武陵山區玉米地方品種核心種質的遺傳多樣性與評價

姚啟倫，陳發波，方平

摘要：田間試驗結合微衛星（SSR）標記技術，從表型和DNA分子水平分析評價了武陵山區玉米（Zea mays L.）地方品種核心種質的遺傳多樣性。結果表明，核心種質在14個農藝、經濟性狀上存在極顯著差異；基于SSR標記的UPGMA聚類能有效區分玉米地方品種核心種質，50對SSR引物在核心種質中共檢測到275個多態性位點，各引物檢測到的等位位點數3～15個，平均為6.0個；Shannon多態信息量為0.29～0.83，平均為0.75。核心種質代表性評價結果表明核心種質較好地保持了原種質庫的遺傳變異。

關鍵詞：玉米（Zea mays L.）地方品種；核心種質；遺傳多樣性；武陵山區

中圖分類號：S513；Q789 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2014）07-1506-03

Genetic Diversity and Evaluation of the Core Germplasms of Maize （Zea mays L.） Landraces from Wuling Mountain Area

YAO Qi-lun，CHEN Fa-bo，FANG Ping

（Department of Life Sciences and Technologies， Yangtze Normal University， Chongqing 408109， China）

武陵山區包括重慶、湖南、湖北、貴州四省（市）的部分地區，屬典型的丘陵、山區地帶。由于該地區復雜的地形地貌及多變的氣候生態環境，部分山區農戶仍種植適應本地區生態環境要求的玉米（Zea mays L.）地方品種。玉米地方品種作為一種重要的植物種質，是玉米育種的物質基礎[1-3]。

隨著武陵山區玉米地方品種征集數量的增加和種質資源庫變大，對這一種質資源的管理成本和利用難度也相應增大。因此，構建武陵山區玉米地方品種核心種質，使少量的核心種質保存豐富的遺傳變異，是保護與利用武陵山區玉米地方品種的有效途徑。

1 材料與方法

1.1 供試材料

基于玉米地方品種的地域分布和種質特征，按16%的抽樣率，從武陵山區376個玉米地方品種資源庫中選取60個玉米地方品種作為供試材料。 1.2 試驗方法

1.2.1 田間試驗設計 田間試驗采用隨機區組設計，3次重復，單行區，每行20株，密度5萬株/hm2。

1.2.2 農藝、經濟性狀考查 以單株為單位調查主要農藝、經濟性狀：株高、穗位高、抽絲期（播種至吐絲天數）、散粉期（播種至散粉天數）、全生育期（播種至成熟天數）、總葉數、穗長、禿尖長、穗粗、穗行數、行粒數、穗粒重、百粒重和容重。

1.2.3 基因組DNA提取與PCR擴增 以玉米幼苗葉片為材料，抽取并純化基因組DNA。從782對引物中篩選50對帶型清晰、具有明顯多態性的引物，對所有樣品進行PCR擴增，用6%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測擴增產物。其中反應程序為：95 ℃預變性5 min；95 ℃變性40 s，65 ℃退火40 s，72 ℃延伸1 min，共30個循環；72 ℃延伸2 min。采用0，1數據表記錄結果。

1.2.4 數據分析

1）農藝、經濟性狀的方差分析。對考查的表型性狀指標作方差分析，檢驗核心種質各農藝、經濟性狀差異的顯著性，結合變異系數分析其表型差異。各項數據采用DPS 3.01軟件統計分析。

2）SSR數據分析。利用NTSYS-pc2.1軟件，計算遺傳相似系數（GS）[4]：GS=2Nij/（Ni+Nj），式中Nij為樣品i和j都有的帶，Ni和Nj分別是樣品i和j的所有條帶之和，然后用不加權平均法（UPGMA）進行聚類分析。

2 結果與分析

2.1 核心種質表型性狀遺傳多樣性分析

方差分析結果表明，60個核心種質14個農藝、經濟性狀（株高、穗位高、抽絲期、散粉期、全生育期、總葉數、穗長、禿尖長、穗粗、穗行數、行粒數、穗粒重、百粒重和容重）的差異均達極顯著水平，說明表型上核心種質間存在極顯著差異；就14個農藝、經濟性狀而論，除散粉期、穗長和總葉數外，其余性狀在區組間差異達顯著或極顯著水平，表明散粉期、穗長和總葉數受環境因素影響較小。株高、穗位高、總葉數、抽絲期、散粉期、全生育期、穗長、禿尖長、穗粗、穗行數、行粒數、穗粒重、百粒重和容重的極差分別為110.71 cm、41.53 cm、8.75片、24 d、25 d、29 d、9.84 cm、0.52 cm、2.35 cm、8.40行、12.16粒、64.08 g、31.25 g和453.25 g/L；從變異系數看，穗粒重的變異系數最大（56.73%），其次是全生育期（51.36%），說明不同核心種質間這2個性狀的遺傳差異較大；比較農藝性狀與經濟性狀的變異系數，總體上前者較后者的變異程度小，經濟性狀的遺傳差異較大，農藝、經濟性狀變異程度大小排序為穗粒重、全生育期、禿尖長、百粒重、穗位高、行粒數、穗長、穗行數、穗粗、總葉數、抽絲期、散粉期、株高、容重（表1）。

