雜交玉米品種DUS必測性狀的表現與優化

姚宗澤，郭宗娟，楊肖艷，張思親，趙燭芳，殷 婧，趙自仙*

(1.云南農業大學農學與生物技術學院，云南 昆明 650201；2.云南農業大學植物保護學院，云南 昆明 650201)

【研究意義】玉米(ZeamaysL.)屬于禾本科玉蜀黍屬黍亞種，是世界“飼料之王”，在畜牧養殖業的發展中起著重要作用。當前，玉米品種數量呈幾何增長，同質化嚴重，品種侵權現象日益凸顯，加強玉米品種DUS必測性狀的研究，對提升DUS測試效率有重要意義，可為測試指南修改提供參考?！厩叭搜芯窟M展】目前對農作物DUS測試性狀的研究主要集中在標準品種性狀多樣性及穩定性方面，前人研究了DNA指紋技術在植物新品種判定中的可行性，DNA指紋技術鑒定仍不能作為品種真實性鑒定的直接和唯一根據[1-2]。張華生等[3]研究認為分子標記差異值≥2可作為品種特異性判定的標準，陸光遠等[4]研究得出SSR標記適合用于油菜品種的DUS測試。Jones H.等[5]研究發現分子和形態距離之間相關性較高，陳海榮等[6]建議將標準品種的數量調減為31個，盧柏山等[7]研究結果表明，DUS測試性狀涵蓋的信息量大且受環境影響相對較小，可應用于玉米自交系的形態多樣性分析。唐浩等[8-9]建議把性狀穩定性較低、重要性參數不高的性狀刪除，在生產實踐中較為重要但穩定性較低的性狀安排在申請者所在地測試或采用標準品種進行校正?！颈狙芯壳腥朦c】UPOV發布的玉米測試指南[10]中包含41個必測性狀，普通玉米34個。中國研制的《植物新品種特異性、一致性和穩定性測試指南-玉米》[11](簡稱玉米DUS測試指南)中確定了43個必測性狀，其中普通玉米38個。中國開展植物新品種保護工作較晚，測試指南中所選必測性狀有待進一步優化，為此以45個普通玉米雜交品種為材料，按玉米DUS測試指南標準，測試了38個必測性狀?！緮M解決的關鍵問題】分析必測性狀的多樣性及相關性，為優化玉米的測試性狀提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試45個雜交玉米品種，其中23個由云南種業集團玉米聯合體提供，22個從市場購買，品種編號及名稱見表1。

表1 45個雜交玉米品種編號及名稱

1.2 方法

1.2.1 試驗設計 田間性狀測試于2018年5-11月在楚雄州趙自仙老師的試驗地進行，地塊海拔1 870 m，地塊平整，肥力中等偏上，前作大麥。試驗采用隨機區組設計，2次重復，4行區，小區面積10 m2，行距70 cm，穴距60 cm，每穴留2株，種植密度47 640株/hm2，四周設保護行。5月20日播種，5月22日第一次澆水，5月30日至6月2日出苗，6月22日定苗，并施尿素300 kg/hm2，7月20日施尿素450 kg/hm2，10月11日收獲。

38個必測性狀見表2～3，其中，田間調查性狀28個(表2)，室內調查性狀10個(表3)。小區幼苗第三葉片展開率達50 %時開始第一個性狀調查，室內性狀調查于收獲后、曬干至恒重時進行；38個必測性狀中11個為個體測量性狀(MS)，27個群體觀測性狀(VG、MG)。VG、MG、MS為性狀觀測方法，即群體目測、群體測量、個體測量。

表2 28個田間調查性狀名稱及編號

表3 10個室內調查性狀及編號

1.2.2 性狀的觀測與判別 性狀調查方法、時期及判別嚴格按照玉米DUS測試指南[11]、玉米DUS測試及性狀分級標準[12]進行。

1.2.3 雜交玉米品種形態性狀多樣性分析 以Shannon-Weaver多樣性指數為指標，利用PopGen32軟件分析不同性狀的多樣性。Shannon-Weaver多樣性信息指數[13]的計算公式為：

