父本自交系。2012年在吉林省农业科学院范家屯试验地按照增广NCⅡ不完全双列杂交试验设计，分析了6份育成的自交系产量、农艺性状的配合力及与产量间的关系，以及各个组合产量的平均杂种优势。通过遗传分析筛选出高配合力母本自交系吉D225、吉D65377、吉D5344，父本自交系吉D3F、吉D797。利用这些自交系育成了玉米新品种吉单604、吉单621、吉单672，已通过国家或省级审定。总结了构建选系群体的素材起点要高、构建的选系群体要具有针对性，以及运用2种或2种以上育种技术组合进行育种等经验。

关键词：玉米；自交系；遗传分析；选育；应用

中图分类号：S513.03 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）24-0078-05

玉米是我国第一大粮食作物［1-2］，已成为粮食、饲料、工业加工、能源等多功能、多用途的重要资源，表现出不断增长的市场需求，推动着全球粮食生产迅猛发展［3］。美国研究人员预测，未来提高粮食产量的主要途径依赖于品种源源不断地推陈出新，而品种更新升级能力受制于种质资源的改良创新研究水平［4］。改良和创新种质是玉米育种持续不变的核心所在，巧妇难为无米之炊，没有前沿的、遗传基础丰富的种质资源，育种工作者无论用什么办法，做多少工作，都得不到预想的结果；不进行种质资源改良创新研究就得不到优良的育种素材，尤其是抗病基因的发掘与利用，玉米新品种研究将举步为艰，产量和抗性再上新台阶亦难上加难［5］。大力推进玉米种质资源引入、鉴选、改良、扩增及新品种选育研究，鼓励种质原始创新，做大做强民族种业，加大玉米生产力度，对推进农业科技创新、夯实国家粮食安全基础、国家千亿斤粮食产能提升行动具有重要的现实意义［6］。吉林省农业科学院以两群论为基础，分别构建了瑞德、兰卡斯特-Iodent 这2个强杂种优势群体，育成了母本自交系吉D225、吉D65377、吉D5344，父本自交系吉D3F、吉D797，并利用这些自交系育成了玉米新品种吉单604、吉单621、吉单672，通过国家或省级审定。

1 母本系选育过程

1.1 瑞德群体构建

K10为瑞德种质的骨干自交系［7］，因其具有广泛的适应性、良好的綜合性状、较高的配合力等特点，在中国北方玉米育种中得到了广泛应用。吉D2417为吉林省农业科学院自育自交系，选自PH6WC×33D22［8］，该系具有高配合力、高产、优质、广适、拱土能力强、宜机播等优点。本研究构建 K10×吉D2417选系基础群体，以期育成高配合力母本自交系。

1.2 自交系选育

2009年冬在海南三亚以东北春玉米区骨干自交系K10和瑞德种质自选系吉D2417杂交组配选系基础材料K10×吉D2417；2010年夏在吉林公主岭完成F1加代，取得F2，冬季在海南三亚种植500株套袋自交，选收246穗；2011年夏在吉林公主岭采用系谱法，选择优良穗行自交，冬季在海南三亚选择优良穗行自交并进行测配；2012年夏在吉林公主岭加代自交，配合力测定，冬季在海南三亚加代自交，复制优良组合；2013年夏在吉林公主岭加代自交并进行杂交种多点产量试验，冬季在海南三亚繁殖自交系，稳定，育成3个高配合力同源系，系谱分别为K10×吉D2417-5-1-2-1-2-3-1（命名为吉D225）、K10×吉D2417-36-2-1-5-3-3-4（命名为吉D5344）、K10×吉D2417-65-1-2-1-3-7-7（命名为吉D65377）。

2 父本系选育过程

2.1 兰卡斯特-Iodent群体构建

自交系Mo113选自1134×Mo17，属兰卡斯特种质［9］，具有早熟、配合力高、花粉量适中、耐旱性好［10］等特点；吉D43076为吉林省农业科学院自育自交系，选自PH4CV×吉846，属兰卡斯特种质，具有配合力高、品质好、产量高等特点；PD72B和PH207为美国解密的Iodent种质，具有配合力高、综合抗性好、植株稍高的特点。选用Mo113、吉D43076、PD72B和PH207作为选系素材，充分融合兰卡斯特和Iodent种质构建选系基础群体。

