廣西藥用野生稻重要農藝性狀遺傳多樣性分析

關鍵詞：種質資源；藥用野生稻；農藝性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S511.9 文獻標志碼：A

野生稻是水稻育種的寶貴種質資源，藥用野生稻（Oryza officinalis Wall. ex G. Watt）是我國境內分布的3種野生稻之一，主要分布在廣西、廣東、云南和海南，具有抗病蟲、抗逆境、高生物產量、高光效等優良特性[1-7]。HUANG 等[8]與TAN等[9]從廣西藥用野生稻滲入系B5 中鑒定到褐飛虱與白背飛虱的抗性基因，并完成了抗褐飛虱基因Bph14 的克隆驗證[10]；BAO等[11]通過RNA-seq揭示藥用野生稻中476個抗病相關基因；DEVANNA等[12]從藥用野生稻中同源克隆Pi54of，對稻瘟病具有高抗性；陳玲等[13]鑒定發現云南藥用野生稻對當前云南流行的白葉枯病小種及國內外部分強致病菌整體抗性較好；說明藥用野生稻攜帶的優良基因在遺傳研究和品種改良上具有較大應用潛力，是寶貴的水稻育種資源。

遺傳多樣性是生物多樣性的基礎與核心，而種質資源的多樣性表型一直是育種家搜集材料的重要關注點[14-15]。國內外研究者對野生稻的遺傳多樣性和群體結構進行了大量研究[16-19]。陳新立等[20]對680 份栽培稻和88 份中國普通野生稻進行同工酶基因多樣性分析，發現野生稻多樣性大于栽培稻。朱作峰等[21]利用SSR 標記比較不同地區的栽培稻與普通野生稻，也得到相同結果。SUN等[22]利用RFLP 標記對來自11 個亞洲國家122 份普通野生稻進行分析，發現來自中國的遺傳多樣性最高。陳成斌等[23]用RAPD 標記對116 份廣西藥用野生稻分析表明，廣西藥用野生稻遺傳多樣性明顯。蘇龍等[24]采用25 對SSR 標記對1610 份廣西藥用野生稻進行了分析，也得到同樣的結果。這些研究闡明了野生稻豐富的遺傳變異，并提出了保護策略[25]。然而，目前國內外對于藥用野生稻多樣性研究主要為分子標記分析或多地少量的形態分析，而針對廣西藥用野生稻農藝性狀多樣性的研究還較少。

藥用野生稻為自花授粉植物，植株間基本不存在花粉傳播，居群間和居群內的遺傳變異主要來自基因突變[26]。對種質資源的表型多樣性評價分析不僅是遺傳演化研究和育種理論的基礎，也為重要相關基因挖掘與利用提供最基礎的材料和指導意義[27]。本研究選取廣西16 個縣所有分布點收集的代表性藥用野生稻資源199 份，對其重要農藝性狀進行遺傳多樣性分析，可為廣西藥用野生稻優異資源發掘與利用奠定科學基礎。

1 材料與方法

1.1 材料

供試材料為廣西16 個縣收集的藥用野生稻資源，共199 份。樣品地理分布與數量詳見表1。

1.2 方法

參照《野生稻種質資源描述規范和數據標準》[28]，對抽穗期、花藥長度、粒長、粒寬、粒長寬比、粒重、生長習性、葉舌形狀、柱頭顏色、外觀品質等10 個重要農藝性狀進行調查分析。方法如下：（1）抽穗期（d）。從播種到第一個穗子頂端露出葉鞘的天數；（2）花藥長度。在抽穗期隨機選取10 個穗子，用游標卡尺各測量3 枚花藥的長度，取平均值，單位為mm，精確至0.1 mm；（3）粒長。隨機選取成熟飽滿谷粒10粒，用游標卡尺測量谷粒內外穎底部到穎尖的長度，取平均值，單位為mm，精確至0.1 mm；（4）粒寬。隨機選取成熟飽滿谷粒10 粒，用游標卡尺測量谷粒內外穎底部到穎尖的長度，取平均值，單位為mm，精確至0.1 mm；（5）粒長寬比。粒長與粒寬的比值，精確至0.01；（6）粒重。每份種質隨機取3份樣本各100粒稱重量，單位為g，精確至0.01g。

