热带玉米穗部、苞叶和雄穗性状的遗传解析及其与环境互作研究

这篇研究通过NCII设计分析了30个热带玉米自交系及其150个杂交组合在人工寄生杂草（Striga）、干旱胁迫和雨养条件下的表现，揭示了穗长（ERL）、穗围（ERC）和雄穗分枝数（TBN）等关键性状的遗传机制。结果表明加性效应主导这些性状的遗传（GCA贡献率71.3-91.1%），其中15个自交系对穗部性状、23个自交系对雄穗缩小表现出显著正向一般配合力（GCA）。路径分析证实ERL和ERC对产量（GY）具有显著正向直接效应（路径系数0.21-0.27），而穗外观（EASP）呈负效应。该研究为热带玉米育种提供了重要靶性状和优良亲本资源。

　　

遗传变异与遗传力分析

研究团队对30个热带玉米自交系及其150个杂交组合进行了多环境表型鉴定，涵盖人工Striga寄生、干旱胁迫和雨养三种条件。通过Shapiro-Wilk检验确保数据正态性后，采用混合线性模型（PROC MIXED）进行方差分析。结果显示，除穗腐病（EROT）在Striga条件下无显著基因型差异外，其余穗部、苞叶和雄穗性状均存在极显著（P<0.01）遗传变异。遗传方差组分分析表明，穗围（ERC）和穗长（ERL）的遗传方差显著高于基因型×环境互作方差，暗示这些性状受环境干扰较小。

尤为重要的是，广义遗传力（H²）估算显示：苞叶性状（0.59-0.89）、穗部性状（0.71-0.93）和雄穗性状（0.78-0.95）均具有高遗传力，其中雄穗分枝数（TBN）的H²高达0.95，表明这些性状可通过常规选择获得稳定遗传增益。这一发现与温带玉米研究结果（Schuetz和Mock, 1978）形成呼应，但本研究发现热带种质的雄穗分枝数（均值18.2）显著高于现代温带自交系（均值6），提示热带玉米存在独特的形态建成机制。

配合力效应与杂种优势

采用NCII设计进行的配合力分析揭示，加性效应（GCA）对性状变异的贡献率（71.3-91.1%）显著高于非加性效应（SCA）。在Striga胁迫下，自交系TZSTR189和CML610A同时表现出对苞叶长度（HSL）和穗长（ERL）的正向GCA效应，而CKDHL171527等材料则携带降低雄穗分枝数（TBN）的有利等位基因。值得注意的是，15个自交系对穗部性状、23个自交系对雄穗缩小具有显著正向GCA，这些材料可作为核心亲本用于构建双列杂交群体。

杂种优势分析显示，穗长（ERL）的中亲优势（MPH）在干旱条件下达到41%，显著高于Striga条件下的22.8%。这种环境依赖性杂种优势与Betrán等（2003）的报道一致，可能源于干旱更强烈抑制自交系的花器官发育。雄穗性状的杂种优势更为显著，TBN的MPH在雨养条件下最高达102.7%，印证了雄穗形态建成具有更强的显性效应（Mock和Schuetz, 1974）。

遗传关联与通径解析

基因型相关分析发现，穗长（ERL）与产量（GY）的遗传相关系数（r_g）在Striga条件下达0.96，而雄穗分枝数（TBN）与GY的关联呈现环境依赖性：Striga条件下负相关（-0.38），雨养条件下正相关（0.24）。这种逆转现象可能反映不同胁迫下光合产物分配的差异调控（Tollenaar, 1977）。

通径分析进一步量化了性状间的因果关系：在Striga和雨养条件下，穗长（ERL）和穗围（ERC）对GY的直接路径系数分别为0.22-0.27和0.13-0.21，而穗外观（EASP）的负向效应（-0.64）主要源于其与穗腐病的正关联。值得注意的是，雄穗分枝长度（TBL）通过ERL产生的间接效应高达0.60，这为"缩小雄穗-增加穗部同化物分配"的育种假说（Sangoi, 2001）提供了实证支持。

育种应用与展望

研究团队建议将穗长（ERL）、穗围（ERC）和雄穗分枝数（TBN）纳入热带玉米多性状选择指数。鉴于已鉴定出自交系CKL17571（兼具高ERC和低TBN）等优良亲本，可优先用于构建DH群体。对于苞叶性状，需权衡抗虫性（需多苞叶）与机械化收获（需少苞叶）的矛盾需求（Brewbaker和Kim, 1979）。

该研究首次系统比较了三种胁迫下热带玉米生殖器官性状的遗传架构，为突破非洲玉米单产瓶颈（当前2.2 t/ha vs全球5.8 t/ha）提供了新思路。未来可结合高通量表型技术（如Makanza等开发的Ear Phenotype System）和已报道的qEL7.03等QTL（Zeng等, 2022），加速优良等位基因的聚合。通过引入温带种质（如B73背景的qtbn1位点）进一步优化热带玉米的株型结构，有望实现类似美国玉米带的"株型革命"（Duvick, 2005）。