涂 亮 祝云芳 陳澤輝

(1.貴州大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 貴陽 550025； 2.貴州省農(nóng)業(yè)科學(xué)院旱糧研究所， 貴陽 550006)

葉綠素是植物進(jìn)行光合作用時(shí)最重要的一類色素[1]，其含量是決定植物干物質(zhì)積累的重要因素之一[2-4]，而提高作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量是育種家們一直以來的育種目標(biāo)[5]。

玉米穗位葉及穗上第一葉、穗下第一葉被稱為棒三葉，是有效光合層[6]，直接影響玉米果穗的生長發(fā)育及產(chǎn)量形成。王亞輝等[7]對(duì)玉米棒三葉葉綠素調(diào)控機(jī)理進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)不同部位葉片光照響應(yīng)不同。滕守振等研究表明，玉米苗期第一片葉的葉綠素含量和吐絲期穗位葉的葉綠素含量顯著相關(guān)[8]。在多個(gè)環(huán)境下，棒三葉葉綠素含量均呈正態(tài)分布且葉綠素含量間呈正相關(guān)，并檢測(cè)到29個(gè)與棒三葉葉綠素含量顯著關(guān)聯(lián)的SNP，共檢測(cè)到76個(gè)候選基因[9]。玉米品種先玉335苗期葉綠素SPAD值的遺傳分析結(jié)果為，F(xiàn)1具有超高親優(yōu)勢(shì)，分離世代主多基因遺傳力大而差異小[10]。田小康等[11]結(jié)合葉綠素指數(shù)SPAD值以及BLUP值進(jìn)行分析，共檢測(cè)到37個(gè)顯著性關(guān)聯(lián)SNP標(biāo)記；檢測(cè)到201個(gè)候選基因。Zhitong YIN等[12]在4種環(huán)境中檢測(cè)到41個(gè)SNPs，這些SNPs將有助于更好地理解光合作用的遺傳基礎(chǔ)。目前，關(guān)于玉米棒三葉葉綠素含量的遺傳分析研究較少，多數(shù)研究所用群體為雙親分離群體，遺傳多樣性狹窄，且不同研究者由于所用材料、標(biāo)記等的不同，研究結(jié)果也存在一定差異。

因此，本研究以226份來自熱帶、亞熱帶、溫帶玉米種質(zhì)所組成的關(guān)聯(lián)群體為材料[13]，對(duì)玉米葉綠素含量進(jìn)行遺傳分析，為我國溫?zé)嵊衩赘吖庑е晷陀N提供一定的理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)226份關(guān)聯(lián)分析群體，包含98份溫帶材料，代表性材料為B 73和Mo 17，在玉米育種歷史中被廣泛應(yīng)用[14]。在中國最新的玉米育種計(jì)劃中，大多數(shù)溫帶品種都采用了QB 1013和HC 3[13]。此外，還從Suwan群體中篩選出了128份代表性材料，如Ki 32、QR 273、QB 446等，在西南地區(qū)玉米育種中廣泛應(yīng)用[14]。

1.2 試驗(yàn)方法

2019年分別在貴州安順、畢節(jié)進(jìn)行種植，采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。設(shè)置2次重復(fù)，單行區(qū)，行長3.0 m，行寬0.7 m，每行13株，田間管理同大田。

在玉米灌漿初期，除每行第一株與最后一株外，隨機(jī)選取5個(gè)單株進(jìn)行棒三葉葉綠素含量的測(cè)定。利用Yaxin-1260葉綠素儀，測(cè)量距離莖稈1/3處的葉片葉綠素含量，每個(gè)單株連續(xù)測(cè)定3次(重復(fù)之間誤差小于5%)，取3次的平均數(shù)作為該單株的特定葉片的葉綠素含量，最后取5株的葉綠素含量平均值作為該自交系特定葉片的葉綠素含量值用于后續(xù)實(shí)驗(yàn)的統(tǒng)計(jì)分析[9]。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用SPSS 23.0軟件對(duì)不同環(huán)境下棒三葉葉綠素含量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析、相關(guān)性分析以及方差分析。棒三葉葉綠素含量的廣義遺傳力公式如下：

