趙軍華，呂學(xué)高，樓肖成，朱正梅

(浙江省東陽玉米研究所,浙江東陽 322100)

浙江省玉米地方種質(zhì)表型多樣性分析

趙軍華，呂學(xué)高，樓肖成，朱正梅

(浙江省東陽玉米研究所,浙江東陽 322100)

采用完全隨機試驗設(shè)計,研究了浙江省99份地方玉米種質(zhì)的農(nóng)藝性狀,并分析了它們的遺傳多樣性。結(jié)果表明,供試材料的抽雄天數(shù)、吐絲天數(shù)、散粉天數(shù)、葉片數(shù)、株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重等性狀具有較高的遺傳多樣性,Shannon-Weaver指數(shù)為1.59～2.27。根據(jù)歐式距離,按離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類,將99份玉米地方種質(zhì)劃分為5個類群,說明浙江省玉米地方種質(zhì)具有豐富的表型多樣性,具有較高的保護和利用潛力。

玉米;種質(zhì)資源;農(nóng)藝性狀;遺傳多樣性

文獻(xiàn)著錄格式:趙軍華,呂學(xué)高,樓肖成,等.浙江省玉米地方種質(zhì)表型多樣性分析[J].浙江農(nóng)業(yè)科學(xué),2015,56(5):741-744.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150560

種質(zhì)資源亦稱遺傳資源,是決定各種遺傳性狀的基因資源,是育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ)。玉米地方品種是自然選擇和人工選擇的產(chǎn)物,是最適宜當(dāng)?shù)胤N植的品種,其多樣的遺傳變異為育種提供了便利。我國玉米育種最初選育自交系主要是從地方品種選育的,玉米地方種質(zhì)資源的搜集、整理、鑒定、保存、編目和創(chuàng)新應(yīng)用研究工作一直深受國家的重視,從“六五”到“九五”一直被列為國家重點攻關(guān)項目[1-2]。

20世紀(jì)60年代,浙江省農(nóng)科院農(nóng)藝所曾開展地方玉米種質(zhì)資源征集和利用工作,收集浙江省部分玉米地方品種,并利用這些種質(zhì)資源育成一些自交系,如金糯、滿蒲金等。1963年浙江省東陽玉米研究所成立以后,浙江省農(nóng)科院農(nóng)藝所將征集的玉米地方種質(zhì)全部移交給該所,在“六五”“七五”期間,浙江省東陽玉米研究所承擔(dān)農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物品種資源征集、整理和農(nóng)藝性狀研究項目,完成系統(tǒng)征集,整理浙江省玉米地方種質(zhì)資源118份,建成浙江省玉米種質(zhì)資源庫,豐富了國家種質(zhì)資源[3]。

對玉米地方種質(zhì)資源的表型性狀進(jìn)行全面系統(tǒng)的鑒定與評價,是其高效利用的前提。然而,關(guān)于浙江省玉米地方種質(zhì)資源在抽雄、吐絲及株高等農(nóng)藝性狀上的系統(tǒng)評價未見報道。本研究供試材料均來自浙江省玉米地方種質(zhì),通過分析這些材料在所評價的粒色等5個質(zhì)量性狀以及抽雄、吐絲等11個農(nóng)藝性狀上的多樣性,為全面鑒定玉米地方種質(zhì)、進(jìn)一步開展玉米地方種質(zhì)的創(chuàng)新利用提供參考和指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為在浙江省內(nèi)廣泛搜集、整理的玉米地方種質(zhì),共99份(編號及名稱詳見表1)。田間試驗于2013年在浙江省東陽玉米研究所試驗基地進(jìn)行,隨機區(qū)組設(shè)計,2次重復(fù),雙行區(qū),小區(qū)行長15 m,行寬1.3 m,種植密度52 500株·hm-2,田間管理與當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)相同。小區(qū)內(nèi)套袋混合授粉,成熟時分小區(qū)收獲套袋授粉的果穗晾曬。

1.2 性狀測定

玉米農(nóng)藝性狀測定參照《玉米種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[4],記載抽雄期、散粉期、吐絲期和花絲顏色;蠟熟期于田間測定株高、穗位高和主莖葉片數(shù),每小區(qū)測定10株。果穗收獲曬干后于室內(nèi)考種,測定穗長、穗粗、穗行數(shù)和行粒數(shù)。每小區(qū)測定10個果穗,記載穗型、粒型、粒色、軸色,測定千粒重。

1.3 數(shù)據(jù)分析

參照Li等的方法進(jìn)行各個性狀等級劃分[5-7],以Xi±kσ(其中k=0,0.5,1,1.5,2)為臨界值,將各個性狀的觀測值劃分為10個等級。各等級的分布頻率Pi=ni/n,其中ni表示某性狀處于第i級的材料個數(shù),n表示材料總數(shù)。Shannon-Weaver多樣性指數(shù)(H’)=-ΣPilnPi,其中Pi表示某性狀第i級的分布頻率。采用離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析,樣品距離采用歐氏距離,用DPS軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析[8]。