2 結果與分析

2.1 廣西藥用野生稻重要農藝性狀的多樣性分析

199 份廣西藥用野生稻種質資源的5個重要農藝性狀統計結果見表2。不同性狀的變異系數范圍為3.39%～11.90%，從大到小依次為：花藥長度（11.90%）gt;抽穗期（9.12%）gt;粒重（6.24%）gt;粒長（4.64%）gt;粒寬（3.39%）。

199份廣西藥用野生稻種質資源5個重要農藝性狀的遺傳多樣性指數范圍為1.1567～2.0453，從大到小依次為花藥長度（2.0453）gt;粒重（2.0379）gt;粒長（1.7727）gt;抽穗期（1.4878）gt;粒寬（1.1567）。除抽穗期外，其他4個性狀的變異系數與遺傳多樣性指數趨勢相同。5個重要農藝性狀均有豐富的變異與遺傳多樣性，具有較大的挖掘潛力，可對水稻多樣化育種與改良提供優異的種質資源。

2.2 廣西藥用野生稻表型性狀間的相關性分析

199 份廣西藥用野生稻種質資源5個重要性狀相關性分析結果見表3，粒重與粒長、粒寬相關系數（r）分別為0.659、0.543，呈極顯著正相關；粒長與粒寬相關系數為0.257，呈極顯著正相關；粒長與花藥長相關系數為0.144，粒寬與抽穗期相關系數為0.151，均呈顯著正相關。

2.3 廣西藥用野生稻重要農藝性狀主成分分析

利用SPSS軟件對199份廣西藥用野生稻的5個重要農藝性狀進行主成分分析，各主成分因子載荷和貢獻率見表4。結果表明，前2 個主成分特征值在1.0 以上，貢獻率分別為36.968%和26.791%。粒長、粒重是影響主成分1 的決定因子，粒寬是影響主成分2的決定因子，主成分1、2主要反映粒型與產量特征，主成分貢獻率累積達63.759%。主成分3、4 特征值相近，貢獻率分別為16.306%和15.542%，抽穗期與花藥長度是影響的決定因子，主要反映植株的生長性情況特征。前4 個主成分貢獻率累積達95.606%。

2.4 廣西藥用野生稻重要農藝性狀的聚類分析

將5 個農藝性狀的調查觀測值標準化后，采用Ward 法、Euclidean 距離進行聚類分析，可以把199 份廣西藥用野生稻分成3 個類群（圖1）。同時，分別計算了3 個類群的遺傳多樣性指數（表5），第Ⅰ類群包含57 份，抽穗期多為中間類型，粒重以偏大為主；花藥長度的遺傳多樣性指數最大為2.0834， 粒寬的遺傳多樣性指數最小為0.9507。第Ⅱ類群包含121 份，抽穗期多較長，粒重以偏小為主，遺傳多樣性指數仍以花藥長度最大為1.9978，粒寬的遺傳多樣性指數最小為1.042。第Ⅲ類群包含21 份，抽穗期全部為95 d；遺傳多樣性指數以粒重最大為1.8725。

2.5 廣西藥用野生稻重要農藝性狀不同居群間差異

將199份廣西藥用野生稻按地理居群進行分析，結果如圖2所示。欽州居群和來賓居群的藥用野生稻抽穗期多數小于其他5 個市的居群。花藥平均長度以南寧居群最長，為2.79mm，欽州與梧州居群相近，分別為2.67mm 與2.68mm，賀州居群最短，為2.38 mm。欽州居群藥用野生稻的平均粒長明顯大于其他6 市居群， 為5.70mm，來賓居群最小，為5.17mm。欽州居群藥用野生稻的平均粒寬亦明顯大于其他6 市居群，為2.70mm，貴港居群最小，為2.40mm，其他5 市居群的平均粒寬相近。廣西藥用野生稻各地理居群種子長寬比均值在2.11～2.26之間，欽州居群的粒長與粒寬都大，體積最大，平均粒重亦最大，貴港居群最小，為0.81g，其他5 市居群相近。

