郭 莉 李新彦 马现斌 胡 飞

（湖北省襄阳市农业科学院，襄阳 441057）

玉米是典型的异花授粉作物，表现出极端的自交衰退和杂种优势。玉米骨干自交系是育种家对穗行、产量、抗性等性状严格考察筛选出的优秀亲本。分析玉米自交系遗传多样性和差异性，可以揭示其遗传构成及其变化，也是玉米自交系改良以及利用的可靠依据，具有十分重要的指导意义。迄今为止，已有大量关于玉米自交系及杂交种遗传多样性分析的报道[1-6]。基于玉米DUS 的测试技术，DUS 测试性状由1 个基因或基因组合决定，在某一特定环境下表现足够的一致性和重复性[7]，且通过参照品种的矫正，可显著降低环境对性状表达的影响，目前DUS 测试性状也被广泛应用于遗传多样性分析[8-12]和品种鉴定[13]领域。本试验运用基于玉米DUS 测试技术对襄阳市农业科学院玉米团队14 份玉米骨干自交系进行多样性分析和评价，以期为玉米自交系高效利用提供依据与参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料以襄阳市农业科学院玉米团队育种材料中常用的14 份玉米骨干自交系为分析和研究对象（表1）。

表1 材料名称

1.2 试验设计试验在襄阳市农业科学院团山基地进行，海拔70m。2020-2022 年春进行田间种植试验，每份自交系2 次重复，完全随机区组排列，穴播，4 行区，行长3.6m，行距66.7cm，株距30cm，厢间走道1m。

1.3 性状观测基于玉米DUS 测试表型数据的获得依据GB/T 19557.24—2018《植物品种特异性、一致性和稳定性测试指南 玉米》进行，从中选取具有代表性的表型性状（表2）37 个进行观测。各性状观测时期、部位、方法严格按照指南观测要求进行。

表2 观测性状

1.4 数据分析

1.4.1 测量性状分级和性状代码赋值按照玉米DUS 测试指南的性状分级。群体目测性状：对一批植株或植株的某器官或部位进行目测，获得一个一个群体记录。直接给予DUS 代码记录。测量性状：对各性状进行大田测量采集，然后依据划分的档级进行代码赋值，先计算各测量性状的中位数和品种间的最小显著差数 LSD0.05，然后以各性状中位数（Md）为中点，以LSD0.05为一个级别确定各等级的阈值，如第5 级的下限和上线分别为 Md-LSD0.05和Md+LSD0.05，以此类推划分档级，然后进行各测量性状代码赋值。

1.4.2 多样性分析将性状的代码视为等位变异，对于每个品种，单个性状中表达的状态所对应的级别标记为 1，其他未表达的级别标记为 0，由此构建成形态性状的原始数据矩阵。对于品种群体，在某一性状中出现的级别的总数，标记为该性状的等位变异数（Na）。

根据分级后的数据计算Shannon-Weaver 多样性指数（H′）。

H′=-∑iPiln（Pi）

式中，Pi表示某性状第i 等级的品种个数占总品种数的百分比。

1.4.3 聚类分析采用NTSYSpc2.1 软件进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 性状多样性分析14 个自交系共37 个性状的多样性分析结果见表3。性状多样性分析结果说明如下。

表3 性状多样性分析结果

（1）整体来看，这14 个自交系共37 个性状的多样性一般，各性状的最大Shannon-Weaver 多样性指数（H′）为1.55，即C22 茎秆：支持根花青甙显色强度，各性状多样性指数都未超过2.00。需进一步加强种质资源改良与创新，以丰富种质资源多样性。

（2）从自交系各性状的表现来看，株型方面各自交系株型偏紧凑，体现为C6 植株：上部叶片与茎秆夹角性状表达代码范围2（1），3（6），4（6），5（1），夹角大小在5 以内；C23 叶片：长度（最长处）性状表达代码范围2（1），3（6），4（5），5（2），叶偏短；C24 叶片：宽度（最宽处）性状表达代码范围为1（3），2（3），3（7），4（1），叶窄。该结果与本团队近年来玉米自交系选育走向趋势基本吻合，目前团队育种侧重黄淮海夏玉米区，在株型的选择上偏中秆紧凑型。

（3）从这些自交系各性状的表现来看，生育期偏中晚熟，早熟基本没有，体现为C4 散粉期性状表达代码范围5（8），6（3），7（3）；C5 抽丝期性状表达代码范围4（1），5（7），6（2），7（4），说明在进行夏播选育或早熟品种的选育方面使用这些自交系就要慎重了。

2.2 聚类分析14 个自交系聚类结果如下：在遗传系数阈值为0.844 时，14 个自交系大致分为四类（图1）：Ⅰ类：自1、自2、自27、自8、自6、自14；Ⅱ类：自7、自30、自16、自23、自20、自28；Ⅲ类：自12；Ⅳ类：自15。

图1 14 个自交系聚类结果

具体说明：（1）Ⅰ类中自1 和自2 在遗传相似系数阈值为0.92 时直接聚为一类，从表1 中可知自1 和自2 这2 个自交系均是改良昌7 黄改类的；自6和自14 在遗传相似系数阈值为0.88 时直接聚为一类，均为（XY3/登海618 二环系）/XY3 回交选系回交改良姊妹系，这些聚类结果均与系谱来源一致。

