武陵山區(qū)玉米地方品種核心種質(zhì)的遺傳多樣性與評(píng)價(jià)

姚啟倫，陳發(fā)波，方平

摘要：田間試驗(yàn)結(jié)合微衛(wèi)星（SSR）標(biāo)記技術(shù)，從表型和DNA分子水平分析評(píng)價(jià)了武陵山區(qū)玉米（Zea mays L.）地方品種核心種質(zhì)的遺傳多樣性。結(jié)果表明，核心種質(zhì)在14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀上存在極顯著差異；基于SSR標(biāo)記的UPGMA聚類能有效區(qū)分玉米地方品種核心種質(zhì)，50對(duì)SSR引物在核心種質(zhì)中共檢測(cè)到275個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，各引物檢測(cè)到的等位位點(diǎn)數(shù)3～15個(gè)，平均為6.0個(gè)；Shannon多態(tài)信息量為0.29～0.83，平均為0.75。核心種質(zhì)代表性評(píng)價(jià)結(jié)果表明核心種質(zhì)較好地保持了原種質(zhì)庫(kù)的遺傳變異。

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

中圖分類號(hào)：S513；Q789 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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，F(xiàn)ANG Ping

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

武陵山區(qū)包括重慶、湖南、湖北、貴州四?。ㄊ校┑牟糠值貐^(qū)，屬典型的丘陵、山區(qū)地帶。由于該地區(qū)復(fù)雜的地形地貌及多變的氣候生態(tài)環(huán)境，部分山區(qū)農(nóng)戶仍種植適應(yīng)本地區(qū)生態(tài)環(huán)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(zhì)，是玉米育種的物質(zhì)基礎(chǔ)[1-3]。

隨著武陵山區(qū)玉米地方品種征集數(shù)量的增加和種質(zhì)資源庫(kù)變大，對(duì)這一種質(zhì)資源的管理成本和利用難度也相應(yīng)增大。因此，構(gòu)建武陵山區(qū)玉米地方品種核心種質(zhì)，使少量的核心種質(zhì)保存豐富的遺傳變異，是保護(hù)與利用武陵山區(qū)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(zhì)特征，按16%的抽樣率，從武陵山區(qū)376個(gè)玉米地方品種資源庫(kù)中選取60個(gè)玉米地方品種作為供試材料。 1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 田間試驗(yàn)設(shè)計(jì) 田間試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，單行區(qū)，每行20株，密度5萬(wàn)株/hm2。

1.2.2 農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀考查 以單株為單位調(diào)查主要農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀：株高、穗位高、抽絲期（播種至吐絲天數(shù)）、散粉期（播種至散粉天數(shù)）、全生育期（播種至成熟天數(shù)）、總?cè)~數(shù)、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重和容重。

1.2.3 基因組DNA提取與PCR擴(kuò)增 以玉米幼苗葉片為材料，抽取并純化基因組DNA。從782對(duì)引物中篩選50對(duì)帶型清晰、具有明顯多態(tài)性的引物，對(duì)所有樣品進(jìn)行PCR擴(kuò)增，用6%聚丙烯酰胺凝膠電泳檢測(cè)擴(kuò)增產(chǎn)物。其中反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性5 min；95 ℃變性40 s，65 ℃退火40 s，72 ℃延伸1 min，共30個(gè)循環(huán)；72 ℃延伸2 min。采用0，1數(shù)據(jù)表記錄結(jié)果。

1.2.4 數(shù)據(jù)分析

1）農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的方差分析。對(duì)考查的表型性狀指標(biāo)作方差分析，檢驗(yàn)核心種質(zhì)各農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀差異的顯著性，結(jié)合變異系數(shù)分析其表型差異。各項(xiàng)數(shù)據(jù)采用DPS 3.01軟件統(tǒng)計(jì)分析。

