我国西南玉米杂种优势群及其杂优模式研究与应用的回顾

四川农业大学于上世纪80年代,提出直接从热带种质选育自交系与温带种质自交系杂交,将温、热带种质的优点结合到杂交一代的西南玉米育种新思路,从Suwan-1群体中成功选育了自交系S37(苏37),构建了"温带种质自交系×热带种质自交系"的杂优模式。在此基础上,不断总结西南玉米育种的成功经验,经过研究和发展,又提出将西南玉米育种用种质划分为Reid(瑞德)、Non-Reid(非瑞德)和Tropical(热带)3个类群,其两两组配,可构成"Reid×Non-Reid(浅丘、河谷组配模式)、Reid×Tropical和Non-Reid×Tropical(深丘、山区组配模式)"三角形杂优组配模式。本文系统回顾了我国西南玉米育种中热带种质利用、杂种优势群划分及杂优模式研究与应用的发展历程,并对今后的发展趋势进行分析。     

不同轮回选择改良轮次玉米群体选系的育种潜势

【目的】研究18个从不同轮回选择改良轮次玉米群体中选育自交系的育种潜势,为玉米群体的有效改良及育种利用提供理论依据。【方法】以2个群体3个不同轮次改良后代中选育的高代自交系为材料,通过农艺性状表型鉴定、配合力测定和SSR分子标记遗传多态性分析的方法,对这些群体高代选系的育种潜势进行研究。【结果】改良群体高代选系产量和主要构成性状及其GCA表现优于基础群体高代选系,但多数改良群体高代选系株高、穗位高及其GCA都较各自的基础群体高代选系有所增加。不同群体高代选系之间,表型及配合力差异较大,来自同一群体不同基本株的选系之间差异也较大。SSR分析结果表明,改良群体高代选系在自交代数少1代的情况下,其纯合的位点比例与基础群体高代选系相当,与基础群体高代选系相比,改良群体高代选系间遗传差异虽有减小的趋势,但仍有较大的遗传差异。改良群体高代选系P4MSC2-1、P4MSC2-2、P5MSC2-2和P5MSC2-3以及基础群体高代选系P5C0-3,自身产量和主要性状及其GCA表现较好,与测验种所配组合产量较高,有较大的育种利用价值。【结论】群体高代选系的表型和配合力差异来源于不同群体及基本株的差异,从经过改良的群体中选育出的自交系表现更好,用改良群体选系纯合速度较快。     

不同选择方向回交改良玉米后代的出苗率和大斑病抗性

在以08-641(R08)为轮回亲本的BC2F2材料中,以种子形状和颜色是否类似R08为标准,选出供体不同的两个典型材料,一个种子形状和颜色类似R08(编号为A,供体为CN962);另一个种子形状和颜色不类似R08(编号为B,供体为8065)。分别自交两代得到79个不同株系(BC2F4),A材料自交分离得到的株系群体称A株系群,B材料自交分离得到的株系群体称B株系群。把A、B株系群分别按上述标准进行双向分类,得到AR、ANR和BR、BNR共4个次级分类株系群。通过对这些不同分类群回交后代株系的田间出苗率与大斑病抗性鉴定和配合力分析,探讨不同选择方向对轮回亲本R08的改良效果。结果表明,79个回交后代株系中,26个株系的出苗率显著或极显著高于R08,29个高抗大斑病。不同选择方向的回交后代比较显示,对R08田间出苗率和大斑病抗性的改良,以种子形状和颜色不似R08为标准选择得到的回交后代株系优于以种子形状和颜色类似R08为标准选择得到的回交后代株系。因此,回交过程中在加强改良目标性状的基础上,采取多向选择策略可能有利于提高回交改良的育种效率。     

