不同玉米自交系耐深播性評價及遺傳多樣性分析

彭云玲，趙小強，閆慧萍，武金歡

(甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室，甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅農業大學農學院，甘肅 蘭州 730070)

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不同玉米自交系耐深播性評價及遺傳多樣性分析

彭云玲*，趙小強，閆慧萍，武金歡

(甘肅省作物遺傳改良與種質創新重點實驗室，甘肅省干旱生境作物學重點實驗室，甘肅農業大學農學院，甘肅 蘭州 730070)

摘要：為了篩選玉米耐深播鑒定指標，探討耐深播綜合評價方法并挖掘耐深播種質類群，本研究采用PVC管盆栽試驗，在3，15和20 cm 三種深播處理下，測定各自交系的出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長，利用隸屬函數法綜合評價51份玉米自交系的耐深播性，并用70對SSR標記對其遺傳多樣性進行了分析。結果表明，隨著播種深度的增加，各自交系的中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢，而出苗率降低，苗長及根長先下降后增加。不同播深條件下，玉米自交系幼苗性狀的方差分析表明，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長與自交系間的差異極顯著；同時5個性狀(出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長)與播深以及5個性狀與自交系和播深間相互作用的差異極顯著；同時根長與播深之間的差異達到顯著水平，但是根長與自交系和播深間相互作用的差異不顯著。另外，不同播深處理下各性狀的相關分析表明，在3 cm播深條件下的出苗率與中胚軸、中胚軸和胚芽鞘之和、苗長3個表型性狀呈正相關；而在15和20 cm播深下，出苗率與中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長都極顯著正相關。利用隸屬函數法篩選出了6份強耐深播系，11份中等耐深播系。同時，利用70對SSR標記共檢測出222個等位基因，平均3.17個，多態性信息量平均為0.579，幅度為0.265～0.801，遺傳相似系數幅度為0.496～0.946，并將供試自交系劃分成兩大優勢群或6個亞群，其中四平頭亞群(SPT)、蘭卡斯特亞群(Lan)和旅大紅骨亞群(LRC)的耐深播性較強，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長表現良好，含有較多的強或中等耐深播系，是重要的耐深播種質類群。

關鍵詞：玉米;深播;SSR標記;遺傳多樣性;隸屬函數法

玉米(Zeamays)作為我國的第一大糧食作物，其在經濟、能源方面發揮著重要作用，但是其對干旱比較敏感。干旱缺水不僅阻礙玉米生長發育，干擾生理過程，而且嚴重影響籽粒產量[1]。種子萌發階段是作物能否在干旱條件下完成生育周期的關鍵時期之一[2]，苗期遇干旱時會使作物出苗能力下降，保苗率降低，嚴重影響田間苗數，從而導致減產[3]。深播是玉米苗期避旱的重要途徑之一，研究玉米種質資源的耐深播特性對干旱地區玉米生產和耐深播育種具有重要意義。Zhao和Wang[4]從印第安藍粒玉米中篩選出耐深播自交系368-4。董存吉等[5]利用長根莖特性的印第安藍粒玉米種質已育成SN系列自交系和雜交種“抗42”。山西農業科學院以自選系太160-2為母本，耐深播長根莖玉米自選系LR1921為父本，培育出抗倒、抗旱、高產的旱玉5號玉米品種[6]。作物的耐深播性研究中，眾多學者認為出苗率是耐深播種質鑒定的重要指標，出苗率越高，耐深播性越強[7-10]。趙光武等[11]和馬殿榮等[12]認為玉米耐深播的主要原因是其中胚軸顯著伸長。Hoshikaw[13]和Zhang等[14]報道中胚軸長度是決定玉米耐深播能力的主要因素，而在小麥(Triticumaestivum)的研究中人們發現胚芽鞘長是決定小麥耐深播性的主要因素[15]。張磊等[16]研究表明，中胚軸與胚芽鞘協同作用把玉米幼苗送出地表。吳海燕等[17]報道玉米的出苗率、苗長、中胚軸長、胚芽鞘長與播深顯著相關。作物的耐深播性是一個非常復雜的遺傳性狀，易受環境的影響[18]，因此篩選出可靠的耐深播性鑒定指標，并且科學地進行耐深播性評價，對耐深播種質篩選具有重要意義，是耐深播育種的前提。分子標記作為一種新興的技術，目前主要用于遺傳多樣性分析、分子遺傳圖譜構建、基因定位及分子標記輔助育種等領域[19-20]，利用SSR分子標記可以挖掘耐深播種質類群及有利基因，有效地提高育種目標。目前對玉米的耐深播性雖有報道，但是對玉米耐深播種質鑒定指標的篩選、耐深播性綜合評價及耐深播種質類群發掘罕見報道。因此，本研究擬篩選出玉米耐深播性鑒定參考指標，建立玉米自交系耐深播性綜合評價方法，并通過SSR標記研究其自交系的遺傳多樣性，挖掘耐深播種質類群，以期為玉米耐深播種質的篩選與改良提供參考依據，同時為尋找耐深播有利基因提供重要材料。