2 結(jié)果與分析

2.1 葉綠素含量描述統(tǒng)計(jì)分析

葉綠素含量分析結(jié)果(表1)顯示，玉米棒三葉葉綠素含量在2種環(huán)境下均存在顯著變異。安順試點(diǎn)的葉綠素含量遠(yuǎn)高于畢節(jié)試點(diǎn)，且在2種環(huán)境下穗上葉最小，穗下葉居中，穗位葉最大。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)2種環(huán)境中棒三葉葉綠素含量的峰度和偏度的絕對(duì)值均小于1，分布比較平緩，都向大于平均數(shù)的方向偏斜?？傮w變數(shù)的分布比較集中(圖1)。

表1 2種環(huán)境下玉米棒三葉葉綠素含量的描述統(tǒng)計(jì)分析

2.2 葉綠素含量的相關(guān)性分析

相關(guān)性分析結(jié)果顯示(表2)，棒三葉葉綠素含量在2種環(huán)境間均呈極顯著正相關(guān)，安順試點(diǎn)棒三葉之間的相關(guān)系數(shù)為0.74～1，畢節(jié)試點(diǎn)棒三葉之間的相關(guān)系數(shù)為0.94～1。

圖1 葉綠素含量頻率分布

表2 2種環(huán)境下棒三葉葉綠素含量的相關(guān)性分析

表3 2種環(huán)境下玉米棒三葉葉綠素含量的方差分析

2.3 葉綠素含量的方差分析及遺傳力

通過對(duì)棒三葉葉綠素含量進(jìn)行方差分析發(fā)現(xiàn)，在基因型、環(huán)境型、基因型與環(huán)境互作型上的效應(yīng)均為極顯著水平(表3)。此外，棒三葉葉綠素含量的遺傳力較大，穗上葉遺傳力為0.77，穗位葉為0.77，穗下葉為0.75。

3 結(jié)論與討論

鄭強(qiáng)等[16]、童淑媛等[17]研究表明，玉米葉片的葉綠素含量在品種間無差異。本研究結(jié)果顯示，2種環(huán)境下玉米棒三葉葉綠素含量存在明顯差異。安順試點(diǎn)的葉綠素含量遠(yuǎn)高于畢節(jié)試點(diǎn)，主要是由于畢節(jié)試點(diǎn)土層基礎(chǔ)肥力較差，溫度偏低，導(dǎo)致葉片光合作用效率低。唐海濤等研究結(jié)果表明，棒三葉葉綠素含量上位葉最小，穗位葉居中，下位葉最大[18]。本研究發(fā)現(xiàn)，在2種環(huán)境下棒三葉葉綠素含量穗上葉最小，穗下葉居中，穗位葉最大。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)2種環(huán)境中棒三葉葉綠素含量的峰度和偏度的絕對(duì)值均小于1，表明棒三葉葉綠素含量均呈正態(tài)分布，且分布比較平緩，總體變數(shù)的分布比較集中。2種環(huán)境的棒三葉葉綠素含量間均呈極顯著正相關(guān)，與史大坤等[9]研究結(jié)果一致。安順試點(diǎn)和畢節(jié)試點(diǎn)相關(guān)系數(shù)分別為0.74～1和0.94～1，進(jìn)一步表明棒三葉葉綠素含量的生物合成調(diào)控存在著相互協(xié)同促進(jìn)作用。

本研究方差分析表明，棒三葉葉綠素含量在基因型、環(huán)境型、基因型與環(huán)境互作型上的效應(yīng)均達(dá)極顯著水平，與史大坤等[9]研究結(jié)果一致。說明棒三葉的葉綠素含量存在顯著的遺傳變異，且受環(huán)境影響較大。但葉綠素遺傳特點(diǎn)因材料、方法和環(huán)境的差異而不同[19]。趙延明等[20]、周艷敏等[21]研究表明，普通玉米葉綠素含量廣義遺傳率均大于60%[20-21]。劉鵬飛等[22]以甜玉米為材料得到同樣的結(jié)果，廣義遺傳率為63.92%。而王利強(qiáng)等[23]以糯玉米為材料得到廣義遺傳率僅為31.12%。本研究得出的棒三葉葉綠素含量的遺傳力較大，分別為0.77(穗上葉)、0.77(穗位葉)和0.75(穗下葉)，對(duì)該部分性狀進(jìn)行遺傳分析，能夠定位到相關(guān)的遺傳區(qū)段。