控制双亲混合选择对2个玉米窄基群体主要性状的改良效果

【目的】研究5轮控制双亲混合选择对2个玉米人工合成窄基群体P3C0和P4C0的改良效果,为玉米群体的有效改良及育种利用提供理论依据。【方法】在不同生态条件下,对群体主要性状进行表型鉴定,并按不完全双列杂交模型进行配合力测定。【结果】控制双亲混合选择对群体单株产量和主要构成性状及其一般配合力(GCA)改良效果明显,但对群体与测验种的特殊配合力(SCA)却没有明显的改良效果。基础群体P3C0及其改良后代,粒深和穗行数均以C0为最小,C5为最大,其GCA分别以C2和C5为最大;单株产量及其GCA都以C0为最小,分别以C4和C2为最大。基础群体P4C0及其改良群体,粒深和穗行数均以C0为最小,分别以C5和C4为最大,其GCA都以C4为最大,单株产量及其GCA都以C0为最小,分别以C2和C4为最大。改良群体其它多数性状及其GCA也都大于C0,不同群体的同一性状及同一群体的不同性状,在不同的改良轮次,其改良效果不尽相同。总体趋势表现为,控制双亲混合选择进行到一定世代后,群体一些性状及其GCA能得到同步有效改良,有些性状自身及其GCA的改良效果却不同步。当选择响应到达最大以后,持续的控制双亲混合选择则会导致窄基群体的选择增益下降,甚至出现负增益。此外,在群体容量为600株,入选率为10%的情况下,经5轮选择后,群体仍保持了较丰富的遗传变异。【结论】在改良窄基群体时,除应适当控制改良轮次外,还应处理好各性状的关系,做到有主有从,主从结合,并定期研究群体改良效果,针对群体存在问题,适当调整改良方案。对于产量和相关性状及其GCA已得到较好改良的群体,可根据杂优模式将群体配对,采用群体间相互轮回选择,在改良群体GCA和SCA同时,使种质改良与杂交种选育紧密结合,以提高群体改良利用效率。     

玉米地方品种B染色体鉴定及其核型分析

以四川省、云南省、贵州省和重庆市的50个玉米地方品种为试验材料,采用根尖染色体压片技术,分析玉米地方品种的主要核型参数及B染色体的形态特征。结果表明,在50个玉米地方品种中,有16个有B染色体,占供试材料的32%。在50×30×5个分裂相(指50个品种,每个品种取30张装片,每张装片设5个镜像)细胞中,发现185个细胞含有B染色体,占观察细胞总数的2. 47%。玉米地方品种的B染色体较常染色体短,平均长度为2. 56μm。核型分析结果表明,没有B染色体和有B染色体的玉米地方品种1～10号染色体相对长度均依次为14%、12%、11%、11%、10%、9%、9%、8%、8%、7%。对没有B染色体和有B染色体的玉米地方品种的10对染色体相对长度分别进行t检验,检验结果均不显著,说明B染色体的存在对常染色体核型无明显影响。     

不同轮回选择方法对玉米窄基群体的改良效果

利用轮回选择进行群体改良,是玉米种质扩增与改良的有效方法,能为选育优良自交系提供基本素材,进而提高选育自交系及杂交种的效率。本研究以玉米窄基群体P4C0及其经过不同轮回选择方法改良的10个群体为材料,通过多点田间表型鉴定和配合力测定,研究不同轮回选择方法对玉米窄基群体的改良效果,利用SSR分子标记分析不同轮回选择方法对群体遗传多样性的影响。结果表明,几种轮回选择方法都能有效改良群体的主要性状及其一般配合力(GCA)。以时间计算,控制双亲混合选择(MS)对群体P4C0主要性状及其GCA改良效果优于半同胞-S2:3(HS-S2:3)轮回选择,但在株高和穗位高的改良上,HS-S2:3选择效果较好。以轮次计算,开放改良对群体P4HSC1主要性状及其GCA的改良效果优于MS,但开放改良后,群体株高和穗位高有较大幅度的增加。不同轮回选择方法对群体遗传多样性和遗传结构的影响不尽一致。P4C0经过5轮MS后,在群体改良的低代,群体遗传多样性得到了较好的保持,而多代的改良导致群体遗传多样性下降;P4C0经过1轮HS-S2:3选择后,遗传多样性比P4C0有较大幅度的下降。P4HSC1经过1轮开放改良后,遗传多样性有较大幅度的增加。P4HSC1经过3轮MS改良后,群体遗传多样性呈增大的趋势,但每轮增加的幅度均较小。     

