玉米温热种质改良后代籽粒脱水相关性状的评价

吴文强 吴迅 郭向阳 王安贵 陈泽辉

摘 要：玉米熱带种质在具有诸多育种优势性状的同时，具有籽粒脱水较慢的不足。利用温带种质改良热带材料的籽粒脱水性状已经成为育种者关注的焦点之一。本研究以温带玉米自交系HCL645和热带玉米自交系ZHL908所组配的105个F2：3家系为材料，通过对F2：3分离家系在授粉后不同时期的籽粒含水量的测定，计算相关的籽粒脱水速率，评价后代的籽粒含水量相关性状的变异情况，揭示温热玉米种质改良过程中的籽粒含水量变化类型和改良方向。结果表明，温热改良F2：3家系的籽粒含水量呈下降趋势，拟合方程为y = -17.9 In（x） + 47.83，其中R2 = 0.987。相关的籽粒脱水速率表现为逐渐减小，拟合方程为y = -1.22 In（x） + 1.980，其中R2=0.978。这些研究结果将为热带玉米种质改良和利用提供一定的支持依据。

关键词：温热玉米种质;温带玉米种质;籽粒含水量;籽粒脱水速率

中图分类号：S513

文献标识码：A

文章编号：1008-0457（2018）06-0076-04 国际DOI编码：10.15958/j.cnki.sdnyswxb.2018.06.013

在我国许多地区，玉米的籽粒含水率于收获时高于30%，籽粒机械化收获难以实现，易导致堆积晾晒过程中的霉变，影响玉米商用品质和营养品质[1-2]。为满足复杂生态环境条件对综合农艺性状、抗性等的特殊要求，育种家们通过构建温热群体并对其进行遗传分析，证明了热带玉米种质具有较温带种质丰富的遗传多样性，并携带了大量的优势等位基因[3-6]。以热带种质作为基础材料，所选育出一系列玉米自交系如QR273、QB446和ZHL908以及杂交玉米品种如金玉506、金玉838和青青009等[7-9]，对中国南方玉米产业发展做出了重要的贡献。但热带种质在具有诸多优点的同时，也存在脱水慢等的不足，以热带种质改良选系所培育出的杂交种常常因为脱水慢而影响籽粒品质、易感染穗腐病、收获困难等[10]。而温带玉米种质资源具有一般配合力较高，株型紧凑，灌浆速度快，早熟，结实性好，籽粒脱水速度快，综合抗病性好等特点。在生产实践中，育种家利用温带种质资源，选育出HCL645、KWS73、PHB1M等自交系，并培育出一系列脱水快的杂交玉米品种如迪卡517、德美亚1号、先玉696等[11-13]，为我国玉米产业的全程机械化提供了较好的支持。

为进一步明确温热玉米种质改良过程中的籽粒含水量相关性状改良方向，本研究利用脱水快的温带玉米自交系HCL645为受体材料，脱水慢的热带玉米自交系ZHL908为供体材料，通过构建双亲分离群体，评价后代的籽粒含水量相关性状的变异情况，旨在揭示温热玉米种质改良过程中的籽粒含水量变化类型和改良方向，这些研究结果将为今后的温热玉米种质改良提供一定的参考与依据。

1 材料方法

1.1 试验材料

本试验选用我国西南玉米生态区广泛应用的热带玉米自交系ZHL908 作为父本，脱水速率较快的温带玉米自交HCL645为母本构建的105个F2：3家系为材料。其中ZHL908具有高抗叶部病害、适应性广、籽粒品质优、株型紧凑等优点，其作为亲本组配的玉米杂交种青青009在西南玉米生产中被大面积推广应用。但是该自交系也存在着籽粒脱水速率较慢、苞叶较紧等的不足。HCL645作为温带地区的一个重要玉米自交系，其组配的玉米杂交种迪卡517在我国东北地区被大面积推广应用，具有出籽率高、籽粒脱水速率较快等优势。

1.2 田间试验设计

试验采用随机区组设计，单行区，行长3 m，株距0.25 m，行距0.6 m，于2017年夏在贵州贵阳贵州省农业科学院种植，并对两个亲本以及105个F2：3家系进行籽粒含水量和籽粒脱水速率测定。

1.3 籽粒含水量测定

传统的玉米籽粒含水量测定方法不适应快速检测籽粒含水量，而通过检测电容变化来测定玉米籽粒含水量的新方法能够快速测定玉米籽粒含水量，且该方法已在2003国际种子检测规程中列出[14]。本研究采用SMART SESOR便携式快速水量测定仪对玉米籽粒含水量进行测定。籽粒含水量测定步骤如下：于两个亲本和105个F2：3家系进行单株自交后30天开始测定籽粒含水量，每个家系随机选择10株单株，利用便携式籽粒测定仪对果穗中部籽粒进行水分测定，每隔7天重复测量一次，直到籽粒完全成熟即黑层出现。依据授粉后不同时期的籽粒含水量和授粉后天数，计算出不同阶段的籽粒脱水速率。

