辽宁农业科学２０１１（２）：５３～５６ Ｌｉａｏｎｉｎｇ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ 文章编号：１００２—１７２８（２０１１）０２—００５３—０４ 玉米自交系杂种优势群划分方法的研究进展 叶雨盛 ，陈 徇 ，刘欣芳 ，石清琢 ，王国宏 （１．辽宁省农业科学院玉米研究所，辽宁沈阳１１０１６１；２．辽宁省农业科学院创新中心，辽宁沈阳１１０１６１） 摘要：概述了玉米自交系杂种优势群划分方法的研究及应用现状，系统阐述了其划分方法已由传统的系谱分 析法、数量遗传学方法和种子蛋白质电泳方法发展到现代的分子标记技术。 关键词：玉米；自交系；杂种优势群；划分方法 中图分类号：ｓ５１３．０３ 文献标识码：Ｂ 玉米自交系杂种优势群的划分与建立，是近 基础主要由获白、白马牙、金皇后、Ｌａｎｃａｓｔｅｒ、旅大 年来国内外玉米育种家们研究的热点。这一研究 红骨、唐四平头、Ｒｅｉｄ黄马牙７个系统组成。但 有利于拓宽种质资源和克服种质资源的脆弱性， 进入２０世纪８Ｏ年代，获白和金皇后两个系统的 尤其是对克服杂交组合组配的盲目性和提高育种 应用比例日渐下降，并最终从骨干行列中消失。 效率至关重要。划分玉米育种材料的杂种优势群 ２０世纪８０年代初，吴景锋曾对我国玉米杂交种 使自交系选育（尤其是二环系选育）技术、群体合 种质基础进行了探讨，原则上将我国主要自交系 成与改良技术、杂交种选配技术及育种研究管理 分为国内自选系和国外引进系 。王懿波对我 技术等在一定程度上逐步向理论思维方式靠近。 国审（认）定的１１５个主要杂交种的２３４个亲本 目前，用于划分玉米自交系杂种优势群的方法主 自交系的分析发现，Ｒｅｉｄ系统占２５．６％，Ｌａｎｃａｓ— 要有以下四种。 ｔｅｒ系统占２５．６％，唐四平头系统占１７．９％，旅大 １ 系谱分析法 红骨系统占１０．７％、其它占２０．１％ ，由此认为 我国目前生产上应用的主要种质为改良Ｒｅｉｄ、 系谱分析法是在对种质基础进行分析的基础 Ｌａｎｃａｓｔｅｒ、唐四平头和旅大红骨群。 上，根据育种实践经验和血缘关系划分玉米自交 系优势种群，然后构建杂种优势模式。在美国玉 ２数量遗传学方法 米育种主要利用两个种族。一个是北方硬粒型玉 通常采用双列杂交方法能较可靠地分析玉米 米，其植株较矮，生育期短；另一个是南方马齿型 种质材料的ＳＣＡ（Ｓｐｅｃｉａｌ Ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ Ａｂｉｌｉｔｙ，特殊 玉米，植株高大，生育期长，雄穗发达，雌穗粗大。 配合力），然后把材料间的ＳＣＡ做聚类分析，以 自１９４７年以后，美国人根据自交系的来源把自交 此结合Ｆｌ产量、杂交优势、ＧＣＡ（Ｇｅｎｅｒａｌ Ｃｏｍｂｉ－ 系划分为Ｒｅｉｄ和Ｌａｎｃａｓｔｅｒ两个优势群。发现两 ｎｉｎｇ Ａｂｉｌｉｔｙ，一般配合力）等作为划分杂种优势群 者间有很强的杂种优势，形成了著名的Ｒｅｉｄ／Ｌａｎ— 的主要标准。一直以来，国内不少学者利用遗传 ｃａｓｔｅｒ杂种优势模式。欧洲国家沿用上述方法， 聚类分析方法对自交系类群的划分进行了不少研 依照地理来源和籽粒类型划分玉米杂种优势群， 究。陈彦惠等选用我国玉米育种四大种质系统的 并建立了美国马齿型／欧洲硬粒型杂种优势模式。 １５个自交系，采用完全双歹 杂交组成１０５个杂交 我国学者２０世纪８０年代初就采用系谱法对国内 组合，根据参试组合的对照优势值将其划分为唐 玉米杂交种的种质基础、杂种优势群及优势模式 四平头、旅大红骨、Ｌａｎｃａｓｔｅｒ、Ｒｅｉｄ和ＲＬ系统五 等进行了研究。