2.2 基于SSR標記的核心種質遺傳多樣性

利用50對SSR引物在核心種質中共檢測到275個多態性位點，各引物檢測到的等位位點數均值為6.0個、變幅3～15個，Shannon多態信息量變幅為0.29～0.83，平均為0.75。基于SSR標記的UPGMA聚類能有效區分玉米地方品種核心種質（圖1），由圖1可見，當遺傳相似系數為0.62時，可將核心種質劃分為6個類群，最大的類群（類群Ⅰ）和最小類群（類群Ⅵ）分別包括23個和1個核心種質，類群Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ分別由7個、16個、9個和4個核心種質構成。就各類群內核心種質的地理分布而言，同一類群有不同來源的核心種質，而不同類群間有相同來源的核心種質，表明核心種質間的遺傳相關性與其地理分布無關。

2.3 武陵山區玉米地方種質與核心種質農藝、經濟性狀的平均數、極差、標準差和變異系數比較

由表1可知，武陵山區玉米地方種質和核心種質14個農藝、經濟性狀的平均數、極差、標準差和變異系數存在一定差異。14個農藝、經濟性狀在武陵山區玉米地方種質的極差、標準差和變異系數的變化范圍與核心種質的變化范圍相近；t測驗結果表明，14個農藝、經濟性狀的平均數在武陵山區玉米地方種質庫與核心種質間無顯著差異，說明核心種質極大地保留了所有種質的表型變異。

3 討論

3.1 武陵山區玉米地方品種核心種質的遺傳多樣性

武陵山區玉米地方品種是在特定氣候生態條件下經長期自然選擇和人工選育保留下來的特殊玉米種質群體。本試驗研究基于玉米地方品種的種質特性和地域分布，以16%的抽樣率選取核心種質。農藝、經濟性狀方差分析結果表明，核心種質在表型上具有較大的遺傳變異。利用50對SSR引物在核心種質中共檢測到275個多態性位點，平均等位位點數6.0個，平均多態信息量0.75，在DNA分子水平上反映出核心種質豐富的遺傳變異。這一結果高于Liu等[5]用50對SSR引物對來自貴州省和云南省的38個糯玉米品種DNA多態性分析所得到的平均等位位點數（4.13個），也高于劉世建等[6]以14份四川省地方玉米種質自交系為材料所得到的平均等位位點數（4.8個）。表明本研究中的核心種質有較高的遺傳多樣性。

3.2 玉米地方品種核心種質的代表性評價

核心種質是保存的種質資源的一個核心子集，它以最少數量的種質材料最大限度地代表一個物種及其近緣野生種的遺傳多樣性[7-9]。構建“核心種質庫”是研究和利用植物遺傳資源的便捷途徑，其主要目的在于植物資源的篩選、鑒定、利用及保護，從而受到作物遺傳育種領域的廣泛重視[10-13]。目前研究者已在51個物種上構建了60多個核心種質[14-16]。武陵山區玉米地方品種種質和核心種質農藝、經濟性狀平均值、極差、標準差和變異系數比較分析結果表明，14個農藝、經濟性狀的平均值二者間無顯著差異，表明本試驗基于玉米地方品種的種質特征和地域分布篩選的核心種質較好地保留了原種質的遺傳變異。因此，構建武陵山區玉米地方品種核心種質不僅極大地降低了管理成本，而且提高了這一特異種質的利用效率。

參考文獻：

[1] 劉樹朋，劉艷巖，王永柱，等.對玉米地方種質利用的建議[J].遼寧農業科學，2005（3）：43-44.

[2] 李高科，潘光堂.西南玉米區種質利用現狀及研究進展[J].玉米科學，2005，13（2）：3-7.

[3] 彭澤斌，張世煌，劉新芝.我國玉米種質的改良創新與利用[J]. 玉米科學，1997，5（2）：5-8.

[4] 陶 玲，任 君.進化生態學的研究方法[M].北京：中國林業出版社，2004.

[5] LIU Y J， HUANG Y B， RONG T Z， et al. Comparative analysis of genetic diversity in landraces of waxy maize from Yunnan and Guizhou using SSR markers[J]. Agricultural Sciences in China，2005，4（9）：648-653.

[6] 劉世建，榮廷昭，楊俊品，等.四川地方玉米種質的SSR聚類分析[J].作物學報，2004，30（3）：221-226.

[7] FRANKES O H， BROWN A H D. Current plant genetic resources-a critical appraisal [M].New Delhi， India： Oxford and IBH Publishing Co Pvt Ltd，1984.