2.2 自交系选育

2010年夏将Mo113、吉D43076、PD72B和PH207 这4个父本系两两杂交配制6个杂交种，冬季在隔离内种植，每个杂交种播种1行，每行25株，花期自由散粉，按行混合收获脱粒；2011年夏每个穗行取100粒混合做母本，以高诱5号做父本进行诱导，父母本行比1 ∶4，设置隔离区，花期母本去雄，秋季选优良单株收获，挑选单倍体籽粒，冬季采用化学加倍的方法获得DH系；2012年夏繁殖、测配，冬季综合鉴定、配合力分析，筛选符合育种目标的编号为LI-3和LI-797的DH系，分别命名为吉D3F和吉D797。

3 自交系的遗传分析

2012年在吉林省农业科学院范家屯试验地选取性状差异较大的6个母本类自交系吉D225、吉D5344、吉D65377、吉D3246、吉D5563和吉D4832作为被测系，以父本类自交系吉D43076、PHB1M、吉D3F和吉D797作测交系，按照增广NCⅡ不完全双列杂交试验设计，对6份被测系的主要数量性状进行遗传分析，共配制24个杂交组合。分析了6份自交系在产量、农艺性状的配合力及与产量间的关系，以及各个组合产量的平均杂种优势。一般配合力分析结果表明，自交系吉D5344、吉D5563能降低穗位高，提高茎秆穿刺强度和茎秆直径，可用作矮秆抗倒育种材料；自交系吉D225和吉D5344表现增产，增加穗行数和行粒数，而吉D5563、吉D3246、吉D4832表现减产（表1）。

特殊配合力分析结果表明，自交系吉D225、吉D3246、吉D5344增大穗长，提高穗行数和行粒数，而吉D4832表现相反；自交系吉D5344、吉D65377表现增产，且吉D65377表现减少秃尖，提高容重。产量性状的一般配合力、总配合力与小区产量的相关系数均达到显著、极显著水平；产量平均杂种优势分析结果表明，吉D225的杂种优势最强，母本一般配合力效应值为7.82；其次为自交系吉D5344，母本一般配合力效应值为5.98；筛选出吉D5344×吉D3F、吉D5344×吉D797、吉D65377×吉D3F、吉D225×吉D3F 这4个强杂种优势组合（表2）。

4 高配合力自交系利用

4.1 吉单672选育

该品种2014年以吉D5344为母本、吉D797为父本组配杂交种；2015年进行初比试验，2016年参加多环境产比试验，综合表现高产、稳产、广适、综合抗性突出等特点，2017—2018年参加东华北中早熟春玉米组区域试验，2018年参加东华北中早熟春玉米组生产试验；2017—2018年在吉林省农业科学院进行人工接种抗病性鉴定；2018年在农业农村部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨）进行品质分析；2019年通过国家农作物品种审定委员会审定，审定编号：国审玉20190100。该品种适宜在吉林省中早熟玉米种植区、黑龙江省第二积温带和内蒙古中早熟玉米种植区大面积推广种植。

4.2 吉单604选育

该品种2015年以自选系吉D65377为母本、吉D3F为父本组配杂交种；2016—2017年进行所内产比试验，2018—2019年参加吉林省友邦联合体中早熟组区域试验，2019年参加生产试验；2018—2019年在吉林市农业科学院、延边朝鲜族自治州农业科学研究院进行人工接种抗病（虫）性鉴定；2019年在農业农村部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨）进行品质分析；2020年通过吉林省农作物品种审定委员会审定，审定编号：吉审玉20200056；2022年完成内蒙古自治区同一生态区引种备案，引种备案号：蒙引玉2022340号，具有广阔的推广应用前景。该品种适宜在吉林省和内蒙古自治区中早熟玉米区种植。

4.3 吉单621选育

该品种2015年以吉D225为母本、吉D3F为父本组配杂交种；2016年在吉林省农业科学院试验地参加初比试验，2017—2018年参加多环境复比试验，综合表现高产、稳产、广适、综合抗性突出等特点，2019—2020年参加东华北中早熟春玉米组区域试验，2020年参加东华北中早熟春玉米组生产试验；2019—2020年在吉林省农科院进行人工接种抗病性鉴定；2020年在农业农村部谷物及制品质量监督检验测试中心（哈尔滨）进行品质分析；2021年通过国家农作物品种审定委员会审定，审定编号：国审玉20210235。该品种适宜在吉林省中早熟玉米种植区、黑龙江省第二积温带和内蒙古中早熟玉米种植区大面积推广种植。