1材料與方法

1.1材料

本試驗選用的51份自交系均由甘肅省種質資源庫提供(表1)。選用均勻分布于玉米全基因組的230對SSR標記，從中篩選出擴增條帶清晰穩定、多態性好的70對SSR標記(表6)，這些SSR標記的引物序列均來自玉米基因組數據庫(Maize Genome Database)網站(http: //www. MaizeGDB.org)，由上海生工生物工程有限公司合成。

表1　供試玉米自交系及其系譜來源Table 1　Pedigrees or origins of 51 maize inbred lines in this study

1.2方法

試驗于2013年4月采用盆栽法在甘肅農業大學日光溫室進行。將蛭石分層裝入尼龍網封底的PVC管(高40 cm，直徑15 cm)中，然后選取飽滿一致的自交系種子30粒播于蛭石上，再分別蓋3，15和20 cm蛭石使管內蛭石高度達40 cm，每一處理3次重復，播種前統一配土、裝缽、澆水。在室內條件下萌發10 d后統計出苗率(出苗數與播種數的百分數)，每一處理選取整體一致的幼苗6株測定其胚芽鞘長(從胚芽鞘節到胚芽鞘頂端的長度)、中胚軸長(種子到胚芽鞘節之間的長度)、中胚軸與胚芽鞘之和(種子到胚芽鞘頂端的長度)、根長(最長根的長度)、苗長(中胚軸和胚芽鞘接合點以上部分的長度)。借鑒郝德榮等[21]方法，利用隸屬函數法對51份玉米自交系進行耐深播性綜合評價，其公式為：

Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

Uij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中，Uij表示i材料j指標的耐深播隸屬值；Xij表示i材料j指標的測定值；Xjmin表示所有材料j指標的最小值；Xjmax表示所有材料j指標的最大值。若所測指標與材料的耐深播性呈正相關，則采用(1)式計算隸屬值，反之則用(2)式。累加各指標的具體隸屬值，并求出平均值后進行比較，平均值越大，自交系的耐深播性越強。

1.3SSR標記分析

采用CTAB法提取玉米基因組DNA[22]，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測DNA質量，用德國IMPLEN微量分光光度儀檢測DNA濃度。PCR反應在Biometra-T1 PCR儀上進行，采用10 μL反應體系，包括2×Taq PCR Master Mix(Tiangen 公司)5.0 μL，1 mmol/L正、反SSR引物各0.3 μL，ddH2O 3.7 μL，50 ng/μL DNA 0.7 μL。PCR反應程序為：95 ℃預變性5 min，1個循環；94 ℃變性30 s，50～59 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共36個循環；最后72 ℃延伸10 min，4 ℃結束并保存。PCR擴增產物用8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳進行分析。

1.4數據統計分析

試驗數據使用統計軟件SPSS 16.0的相關程序進行各性狀的方差分析、相關分析和描述統計。SSR擴增產物以0、1統計建立數據庫，在相同遷移率位置上，有帶記為“1”，無帶記為“0”，缺失記為“2”。以簡單配對參數(simple matching coefficient)估計基因頻率；以NTSYS-pc 2.1計算遺傳相似系數(genetic similarity,GS)，按非加權配對法(UPGMA)和SHAN程序聚類分析；SSR位點的多態性信息量按PIC=1-∑Pi2計算，式中,Pi表示i位點的基因頻率。

