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普通玉米籽粒品质性状的遗传及其近红外测定方法的研究

魏良明  
【摘要】: 品质性状的遗传机制和快速测定方法的研究,是玉米品质遗传改良的基础。本试验(1)以89份国内普通玉米常用自交系及其杂交种为材料,研究应用近红外反射光谱测定完整籽粒品质性状的可行性和方法。(2)采用包括基因型和基因型×环境互作的种子性状遗传模型,分析以10个亲本、按10×10完全双列杂交设计的90个F_1、F_2杂交组合在两地点试验资料,研究普通玉米籽粒品质性状的遗传控制、遗传效应、基因型×环境互作效应、在杂交后代的表现、亲子关系及其与产量的关系等。(3)分析、评价我国目前玉米生产上常用普通自交系的品质状况。结果表明: 1.不同光谱数据预处理方法和谱区范围,影响建立定量分析模型的质量。本试验根据偏最小二乘(Partial Least Square,PLS)分析法,在国内首次建立了近红外反射光谱测定完整籽粒的粗蛋白、粗淀粉和粗脂肪含量的定量分析模型,并对模型进行交叉验证和外部验证。模型的外部验证决定系数(R_(val)~2)可达0.87(粗淀粉含量)~0.96(粗蛋白含量);预测均方差(RMSEP)仅为0.31%(粗蛋白含量)国~0.88%(粗淀粉含量)。此外,还利用40个玉米杂交后代材料对上述三个模型的实际预测效果进行验证。结果表明,预测值与化学值之间的相关系数(R)分别达0.98(粗蛋白含量)、0.93(粗淀粉含量)和0.97(粗脂肪含量),最大相对误差为2.46%(粗淀粉含量)~7%(粗脂肪含量),模型的准确性与化学方法相当。 2.遗传模型分析结果表明,蛋白质、淀粉和油分含量都不同程度地受控于种子、母体和细胞质以及基因型与环境的互作效应,不同性状的遗传机制不同。 蛋白质含量的种子(胚乳)直接方差、母体方差和细胞质方差分别占总遗传方差的52.49%、46.96%和0.55%,表明在蛋白质含量的遗传中,种子(胚乳)直接效应、母体效应都起重要作用,而细胞质效应相对较小。进一步分析发现,基因的显性作用大于加性作用。蛋白质含量存在显著的负向母体优势。互作遗传率h_(GE)~2大于普通遗传率。 淀粉含量的母体方差、种子直接方差和细胞质方差分别占总遗传方差的65.48%、27.61%和6.91%,表明淀粉含量主要受控于母体效应,种子直接效应是次要的,细胞质方差相对较小。以基因的加性(母体加性和直接加性)作用为主。存在显著的正向母体杂种优势。普通遗传率大于其互作遗传率。 在油分含量的遗传中,种子(胚)直接效应(40.87%)和母体效应(44.05%)几乎同等重要;细胞质方差占总遗传方差的15.08%,细胞质效应对含油量的影响不应忽略。在基因的主效应中,以加性作用(包括母体加性、直接加性)为主,显性效应所占比重较小;其普通遗传率大于互作遗传率。存在不显著的正向杂种优势。 3.品质性状在F_2中表现复杂,因性状、组合和种植地点的不同而存在较大差异。其中,蛋白质含量的平均中亲优势、超高亲优势和超低亲优势均为负值,故蛋白质含量主要表现低亲遗传、负向杂种优势。淀粉含量的平均中亲优势、超高亲优势和超低亲优势均为正值,因此,淀粉含量主要表现正向杂种优势。对于油分含量,只有超低亲优势在两地点间一致地表现为正值,故油分含量几乎不表现较大的优势,杂种的含油量多介于双亲之间。 4.杂种的蛋白质、淀粉和油分含量与母本、父本和中亲值之间都存在显著正相关。因此,通过合 理选择亲本,提高杂交种的品质是可能的。3个品质性状与单株粒重、百粒重之间存在较弱的正 或负的相关,在一定程度上,可以兼顾品质与产量的共同提高。 5.品质测定结果表明,我国89份普通玉米常用自交系的平均粗蛋白含量为11.67%,变幅8.29 一15.52%;粗淀粉含量为68.82%,变幅62.38一73.53%:平均油分含量4.38%,变幅2.35一5.89 %。


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