4.4 3个杂交种的特点

吉单604、吉单621、吉单672具有高产稳产、绿色抗病、优质专用等特点。

4.4.1 高产稳产

吉单604、吉单621、吉单672区域试验平均产量分别为780.3、731.6、756.1 kg/667 m2，分别比对照增产7.0%、9.5%、7.2%。生产试验平均产量分别为760.0、662.8、734.6 kg/667 m2，分别比对照增产10.1%、7.9%、8.1%，区域试验和生产试验增产试验点占比分别为90.5%、92.9%、92.1%，综合表现均为高产稳产（表3）。

4.4.2 绿色抗病

经人工接种鉴定，吉单604抗玉米丝黑穗病、穗腐病、灰斑病，中抗大斑病、茎腐病；吉单621抗玉米丝黑穗病、大斑病，中抗穗腐病、茎腐病和灰斑病；吉单672抗玉米灰斑病，中抗丝黑穗病、大斑病、穗腐病和茎腐病。3个品种对5种病害均达到中抗及以上水平，符合国家绿色抗病品种审定标准，均属绿色抗病品种（表4）。

4.4.3 优质专用

吉单604、吉单621、吉单672籽粒容重均达到720 g/L以上，达到GB 1353—2018《玉米》一等品质标准，品质优良。吉单621粗淀粉含量75.20%，达到国家高淀粉品种审定标准。吉单604籽粒粗蛋白含量10.02%，属高蛋白品种（表5）。

5 总结

难在选系，重在组配［11］，选育优良玉米自交系的前提是构建遗传基础丰富、杂种优势明确的基础群体，有了高起点基础群体，还应配以合理的选系方法和技术，比如单倍体育种技术，加快自交系选育速度，尽早进入杂交种选育进程，以提高育种效率。

5.1 构建群体的素材优中选优

作为构建选系群体的素材要有尽可能多的优点，比如自身产量高、配合力高、有广泛的适应性、较好的商品品质、抗多种病害、优良基因多、农艺性状好等，在选择素材时要慎之又慎，优中选优，这样才能为下一步自交系的选育奠定良好的基础。笔者在构建瑞德群体选择母本系时选用了K10和吉D2417 这2个瑞德种质，K10作为瑞德种质中的骨干系，在育种和生产中应用已超过30年，目前仍然在应用，具有早熟、优质、高配合力、农艺性状优良、适应性广等特点；吉D2417选用先锋公司母本群骨干系PH6WC和另一瑞德种质33D22做素材选育而成，具有高配合力、产量高、品质优良、广适、一次播种出全苗、适宜单粒种植的优点。用这2个自交系作为构建瑞德群体的素材，属于强强联合，组材目标明确，杂种优势明显，育成的吉D224、吉D5344、吉D65377等自交系配合力高，综合性状突出，杂种优势强。

5.2 构建群体时要有针对性

杂种优势强弱的重要制约因子是玉米自交系的配合力［12-15］，玉米育种实践表明，只有创制出配合力高的自交系，才可能组配出强优势杂交组合［16］。在构建选系群体时要考虑自交系育成后怎么使用，按照2个杂种优势群理论，要有针对性。笔者在构建兰卡斯特-Iodent群体时，目标是育成与瑞德群有强优势的自交系，进而育成符合育种目标的杂交种，应用于生产。首先确定了非瑞德群的兰卡斯特种质和Iodent种质，这2类种质和瑞德群都有高配合力，两者融合可以使有利基因聚合，强化杂种优势；进而选择了兰卡斯特种质优良自交系Mo113和吉D43076，以及高配合力Iodent种质PD72B和PH207，为了使有利基因充分聚合，在合成6个单交种后又进行了1次隔离条件下混合授粉，加大有利基因性状的重组概率。

5.3 常规育种与单倍体育种技术有机结合实现快速育种

常规育种技术可以更好地创制选系基础群体，比如用杂交、回交、复交、混粉、构建小微群体等方式进行基因重组，增加有利基因的积累频率，构建选系群体；单倍体育种技术大大缩短了玉米自交选育的周期，提高了种质资源的原始创新，2个世代即可育成纯合自交系，显著提高了育种速度［4］。笔者在选育父本系吉D3F和吉D797时将2种育种技术有机结合起来，通过常规育种技术将自交系配制成单交种，为了打破不良基因的连锁，使有益基因累加，丰富遗传基础，更益于创制优良自交系，采取隔离环境中自由散粉的方式，实现基因重组，以期获得更多的有益基因型，基础群体构建完成后，利用单倍体育种技术快速育成稳定自交系，达到了事半功倍的效果。

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