[8] 李自超，張洪亮，曾亞文，等.云南地方稻種資源核心種質取樣方案研究[J].中國農業科學，2000，33（5）：1-7.

[9] UPADHYAYA H D， ORTIZ R. A mini core subset for capturing diversity and promoting utilization of chickpea genetic resources in crop improvement[J]. Theoretical and Applied Genetics，2001，102：1292-1298.

[10] WANG J C， HU J， ZHANG C F， et al. Assessment on evaluating parameters of rice core collections constructed by genotypic values and molecular marker information[J]. Rice Science，2007，14：101-110.

[11] SHARON E M， KRESOVICH S， JESTER C A， et al. Application of multiplex PCR and fluorescence-based， semi-automated allele sizing technology for genotyping plant genetic resources[J].Crop Sci，1997，37：617-624.

[12] 張桂寅，王省芬，劉素娟，等.低酚棉品種資源聚類分析及核心品種抽取方法的探討[J].棉花學報，2004，16（1）：8-12.

[13] REIF F C，MELCHINGER A E， XIA X C， et al. Genetic distance based on simple sequence repeats and heterosis in tropical maize populations[J].Crop Sci，2003，43：1275-1282.

[14] 徐海明，邱英雄，胡 晉，等.不同遺傳距離聚類和抽樣方法構建作物核心種質的比較[J].作物學報，2004，30（9）：932-936.

[15] 胡標林，萬 勇，李 霞，等.水稻核心種質表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評價[J].作物學報，2012，38（5）：829-839.

[16] 黎毛毛，黃永蘭，余麗琴，等.利用SSR標記構建江西稻種資源核心種質庫的研究[J].植物遺傳資源學報，2012，13（6）：952-957.

Abstract： Using field experiment and microsatellite（SSR） analysis， the genetic diversity of the core germplasms of maize landraces from Wuling mountain area was evaluated at the morphological level and DNA molecular level. The results showed that significant differences were found in 14 agronomic and economic traits of the core collection. On the basis of SSR data， the core collection can be distinguished by clustering analysis. 275 polymorphic alleles were detected. At each locus， the mean number of alleles was 6.0 ranging from 3 to 15. The Shannon polymorphism information content was varied from 0.29 to 0.83， with an average of 0.75. It is indicated the genetic diversity of the core collection represented that of the initial collection.

Key words： maize（Zea mays L.） landraces； the core collection； genetic diversity； Wuling mountain area

[14] 徐海明，邱英雄，胡 晉，等.不同遺傳距離聚類和抽樣方法構建作物核心種質的比較[J].作物學報，2004，30（9）：932-936.

[15] 胡標林，萬 勇，李 霞，等.水稻核心種質表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評價[J].作物學報，2012，38（5）：829-839.

[16] 黎毛毛，黃永蘭，余麗琴，等.利用SSR標記構建江西稻種資源核心種質庫的研究[J].植物遺傳資源學報，2012，13（6）：952-957.

Abstract： Using field experiment and microsatellite（SSR） analysis， the genetic diversity of the core germplasms of maize landraces from Wuling mountain area was evaluated at the morphological level and DNA molecular level. The results showed that significant differences were found in 14 agronomic and economic traits of the core collection. On the basis of SSR data， the core collection can be distinguished by clustering analysis. 275 polymorphic alleles were detected. At each locus， the mean number of alleles was 6.0 ranging from 3 to 15. The Shannon polymorphism information content was varied from 0.29 to 0.83， with an average of 0.75. It is indicated the genetic diversity of the core collection represented that of the initial collection.

Key words： maize（Zea mays L.） landraces； the core collection； genetic diversity； Wuling mountain area

[14] 徐海明，邱英雄，胡 晉，等.不同遺傳距離聚類和抽樣方法構建作物核心種質的比較[J].作物學報，2004，30（9）：932-936.

[15] 胡標林，萬 勇，李 霞，等.水稻核心種質表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評價[J].作物學報，2012，38（5）：829-839.

[16] 黎毛毛，黃永蘭，余麗琴，等.利用SSR標記構建江西稻種資源核心種質庫的研究[J].植物遺傳資源學報，2012，13（6）：952-957.

Abstract： Using field experiment and microsatellite（SSR） analysis， the genetic diversity of the core germplasms of maize landraces from Wuling mountain area was evaluated at the morphological level and DNA molecular level. The results showed that significant differences were found in 14 agronomic and economic traits of the core collection. On the basis of SSR data， the core collection can be distinguished by clustering analysis. 275 polymorphic alleles were detected. At each locus， the mean number of alleles was 6.0 ranging from 3 to 15. The Shannon polymorphism information content was varied from 0.29 to 0.83， with an average of 0.75. It is indicated the genetic diversity of the core collection represented that of the initial collection.

Key words： maize（Zea mays L.） landraces； the core collection； genetic diversity； Wuling mountain area