玉米遺傳多樣性分析及耐鹽種質(zhì)篩選

馮艷+周蓉+付蓉+董瑞濤+趙富胤+孟巾果+劉亞泰+張咪+汪保華+李平

摘要：對24份玉米材料的萌芽期、苗期進行耐鹽性鑒定，考察被試材料的發(fā)芽率、苗情、出苗天數(shù)、株高、鮮（干）質(zhì)量、含水量、種子活力等指標(biāo)。結(jié)果表明，鹽脅迫下苗情與種子活力無相關(guān)性，與其他指標(biāo)均達(dá)顯著水平。以苗情分級與各指標(biāo)方差分析結(jié)果進行綜合評定，鑒定出了24份材料的耐鹽性。運用聚類分析法，將24份材料的耐鹽表型性狀進行聚類，結(jié)果表明聚類結(jié)果與綜合評價的耐鹽性相一致，其中高耐的占25.0%，鹽敏感的占29.2%。運用40對SSR引物對24份材料進行遺傳多樣性分析，24份材料的相似系數(shù)在0.71～0.91之間，共分成3大類，平均距離較近，表明這24份材料的遺傳距離狹窄。結(jié)合遺傳多樣性結(jié)果與耐鹽聚類結(jié)果，為優(yōu)秀親本的選擇和優(yōu)勢組合的預(yù)測及耐鹽資源的合理利用提供了基礎(chǔ)資料。

關(guān)鍵詞：玉米；耐鹽；聚類分析；遺傳多樣性

中圖分類號： S513.03 文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A 文章編號：1002-1302（2015）07-0059-03

土壤鹽漬化是一個世界性的資源問題和生態(tài)問題，是嚴(yán)重影響植物生長發(fā)育的非生物脅迫因子之一[1]。土壤鹽漬化問題很嚴(yán)重，而且隨著人口數(shù)量的不斷增加，陸地淡水資源總量的不斷減少，這些加重了土壤鹽漬化。此外土壤鹽漬化總是發(fā)生在干旱、半干旱地區(qū)[2]，導(dǎo)致治理鹽漬化問題難上加難。中國鹽漬土總面積約1億hm2，其中現(xiàn)代鹽漬化土壤約0.37億hm2，潛在鹽漬化土壤約0.17億hm2[3]，在開發(fā)利用鹽堿地的各項技術(shù)措施中，培育并栽種耐鹽作物成為最經(jīng)濟最有效的改良途徑[4]。玉米耐鹽性鑒定是玉米種質(zhì)資源鑒定評價、耐鹽品種選育以及耐鹽機制研究的基礎(chǔ)，通過耐鹽性鑒定可以篩選出供玉米耐鹽育種的種質(zhì)資源或直接用于玉米生產(chǎn)的新品種。玉米對鹽中度敏感，湯華等通過研究發(fā)現(xiàn)，玉米的株高、地上部和根系鮮質(zhì)量都與鹽濃度呈負(fù)相關(guān)，且達(dá)極顯著水平，因而可以作為玉米苗期耐鹽性鑒定的指標(biāo)[5]；葉片枯萎率也是評價苗期耐鹽力的常用指標(biāo)之一[6] 。我國玉米的種質(zhì)資源比較狹窄，為了豐富我國玉米耐鹽品種的遺傳多樣性，本試驗對從美國引進的玉米自交系進行耐鹽性鑒定評價，為我國玉米耐鹽鑒定、耐鹽育種和耐鹽機制等研究提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料

玉米先玉335、鄭單958以及引自美國的21份自交系和一份衍生F1代（表1）。

1.2 玉米苗期耐鹽性鑒定指標(biāo)

