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《四川农业大学》 2010年
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不同轮回选择方法对玉米窄基群体的改良效果

李芦江  
【摘要】:我国是世界玉米生产第二大国和玉米育种较先进的国家,但也是种质资源较贫乏的国家之一。玉米种质资源的贫乏,造成了种质基础狭窄的局面,种质基础狭窄已成为限制我国玉米育种水平进一步提高的主要制约因素,这就客观地要求我们把研究重点放在种质扩增、改良和创新以及杂种优势群和杂种优势模式的研究和构建上。轮回选择是玉米种质扩增与改良的基本方法,能有效地打破基因间的连锁关系,增加优良基因重组的机会,使群体中优良基因频率不断提高,达到改善群体表现的目的,从而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。本研究以两个玉米窄基群体P3C0和P4C0及其分别经过5轮控制双亲混合选择的改良后代P3MSC1、P3MSC2、P3MSC3、P3MSC4、P3MSC5、P4MSC1、P4MSC2、P4MSC3、P4MSC4和P4MSC5,共12个群体为材料,通过多点田间表型鉴定和配合力测定,研究控制双亲混合选择对不同玉米窄基群体的改良效果;以基础群体P4C0及其经过5轮控制双亲混合选择的改良后代P4MSC1、P4MSC2、P4MSC3、P4MSC4和P4MSC5,P4C0经过1轮半同胞-S2:3(HS-S2:3)轮回选择的改良后代P4HSC1,P4HSC1经过3轮控制双亲混合选择的改良后代P4HSC1-MSC1、P4HSC1-MSC2和P4HSC1-MSC3以及将两个自交系加入到P4HSC1中进行1轮动态改良的群体P4HSC1-AP,共11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,并利用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,为玉米窄基群体改良方案的完善提供参考;以从2个基础群体P4C0和P5C0及其经过2轮控制双亲混合选择的改良群体P4MSC2、P5MSC2和经过1轮HS-S2:3选择的改良群体P4HSC1、P5HSC1的单株自交后代中,分别选取来自不同基本株的3个田间表现优良的株系(基础群体为S6株系,改良群体为S5株系),共计18个高代选系为材料,通过田间表型鉴定、多点配合力测定和SSR分子标记分析,对这些群体高代选系的育种潜势进行研究,为这些选系的利用及选系策略的制定提供依据。主要研究结果如下: 1.控制双亲混合选择对基础群体P3C0和P4C0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。经过5轮控制双亲混合选择改良后,两个基础群体P3C0和P4C0改良群体的株高和穗位高及其GCA效应值都随改良轮次增加而显著增加。基础群体P3C0及其改良后代,粒深和穗行数均以P3C0为最小,P3MSC5为最大,其GCA效应值分别以P3MSC2■和P3MSC5为最大;单株产量及其GCA效应值都以P3C0为最小,分别以P3MSC4和P3MSC2为最大。基础群体P4C0及其改良群体,粒深和穗行数均以P4C0为最小,分别以P4MSC5和P4MSC4为最大,其GCA效应值都以P4MSC4为最大;单株产量及其GCA效应值都以P4C0为最小,分别以P4MSC2和P4MSC4为最大。改良群体其余多数性状及其GCA效应值也都大于各自的基础群体,但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会导致窄基群体的选择增益下降,甚至出现负增益。 2.不同轮回选择方法对基础群体P4C0主要性状及其GCA改良效果不尽相同。P4C0经5轮控制双亲混合选择后,群体株高和穗位高及其GCA效应值持续增加,群体主要性状及其GCA都得到较好的改良,单株产量遗传增益主要集中在前2轮,3轮改良以后群体单株产量均值有下降的趋势。P4C0经过1轮HS-S2:3选择后,改良群体P4HSC1产量及其主要构成性状都得到了较好的改良。P4HSC1经3轮控制双亲混合选择后,群体主要性状及其GCA得到进一步改良。将两个与P4HSC1属同一杂优类群的优良自交系加入到群体P4HSC1中,进行1轮动态改良后,群体产量和主要构成性状及其GCA在P4HSC1的基础上得到了进一步改良。以时间计算,控制双亲混合选择对群体P4C0产量和主要构成性状及其GCA改良效果优于HS-S2:3轮回选择,但在植株性状改良上HS-S2:3选择效果较好。以轮次计算,动态改良对群体P4HSC1产量和主要构成性状及其GCA的改良效果优于控制双亲混合选择,但动态改良后,群体株高、穗位高及其GCA效应值有较大幅度的增加。 3.经过改良后,群体内优良个体出现频率(粒深大于1.100cm,穗行数大于或等于16行,单株产量大于160g的个体百分比)发生了变化。经过5轮控制双亲混合选择后,基础群体P3C0和P4C0及其改良后代优良个体出现频率随选择轮回增加呈波动增加趋势。P4C0经过1轮HS-S2:3选择后,群体优良个体出现频率较P4C0有较大的提高。P4HSC1经过1轮动态改良后,群体优良个体出现频率较P4C0和P4HSC1均有较大的提高。P4HSC1经过3轮控制双亲混合选择改良后,群体优良个体出现频率随改良轮次增加呈增加趋势,但有一定的波动。 4.不同轮回选择方法对基础群体P4C0遗传多样性的影响存在差异。P4C0经过5轮控制双亲混合选择后,在改良的前2轮,多数表征遗传多样性的参数下降不明显,基因杂合度和遗传多样性指数还有小幅度增加。经3轮改良以后,群体杂合度遗传多样性开始下降,虽然衡量群体遗传多样性的参数虽然变化规律不尽相同,但其反映的整体趋势是基本一致的,即在群体改良的低代,群体遗传多样性得到了较好的保持,而多代的改良则会导致群体遗传多样性的下降。P4C0经过1轮HS-S2:3选择后,6个表征群体遗传多样性的参数比P4C0均有较大幅度的下降。P4HSC1经过1轮动态改良后,6个表征群体遗传多样性的参数均有较大幅度的增加。P4HSC1经过3轮控制双亲混合选择改良后,6个表征群体遗传多样性的参数均呈增大的趋势,但每轮增加的幅度均较小 5.本地选择和异地选择对基础群体P4C0遗传多样性存在不同影响。P4C0经过5轮控制双亲混合选择后,群体基因型数虽然总体上是减小的趋势,但表现出减少与增加交替出现的现象。在四川改良形成的群体,其基因型数较其上一轮改良群体少,在云南改良形成的群体,其基因型数较其上一代增加。 6.不同轮回选择方法创造了不同的遗传变异。将P4C0经过不同轮回选择方法改良的11个群体按来源分为5个类型,第一类包括P4C0,第二类包括P4MSC1、P4MSC2、P4MSC3、P4MSC4(?)(?)P4MSC5,第三类包括P4HSC1,第四类包括P4HSC1-AP,第五类包括P4HSC1-MSC1、P4HSC1-MSC2和P4HSC1-MSC3。分子方差分析结果表明,不同类型间、群体间和群体内的变异分别为6%、5%和89%,说明经过不同的轮回选择方法改良后,群体遗传变异虽然发生了不同的变化,但不同改良群体间的遗传变异仍远远小于群体内的遗传变异。从主坐标分析结果可以看出,基础群体及控制双亲混合选择的早代,群体内个体间的分布相对分散,而高代群体和P4HSC1及以P4HSC1为起始群体的两类改良群体,分布相对集中,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。 7.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,说明用改良群体高代选系纯合速度较快。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。 8.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,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。总体而言,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,但值得注意的是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。 9.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。
【学位授予单位】:四川农业大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:S513

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