控制双亲混合选择对不同玉米合成群体的改良效应

基于田间试验的统计分析和SSR分子标记的遗传参数评估,分析了3个玉米人工合成群体GP3、GP4和GP5经4轮控制双亲混合选择的改良效应。结果表明,多数性状在不同群体及不同轮回间存在真实的遗传差异,粒深遗传增益以GP4＞GP5＞GP3,穗行遗传增益以GP3＞GP5＞GP4,各个群体C4的粒深、穗行均值都显著或极显著大于C0,直接选择效应显著;株高和穗位高随选择周期增加呈明显增加趋势,且GP4的增幅显著大于GP3和GP5,单株产量及穗粗的遗传增益以GP4大于GP3和GP5,各群体多数产量性状的均值以C4显著大于C0,相关选择效应显著;除株高、穗位高外,其他性状GCA变异群体间差异达显著或极显著水平,GP5多数产量性状的GCA优于GP3和GP4,各群体多数产量性状的GCA效应值随改良进展呈增加趋势,对照优势大于8%的大部分测交组合均为各群体C4所配组合,间接选择效应显著;随改良世代进行,群体部分性状的表型变异系数虽有所减小,但变化幅度不大;基于SSR分子标记估算的群体内遗传相似系数,GP3和GP4改良后代呈略增趋势,GP5变化不大,对于群体基因型数,GP3和GP4随改良代数增加呈略减趋势,GP5呈略增趋势。上述结果说明,适度控制双亲混合选择在有效改良群体的同时,还能较好地保持群体的遗传多样性,但不同基础群体及不同性状间,其改良效应存在一定的差异。     

两种轮回选择方法对玉米群体主要性状的改良效果

研究了控制双亲混合选择和半同胞-S2:3(HS-S2:3)轮回选择对2个玉米基础群体P_4C_0和P_5C_0主要性状的改良效果.结果表明,对于基础群体P_4C_0,其改良群体P_4HSC_1、P_4MSC_1和P_4MSC_2的单株产量分别比P_4C_0提高21.64%,10.29%和8.70%,达显著或极显著水平;对于基础群体P_5C_0,其改良群体P_5HSC_1的单株产量比P_5C_0降低7.53%,达显著水平;改良群体P_5MSC_1和P_5MSC_2平均单株产量变化与P_5C_0相比,分别降低和提高了2.67%和3.65%,均未达到显著水平.控制双亲混合选择改良群体,其产量的显著改进伴随着株高和穗位高的显著增加;HS-S2:3轮回选择改良群体,不同基础群体,其产量和株高、穗位高的改良效果不同.两种选择方法改良群体,多数性状的表型变异系数随着选择的进行有所下降,但也有部分性状变异系数变化较小或有所增大,群体内仍保持了较丰富的遗传变异,且以控制双亲混合选择保持群体遗传多样性的效果更好.     

玉米人工合成群体的改良与利用

回顾国内外玉米群体改良利用研究的概况,分析四川农业大学在玉米群体合成、改良与利用方面开展的研究及取得的主要成果,结合玉米育种发展趋势,对进一步提高玉米群体改良利用效率提出思路。就研究方法和内容而言,应将传统方法和现代分子生物学技术结合,重点研究群体农艺性状及配合力表现、遗传多样性、杂种优势和遗传组成等,探明群体育种潜势;合成群体时,应按杂优类群选择自身性状优良、配合力高且彼此又有一定差异的材料,以适当协调群体的遗传异质性与群体内优良个体出现频率两者的矛盾,在对群体遗传育种潜势评价的基础上,应针对群体存在的问题,确定好选择目标性状和选择强度,并利用适当的轮回选择方法进行改良,以提高玉米群体改良利用效率;在群体改良过程中,应定期进行群体改良效果评价,以便根据评价结果及时调整改良方案;在利用人工合成改良群体选系前,应对群体的育种潜势进行评价,并根据群体遗传特性和自交后代配合力表现,采取相应的策略和方法。     

不同轮回选择方法对玉米窄基群体遗传多样性的影响

为了研究不同轮回选择方法对玉米群体遗传多样性的影响,本研究利用SSR分子标记分析了基础群体P4C0及其经过不同轮回选择方法改良群体的遗传多样性。研究结果表明,P4C0经过5轮控制双亲混合选择(MS)后,在群体改良的低代,群体遗传多样性得到了较好的保持,而多代的改良导致群体遗传多样性下降。P4C0经过1轮半同胞-S2∶3(HS-S2∶3)选择后,遗传多样性比P4C0有较大幅度的下降。P4HSC1经过1轮开放改良后,遗传多样性有较大幅度的增加。P4HSC1经过3轮MS改良后,群体遗传多样性呈增大的趋势,但每轮增加的幅度均较小;分子方差分析结果表明,不同轮回选择方法改良后,群体间的遗传变异仍远远小于群体内的遗传变异;主坐标分析结果表明,随着改良轮次的增加,群体内个体的分布发生了定向变化,且不同选择方法改良后,群体内个体偏移的方向和程度不一致。研究结果为这些轮回选择方法的利用和完善提供了依据。