玉米主要穗性状GCA 和SCA 效应值的因子分析

李忠南 车丽梅 王越人 邬生辉 曲海涛 李福林 孟令媛 李光发

（1.吉林省农业技术推广总站 长春130033；2.通化市农业科学研究院 吉林梅河口135007）

玉米单交种选育始终是采取优势群内选系（SS或NSS），利用优势群杂优模式获得好的组合，对自交系育种目标性状GCA 遗传参数及杂交组合特殊配合力方面已进行许多探讨[1-6]，而对主要穗部性状GCA和SCA 相对效应值因子分析的研究还很少。

自获得超多穗行数 DH 系 15D969（A6×PHB1M ,ZL201610726826.5）以来，进行了多方面的遗传育种改良探讨[7-10]。 笔者利用79 份改良 15D969 育成DH系（NSS）、3 份骨干系（SS）进行 NCⅡ遗传交配设计，对GCA 和SCA 相对效应值进行因子分析，以期明确玉米DH 系选择和杂交组合鉴定穗性状的权重，为玉米遗传育种工作提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

2019 年，在通化市农业科学研究院试验基地，以3 份骨干自交系 PH6WC、PH2VK、PH6JM （P1：SS）为母本， 以通化市农业科学研究院育成的相对应优势群 79 份 DH 系（P2：NSS）为父本，按 NCⅡ遗传交配设计（north Carolina designⅡ），组配（3×79）237 个杂交组合。其中，来源于 15D969×PH4CV 的 DH 系 69 份，来 源 于 15D969×PHB1M 的 DH 系 1 份 ， 来 源 于PHB1M×15D969 的 DH 系 6 份， 来源于 15D969×A6的 DH 系 3 份[8]。

1.2 试验设计

2020 年，在通化市农业科学研究院试验基地，对237 个组合进行随机区组设计，2 次重复，4 行区，行长5 m，行距60 cm，株距25 cm，田间管理同大田。成熟后去掉小区边上的3 株，取中间2 行10 株穗进行晾晒和考种。

考种项目为穗长、穗行数、粒穗比、籽粒脱粒水分、百粒重和穗粒重。 穗粒重和百粒重均按照14%水分计算。 穗长和穗行数以10 穗平均值为统计单位；粒穗比、籽粒脱粒水分、百粒重和穗粒重以混合样为测量单位。 水分测定采用电容式谷物水分测定仪PM-8188 测定。

1.3 统计分析

按Griffing 提出的不完全双列杂交配合力统计原理，参照孔繁玲的方法[11]，运算分析采用DPSv14.10数据处理系统。

2 结果与分析

2.1 穗部性状方差分析和遗传力测定

对 237（3×79）个杂交组合、2 次重复所获得的穗部6 个性状数据， 进行了NCⅡ遗传交配统计分析。方差分析结果列于表1、遗传参数列于表2。

从表1 可以看出，6 个性状区组间差异均不显著；杂交组合间穗长差异达显著水平，穗行数等5 性状差异均达极显著水平；P1一般配合力（GCA）穗粒重不显著，穗长等5 性状差异均达极显著水平；P2一般配合力（GCA）穗行数、穗粒重差异达显著水平，穗长等4 性状差异均达极显著水平；P1×P2特殊配合力（SCA）穗长差异不显著，穗行数差异达显著水平，粒穗比等4 性状差异均达极显著水平。说明，P1×P2特殊配合力（SCA）穗粒重极显著效应主要来源于P2。

表1 主要穗性状方差分析（F-value）

从表2 可以看出，穗长广义遗传力（Hb）和狭义遗传力（Hg）均为 16.31%，原因是 SCA 方差为 0；穗行数Hb为 32.70%，Hg为 20.38%； 粒穗比 Hb为 34.64%，Hg为 16.81%；籽粒水分 Hb为 51.82%，Hg为 17.56%；百粒重 Hb为 46.49%，Hg为 34.37%； 穗粒重 Hb为29.36%，Hg为 7.70%。 说明除穗长外，其他 5 个性状Hb高于Hg12.12%～34.26%， 存在极显著杂种优势效应。 狭义遗传力Hg6 个性状中，穗粒重最低；广义遗传力Hb6 个性状中， 穗粒重仅高于穗长， 低于其他4 个性状。 表明DH 系选育中要侧重它的构成因素。

表2 主要穗性状遗传参数

2.2 穗部性状GCA 相对效应值相关系数和因子数

对NCⅡ遗传交配统计分析获得的82 个DH 系和自交系穗6 个性状GCA 相对效应值进行因子分析，将GCA 相对效应值相关系数列于表3、因子统计量列于表4。

由表3 可知，穗长与百粒重、穗粒重正相关，分别达极显著水平；穗行数与百粒重负相关，达极显著水平；粒穗比与籽粒水分负相关，达极显著水平，与穗粒重正相关， 达显著水平； 百粒重与穗粒重正相关，达显著水平。