2結果與分析

2.1玉米自交系對不同播種深度的響應

51份自交系分別在3，15和20 cm播深下播種，而后對其出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長及根長6個性狀進行測量。由表2可知，隨著播深增加，各自交系的中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢，而出苗率呈降低趨勢，苗長及根長呈現出先下降后增加的趨勢，這些性狀在各自交系間變化幅度不同。在3 cm 播深條件下，各自交系6個性狀平均分別為 87.1%，1.1 cm，2.1 cm，3.2 cm，18.4 cm，24.4 cm；在15 cm播深下，各自交系6個性狀平均分別為31.2%，3.9 cm，3.8 cm，7.7 cm，11.0 cm和18.6 cm；在20 cm播深下，6個性狀的平均值分別為16.9%，4.1 cm，4.5 cm，8.7 cm，14.8 cm和21.1 cm。這些數據表明，播深明顯影響玉米的表型性狀，并且在15和20 cm播深條件下的出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長及根長能為玉米耐深播種質提供有效的篩選。就出苗率而言，大部分玉米自交系的出苗率都隨播深增加而降低，W64A、N192、A654、DM和Va35-2在15和20 cm兩種深度下出苗率都較高，且隨播深的增加其出苗率下降幅度僅在25.0%～37.5%之間，說明播深對這些自交系的出苗率影響較小。另外，增加播種深度可以促進中胚軸伸長，但伸長的幅度在各自交系間不同。就胚芽鞘長而言，大部分玉米自交系的胚芽鞘長有所增加，并且自交系B64的胚芽鞘長增加最多為2.7 cm。另外，在3 cm播深條件下各自交系的苗長和根長較長，隨著播深的增加到15 cm條件下苗長和根長下降，而播深增加到20 cm條件下，苗長和根長又開始增加，各自交系在20 cm播深下的苗長是15 cm播深下苗長的0.6～2.3倍，并且在15和20 cm兩種播種深度下，出苗率高的自交系其苗長也較長。

2.2不同播深處理下玉米自交系相關性狀的差異分析

如表3所示，不同播種深度下，玉米自交系幼苗相關性狀的方差分析結果顯示，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長及根長6個性狀在自交系間達到極顯著差異水平，說明這些性狀受自交系本身遺傳特性的控制，因此在耐深播鑒定時對出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長等性狀選擇是有效的。出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長與播深的差異達到極顯著水平(P<0.01)，而根長與播深的差異達到顯著水平(P<0.05)，說明播深極顯著影響自交系的出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長，顯著影響根長，并且這些性狀隨著播種深度的增加其變化增大。另外，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長在自交系與播深互作間的差異也達到極顯著水平，而根長在自交系與播深互作間的差異沒有達到顯著水平，說明不同性狀對播深的響應程度不同，相對于其他5個性狀，根長對播深的響應較差。

表2　51份玉米自交系在不同播種深度下的性狀Table 2　The seedling traits of 51 maize inbred lines at different sowing depths

續表2　Continued

RAT: 出苗率Seeding emergence rate; MES: 中胚軸長Mesocotyl length; COL: 胚芽鞘長Coleoptile length; MES+COL: 中胚軸和胚芽鞘之和Mesocotyl and coleoptile total length; SDL: 苗長Seeding length; RL: 根長Root length. 下同The same below.

表3　不同播深處理下玉米自交系幼苗性狀的方差分析Table 3　Variance analysis of seedling traits for maize inbred lines at different sowing depths

注：測定值間標有*為5%水平差異顯著，測定值間標有**為1%水平差異顯著。下同。

Note: Values followed by * or ** are significantly different at 5% or 1% level. The same below.

