基于多性状基因型-理想型距离指数（MGIDI）的印度尼西亚南苏拉威西酸性旱地玉米基因型适应性评价

《Advances in Agriculture》：Evaluation of Maize Genotype Adaptation to Acidic Dryland Conditions in South Sulawesi, Indonesia

　　

玉米是印度尼西亚广泛种植的主要农产品之一。该国玉米需求持续增加，推动了土地扩展，包括利用次优区域。本研究旨在鉴定适应酸性旱地条件的玉米基因型。研究所用遗传材料包括100个基因型（94个由line × tester杂交获得的杂交种和6个对照品种）。研究人员采用多性状基因型-理想型距离指数（multitrait genotype–ideotype distance index, MGIDI）分析，根据观测性状选择最佳基因型。结果表明，5个基因型适应酸性旱地条件，即B4B × L15、NK Sumo、Sukmaraga × L15、NK Perkasa和MS3 × L15。这些基因型平均株高172.4 cm，茎粗17.9 mm，开花-吐丝间隔（anthesis–silking interval, ASI）1.9 d，植株外观评分2.3（良好），持绿比例高于40%，果穗外观评分2.0（良好），单穗粒重118.8 g，产量潜力7.88 t/ha。MGIDI方法在识别适应酸性旱地条件的优良玉米基因型方面显示出潜力，所选基因型在测试环境中表现出有希望的总体性能。由于评价仅在单一地点的一个生长季进行，观察到的性能反映其对特定测试环境的适应性。尚需多地点和多季节试验确认其稳定性和更广泛适应性，并评估其作为新改良玉米品种候选材料的潜力。

作者Uswah Trywulan Syah等围绕印度尼西亚酸性旱地玉米适应性评价开展研究。玉米（Zea mays L.）是印度尼西亚重要农产品，兼作粮食、饲料和工业原料；全国玉米产量由2020年的2250万吨增至2021年的2304万吨，而国内需求预计到2025年达3313万吨，需求增长推动土地扩展和次优土地开发。酸性旱地面积约1.4447亿公顷，其中低地1.1133亿公顷、高地3314万公顷，主要分布于Kalimantan、Sumatra、Papua、Sulawesi和Java等区域；该类土壤养分有效性低、酸度高、结构差、易侵蚀，且降雨有限和季节性干旱可抑制作物萌发、光合、开花和籽粒形成。酸性土壤中交换性铝（Al³⁺）毒害会抑制根系发育和养分吸收，降低磷有效性并破坏生理过程，因此鉴定耐铝、耐酸、耐旱的玉米基因型十分必要。育种上可通过优良亲本选择、杂交组配及line × tester等方法评价配合力，并借助多性状基因型-理想型距离指数（multitrait genotype–ideotype distance index, MGIDI）进行多性状表型选择。研究人员据此在酸性旱地条件下评价100个基因型，并采用MGIDI筛选综合性状优良、适应酸性旱地的基因型；结果鉴定出B4B × L15、NK Sumo、Sukmaraga × L15、NK Perkasa和MS3 × L15等适应性基因型，为边际土地玉米增产和酸性旱地可持续利用提供候选遗传资源，但单地点单季结果仍需多环境验证。

方法概括：试验在印度尼西亚南苏拉威西Maros的Moncongloe试验农场于2025年4—8月进行；遗传材料为94个line × tester杂交种和6个对照品种，共100个基因型；采用α-格子设计（alpha-lattice design）4次重复、每重复10区组，行距75 cm、株距20 cm；调查土壤化学、株高、茎粗、开花-吐丝间隔（ASI）、植株外观评分、持绿（stay-green）、果穗外观评分、单穗粒重和产量潜力；用RStudio进行方差分析、emmeans边际均值、corrplot相关分析、metan包估计遗传力和MGIDI，产量权重为2、其余性状权重为1。

3.1 土壤化学特征：土壤分析表明试验地为强酸性，pH H₂O为4.67、pH KCl为3.76，交换性Al为2.33 cmol Al kg^?1、交换性H为1.19 cmol H kg^?1，有效磷低于0.08 ppm P₂O₅而潜在磷为60.5 mg P₂O₅/100 g，潜在钾为22.6 mg K₂O/100 g，有机碳1.65%、总氮0.27%；说明存在Al³⁺毒害和较强磷固定风险，需石灰与有机改良，且施肥可能部分缓解酸性胁迫，低投入或未管理条件评价有助于区分真实遗传响应。