我国玉米育种和生产所用种质的 大优势类群 ］。也有人采用总配合力效应值作 遗传基础相对狭窄，当时我国玉米杂交种的种质 为评价玉米自交系的综合指标，以此确定玉米种 ・收稿日期：２０１０—１１—２０ 辽宁农业科学 质的优势类群。刘纪麟等于１９９０年起着手研究 遗传多态性明显增加。从而认为同功酶可用来筛 选不同种质的代表杂交种。池书敏等采用过氧化 三峡地区玉米地方品种的杂种优势群及其利用途 径，初步筛选出５个地方品种杂种优势群和９种 优势配对模式，合成了４份高级杂种优势群 （ＷＢＭ、ＷＬＳ、ＬＢＭ、ＬＬＳ） 。并用它们作为育种 基础群体，同时进行轮回选择改良和选系利用。 在研究过程中，提出了筛选与利用玉米地方品种 杂种优势群的原则和方法步骤。一是以产量和产 物酶、酯酶和醇溶蛋白多态性对我国３６个优良玉 米白交系进行了优势类群划分，所得结果与材料 的血缘和育种实践高度吻合 。陈景堂等利用 改进的聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，对ｌ２个玉米自 交系籽粒清蛋白进行分析，通过电泳谱带进行聚 类，结果与已知系谱来源基本吻合 。张文龙等 利用改进的酸性聚丙烯酰胺凝胶电泳技术，对１５ 个白粒玉米自交系籽粒醇溶蛋白进行分析，通过 电泳谱带进行聚类，结果与已知系谱来源基本吻 量性状的ＧＣＡ为主指标，结合主要抗性（主要抗 病性与抗倒伏性）筛选地方品种初级杂种优势 群。二是以产量的ＳＣＡ为主要指标、以美国两大 杂种优势群（Ｂｓｓｓ、Ｌａｎｃａｓｔｅｒ及其衍生群体）为主 要测验种，其它适应的外引杂种优势群为辅助测 合，表明改进的聚丙烯酰胺凝胶电泳技术在玉米 自交系类群划分上基本可行 。 验种，筛选地方初级杂种优势群与国外优势群之 闯的配对模式。三是保持美国两大杂种群不交叉 ４分子标记法 分子标记是直接以ＤＮＡ结构多样性为基础 混血，按相对应的地方品种／外引群体配对模式， 以地方初级杂种优势群为基础，分别与外引的优 的遗传标记，它在植物的各个组织、各个发育时期 均可以检测，不受季节和环境的限制。ＤＮＡ分子 势群（及其衍生材料）组建高级杂种优势群。四 是高级杂种优势群以地方优势群和美国两大优势 标记为杂种优势群划分提供了新的研究手段和方 法，国内外众多的研究结果均表明，用ＤＮＡ分子 群为主体组配，所占遗传成分不低于８０％，适当 掺合热带、亚热带的优良适应种质，经过多次隔离 区随机混粉重组，基本达到遗传平衡，作为中长期 玉米育种的种质基因库利用。 标记划分的杂种优势群与依照系谱资料划分的结 果基本一致，但不受系谱资料不全、系谱不清和取 样假设的限制、可将混合起源的自交系准确划归 遗传结构相同的优势群，可揭示更多的遗传多态 ３种子蛋白质电泳方法 包括种子贮藏蛋白和同工酶标记。蛋白质作 为结构基因表达的产物，可以看作是结构基因的 性和更好地覆盖整个基因组，可查明选择、漂变、 突变的效应。现用于玉米自交系杂种优势群划分 研究的成熟分子标记方法有两大类。一类是基于 ＤＮＡ分子杂交技术的分子标记，如ＲＦＬＰ（Ｒｅｓｔｒｉｃ— ｔｉｏｎ Ｆｒａｇｍｅｎｔ Ｌｅｎｇｔｈ Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，限制性片断长 度多态性）；另一类是基于ＰＣＲ技术的分子标记， 标记。蛋白质的组成由遗传决定，不受环境影响， 其组分上的差异可以反映出基因型的不同，因而 可以作为种质的”生化指纹”。