2.3不同播深處理下各性狀的相關分析

不同播深條件下，中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長等性狀與出苗率的相關分析表明(表4)，在3 cm播深條件下的出苗率與中胚軸長、中胚軸和胚芽鞘之和、苗長3個表型性狀呈顯著正相關；而在15和20 cm播深下，出苗率與中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長都極顯著正相關，說明在這兩種播深處理下，中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長及根長在玉米幼苗出土方面發揮著重要作用，它們共同作用將玉米幼苗送出地表。同時，由表4可以看出，播深與出苗率、苗長和根長呈極顯著負相關，而與中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和呈極顯著正相關，說明播深影響玉米自交系的出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長等性狀。

表4　不同播深處理下玉米自交系幼苗性狀的相關分析Table 4　Correlation analysis of the seedling traits for maize inbred lines at different sowing depths

注：測定值間標有*為5%水平相關性顯著，測定值間標有**為1%水平相關性顯著。

Note: Values followed by * or ** are significantly different correlation at 5% or 1% level.

2.4玉米自交系耐深播性綜合評價

作物的深播特性遺傳基礎復雜，并且易受環境影響，這給作物的耐深播性研究帶來了諸多困難，而準確地篩選耐深播鑒定指標及科學地評價種質的耐深播特性具有重要意義。本研究分別在3，15和20 cm播深條件下，利用出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長以及根長6個性狀作為耐深播性鑒定指標，結合隸屬函數法進行玉米自交系的耐深播性的綜合評價。根據隸屬值的大小將51份自交系劃分為強耐深播類型(隸屬值>0.55)，中等耐深播類型(隸屬值=0.45～0.55)和弱耐深播類型(隸屬值<0.45)。51份玉米自交系耐深播性綜合評價結果表明(表5)，N192、W64A、DM、Mo17、A654、502優等6份自交系的耐深播性在0.57～0.75之間，平均0.63，變異系數為11.0%，屬于耐深播類型。自交系B73、黃C、Pa91、TS109、T58、鄭22、430、Va35、Va35-2、TS110、B64等11份材料的耐深播性在0.46～0.55之間，平均0.50，變異系數為7.1%，屬于中等耐深播類型。其余34份自交系的耐深播性在0.08～0.44之間，平均0.28，變異系數為32.9%，屬于弱耐深播類型。

2.5玉米自交系耐深播性遺傳多樣性分析

為了探討耐深播種質類群，選擇均勻分布于玉米10條染色體上的擴增條帶清晰穩定、多態性豐富的70對SSR標記，對51份玉米自交系進行遺傳多樣性分析。所得結果如下(表6)，70對SSR引物在51份自交系間共檢測到222個等位基因，每對引物檢測到2～6個，平均3.17個。每對引物的多態性信息量(PIC)變化范圍為0.265～0.801，平均0.579，其中引物phi114的PIC最小為0.265，引物umc1196的PIC最大為0.801。51份自交系間的遺傳相似系數變化范圍為0.491～0.946，其中自330與TS66的遺傳相似系數最小為0.491，R802A與R802遺傳相似系數最大為0.946，說明自330與TS66的親緣關系最遠，而R802A與R802的親緣關系最近。然后，我們利用UPGMA聚類分析法將51份自交系劃分為Ⅰ和Ⅱ 兩大優勢群，共6個亞群(圖1)。Ⅰ群包括A、B、C 3個亞群，占供試材料的52.9%，Ⅱ群包括D、E、F 3個亞群，占供試材料的47.1%。A亞群共10份自交系，包括黃早四、430、K12、502優、K805、R802A、R802、W182BW、W64A、N192屬于四平頭亞群(SPT)；B亞群包括齊319、178、T58是PB亞群，共3份自交系；C亞群為蘭卡斯特亞群(Lan)共14份材料，包括Mo17、Va26、自330、01743-2、黃C、ND246、Pa91、Mo22、Mo12、DV、A654、AR234、TS109、H105W；D亞群含有丹340、DM、吉853、WN11、綜3、Va35、Va35-2等7份自交系，屬于旅大紅骨亞群(LRC)；E亞群是Reid亞群，共8份材料；F亞群是PA亞群共9份材料。