根據(jù)前期玉米苗期耐鹽性鑒定的研究，以室內(nèi)盆栽鑒定方式，以NaCl溶液濃度250 mmol/L時的出苗天數(shù)、發(fā)芽率、株高、干質(zhì)量（鮮質(zhì)量）變化率及苗情作為玉米苗期耐鹽性鑒定的形態(tài)指標(biāo)。隨機選取各個材料飽滿一致的玉米種子，經(jīng)0.1%次氯酸消毒10 min，清水洗凈后置于質(zhì)量相同的營養(yǎng)土中，澆灌250 mL的鹽水，以等量清水為對照，密封栽培盒，于植物生長室中培養(yǎng)，晝夜溫度為（25±2） ℃/（20±2） ℃，光照時間12 h/d，相對濕度60%～80%。每日上午10：00通氣10 min并記錄出苗情況，待幼苗長至盒蓋，除去密封蓋，并分別澆灌鹽水及清水。每個材料6個重復(fù)。待生長至3葉1心時，繼續(xù)處理7 d，測定各項指標(biāo)。

1.3 基因組DNA提取及SSR分析

取苗期玉米葉片按李新海等的方法提取玉米基因組DNA，選用28對SSR引物進行材料遺傳多態(tài)性分析[7]。

1.4 測定指標(biāo)及方法

1.4.1 出苗率=（出苗數(shù)/播種粒數(shù)）×100%；

鮮（干）質(zhì)量變化率=（對照質(zhì)量-處理質(zhì)量）/對照質(zhì)量×100%；

含水量=（鮮質(zhì)量-干質(zhì)量）/鮮質(zhì)量×100%；

發(fā)芽指數(shù)=∑（規(guī)定時間內(nèi)的發(fā)芽種子數(shù)/相對應(yīng)的發(fā)芽天數(shù)）；

活力指數(shù)=發(fā)芽指數(shù)×平均苗長。

1.4.2 苗情分級 按付艷等的方法[8]將玉米苗期耐鹽性分為5類。

1.5 數(shù)據(jù)分析

用SPSS Duncan檢驗法對數(shù)據(jù)進行方差分析；聚類分析用NTY2.0軟件處理；SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米苗期表型數(shù)據(jù)的統(tǒng)計分析

根據(jù)室內(nèi)苗期鑒定指標(biāo)，對苗情與各指標(biāo)作相關(guān)性分析，由表2可看出，株高、鮮質(zhì)量、干質(zhì)量、含水量與苗情相關(guān)性達(dá)極顯著，活力指數(shù)與苗情相關(guān)性不顯著。以株高、鮮（干）質(zhì)量、含水量、苗情為耐鹽性參考指標(biāo)，考查各材料的耐鹽性，方差分析見表3。由表2、表3可知，24份材料在鹽處理下大多指標(biāo)間具有統(tǒng)計學(xué)意義，24份材料耐鹽性存在明顯差異。

2.2 材料耐鹽性比較及綜合評價

本試驗采用多指標(biāo)的綜合評價法[9]，依據(jù)干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、株高、含水量、苗情的多重比較結(jié)果進行賦值a=1，b=2，c=3，以此類推，計算均值，均值低的耐鹽性強。由表4可鑒定24份材料的耐鹽性，其中高耐的占25.0%，鹽敏感的占29.2%。

2.3 SSR基因型聚類結(jié)果

24份材料在相似系數(shù)0.72處被分為3大類（圖1），其中，15（S8324）與16（SX4321）最為相近，相似系數(shù)高達(dá)0.91，3（PHWG5）與4（PHJ31）2個材料獨立構(gòu)成一類，與其他材料親緣關(guān)系較遠(yuǎn)，此2個材料間相距也較遠(yuǎn)，相似系數(shù)只有0745。其中，24（F1）與其親本1（PHW03）及20（LH65）被聚為一類，相似系數(shù)分別達(dá)0.87和0.82。大多材料親緣關(guān)系較近，平均在0.77處。