2）SSR數(shù)據(jù)分析。利用NTSYS-pc2.1軟件，計(jì)算遺傳相似系數(shù)（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(quán)平均法（UPGMA）進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 核心種質(zhì)表型性狀遺傳多樣性分析

方差分析結(jié)果表明，60個(gè)核心種質(zhì)14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀（株高、穗位高、抽絲期、散粉期、全生育期、總?cè)~數(shù)、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重和容重）的差異均達(dá)極顯著水平，說(shuō)明表型上核心種質(zhì)間存在極顯著差異；就14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀而論，除散粉期、穗長(zhǎng)和總?cè)~數(shù)外，其余性狀在區(qū)組間差異達(dá)顯著或極顯著水平，表明散粉期、穗長(zhǎng)和總?cè)~數(shù)受環(huán)境因素影響較小。株高、穗位高、總?cè)~數(shù)、抽絲期、散粉期、全生育期、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、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(shù)看，穗粒重的變異系數(shù)最大（56.73%），其次是全生育期（51.36%），說(shuō)明不同核心種質(zhì)間這2個(gè)性狀的遺傳差異較大；比較農(nóng)藝性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的變異系數(shù)，總體上前者較后者的變異程度小，經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳差異較大，農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀變異程度大小排序?yàn)樗肓Ｖ?、全生育期、禿尖長(zhǎng)、百粒重、穗位高、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、穗粗、總?cè)~數(shù)、抽絲期、散粉期、株高、容重（表1）。

2.2 基于SSR標(biāo)記的核心種質(zhì)遺傳多樣性

利用50對(duì)SSR引物在核心種質(zhì)中共檢測(cè)到275個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，各引物檢測(cè)到的等位位點(diǎn)數(shù)均值為6.0個(gè)、變幅3～15個(gè)，Shannon多態(tài)信息量變幅為0.29～0.83，平均為0.75?；赟SR標(biāo)記的UPGMA聚類能有效區(qū)分玉米地方品種核心種質(zhì)（圖1），由圖1可見(jiàn)，當(dāng)遺傳相似系數(shù)為0.62時(shí)，可將核心種質(zhì)劃分為6個(gè)類群，最大的類群（類群Ⅰ）和最小類群（類群Ⅵ）分別包括23個(gè)和1個(gè)核心種質(zhì)，類群Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ分別由7個(gè)、16個(gè)、9個(gè)和4個(gè)核心種質(zhì)構(gòu)成。就各類群內(nèi)核心種質(zhì)的地理分布而言，同一類群有不同來(lái)源的核心種質(zhì)，而不同類群間有相同來(lái)源的核心種質(zhì)，表明核心種質(zhì)間的遺傳相關(guān)性與其地理分布無(wú)關(guān)。

2.3 武陵山區(qū)玉米地方種質(zhì)與核心種質(zhì)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的平均數(shù)、極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)比較

由表1可知，武陵山區(qū)玉米地方種質(zhì)和核心種質(zhì)14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的平均數(shù)、極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)存在一定差異。14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀在武陵山區(qū)玉米地方種質(zhì)的極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)的變化范圍與核心種質(zhì)的變化范圍相近；t測(cè)驗(yàn)結(jié)果表明，14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的平均數(shù)在武陵山區(qū)玉米地方種質(zhì)庫(kù)與核心種質(zhì)間無(wú)顯著差異，說(shuō)明核心種質(zhì)極大地保留了所有種質(zhì)的表型變異。