隨后，分別計算了在15和20 cm播深條件下每個亞群6個表型性狀(出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長和根長)的平均值(表7)。結果表明，在這兩種播種深度下，SPT、Lan和LRC亞群的出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、在兩種播深下的平均耐深播性分別為0.43,0.34,0.35,0.39,0.34,0.33，說明6個亞群間的耐深播性不同，SPT的耐深播性最強，LRC的次之，Lan的中間，PA的最小。6個亞群內各自交系耐深播性的變異系數分別為42.7%，45.3%，42.8%，49.7%，38.7%和41.0%，說明亞群內各自交系的耐深播性差異較大。在SPT亞群內含有3份強耐深播系和1份中等耐深播系，Lan亞群內含有2份強耐深播系和3份中等耐深播系，LRC亞群內含有1份強耐深播系和2份中等耐深播系，而PB、Reid和PA亞群內只含有1，2和2份中等耐深播系，6個亞群內強或中等耐深播系各占供試自交系的7.8%，9.8%，5.9%，2.0%，3.9%和3.9%，說明SPT、Lan和LRC 3個亞群在兩種播種深度下，其出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長都表現良好，耐深播性較強，含有較多強或中等耐深播系，是重要的耐深播種質類群。

表5　51份玉米自交系耐深播性綜合評價Table 5　Comprehensive evaluation of deep-sowing tolerant ability of 51 maize inbred lines

表6　70對SSR引物在51份玉米自交系中檢測到的等位基因數及多態性信息量Table 6　Allele numbers and PIC values for 70 SSR primers found in 51 maize inbred lines

PIC:遺傳多樣性指數Polymorphism information content value.

***為不確定堿基。 *** is uncertain base.

圖1　51份玉米自交系SSR聚類分析Fig.1　Dendrogram of 51 maize inbred lines clustered by SSR markers1～51代表材料編號。1～51 is material number.

優勢群Heteroticgroup亞群Sub-group自交系數量Numbers深度Depth(cm)RAT(%)MES(cm)COL(cm)MES+COL(cm)SDL(cm)RL(cm)ⅠA(SPT)101539.04.33.88.112.019.72023.04.74.89.515.622.3B(PB)31520.04.24.78.810.016.82020.04.03.98.014.318.7C(Lan)141529.34.23.88.010.218.22010.04.54.38.814.320.9ⅡD(LRC)71540.03.53.97.312.121.92024.33.74.58.216.523.2E(Reid)81527.53.33.66.910.816.22018.84.14.88.814.720.4F(PA)91525.63.54.07.511.018.22012.23.44.78.314.020.1

注：SPT表示四平頭亞群；PB表示PB亞群；Lan表示蘭卡斯特亞群；LRC表示旅大紅骨亞群； Reid表示Reid亞群；PA表示PA亞群。

Note: SPT is Sipingtou Sub-group; PB is PB Sub-group; Lan is Lancaster Sub-group; LRC is Lvda Red Cob Sub-grougp; Reid is Reid Sub-group; PA is PA Sub-group.

3討論

3.1深播條件下玉米幼苗的變化

作物深播時由于土壤阻力增大，空氣減少，往往表現為營養物質消耗加劇，出苗時間延長，出苗率降低，幼苗活力減弱。王柳英和紀亞君[23]報道播種深度與牧草種子萌發過程中營養物質消耗量顯著正相關。Sanusan等[24]報道深播與幼苗干物質積累存在一定的差異。岳麗杰等[25]報道在播種深度為3，6和9 cm條件下，隨播種深度的增加，玉米的出苗率逐漸降低，出苗時間逐漸延遲，苗長、中胚軸長、苗干重、中胚軸干重逐漸增加，主根長、根冠比、幼苗整體度逐漸減小。彭云玲等[18]報道在10和15 cm播種深度條件下，隨播種深度的增加，玉米自交系的根長、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和呈增加趨勢，出苗率、苗長、根數呈下降趨勢。為了進一步研究玉米種質的耐深播性，本研究增加了播種深度，在播深3(作為對照深度)，15和20 cm條件下進行耐深播性研究，得到了相似的研究結果。隨著播種深度的增加，玉米自交系中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢，而出苗率呈下降趨勢，苗長及根長呈現出先下降后增加的趨勢，幼苗變弱且活力降低。另外，研究中我們發現，在出苗的過程中有些玉米自交系中胚軸彎曲，其幼苗頂土能力較弱、出苗率較低，比如自交系R802A、AR234、ND246等在15和20 cm播深下的出苗率都為0.0%；而有些玉米自交系的中胚軸直立，其幼苗頂土能力較強，出苗率較高，如自交系W64A、DM、A654在15和20 cm播深下的出苗率分別為80.0%和80.0%，90.0%和60.0%，60.0%和50.0%。除此之外，目前對深播條件下作物體內內源激素、生理生化特性變化的研究較少[26-28]，更不清楚其在作物耐深播過程中的作用機理，因此筆者課題組正對播深與激素、生理生化特性的關系進行試驗研究，以便揭示其在作物耐深播過程中的作用機理。