表3 穗部性状一般配合力GCA 相对效应值相关系数

由表4 可知，根据特征值≥1 原则，因子个数可以确定为3 个， 特征值为 1.17， 因子累计方差为77.18%。 由于KMO=0.40，以及 Bartlett 球形检验卡方值Chi=111.26；df=15；p=0，因子间相关性显著，可以进行因子分析。由于RMS=0.11，λmax=3.27，平均绝对偏差=0.09， 偏差大于 0.05 的相关系数有 8 个, 占53.33%，统计检验W=0.88，显著性水平p=0.05，拟合指数Q=0.39。 表明通过方差极大旋转的因子载荷和初始因子模型的载荷接近， 能够合理解释客观存在的各性状GCA 相对效应值关系， 为性状加性效应选择权重提供理论依据。

表4 穗部性状因子统计量

2.3 穗部性状GCA 相对效应值简化因子分析

由表5 可知，因子1 包括穗长和穗粒重，均为正向。说明因子1 是DH 系穗部性状加性效应选择的首要因素。

表5 穗部性状简化因子

因子2 包括穗行数和百粒重，百粒重为负向，说明DH 系穗行数不能过少、不能低于14 行，百粒重可以低一点。

因子3 包括粒穗比和籽粒水分， 高粒穗比和低籽粒水分方向一致，说明DH 系高粒穗比和低籽粒水分能够兼顾一致。

2.4 SCA 相对效应值相关系数及因子数

对NCⅡ遗传交配统计分析获得的237 个杂交组合穗部6 个性状SCA 相对效应值进行因子分析，SCA 相对效应值相关系数列于表6、因子统计量列于表7。

由表6 可知，穗长与穗行数、籽粒水分负相关分别达显著水平，与粒穗比、百粒重、穗粒重正相关分别达极显著水平； 穗行数与百粒重负相关达极显著水平；粒穗比与籽粒水分负相关达极显著水平，与百粒重、穗粒重正相关分别达极显著水平；籽粒水分与穗粒重负相关达极显著水平； 百粒重与穗粒重正相关达极显著水平。

表6 穗部性状特殊配合力SCA 相对效应值相关系数

由表7 可知，根据特征值≥1 原则，因子个数可以确定为2 个， 特征值为1.31， 因子累计方差为62.51%。 由于KMO=0.58，以及 Bartlett 球形检验卡方值Chi=364.50；df=15；p=0，因子间相关性显著，可以进行因子分析。由于RMS=0.14，λmax=4.13，平均绝对偏差=0.11， 偏差大于 0.05 的相关系数有 11 个, 占73.33%，统计检验W=0.95，显著性水平p=0.55，拟合指数Q=0.50。 表明通过方差极大旋转的因子载荷和初始因子模型的载荷接近， 能够合理解释客观存在的各性状SCA 相对效应值关系， 为性状加显效应选择权重提供理论依据。

表7 穗部性状各因子的统计量

2.5 穗部性状SCA 相对效应值简化因子分析

由表8 可知，因子1 包括粒穗比、籽粒水分和穗粒重，高粒穗比、低籽粒水分和高穗粒重方向一致。说明因子1 是玉米杂交组合穗部性状加显性效应选择的首要因素。

表8 穗部性状简化因子

因子2 包括穗长、穗行数和百粒重，穗行数为负向。 说明百粒重要大、穗行数要适宜、穗要长，是杂交组合穗部性状加显性效应选择的第二因素。

3 结论

通过GCA、SCA 相对效应值因子分析表明，穗粒重为DH 系选择和杂交组合鉴定的首要因素。实际育种操作中，DH 系田间选择应侧重果穗要长、 穗行数适宜（≥14 行）、粒深轴细，从而实现最大穗粒重目标；杂交种田间鉴定应侧重粒深轴细、粒要大、果穗要长，从而确保最大穗粒重。

4 讨论

笔者通过对GCA 和SCA 相对效应值进行因子分析，表明了DH 系和杂交种鉴定穗部性状选择的权重。 GCA 因子分析表明，因子1 包括穗长和穗粒重，穗粒重方差大于穗长方差；SCA 因子分析表明，因子1 包括粒穗比、籽粒水分和穗粒重，方差绝对值一致。说明穗粒重在DH 系和杂交种目标性状选择鉴定中权重的一致性，比以往研究更明确[6]，对玉米高产育种更具有直接理论指导意义。

由于穗粒重狭义遗传力最低、广义遗传力较低，具体在DH 系田间选择中，首先果穗要长，其次穗行数要适宜（≥14 行），最后是粒深轴细（高粒穗比），从而确保最大穗粒重。

在杂交种田间选择鉴定中，首先看粒深轴细（高粒穗比），其次粒要大（高百粒重），最后是果穗要长，从而确保最大穗粒重。

株高和穗位高的遗传比较复杂且遗传方差较大[6,9]，如与穗部性状混合研究，将干扰产量性状的权重。 在实际育种中，就是选择抗倒伏的、选育选择茎秆韧性好的。

GCA 因子分析中， 因子3 的高粒穗比和低籽粒水分方向一致，说明所育DH 系高粒穗比和低籽粒水分能够兼顾一致；SCA 因子分析中，因子1 中的高粒穗比、 低籽粒水份和高穗粒重方向一致， 且权重一致，说明测试组合在高粒穗比、低籽粒水分和高穗粒重性状上兼顾良好。 表明改良15D969 有效果，更接近吉林玉米生产实际。