3 討論

3.1 武陵山區(qū)玉米地方品種核心種質(zhì)的遺傳多樣性

武陵山區(qū)玉米地方品種是在特定氣候生態(tài)條件下經(jīng)長(zhǎng)期自然選擇和人工選育保留下來(lái)的特殊玉米種質(zhì)群體。本試驗(yàn)研究基于玉米地方品種的種質(zhì)特性和地域分布，以16%的抽樣率選取核心種質(zhì)。農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀方差分析結(jié)果表明，核心種質(zhì)在表型上具有較大的遺傳變異。利用50對(duì)SSR引物在核心種質(zhì)中共檢測(cè)到275個(gè)多態(tài)性位點(diǎn)，平均等位位點(diǎn)數(shù)6.0個(gè)，平均多態(tài)信息量0.75，在DNA分子水平上反映出核心種質(zhì)豐富的遺傳變異。這一結(jié)果高于Liu等[5]用50對(duì)SSR引物對(duì)來(lái)自貴州省和云南省的38個(gè)糯玉米品種DNA多態(tài)性分析所得到的平均等位位點(diǎn)數(shù)（4.13個(gè)），也高于劉世建等[6]以14份四川省地方玉米種質(zhì)自交系為材料所得到的平均等位位點(diǎn)數(shù)（4.8個(gè)）。表明本研究中的核心種質(zhì)有較高的遺傳多樣性。

3.2 玉米地方品種核心種質(zhì)的代表性評(píng)價(jià)

核心種質(zhì)是保存的種質(zhì)資源的一個(gè)核心子集，它以最少數(shù)量的種質(zhì)材料最大限度地代表一個(gè)物種及其近緣野生種的遺傳多樣性[7-9]。構(gòu)建“核心種質(zhì)庫(kù)”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(hù)，從而受到作物遺傳育種領(lǐng)域的廣泛重視[10-13]。目前研究者已在51個(gè)物種上構(gòu)建了60多個(gè)核心種質(zhì)[14-16]。武陵山區(qū)玉米地方品種種質(zhì)和核心種質(zhì)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀平均值、極差、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)比較分析結(jié)果表明，14個(gè)農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的平均值二者間無(wú)顯著差異，表明本試驗(yàn)基于玉米地方品種的種質(zhì)特征和地域分布篩選的核心種質(zhì)較好地保留了原種質(zhì)的遺傳變異。因此，構(gòu)建武陵山區(qū)玉米地方品種核心種質(zhì)不僅極大地降低了管理成本，而且提高了這一特異種質(zhì)的利用效率。

參考文獻(xiàn)：

[1] 劉樹(shù)朋，劉艷巖，王永柱，等.對(duì)玉米地方種質(zhì)利用的建議[J].遼寧農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005（3）：43-44.

[2] 李高科，潘光堂.西南玉米區(qū)種質(zhì)利用現(xiàn)狀及研究進(jìn)展[J].玉米科學(xué)，2005，13（2）：3-7.

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

[4] 陶 玲，任 君.進(jìn)化生態(tài)學(xué)的研究方法[M].北京：中國(guó)林業(yè)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(zhì)的SSR聚類分析[J].作物學(xué)報(bào)，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(zhì)取樣方案研究[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，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(xué)報(bào)，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(gòu)建作物核心種質(zhì)的比較[J].作物學(xué)報(bào)，2004，30（9）：932-936.

[15] 胡標(biāo)林，萬(wàn) 勇，李 霞，等.水稻核心種質(zhì)表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)[J].作物學(xué)報(bào)，2012，38（5）：829-839.

[16] 黎毛毛，黃永蘭，余麗琴，等.利用SSR標(biāo)記構(gòu)建江西稻種資源核心種質(zhì)庫(kù)的研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，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(gòu)建作物核心種質(zhì)的比較[J].作物學(xué)報(bào)，2004，30（9）：932-936.

[15] 胡標(biāo)林，萬(wàn) 勇，李 霞，等.水稻核心種質(zhì)表型性狀遺傳多樣性分析及綜合評(píng)價(jià)[J].作物學(xué)報(bào)，2012，38（5）：829-839.

[16] 黎毛毛，黃永蘭，余麗琴，等.利用SSR標(biāo)記構(gòu)建江西稻種資源核心種質(zhì)庫(kù)的研究[J].植物遺傳資源學(xué)報(bào)，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

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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