种子蛋白质电泳 技术是谷物化学和遗传学研究中广泛应用的一种 蛋白质分离研究手段。目前种子蛋白质电泳方法 在玉米上主要有四种方法，即醇溶蛋白的等电聚 如ＲＡＰＤ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｍｐｌｉｉｆｅｄ Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｃ ＤＮＡ，随 机扩增多态性ＤＮＡ）、ＳＳＲ（Ｓｉｍｐｌｅ Ｓｅｑｕｅｎｃｅ Ｒｅ． ｐｅａｔ，简单重复序列）和ＡＦＬＰ（Ａｍｐｌｉｉｆｅｄ Ｆｒａｇｍｅｎｔ Ｌｅｎｇｔｈ Ｐｏｌｙｍｏｒｐｈｉｓｍ，扩增片断长度多态性）等。 Ｍｕｎｍ等和Ｄｕｂｒｅｕｉｌ等利用ＲＦＬＰ标记分别 焦电泳、十二烷基磺酸钠一聚丙烯酰氨凝胶电泳、 酸性系统下凝胶电泳、同工酶电泳。由于其具有 设备简单、操作简便、分辨率高等特点，４０年代种 子蛋白质电泳技术一经问世就引起谷物化学和遗 对美国和欧洲玉米自交系进行了类群划分¨ ”］。 Ｍｅｓｓｍｅｒ等利用ＲＦＬＰ标记估测了５７个欧洲玉米 自交系的遗传关系¨ 。刘新芝利用ＲＡＰＤ标记 对我国目前推广的杂交种的１５个主要亲本自交 系进行了类群划分，结果显示用ＲＡＰＤ标记进行 传学者的极大关注，并对之在玉米自交系杂种优 势群的划分方面进行了大量的研究工作。Ｓｍｉｔｈ Ｊ Ｓ Ｃ用２１个同功酶位点电泳分析了１１１个玉米 杂交种 。结果表明，美国和加拿大的杂交种等 位基因频率差异不大，但与外来和野生种质相比， 玉米自交系类群划分结果与系谱法一致，在分子 水平上为杂种优势类群的建立提供了理论依 第２期 叶雨盛等：玉米自交系杂种优势群划分方法的研究进展 ‘５５・ 据 。Ｔｈｏｍａｓ等选出了５１个主要玉米自交系 来代表欧洲早熟硬粒型和马齿型杂优类群，进行 了ＡＦＬＰ分子标记分析，并用之将自交系归入不 群 。 ５ 小结 玉米自交系杂种优势群划分方法已由传统的 系谱分析法、数量遗传学方法和种子蛋白质电泳 方法发展到现代的分子标记技术。分子标记是 ＤＮＡ水平上遗传多态性的直接反映。与已往的 同的杂优类群；而后又将ＡＦＬＰ标记所表现出的 遗传多样性与其他系谱数据进行了对照 。指 出ＡＦＬＰ标记不仅可用于自交系的不同杂优类群 的划分，而且可用于揭示自交系间的系谱关系。 Ｓｅｎｉｏｒ等用７０个ＳＳＲ位点对９４个美国优良玉米 遗传标记方法相比，分子标记有着独特的优越性： 自交系进行分析，从中检测到３６５个等位基因变 异，每个位点检测到等位基因数２—２３个，平均为 ５个，多态性指数（Ｐ Ｉ ｃ值）的变幅在０．１ １７～ ０．１９２之间，平均为０．１５９ ｔｓ］。将供试材料划分为 ９个类群进行聚类分析，结果与北美玉米的主要 杂种优势群或市场分类相符。袁力行等利用 ＲＦＬＰ、ＳＳＲ、ＡＦＬＰ和ＲＡＰＤ这４种分子标记方法 研究了ｌ５个玉米自交系的遗传多样性，发现ＳＳＲ 标记位点的Ｐ Ｉ ｃ最大，并认为ＡＦＬＰ和ＳＳＲ是 研究遗传多样性的最好标记¨ 。郭小平等利用 １７４对ＳＳＲ引物对４个玉米自交系进行了鉴定， 结果表明，ＳＳＲ在玉米染色体上呈随机分布，可以 有效揭示玉米自交系间的遗传差异，并追踪亲本 遗传物质在后代中的遗传动态 。李新海等利 用６９对ＳＳＲ引物筛选出４３对扩增产物，研究了 ２１个玉米自交系的遗传变异，共检测出１２７个等 位基因变异，每对引物检测等位基因２～７个，平 均２．９５个，Ｐ Ｉ Ｃ平均为０．５１１¨ 。