H′=-∑Pijln(Pij)

式中,Pij為某個性狀某個代碼出現的概率，i為性狀編號，j為性狀表達水平代碼；Ne為有效等位基因數目[14-15]。

Ne=(∑Pij2)-1

1.2.4 聚類分析 雜交玉米品種性狀間的差異用變異系數表示，品種間相似性的距離矩陣采用遺傳距離和UPGMA法(Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean)，利用NTSYSpc 2.10e統計軟件進行聚類分析，并繪制各玉米品種的遺傳聚類系統樹。

1.2.5 必測性狀穩定性及相關性分析 應用楊曉洪等[16]推薦的差異指數進行性狀穩定性分析，差異性指數=ΣSQTR[(X1-X2)2/9]，其中，SQRT為平方根符號；(X1-X2)2為2個重復間性狀代碼值之差的平方和，根據差異指數大小判定性狀穩定性差異情況。將差異指數分為總體差異指數和差異指數均值，總體差異指數=ΣSQTR[(X1-X2)2/9]，差異指數均值={ΣSQTR[(X1-X2)2/9]}/樣本容量，以差異指數均值為依據。利用SPSS 19.0軟件，分別計算11個個體測量性狀和27個群體觀測性狀之間的相關系數。

2 結果與分析

2.1 雜交玉米品種必測性狀多樣性分析

由表4可知，38個形態性狀在45個雜交玉米品種中共檢測到178個等位變異，平均每個性狀檢測到4.6842個，變幅為1～8；由于果穗籽粒顏色數量(C33)在45個玉米品種中只出現1種，未能對其有效等位變異和Shannon-Weaver多樣性信息指數進行分析，其余37個性狀平均有效等位變異為2.7830，變幅為1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多樣性信息指數為1.2593，變幅為0.4236～1.9982。

表4 45個雜交玉米品種38個必測性狀的多樣性參數

2.2 聚類分析

如圖1所示，品種間的形態相似系數為0.31～0.68，以0.31為閾值可將45個玉米品種劃分為2大類群，以0.68為閾值可區分45個玉米品種。根據45個玉米品種聚類結果，可劃分為3大類群，第Ⅰ類群包括5個品種，占11.1 %；第Ⅱ類群包括25個品種，占55.6 %；第Ⅲ類群包括15個品種，占33.3 %。

圖1 基于必測性狀的45份雜交玉米品種聚類分析Fig.1 Cluster analysis of 45 hybrid maize varieties for asterisked characteristics

2.3 必測性狀穩定性及性狀相關性分析

2.3.1 必測性狀穩定性分析 38個必測性狀穩定性分析結果見表5，必測性狀總體差異指數為0～15.33，差異指數均值為0～0.34。依據差異指數均值，粗略劃分為4個區間：0～0.1有11個性狀；0.1～0.2有11個性狀；0.2～0.3有14個性狀；0.3～0.4有2個性狀，為C25和C26，差異指數均值分別為0.34、0.33。

表5 38個必測性狀的差異指數

2.3.2 必測性狀相關性分析 由表6可知，C16與C17、C16與C19、C25與C26、C25與C27、C30與C31這5對性狀之間存在極顯著正相關，且相關系數較大，依次為0.76、0.87、0.83、0.89、0.77；也有性狀間存在負相關，但均未達到極顯著水平。由表7可知，C2與C32、C5與C40、C9與C40、C38與C39這4對性狀之間存在極顯著負相關，相關系數依次為-0.40、-0.45、-0.43、-0.69；C3與C4、C3與C5、C4與C5、C13與C14這4對性狀間存在極顯著正相關，相關系數依次為0.89、0.82、0.86、0.80。