2.6 廣西藥用野生稻7 個居群遺傳多樣性分析

廣西藥用野生稻7 個居群的多樣性結果見表1， 各居群的遺傳多樣性指數范圍在0.3819～1.6731 之間，從大到小依次為梧州市（1.6731）gt;玉林市（1.5784）gt;貴港市（1.5070）gt;南寧市（1.3325）gt;來賓市（1.2131）gt;賀州市（0.9629）gt;欽州市（0.3819）。各市樣本數量與多樣性指數之間的相關性系數為0.6435，但差異不顯著。梧州市居群及樣本數最多，且多樣性指數最高，表明梧州市是廣西藥用野生稻表型遺傳多樣性中心。

3 討論

3.1 廣西藥用野生稻的遺傳多樣性豐富

植物表型性狀是基因與環境共同作用的結果，對表型性狀的分析可從整體上了解種質資源的多樣性程度[30-31]。相對于普通野生稻，廣西藥用野生稻的多個表型是相對穩定的，如本調查對象的生長習性（株型）都為傾斜，葉舌白色且為圓頂或平狀，柱頭為紫色，種皮均為紅色，成熟期內外穎有斑點黑色，均有短芒或部分芒，所以前人多認為其形態較單一[23]。本研究對廣西7市16 縣199 份藥用野生稻5 個重要表型性狀進行調查分析，各性狀的變異系數范圍為3.39%～11.90%，平均為7.06%，表型多樣性指數變異幅度為1.1807～2.9818，平均為2.3366。二者的結果表明，廣西藥用野生稻5個表型性狀變異類型豐富，種質各具特色。陳成斌等[23]采用RAPD標記對廣西藥用野生稻資源進行分析，結果表明廣西藥用野生稻DNA 多態性豐富，遺傳多樣性明顯。NAREDO 等[32]研究表明中國藥用野生稻遺傳多樣性豐富，與印度、緬甸、泰國北部聚在同一類群。GAO[33]對中國4 省18 個居群442 個藥用野生稻進行的SSR 標記分析；蘇龍等[24]用25對SSR標記對廣西1610份藥用野生稻進行多樣性分析，均表明廣西藥用野生稻遺傳多樣性豐富。本研究結果是在表型上對前人在分子標記方面研究結果的進一步證實。

3.2 廣西藥用野生稻表型遺傳多樣性中心探討

我國野生稻主在分布在廣東、廣西、云南、海南、江西等地，各地區都具有豐富的遺傳多樣性，并表現出各自的特點[17， 19， 27， 34-35]。多個研究者認為廣東、廣西是中國普通野生稻遺傳多樣性中心[36-37]，尤其是北回歸線附近的地區[38]。HUANG 等[39]研究認為廣西是我國普通野生稻遺傳多樣性中心和栽培稻的起源中心。薛艷霞等[40]研究認為郁江流域是廣西普通野生稻多樣性中心。對于藥用野生稻，蘇龍等[24]研究認為，梧州市與南寧市是遺傳多樣性指數最高的2 個居群，因此確定這兩地為廣西藥用野生稻的遺傳多樣性中心。而本研究表明，梧州市居群表型遺傳多樣性最高，是廣西藥用野生稻表型遺傳多樣性中心，南寧市居群表型遺傳多樣性居中，與蘇龍等的研究結果部分相同。而余萍等[37]對223 份廣西普通野生稻在表型和SSR 多樣性進行分析，結果表明，北緯22°～23°和23°～24°范圍內的2 個區域內所包含的普通野生稻數量多，遺傳多樣性大，在DNA 水平上是廣西普通野生稻的遺傳多樣性中心，而表型性狀多樣性中心是在北緯21°～22°和22°～23°，所以表型多樣性分布與DNA 水平多樣性并不完全一致。本研究中，雖然梧州市的居群多，樣本量大，但樣本量與多樣性指數相關性不顯著，而廖輝[41]研究也認為普通野生稻種群大小與遺傳多樣性水平無顯著相關性。所以本研究認為梧州市是廣西藥用野生稻表型遺傳多樣性中心。