2.4 鹽處理下24份材料耐鹽表型性狀聚類結(jié)果

以材料在鹽處理下的成活率、出苗天數(shù)、株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、發(fā)芽指數(shù)、含水量這7個指標(biāo)構(gòu)建耐鹽表型聚類樹狀圖（圖2），24份材料在相似系數(shù)0.37處被分為了2大類。其中，在第一類中，除17號材料外，其他都為耐鹽品系，且1號材料與22號材料相似系數(shù)最高，達(dá)0.94。在第二大類中，鹽敏感材料20號與中耐鹽材料9號相似系數(shù)最高，達(dá)0.94；鹽敏感材料14號與中耐材料11號被聚為一類，相似系數(shù)為0.91。

3 討論

根據(jù)種子萌發(fā)與苗期耐鹽試驗可知，種子活力指數(shù)與苗情相關(guān)性不顯著，不能作為苗期耐鹽鑒定指標(biāo)。然而，同一植物品種在不同生育期耐鹽性存在差異，本試驗結(jié)果與董志剛等發(fā)現(xiàn)芽苗期和幼苗期番茄耐鹽性有所不同[10]相一致。試驗中諸多材料表現(xiàn)苗期耐鹽性強，在萌芽期卻受極顯著抑制，因此，將芽期耐鹽性與苗期耐鹽性聚合到同一個材料中是耐鹽性玉米新種質(zhì)資源創(chuàng)造的目標(biāo)之一[9]。植物相對耐鹽性在萌發(fā)期、幼苗期和成株期可能會不同，因此玉米耐鹽性的研究，還需要對玉米整個生長過程各個時期進行全面考察。

單一指標(biāo)難以全面準(zhǔn)確地反映植物耐鹽性的強弱[11-15]。本研究中測定的8個指標(biāo)，苗情與株高、干質(zhì)量、鮮質(zhì)量、含水量這些指標(biāo)均成顯著相關(guān)性。方差分析表明，這些指標(biāo)雖都能從不同角度反映種質(zhì)材料的耐鹽性，但各指標(biāo)對材料耐鹽性的評價結(jié)果并不一致，所以在評價玉米耐鹽性時選用綜合評價極其重要。這與前人提出的植物資源耐鹽性鑒定，不能使用單一指標(biāo)，而應(yīng)對多個指標(biāo)進行綜合評價才能準(zhǔn)確反映植物耐鹽性的觀點[11-15]是一致的。

本研究中用SSR標(biāo)記和聚類分析，從分子水平上對24份玉米耐鹽相關(guān)材料進行遺傳差異分析，結(jié)果表明多數(shù)材料的遺傳相似性較高，說明這批材料遺傳基礎(chǔ)狹窄，主要原因是這批自交系均來自美國選育的優(yōu)秀自交系，遺傳背景有很大相似性。在玉米育種中應(yīng)選擇遺傳相似系數(shù)較小的作為雜交組合。從圖1來看，一些耐鹽性高的材料在類群中分布比較集中，如二類中的5、7、10、8等4份材料中，5、7、8在耐鹽表型形狀中也同屬一類，三類中3、4獨立成為一類，在耐鹽表型分析中也被聚為一類，耐鹽級別也相同，表明可以從分子角度反映材料的耐鹽特性和遺傳關(guān)系。但是，材料15與16遺傳相似系數(shù)最高，而15屬于中耐，16屬于高敏材料，而在表型聚類中，材料15與材料16相似度不高，部分這樣現(xiàn)象可能因為這些基因和耐鹽性及耐鹽表型關(guān)系不大。SSR標(biāo)記的聚類結(jié)果與24份材料耐鹽性綜合評價及耐鹽表型聚類結(jié)果基本一致，表明玉米耐鹽性具有遺傳效應(yīng)?；驈谋磉_(dá)到表現(xiàn)性狀是一個復(fù)雜過程，將表型耐鹽性狀與分子標(biāo)記結(jié)合起來，對于優(yōu)秀親本的預(yù)測有幫助。本試驗中各材料在萌芽期與苗期耐鹽性的差異，為我們組配高耐鹽品種提供了理論參考。

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