番兴明等对 代表我国温带玉米主要杂种优势群的４个标准测 验种、５个热带玉米群体及Ａｕｔｉｇｕａ种族的２５个 典型自交系进行了研究，根据产量配合力并结合 ＳＳＲ分子标记将供试材料共划分为４个类群 。 田孟良等利用ＳＳＲ标记揭示了云南省、贵州省糯 玉米与普通玉米种质资源的遗传差异 。吴渝 生等利用ＳＳＲ标记技术，通过聚类分析将云南糯 玉米分为３个类群和５个亚群，云南爆裂玉米分 为３个类群和４个亚群。这２种类型的玉米聚类 结果与云南自然地理划分类群基本相符 。段 智利等选用分布于玉米ｌ０条染色体上的１ １７对 引物，其中７７对ＳＳＲ引物扩增带谱清晰且具有 多态性，用其对２７个玉米自交系进行统计分析， 共检测出３９８个等位基因变异，自交系间的遗传 相似系数（ＧＳ）为０．５６２０～０．８９２６，平均为 ０．７１２０，据此将２７个玉米自交系划分为５个类 ①直接以ＤＮＡ的形式表现，在植物体的各个组 织、器官以及植物的各个发育时期均可检测到，不 受季节、环境限制，也不存在表达与否的问题；② 分子标记数量多，遍及整个基因组；③多态性较 高，自然存在许多等位变异，不需专门创造特殊的 遗传材料；④分子标记不影响目标性状的表达，表 现为中性，与不良性状无必然的连锁；⑤大部分表 现为共显性，能够鉴别出纯合基因型与杂合基因 型，提供完整的遗传信息。 种质资源和育种群体的遗传变异信息是玉米 育种的基础，对亲本遗传多样性和育种材料遗传 关系的分析，是划分玉米自交系杂种优势群的重 要依据。而分子标记可以提供大量的种质遗传变 异的信息，是检测遗传多样性和划分玉米自交系 杂种优势群的有力工具。 参考文献： ［１］ 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爆裂玉米地方种质遗传多样性研究［Ｊ］．作物学报，２００４， ｏｆ ｍａｉｚｅ ｒｅｐｒｅｓｅｎｔｉｎｇ ｔｈｅ ｍｏｓｔ ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ ｈｅｔｅｒｏｔｉｃ ｇｒｏｕｐｓ［Ｊ］． ．３０（１）：３６～４２． Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９６，（３６）：７９０～７９９． ［２２］段智利，姚文华，黄云霄，等．利用配合力和分子标记划分 ［１２］ Ｍｅｓｓｍｅｒ Ｍ Ｍ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｍｏｎｇ ｅａｒｌｙ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｍａｉｚｅ ｉｎ— 玉米自交系杂种优势群［Ｊ］．分子植物育种，２００８，６（５）： ｂｒｅｄ：Ｉ［Ｊ］．Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９２，３２：１３０１—１３０９． ９２ｌ一９２８． ［１３］ 刘新芝，彭泽斌．ＲＡＰＤ在玉米杂种优势群划分中的应用 ［２３］ Ｂｏｐｐｅｎｍａｉｒｅｒ Ｊ，Ｍｅｌｅｈｉｎｇｅｒ Ａ Ｅ，Ｓｅｉｔｚ Ｇ，ｅｔ ａ１．Ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒ－ ［Ｊ］．中国农业科学，１９９７，３０（３）：４４—５１． ｓｉｔｙ ｆｏｒ ＲＦＬＰ ｉｎ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ １１Ｉ．Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ［１４］ Ｔｈｏｍａｓ Ｌ，Ａｌｂｒｅｃｈｔ Ｅ．Ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｍｏｎｇ ｅａｒｌｙ Ｅｕｒｏｐｅａｎ ｃｒｏｓｓｅｓ ｗｉｔｈｉｎ ｖｅｒｕｓ ｂｅｔｗｅｅｎ ｈｅｔｅｒｏｔｉｃ ｇｒｏｕｐｓ ｆｏｒ ｇｒａｉｎｔ ｒａｉｔｓ ｍａｉｚｅ ｉｎｂｒｅｄ：ＩＶ［Ｊ］．Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ，２０００，４０：７８３～７９１． ［Ｊ］．Ｐｌａｎｔ Ｂｒｅｅｄｉｎｇ，１９９３，１１１：２１７—２２６． ［１５］ ＳＥＮＩＯＲ Ｍ Ｌ，ＨＥＵＮ．Ｍａｐｐｉｎｇ ｍａｉｚｅ ｍｉｃｒｏｓａｔｅｌｌｉｔｅ ａｎｄ ｐｏｌｙ－ ［２４］ Ｍｅｌｃｈｉｎｇｅｒ Ａ Ｅ．Ｕｓｅ ｏｆ ＲＦＬＰ ｍａｒｋｅｒｓ ｆｏｒ ａｎａｎｌｙｓｉｓ ｏｆ ｇｅｎｅｔｉｃ ｍｅｒａｓｅ ｃｈａｉｎ ｒｅａｃｔｉｏｎ ｃｏｎｆｉｒｍａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅ ｔａｒｇｅｔｅｄ ｒｅｐｅａｔｅｓ Ｕ— ｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓ ａｍｏｎｇ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ｍａｔｅｒｉａｌｓ ａｎｄ ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎ ｏｆ ｈｙ・ ｓｉｎｇ ａ ＣＴ ｐｒｉｍｅｒ［Ｊ］．Ｇｅｎｏｍｅ，１９９３，３６：８８４～８８９． ｂｒｉｄ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ［Ｊ］．Ｃｒｏｐ Ｓｃｉｅｎｃｅ，１９９３，３３：６２１～６２８． ［１６］ 袁力行，傅骏骅，ＷＡＲＢＵＲＴＯＮ Ｍ，等．利用ＲＦＬＰ、ＳＳＲ、 ［２５］ 张建华，张金渝，杨晓洪，等．利用ＳＳＲ标记研究云南玉米 ＡＦＬＰ和ＲＡＰＤ标记分析玉米自交系遗传多样性的研究 骨干自交系的亲缘关系［Ｊ］．玉米科学，２００５，１５（３）：３０～ ［Ｊ］．遗传学报，２０００，２７（８）：７２５—７３３． ３５． ［１７］ 郭小平，赵元明，刘毓侠．ＳＳＲ技术在植物遗传育种中的应 ［２６］ 姜立春，彭正松，阮期平．微卫星ＤＮＡ标记技术及其在植 用［Ｊ］．华北农学报，１９９８，１３（３）：７３～７６． 物研究中的应用［Ｊ］．生物技术通讯，２００６，１７（４）：６５４— ［１８］ 李新海，傅骏骅，张世煌，等．利用ＳＳＲ标记研究玉米自交 ６５７． 系的遗传变异［Ｊ］．中国农业科学，２０００，３３（２）：１—９． ［２７］ 方宣钧，吴为人，唐纪良．作物ＤＮＡ标记辅助育种［Ｊ］．北 ［１９］ 番兴明．陈洪梅．谭静，等．利用配合力和ＳＳＲ标记对热带 京：科学出版社，２０００． 和温带玉米自交系进行杂种优势群划分［Ｊ］．西南农业学 ［２８］ 刘鹏飞，赵琛，王晓明．ＳＳＲ分子标记在玉米遗传育种中应 报，２００３，１６（１）：１—８． 用的进展［Ｊ］．仲恺农业工程学院学报，２００９，２２（３）：６５— ［２０］ 田盂良，黄玉碧，刘永建，等．ＳＳＲ标记揭示云南省、贵州 ７０．