表1 99份浙江省玉米地方種質(zhì)編號及名稱

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀統(tǒng)計分析

統(tǒng)計結(jié)果表明,99份玉米地方種質(zhì)籽粒顏色分為5種,其中白色11份,黃白色11份,黃色74份,黃紫色2份,紫黑色1份;籽粒形狀分為5種,其中馬齒型7份,半馬齒型1份,中間型30份,半硬粒型8份,硬粒型53份;花絲顏色4種,其中綠色53份,棕色6份,淺紅色27份,深紅色13份;穗軸顏色3種,其中白色91份,淺紅色6份,紅色2份;穗型2種,其中柱型75份,錐型24份。從果穗及籽粒觀察結(jié)果可以看出,各類型玉米均有分布,說明99份地方種質(zhì)具有較豐富的果穗表型多樣性。

對99個玉米地方種質(zhì)的抽雄天數(shù)、散粉天數(shù)、吐絲天數(shù)、葉片數(shù)、株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒重共11個數(shù)量性狀變異系數(shù)的統(tǒng)計結(jié)果表明,各個性狀的變異幅度不同,其中穗位高變異最大,變異系數(shù)達(dá)到26.53%,其次是行粒數(shù)、千粒重、穗長和株高,變異系數(shù)分別為17.94%,17.80%,17.05%和14.14%。抽雄天數(shù)、葉片數(shù)、穗粗、吐絲天數(shù)、散粉天數(shù)和穗行數(shù)變異系數(shù)次之,分別為12.96%,12.81%, 11.63%,11.39%,11.33%和9.64%(表2)。說明這些地方種質(zhì)間農(nóng)藝性狀具有較大差異,存在較豐富的遺傳多樣性。

表2 99份玉米地方種質(zhì)農(nóng)藝性狀統(tǒng)計結(jié)果

2.2 農(nóng)藝性狀多樣性分析

對99份玉米地方種質(zhì)的11個農(nóng)藝性狀觀察表明,除葉片數(shù)、穗粗和千粒重3個性狀分布在9個等級上外,其余8個性狀分布在10個等級上。其中株高、穗位高、千粒重的分布存在一定的偏態(tài)性,均集中于第1和第10級,分別占總數(shù)的58.58%,58.58%和70.70%;而其余性狀的分布較接近正態(tài)分布,主要分布在第3～8級上(圖1)。表明玉米地方種質(zhì)株高、穗位高較高,籽粒較大,千粒重超過228.10 g的品種有33個,株高和穗位高較高的品種有26個。

圖1 玉米地方種質(zhì)性狀的頻率分布

2.3 農(nóng)藝性狀的Shannon-Weaver多樣性指數(shù)

Shannon-Weaver指數(shù)(H’)可以反映研究群體在某性狀上的遺傳多樣性[9-12]。在11個性狀中,H’最高的是行粒數(shù)(2.27),其次依次是散粉天數(shù)(2.15)和葉片數(shù)(2.15),抽雄天數(shù)(2.14),穗長(2.08),穗行數(shù)(2.05),吐絲天數(shù)(2.04),株高(1.93)和穗位高(1.93),百粒重(1.63),最低的是穗粗(1.59)?？傮w上各個性狀的H’均處于較高水平,表明這99份玉米地方種質(zhì)的表型多樣性較豐富。

2.4 系統(tǒng)聚類

采用離差平方和法對99份玉米地方種質(zhì)資源的綜合性狀進(jìn)行聚類分析[8],根據(jù)同一類群的玉米品種間距離接近且綜合性狀值差異較小的原則,將99份玉米地方種質(zhì)劃分為5大類群(圖2)。第Ⅰ類群包括10個品種,占10.10%;第Ⅱ類群包括28個品種,占28.28%;第Ⅲ類群包括16個品種,占16.16%;第Ⅳ類群包括30個品種,占30.30%;第Ⅴ類群包括15個品種,占15.15% (表3)。

圖2 基于表型相似系數(shù)的聚類圖

表3 99份玉米地方種質(zhì)的聚類劃分結(jié)果

根據(jù)劃分結(jié)果計算5個類群11個農(nóng)藝性狀的平均值。從表4可以看出,類群Ⅰ代表晚熟種質(zhì),其性狀特征為抽雄、吐絲時間長,高稈和高穗位,穗較長且粗,葉片數(shù)最多;類群Ⅱ代表早熟種質(zhì),其性狀特征為抽雄、吐絲時間短,矮稈、穗位低,葉片少;類群Ⅲ代表中早熟種質(zhì),其性狀特征為抽雄、吐絲時間較短,矮稈、穗位最低,葉片最少,千粒重最輕、行粒數(shù)最少;類群Ⅳ種質(zhì)最多,其性狀特征相對適中,表現(xiàn)為抽雄、吐絲時間中晚,中稈、穗位適中,穗長、穗粗、行粒數(shù)居中;類群Ⅴ包含15份種質(zhì),其性狀特征表現(xiàn)為抽雄、吐絲時間中等,株高和穗位中等,行粒數(shù)、千粒重均最大。