1.4 数据分析

利用Excel 2007对调查的表型数据进行整理，相关的统计分析则利用SAS v 9.0软件来完成。

2 结果与分析

2.1 玉米籽粒含水量的变异情况

双亲HCL645和ZHL908在籽粒含水量上存在显著差异，105个F2：3家系籽粒含水量存在较大范围变异，充分表现出数量性状的遗传特点，且出现双向超亲分离家系。籽粒含水量测定结果显示，授粉后30、37、44、51和58 d，亲本HCL645和ZHL908的籽粒含水量分别为48.83%、39.40%、31.64%、26.50%、19.30%和47.50%、40.70%.32.33%、29.12%、26.67%。F2：3家系的籽粒含水量平均值为47.15%、35.04%、27.60%、23.72%、19.13%。授粉30 d时，F2：3家系的籽粒含水量变异幅度为13.50%;授粉37 d时变异幅度为15.85%;授粉44 d时为10.23%;授粉51 d时为12.74%;授粉58 d时为9.52%。随着授粉后时间的增加，籽粒含水量逐渐减少，其平均变化趋势的拟合方程为y = -17.9 In（x） + 47.83，R2 = 0.987（表1）。

2.2 玉米籽粒脱水速率的变异情况

双亲HCL645和ZHL908在籽粒脱水速率上存在显著差异，F2：3家系籽粒脱水速率存在较大范围变异，且出现双向超亲分离家系。籽粒脱水速率计算结果显示，授粉后30～37 d、37～44 d、44～51 d、51～58 d，亲本HCL645和ZHL908籽粒脱水速率分别为：1.35%、1.11%、0.73%、1.03%和0.97%、1.20%、0.45%、0.35%。F2：3家系籽粒脱水速率平均值为1.95%、1.14%、0.59%、0.28%;授粉30～37 d时，F2：3家系籽粒脱水速率变异幅度为1.44%;授粉37～44 d时变异幅度为1.95%;授粉44～51 d时为1.11%;授粉51～58 d时为0.76%;随着授粉后时间的增加，籽粒脱水速率逐渐减小，平均变化趋势的拟合方程为y = -1.22 In（x）+ 1.980，R2 = 0.978，其中在30～37 d时籽粒脱水速率最快;37～44 d时较快;44～51 d时较慢;51～58 d时慢，其变化趋势可描述为“快-较快-较慢-慢”的过程（表2）。

3 结论与讨论

一直以来，对热带玉米种质的改良主要集中在产量、抗性利用方面[14-17]，关于热带玉米籽粒脱水性状改良方面的研究尚属空白。随着机械化程度的不断加强，育种目标除具有综合农艺性状优良的同时，同时需要考虑收获质量。本研究通过构建温热种质分离后代，评价不同家系的籽粒含水量和籽粒脱水速率变异情况。结果显示，玉米籽粒含水量和脱水速率均随着授粉后天数的增加逐渐降低。但降速最大时期因基因型不同而存在显著差异（表1、表2），揭示出籽粒含水量变化的拟合方程：y=-17.9 In（x） + 47.83，R2 = 0.987;籽粒脱水速率变化的拟合方程：y = -1.22 In（x） + 1.980，R2 = 0.978。本研究结果表明，温热玉米种质改良后代籽粒在生理成熟前期，失水速率稳定;生理成熟后期，脱水速率减小，且满足“快-较快-较慢-慢”的下降趋势。

此外，杂交后代籽粒含水量和籽粒脱水速率的广泛变异表现出数量遗传特点，F2：3分离家系在籽粒含水量和籽粒脱水速率两个性状上均出现双向超亲家系。因此，在对杂交后代进行选育时，选择偏向于温带脱水速率快或者偏向于温带脱水速率慢的材料时，应在籽粒脱水速率变异幅度最大的时期进行，即授粉37～44 d时，粒粒脱水速率变异幅度为1.95%，此时，杂交后代变异最为明显，也最容易对其进行选育。另一方面，利用这两个脱水性状差异较大的亲本作为材料构建双亲分离群体，能够获得更多的重组事件，其F2：3家系可作为作图群体，为后续深度解析玉米籽粒脱水速率遗传解析和相关QTL定位提供材料保障。这些研究结果将为温热种质改良方向提供依据。

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