3.2玉米耐深播性綜合評價

作物的耐深播性是受多種因素綜合作用的一個非常復雜的遺傳性狀，而表型性狀是作物內部生理結構變化的最直接體現，能客觀、直接的反應作物的耐深播能力。Yu和Bai[29]報道胚芽鞘與作物的耐深播性顯著相關，可以作為作物耐深播鑒定的重要指標。Amita等[30]指出小麥胚芽鞘長度是決定幼苗出土的重要動力。Troyer[31]報道隨著播深的增加，中胚軸長度逐漸增加。岳麗杰等[25]報道出苗率與中胚軸長關聯度最大。彭云玲等[18]研究表明玉米的出苗率與中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長、根數顯著或極顯著相關。吳海燕等[17]報道玉米的出苗率、苗長、中胚軸長、胚芽鞘長與播深顯著相關。潘前穎等[32]還比較了小麥與玉米的胚芽鞘、中胚軸在幼苗出土中的作用。本研究結果表明，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長及根長在自交系間差異顯著；在3，15和20 cm播深條件下，除了3 cm播深條件下的出苗率與胚芽鞘長和根長的正相關性沒有達到顯著以外，其他情況下出苗率與性狀間都呈顯著和極顯著正相關，并且播深與出苗率、苗長、根長呈極顯著負相關，與中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和極顯著正相關。因此這6個性狀同時適合于15和20 cm播深下玉米耐深播性的鑒定。

對作物種質的耐深播性評價，學者已經提出了一些方法。張磊等[16]在15 cm播深下，利用根莖長對玉米自交系進行了評價，將46份自交系劃分為強中弱3種類型。張曉龍等[33]在小麥上利用供試材料的平均地中莖長，做Duncan多重比較，將供試材料的耐深播性劃分為3個等級。彭云玲等[18]在15 cm播深下，利用出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長、根數等7個性狀對45份自交系進行聚類分析，評價了各材料的耐深播性。雖然利用這些方法也能評價作物的耐深播特性，但是這些方法只注重了個別指標，或模糊的將材料聚成不同類型。本研究提出了一種耐深播性評價新方法，即根據出苗率、胚芽鞘長、中胚軸長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長等耐深播鑒定指標，利用隸屬函數法，分別計算出材料在15和20 cm兩種播深下的隸屬值，然后取其平均值作為材料的耐深播性大小。此方法不僅能綜合多種環境、多個耐深播相關性狀，把耐深播性這一復雜性狀進行數理統計上的定量表達，明確每一材料的耐深播性大小，而且大大地降低了環境對試驗結果的影響，減少了試驗誤差，因此利用此方法更能客觀、科學地評價玉米的耐深播性。

3.3玉米耐深播種質類群挖掘及改良

挖掘耐深播種質類群對玉米耐深播育種及耐深播種質篩選與改良具有重要意義。本研究以6個國內玉米雜種優勢群的標準測驗種：黃早四(四平頭群)、Mo17(蘭卡斯特群)、丹340(旅大紅骨群)、齊319(PB)、B73(瑞德群)、掖478(PA)為參照，利用70對SSR標記對51份供試材料的遺傳多樣性進行研究，結果表明51份自交系可以劃分為兩大優勢群或6個亞群。分群結果與自交系的系譜基本吻合，說明此分群結果是科學、準確的。在此基礎上，筆者結合不同播深下供試材料各性狀的表現及耐深播綜合評價結果表明，四平頭(SPT)、蘭卡斯特(Lan)和旅大紅骨(LRC)亞群是重要的耐深播種質類群，群內含有較多的強或中等耐深播系，其耐深播性較強，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長表現良好。根據雜種優勢的原理，可以利用強耐深播系N192、W64A、502優(屬SPT)，Mo17、A654(屬Lan)，DM(屬LRC)改良群內相應自交系的耐深播性。這些研究結果在理論和實踐上都具有一定的意義。根據育種實踐，利用Ⅰ優勢群中的SPT和Lan與Ⅱ優勢群中的LRC組配雜交組合究竟能不能產生強耐深播玉米雜交組合，還需要進一步的試驗研究。