3.2 基因型变异与观测性状平均表现：方差分析显示基因型对株高、持绿、果穗外观评分、单穗粒重和产量影响极显著（p < 0.01），对茎粗和ASI影响显著（p < 0.05），植株外观评分不显著；变异系数（coefficient of variation, CV）为6.13%—32.89%。均值范围显示株高123.85—196.38 cm，茎粗13.14—20.63 mm，ASI 0.36—4.38 d，单穗粒重34.67—160.18 g，产量2.24—10.60 t/ha；NK Sumo植株外观和持绿表现最佳，NK Perkasa果穗外观最佳，B1 × GC1026产量最高。结果表明供试基因型遗传多样性明显，表型受遗传与环境共同影响，为后续选择提供基础。

3.3 方差组分与遗传力：方差组分估计显示所有性状基因型方差（genotypic variance, V_G）低于表型方差（phenotypic variance, V_P）；广义遗传力（broad-sense heritability, h²_bs）较高的性状包括株高0.791、持绿0.713、果穗外观评分0.763、单穗粒重0.716和产量0.699，植株外观评分0.438为中等，茎粗0.387和ASI 0.275按表注分类亦属中等。研究表明高遗传力性状在酸性旱地条件下具有较强选择潜力，但遗传改良不能依赖单性状选择，需结合性状相关分析以避免不利相关响应。

3.4 农艺与产量相关性状的相关分析：相关分析显示产量与株高、茎粗正相关；持绿与株高、产量正相关；ASI与产量、持绿负相关，与植株外观评分和果穗外观评分正相关；植株外观评分与果穗外观评分正相关，二者与产量负相关（评分越低越好）。说明产量受营养体活力、生理韧性、生殖效率和外观性状共同影响，支持将植株外观评分、持绿、果穗外观评分、株高、茎粗、产量和ASI同时纳入MGIDI；持绿采用田间目测，未来可结合SPAD值、光合速率或衰老相关标志物提高评价精度。

3.5 基于MGIDI的优良基因型鉴定：因子分析将性状归为FA1（植株外观评分、持绿、果穗外观评分）、FA2（株高、茎粗、产量）和FA3（ASI）。选择后植株外观评分下降10.30%、果穗外观评分下降21.80%、ASI下降20.80%，持绿增加24.10%、产量增加30.90%、茎粗增加12.8%、株高增加5.95%，均朝目标方向变化。MGIDI选出10个优良基因型，前5为B4B × L15（5.40，第1）、NK Sumo（5.66）、Sukmaraga × L15（5.89）、NK Perkasa（6.15）、MS3 × L15（6.18）；其余为MS8 × MAL03、L15 × L26、MS8 × L15、L23 × NEI、L15 × B4B。 strengths–weaknesses分析显示所选基因型在FA2均接近理想型，FA1以NK Sumo、NK Perkasa、MS3 × L15、MS8 × MAL03和L15 × B4B贡献较小，FA3整体贡献相对较高，说明ASI仍是距理想型的主要限制。结论为所选基因型在多因子上具有互补优势，MGIDI可有效平衡产量、生理和农艺性状；但单点单季限制外推，且未直接评价铝耐受机制。

讨论部分总结：MGIDI将所有目标性状整合到单一选择框架，选择差结果证明其能同时改善产量相关、生理和农艺性状，适用于适应酸性旱地这种依赖多性状组合的表达目标；但试验仅在单一环境进行，基因型表现只反映测试环境响应，且未直接评价铝毒耐受机制，后续需多地点多季节试验验证稳定性和广泛适应性，并可通过代谢组学深入解析耐铝和耐旱生化机制。

研究结论（翻译）：本研究结果支持MGIDI指数是识别适应酸性旱地条件优良玉米基因型的合适多性状选择方法这一假设。基于MGIDI，鉴定出5个适应酸性旱地条件的基因型，即B4B × L15、NK Sumo、Sukmaraga × L15、NK Perkasa和MS3 × L15。这些基因型平均株高172.4 cm，茎粗17.9 mm，ASI 1.9 d，植株外观评分2.3（良好），持绿比例高于40%，果穗外观评分2.0（良好），单穗粒重118.8 g，产量潜力7.88 t/ha。所选优良基因型目前正在育种计划中进一步评价，基于其在酸性旱地条件下的表现被认为是较有希望的候选材料。后续步骤将包括多地点和多季节试验，以在可能进入区域试验和最终品种释放前评估稳定性和适应性。因此，所选基因型有潜力作为有价值的遗传资源，支持边际土地玉米增产并扩大酸性旱地的可持续利用。