表4 表型性狀不同類群的平均值

3 小結(jié)與討論

浙江省玉米地方種質(zhì)在表型性狀上多樣性豐富。聚類分析表明,浙江省玉米地方種質(zhì)多樣性表現(xiàn)為以下5類:(1)生育期晚熟,高稈,葉片數(shù)多,大穗;(2)生育期早熟,矮桿,葉片數(shù)少; (3)生育期中早熟,矮桿,但葉片數(shù)、千粒重、行粒數(shù)較特異;(4)生育期株高、葉片數(shù)、果穗性狀均適中;(5)生育期、株高均適中類型,但行粒數(shù)、千粒重較特異。

玉米地方品種是在復(fù)雜地理氣候條件下,長期進(jìn)化形成的一類重要遺傳資源,在長期的人工和自然選擇協(xié)同作用下,浙江省形成了特色玉米地方種質(zhì)資源,蘊含復(fù)雜多樣的基因資源,是中國玉米地方種質(zhì)較豐富的地區(qū)之一。系統(tǒng)收集、整理和保存玉米地方品種是發(fā)掘和利用這一特殊種質(zhì)資源的基礎(chǔ)性工作,同時應(yīng)加強對這些地方種質(zhì)的改良與利用,這對我國玉米的品種改良與科學(xué)研究都具有重要意義。

國內(nèi)外學(xué)者分別對不同來源的玉米地方種質(zhì)資源品質(zhì)、分類、籽粒顏色等農(nóng)藝性狀進(jìn)行了研究[9-11],利用現(xiàn)代分子標(biāo)記輔助技術(shù),在DNA水平上進(jìn)行了地方玉米種質(zhì)的遺傳多樣性分析、鑒定和評價[13-14],將二者有效的結(jié)合起來,可為地方種質(zhì)的挖掘、利用提供參考。

[1] 佟屏亞.中國玉米種質(zhì)資源的整理與成就[J].中國種業(yè), 2001(3):7-8.

[2] 劉紀(jì)麟.玉米育種學(xué)[M].2版.北京:中國農(nóng)業(yè)出版社, 2001:152-155.

[3] 石建堯.浙江省玉米種質(zhì)資源現(xiàn)狀與利用[J].種子世界, 2008(3):1-2.

[4] 石云素.玉米種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2006.

[5] Li Y,Shi Y S,Cao Y S,et al.Establishment of a core collection for maize germplasm preserved in Chinese National Genebank using geographic distribution and characterization data [J].Genetic Resources and Crop Evolution,2005,51(8): 845-852.

[6] 張燕.西南高原生態(tài)區(qū)玉米地方種質(zhì)表型多樣性分析[J].河南農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,41(7):17-20.

[7] Li Y,Shi Y S,Cao Y S,et al.A phenotypic diversity analysis of maize germplasm preserved in China[J].Maydica,2002, 47(2):107-114.

[8] 李淑華,荊紹凌,楊丹萍,等.聚類分析法在玉米種質(zhì)資源中的應(yīng)用[J].農(nóng)業(yè)與技術(shù),2008(5):43-45.

[9] 劉志齋,宋燕春,石云素,等.中國玉米地方品種的種族劃分及其特點[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2010,43(5):899-910.

[10] 周旭梅,高旭東,何晶.75個春玉米雜交組合主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量的相關(guān)和通徑分析[J].山東農(nóng)業(yè)科學(xué),2013, 45(5):48-52.

[11] 蔡一林,劉志齋,王天宇,等.國內(nèi)部分玉米地方品種的品質(zhì)與農(nóng)藝性狀的表型多樣性分析[J].植物遺傳資源學(xué)報,2011,12(1):31-36.

[12] Poole R W.Introduction to quantitative ecology[M].New York:McGraw-Hill,1974.

[13] 倪正斌.糯玉米自交系遺傳多樣性及產(chǎn)量,農(nóng)藝性狀與SSR分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)研究[D].揚州:揚州大學(xué),2010.

[14] 何靜.木薯主栽品種/品系農(nóng)藝性狀與分子標(biāo)記的關(guān)聯(lián)分析[D].?？?海南大學(xué),2010.

(責(zé)任編輯：侯春曉)

S 513

A

0528-9017(2015)05-0741-04

2015-02-15

趙軍華(1973-),男,浙江東陽人,助理研究員,碩士,從事玉米遺傳育種和示范推廣工作。E-mail:nkyzjh@163.com。