4結論

研究結果表明，在15和20 cm兩種播種深度下，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長6個性狀都可以作為玉米耐深播性鑒定的參考指標；利用隸屬函數法能客觀、科學地評價玉米的耐深播性；在玉米種質中，四平頭(SPT)、蘭卡斯特(Lan)和旅大紅骨(LRC)亞群是重要的耐深播種質類群，群內含有較多的強或中等耐深播系，其耐深播性較強，出苗率、中胚軸長、胚芽鞘長、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長、根長表現良好，其為玉米耐深播種質篩選及改良提供了理論依據，為玉米耐深播QTL定位提供了材料。

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DOI：10.11686/cyxb2015277

*收稿日期：2015-06-01；改回日期：2015-08-24

基金項目：國家自然基金項目(31260330,31301333)和教育部博士點基金(20126202120001)資助。

作者簡介：彭云玲(1978-)，女，河南南陽人，副教授，博士。E-mail:pengyunlingpyl@163.com *通信作者Corresponding author. E-mail:pengyunlingpyl@163.com

* 1Deep-sowing tolerance and genetic diversity of maize inbred lines

PENG Yun-Ling*, ZHAO Xiao-Qiang, YAN Hui-Ping, WU Jin-Huan

GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience,GansuKeyLabofCropImprovementandGermplasmEnhancement,CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

Abstract:The aim of this study was to establish accurate indices to identify and evaluate the deep-sowing tolerance of a range of inbred lines from the maize germplasm. Maize seeds were planted at three depths (3, 15, and 20 cm) and the following phenotypic traits were evaluated: emergence rate (RAT), mesocotyl length (MES), coleoptile length (COL), mesocotyl and coleoptile total length (MES+COL), seedling length (SDL), and root length (RL). At the same time, simple sequence repeat (SSR) markers were used to evaluate the genetic diversity among 51 maize inbred lines. The results showed that as the sowing depth increased from 3 to 15 or 20 cm, the RAT gradually decreased, SDL and RL first increased and then decreased, and MES, COL, and MES+COL increased. There were strong and significant differences in RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL among the maize inbred lines. Five traits (RAT, COL, MES, MES+COL, SDL) were significantly affected by sowing depth and by the interaction between genotype and sowing depth. Root length differed significantly depending on sowing depth, but it was not affected by the interaction between genotype and sowing depth. There were strong and significant positive correlations between RAT at 15- and 20-cm sowing depths and MES, COL, MES+COL, SDL, and RL. Six highly deep-sowing tolerant inbred lines and 11 moderately deep-sowing tolerant inbred lines were identified by the membership function method based on their performance when sown at 15 and 20 cm depths. Seventy SSR markers produced 222 alleles with an average of 3.17 alleles per marker. The polymorphism information content for each marker ranged from 0.265 to 0.801 with an average 0.579. The 51 maize inbred lines were divided into two major groups and six sub-groups in a genetic diversity analysis. Relatively high membership values for RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL were obtained for the Sipingtou (SPT), Lancaster (Lan), and Luda Red Cob (LRC) lines, which were highly or moderately tolerant to deep sowing. These results showed that maize lines tolerant to deep sowing can be screened by planting seeds at 15 and 20 cm depths, and that RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL are important indices to identify deep-sowing tolerance in maize. We conclude that deep-sowing tolerance can be objectively and accurately evaluated by the membership function method in maize inbred lines, and that SPT, Lan, and LRC are important deep-sowing tolerant germplasm groups.

Key words:maize; deep-sowing; SSR markers; molecular genetic diversity; membership function method

http://cyxb.lzu.edu.cn

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PENG Yun-Ling, ZHAO Xiao-Qiang, YAN Hui-Ping, WU Jin-Huan. Deep-sowing tolerance and genetic diversity of maize inbred lines. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(7): 73-86.