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【统计分析】美国玉米育种的试验设计与遗传分析方法

 东远 2015-10-25

【小编按:虽然这篇文章很老,但值得我们学习,美国的种业发展那么好,是基于他们理性的分析和科学的态度。而目前国内大多数种业公司依然基于经验育种。我们不仅要重视一个品种的田间表现,更要发现其背后的原因,通过科学的手段分析。】


玉米育种与其他作物育种一样,其表现型除了受基因型作用外,受自然环境干扰很大。这些环境有的是可人为控制的:如通过灌溉可增加水份和温度;施肥料增加植物营养;利用杀虫剂、除草剂和耕作方法减少病虫害。但是,像天气情况、降雨、高温、冷害和无霜期长短这些自然环境是无法控制的。


因此,育种者在长期的育种进程中,采取一系列的试验设计和随机区组的过程,在复杂的自然环境中估算遗传变贵的组成,探讨将外界环境和基因型的相关关系降低到最小程度的方法,寻求由基因型作用的最大比例和限度。


我国的很多玉米育种者,在育种实践中比较注重产量有关性状的分析,着重点放在选育优良品种,对所选育出的自交系很少进行遗传分析。


笔者于1994年到美国依阿华州立大学农学系,在著名的育种和遗传学家A. R. Hallaer教授指导下进行合作研究。美国的玉米育种,不管是种子公司还是大学,对所发放的自交系的遗传背景研究得十分清晰。使所选育出的优良自交系和杂交种经久不衰,得到事半功倍的效果。现根据工作内容和有关参考资料,将美国在玉米育种中应用较多的设计和遗传分析方法做一总结和简单介绍,希望能对我国的玉米育种工作有所启迪和帮助。


1两亲本后代法(Biparental progeny)

这是最简单的遗传分析方法。最早是由Mather(1941)提出的。它是在一个群体中随机选择成对植株进行杂交,对其后代进行测量计算,用F测验法测定杂交组合间的差异是否大于组合内的差异。从而确定该群体是否有遗传差异存在。如果选择N个植株个体,将会有N/2的杂交组合,估算方法见表1


如果试验设有重复,估算方法见表2


σ2a是杂交组合内的两亲本后代平均变量。它包括遗传变最σ2ag和环境变量σ2aeσ2p是试验小区变量,可通过试验机误均方(M2)而进行估算。杂交间变量σ2c可通过下式计算

但是这种设计方法只能估算在一个群体内是否有显著的遗传变化,不能计算其遗传变化的类型。


2 双列杂交设计(Diallel


双列杂交设计在玉米和其他植物品种中的应用,比其他任何一种设计类型都要广泛。在双列杂交设计中估算的遗传材料即包括来自于群体的随机个体,又包括所有个体杂交的后代。我国的很多育种者也大都利用这一类型进行杂交设计和对某些性状进行佔算,其遗传分析方法见表3,试验机误变量(σ2)包含小区的机误变量(σ2p)和小区内个体间变量2w)




3 设计 I(Nested Design)


设计I是除了双列杂交外用的较多的一种杂交设计。它产生后代和变量分析的过程与其他设计方法完全不同。因为它是成套(Nested)杂交设计,而不是一个杂交分类设计。因此它较适合于一个群体的遗传变量组成的估算。在一个群体中随机选择单株作为父本,与同群体内的其他植株(母本)杂交,因此杂交组合数等于父本乘以母本数,如有10个父本植株与5个母本植株杂交,将有50个杂交组合,如示意图1,遗传分析方法见表四




4 设计II(Design II )


设计II与双列杂交的共同点就是要求父本与母本数相等,所得到的遗传资料也相似。但双列杂交中是相同的亲本被用来作为父本和母本。而设计II是用不同的亲本作为父本和母本其亲本来源可以是群体,也可以是稳定的自交系,如示意图2.遗传变量见表5.


5 (Design III )


设计III是利用F2群体与两个自交系亲本同时回交。估算加性遗传变量2A),显性遗传变量2D)和显性平均水平(?)。通过显性平均水平的估算预测群体的连锁平衡,如示意图3,其遗传变量分析见表6



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