浙江省玉米地方種質表型多樣性分析

趙軍華，呂學高，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表型多樣性分析

趙軍華，呂學高，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計,研究了浙江省99份地方玉米種質的農藝性狀,并分析了它們的遺傳多樣性。結果表明,供試材料的抽雄天數、吐絲天數、散粉天數、葉片數、株高、穗位高、穗長、穗粗、穗行數、行粒數和千粒重等性狀具有較高的遺傳多樣性,Shannon-Weaver指數為1.59～2.27。根據歐式距離,按離差平方和法進行系統聚類,將99份玉米地方種質劃分為5個類群,說明浙江省玉米地方種質具有豐富的表型多樣性,具有較高的保護和利用潛力。

玉米;種質資源;農藝性狀;遺傳多樣性

文獻著錄格式:趙軍華,呂學高,樓肖成,等.浙江省玉米地方種質表型多樣性分析[J].浙江農業科學,2015,56(5):741-744.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150560

種質資源亦稱遺傳資源,是決定各種遺傳性狀的基因資源,是育種工作的物質基礎。玉米地方品種是自然選擇和人工選擇的產物,是最適宜當地種植的品種,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,玉米地方種質資源的搜集、整理、鑒定、保存、編目和創新應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項目[1-2]。

20世紀60年代,浙江省農科院農藝所曾開展地方玉米種質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,浙江省農科院農藝所將征集的玉米地方種質全部移交給該所,在“六五”“七五”期間,浙江省東陽玉米研究所承擔農業部農作物品種資源征集、整理和農藝性狀研究項目,完成系統征集,整理浙江省玉米地方種質資源118份,建成浙江省玉米種質資源庫,豐富了國家種質資源[3]。

對玉米地方種質資源的表型性狀進行全面系統的鑒定與評價,是其高效利用的前提。然而,關于浙江省玉米地方種質資源在抽雄、吐絲及株高等農藝性狀上的系統評價未見報道。本研究供試材料均來自浙江省玉米地方種質,通過分析這些材料在所評價的粒色等5個質量性狀以及抽雄、吐絲等11個農藝性狀上的多樣性,為全面鑒定玉米地方種質、進一步開展玉米地方種質的創新利用提供參考和指導。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為在浙江省內廣泛搜集、整理的玉米地方種質,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行,隨機區組設計,2次重復,雙行區,小區行長15 m,行寬1.3 m,種植密度52 500株·hm-2,田間管理與當地大田生產相同。小區內套袋混合授粉,成熟時分小區收獲套袋授粉的果穗晾曬。

1.2 性狀測定

玉米農藝性狀測定參照《玉米種質資源描述規范和數據標準》[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,每小區測定10株。果穗收獲曬干后于室內考種,測定穗長、穗粗、穗行數和行粒數。每小區測定10個果穗,記載穗型、粒型、粒色、軸色,測定千粒重。

1.3 數據分析

參照Li等的方法進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,n表示材料總數。Shannon-Weaver多樣性指數(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行系統聚類分析,樣品距離采用歐氏距離,用DPS軟件進行數據分析[8]。

表1 99份浙江省玉米地方種質編號及名稱

2 結果與分析

2.1 農藝性狀統計分析

統計結果表明,99份玉米地方種質籽粒顏色分為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果可以看出,各類型玉米均有分布,說明99份地方種質具有較豐富的果穗表型多樣性。

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

表2 99份玉米地方種質農藝性狀統計結果

2.2 農藝性狀多樣性分析

對99份玉米地方種質的11個農藝性狀觀察表明,除葉片數、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性,均集中于第1和第10級,分別占總數的58.58%,58.58%和70.70%;而其余性狀的分布較接近正態分布,主要分布在第3～8級上(圖1)。表明玉米地方種質株高、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 玉米地方種質性狀的頻率分布

2.3 農藝性狀的Shannon-Weaver多樣性指數

Shannon-Weaver指數(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(2.27),其次依次是散粉天數(2.15)和葉片數(2.15),抽雄天數(2.14),穗長(2.08),穗行數(2.05),吐絲天數(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)。總體上各個性狀的H’均處于較高水平,表明這99份玉米地方種質的表型多樣性較豐富。

2.4 系統聚類

采用離差平方和法對99份玉米地方種質資源的綜合性狀進行聚類分析[8],根據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 基于表型相似系數的聚類圖

表3 99份玉米地方種質的聚類劃分結果

根據劃分結果計算5個類群11個農藝性狀的平均值。從表4可以看出,類群Ⅰ代表晚熟種質,其性狀特征為抽雄、吐絲時間長,高稈和高穗位,穗較長且粗,葉片數最多;類群Ⅱ代表早熟種質,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,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、行粒數最少;類群Ⅳ種質最多,其性狀特征相對適中,表現為抽雄、吐絲時間中晚,中稈、穗位適中,穗長、穗粗、行粒數居中;類群Ⅴ包含15份種質,其性狀特征表現為抽雄、吐絲時間中等,株高和穗位中等,行粒數、千粒重均最大。

表4 表型性狀不同類群的平均值

3 小結與討論

浙江省玉米地方種質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多樣性表現為以下5類:(1)生育期晚熟,高稈,葉片數多,大穗;(2)生育期早熟,矮桿,葉片數少; (3)生育期中早熟,矮桿,但葉片數、千粒重、行粒數較特異;(4)生育期株高、葉片數、果穗性狀均適中;(5)生育期、株高均適中類型,但行粒數、千粒重較特異。

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

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

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(責任編輯：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。