（2）Ⅱ类中自7 和自30 聚为一类，自7 为（郑58/登海618 二环系）杂交后选系，自30 为（XY3/登海618 二环系）/（登海618 二环系）回交了一代后自交选系；自16、自23、自20 三者聚为一类，这三者均来自河南农业大学育种者汤继华老师改良自交系，这些聚类结果与系谱来源一致。需要注意的是：自7 和自30 这两者直接聚为一类，自7 为（郑58/登海618 二环系）杂交后选系，可能在选系时偏向了登海618 二环系方向；自30 为（XY3/登海618 二环系）/（登海618 二环系）回交了一代然后自交选系，回交了一代登海618 二环系的权重增加了，自7和自30 聚为一类也可以解释得通。那么需要关注的是如自7 直接2 个自交系郑58 和登海二环系杂交后进行选系，杂交后进行分离选育作用效果有多大，虽然改良的初衷为改良郑58，但实际聚类结果偏登海618 二环系，说明2 个自交系杂交可能不太容易交换或整合累积到两者或单个自交系如郑58的优良基因，即2 个自交系杂交改良选育自交系，后代分离方向不确定。

（3）Ⅲ类中自12（XY90418）选系单独聚为一类，与其他类群距离较远，可能与其他自交系存在杂种优势，就多年来自12 组配测产实践表明，自12 与其他自交系组配，果穗和产量优势确实明显，但因其生育期较长，一直作为本团队春播的骨干自交系，目前该自交系作为亲本已成功审定了2 个湖北丘陵春播品种襄玉655 和襄玉853。

（4）Ⅳ类中自15（XY06/XY7298）选系单独聚为一类，需要注意的是自15（XY06/XY7298）选系，自改良稳定后，一直作为XY7298 类黄改良系来使用，但明显未与Ⅰ类中黄改系聚为一类，有可能在进行杂交后二环选系时已偏离XY7298 黄改系方向，并不能凭主观意愿把该自交系作为黄改类使用。下一步，准备仔细观察该自交系，调整使用方向。同时，自15 类似自7，为2 个自交系杂交选系，再次说明了2 个自交系杂交改良选育自交系，后代分离方向的不确定性。

育种中还需要关注的是：XY3/登海618 二环系杂交后进行回交，选择的轮回亲本不同，后代自交系走向也不同，XY3/登海618 二环系回交XY3 的自6 和自14 聚在Ⅰ类中，XY3/登海618 二环系回交登海618 二环系的自7 和自30 聚在Ⅱ类中，轮回亲本不同，分别聚在不同类，所以在回交时轮回亲本和后代的选择上还是要紧跟选育目标——类优良轮回亲本，并进行目标性状的选择，以达到回交选育的目的。

3 结论与讨论

3.1 基于DUS 测试性状了解自交系特征特性和遗传多样性对玉米种质资源进行改良、创新和利用，是目前玉米育种的重要课题，了解种质资源的特征特性和遗传多样性是改良和利用的前提和必需。在了解种质资源的特征特性方面，DUS 是品种的基本属性[14]，DUS 测试性状除关注一些育种者只关注的经济性状外，还关注非经济性状，可以较为系统和全面地了解种质的特征特性；在遗传多样性研究方面，DUS 测试性状已被证实非常灵敏和准确[10]。本研究基于DUS 测试性状的玉米自交系多样性分析和评价，对本团队14 个骨干自交系系统整体地给予了评价，这14 个自交系共37 个性状的多样性一般，需进一步加强种质资源改良与创新，以丰富种质资源多样性。从这些自交系性状的表现来看，株型选择上偏中秆紧凑型；但生育期方面整体偏中晚熟，在进行夏播选育或早熟品种的选育方面使用这些自交系需慎重。

3.2 基于DUS 测试性状自交系聚类分析和评价聚类结果表明，聚类结果与系谱来源一致，其中Ⅲ类中自12 XY90418 和Ⅳ类中自15 XY06/XY7298 选系分别单独聚为一类，且与其他类群距离较远，可能与其他自交系存在杂种优势，本团队可以将这2 个自交系进行重点测配使用。根据聚类结果，自7 和自15 为2 个自交系杂交选系，说明2 个自交系在杂交改良二环选育自交系时，后代分离方向具不确定性，一是需要仔细观察和研究，只有后代选系目标越集中，才有可能达到改良的目的，二是同一些学者观点，2 个自交系杂交二环选系时，基础材料标准要高，在分离过程中，由于广泛的基因交换和重组，除有针对性的性状得到改良外，还可能有显性有利基因进一步得到积累[15]。同时聚类结果也表明，自6和自14 聚在Ⅰ类，自7 和自30 聚在Ⅱ类，因轮回亲本不同，分别聚在不同类群，这点与一些研究回交改良效果的学者观点相同，回交法能快速地向轮回亲本导入其优良性状的基因，但不同供体和回交次数所创制的玉米自交系遗传差异较大[16-17]。所以在回交时轮回亲本和后代的选择上还是要紧跟选育目标——类优良轮回亲本，并进行目标性状的选择，以达到回交选育的目的。