表6 玉米DUS必測性狀中11個個體測量性狀相關性分析

表7 玉米DUS必測性狀中26個群體測量性狀相關性分析

2.4 性狀相關性和穩定性聯合分析

將相關性分析結果中存在極顯著正相關，且相關系數在0.7以上的9對必測性狀提取，涉及13個必測性狀，以Shannon-Weaver多樣性信息指數和差異指數均值作為評價依據制作的柱狀圖(圖2)。C3、C4、C5、C13、C14、C16、C17、C19、C25、C26、C27、C30、C31的穩定性差異指數均值依次為0.26、0.26、0.29、0.24、0.22、0.19、0.21、0.24、0.34、0.33、0.18、0.23、0.08，Shannon-Weaver多樣性信息指數依次為1.1539、1.2264、1.3304、1.6824、1.7406、1.1788、1.1999、1.2036、1.4426、1.5308、1.1810、1.3351、1.1810。

圖2 相關性極顯著性狀間的綜合比較分析Fig.2 Comprehensive analysis for highly significant characteristics

3 討 論

38個必測性狀在45個雜交玉米品種中共檢測到178個等位變異，平均每個性狀檢測到4.6842個，變幅為1～8；平均每個性狀有效等位變異為2.7830，變幅為1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多樣性信息指數為1.2593，變幅為0.4236～1.9982。與陳海榮等[6-8]對53份玉米標準品種形態性狀多樣性分析結果相比，多樣性分析參數均略低于標準品種，說明玉米DUS測試標準中玉米標準品種具有較為豐富的形態變異，具有校正新品種性狀判別的重要意義。聚類結果顯示，雜交種間的相似系數介于0.31～0.68，陳海榮等[6]對53份玉米標準品種形態性狀分析結果相似系數為0.74～0.85，說明研究所選材料來源較廣、相似性小，具有研究意義。根據聚類結果，將45個玉米品種劃分為3大類群，市場上已推廣的品種中，V37、V38兩個品種位于第Ⅰ類群，V12、V28、V30、V32、V33、V35、V39、V43、V45等9個品種位于第Ⅱ類群，V20、V29、V31、V41、V42、V44等6個品種位于第Ⅲ類群。23個區試品種與已推廣品種間呈現不同程度的相似性，分別位于3個類群的區試品種與同類群推廣品種間存在一定的同質性，其中位于第Ⅱ類群的V06與V35、V25與V30、V16與V34等3組品種間相似性較其他要高，位于第Ⅰ、Ⅲ類群的品種間相似度較低。

前人多數將記錄數據轉為代碼后再進行相關性分析[17]，以縮小誤差。本研究將38個必測性狀結果按測試方法分為個體測量性狀和群體觀測性狀兩組，再分別進行相關性分析，有9對性狀間呈極顯著正相關，且相關系數均大于0.7，可在這些性狀中剔除部分性狀，以減少DUS測試時投入的人力、財力和物力。在楊曉洪等[16]的研究中是以每個性狀總體差異指數作為性狀穩定性判定依據，為避免樣本對總體差異指數的影響，在總體差異指數基礎上增加了差異指數均值作為判斷性狀表達穩定性分析的依據，又有賈波等[18]研究認為玉米主要雄穗農藝性狀對其遺傳特性研究具有重要意義。綜合考慮Shannon-Weaver多樣性信息指數[13]和差異指數均值(圖2)，經比較分析后，建議繼續保留C5、C14、C16、C25、C31這5個性狀作為必測性狀，不必把C3、C4、C13、C17、C19、C26、C27、C30這8個性狀列為必測性狀，以減少品種測試工作量。孫加梅等[17]研究結果顯示，自交系和單交種C16與C17、C4與C5之間均達到極顯著相關，與本研究結果一致。

4 結 論

38個必測性狀在45個雜交玉米品種中共檢測到178個等位變異，平均每個性狀檢測到4.6842個，變幅為1～8；平均有效等位變異為2.7830，變幅為1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多樣性信息指數為1.2593，變幅為0.4236～1.9982。45個品種間的形態相似系數為0.31～0.68。C3與C4、C3與C5、C4與C5、C13與C14、C16與C17、C16與C19、C25與C26、C25與C27、C30與C31這9對性狀間呈極顯著正相關，相關系數依次為0.89、0.82、0.86、0.80、0.76、0.87、0.83、0.89、0.77，建議剔除C3、C4、C13、C17、C19、C26、C27、C30等8個性狀作為必測性狀。