云南省不同生態(tài)區(qū)糯玉米種質(zhì)資源數(shù)量性狀變化與多樣性

隆文杰 武曉陽 周國雁 陳丹 伍少云 蔡青

摘要：為了解云南省糯玉米地方種質(zhì)資源數(shù)量性狀在滇中溫暖、滇西北冷涼、滇南暖熱和滇東北溫涼4個生態(tài)區(qū)之間的變化與多樣性差異，采用SPSS 22.0分析了物候性狀、株高及穗位高、子粒產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀等共16個性狀的變異系數(shù)和Shannon-Wiener多樣性指數(shù)在4個生態(tài)區(qū)之間的差異，并對參試材料進行聚類分析。結(jié)果表明，滇東北生態(tài)區(qū)的株高及穗位高的變異系數(shù)顯著高于其他3個生態(tài)區(qū)，滇中生態(tài)區(qū)玉米穗粗、軸粗、千粒重、穗行數(shù)和含油量的變異系數(shù)顯著高于滇東北生態(tài)區(qū)。株高、穗位高、穗長和軸粗的多樣性指數(shù)在4個生態(tài)區(qū)之間有顯著差異，且滇南生態(tài)區(qū)的最大，滇中生態(tài)區(qū)的次之，滇東北生態(tài)區(qū)的最小;其余12個性狀在滇南生態(tài)區(qū)的多樣性指數(shù)雖然多數(shù)較滇中生態(tài)區(qū)的更高，但差異不顯著;除抽雄至散粉時間、散粉至吐絲時間和全生育期3個性狀外，另外9個性狀的多樣性指數(shù)在滇東北與滇西北生態(tài)區(qū)之間的差異也顯著不同，且為滇西北生態(tài)區(qū)高于滇東北生態(tài)區(qū)。聚類分析結(jié)果顯示，參試材料能被劃分為2個類群，第Ⅰ類群包括了43份材料，第Ⅱ類群只有5份材料。

關(guān)鍵詞：糯玉米;地方品種;數(shù)量性狀;多樣性;生態(tài)區(qū);云南省

中圖分類號：S513;S326? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）21-0035-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.21.006

Abstract： To understand the changes and the diversity differences of quantitative traits of waxy maize landraces collected from four maize ecological regions of Yunnan including warm central ecological region， cold northwestern ecological region， warm and hot southern ecological region and warm and cool northeastern ecological region， the differences of the variation coefficients and the Shannon-Wiener index of 16 traits， including phenological traits， plant height and ear height， grain yield traits and quality traits， in four maize ecological regions were calculated by SPSS 22.0， and cluster map was constructed to analyze the origin relationship between experimental materials. The results showed that the variation coefficients of plant height and ear height in northeastern maize ecological region were significantly higher than the other three. The variation coefficients of ear diameter， cob diameter， 1 000-kernel weight， number of rows per ear and fat content in central maize ecological region were significantly higher than northeastern maize ecological region. There were significantly different among the four maize ecological regions in diversity index of plant height， ear height， ear length and cob diameter， and the largest one was southern maize ecological region， next followed by central maize ecological region， and northeastern maize ecological region was the smallest. The diversity index of the other 12 traits in southern maize ecological region were higher than those in central maize ecological region， but the difference was not significant. Besides the days from tasseling to anthesis， the days from anthesis to silking and the days from sowing to maturity， the diversity index of other 9 traits in northwestern maize ecological region were significantly higher than northeastern maize ecological region. Cluster analysis showed that the experiment materials could be divided into two groups. The groupⅠcontained 43 materials， and the groupⅡ contained only 5 materials.

Key words： waxy maize; landraces; quantitative traits; diversity; ecological region; Yunnan province

作物不同品種在相同種植環(huán)境下表現(xiàn)出的性狀差異是對其選擇與利用的關(guān)鍵依據(jù)，而準(zhǔn)確觀察和發(fā)現(xiàn)這種差異，特別是益于種植者目測的變化，是對其生產(chǎn)利用的前提。云南省糯玉米地方種質(zhì)資源分布廣泛，農(nóng)家品種數(shù)量眾多，約占收集、保存的地方玉米種質(zhì)資源樣品數(shù)的10%以上，達400多份，且類型多樣，子粒顏色變化豐富，是開展糯玉米科學(xué)研究的寶貴基因資源。結(jié)合國家農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)性長期性科技工作重點任務(wù)主要糧食作物種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定，調(diào)查、采集云南省糯玉米地方種質(zhì)資源的重要性狀數(shù)據(jù)，如發(fā)育或物候性狀、株高及穗位高、子粒產(chǎn)量性狀、品質(zhì)性狀等，分析其在不同生態(tài)區(qū)之間的差異，有助于對其開展進一步的保護、選擇與利用等研究。有關(guān)云南省糯玉米地方種質(zhì)資源的多樣性已有一些研究和報道。伍少云等[1，2]通過研究云南省玉米種質(zhì)資源的類型、品種和子粒顏色的多樣性，認為玉溪市、紅河州、文山州、臨滄市和普洱市等5州（市） 是其品種多樣性的行政區(qū)域或中心，而滇南和滇中則是其品種多樣性的生態(tài)區(qū)域或中心;粒型以硬粒居多，少有馬齒或半馬齒型。子粒顏色有黃、白、烏、紫、紅、黑、花及紅血絲和黃血絲等，但以白色為主，黃色次之，紅色和烏色較少，紅、花、紫、黑等彩色糯質(zhì)玉米也主要分布在滇南生態(tài)區(qū)。張建華等[3]分析了322份云南省糯玉米地方材料的8個數(shù)量性狀和9個品質(zhì)性狀，將云南省糯玉米劃分為多穗型糯玉米（包括勐海四路糯類型和雙穗型糯玉米）、馬齒型糯玉米、普通小糯玉米、普通二糯玉米和普通大糯玉米5類6個生態(tài)型，各性狀的變異系數(shù)從大到小依次為雙穗率、穗位高、千粒重、株高、主莖葉片數(shù)、穗長、穗粗和生育期。吳渝生等[4]用61對SSR引物研究了16份代表云南省不同生態(tài)區(qū)域的糯玉米地方種質(zhì)的遺傳多樣性，發(fā)現(xiàn)其遺傳多樣性不僅較高，而且能被劃分成海拔2 400～ 3 300 m、1 700～2 200 m 和1 000～1 300 m的3個類群，以及滇西北、滇東北、滇西-滇中、滇南、滇東南-滇西南5個亞群，這些類群、亞群與云南省不同地勢的海拔變化走向、氣候等生態(tài)條件有一定聯(lián)系。張金渝等[5]利用SSR標(biāo)記研究了37份云南省糯玉米地方品種的遺傳多樣性和親緣關(guān)系，將其劃分為5大類群13小類群，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)糯玉米地方品種資源與常見5大雜種優(yōu)勢群的遺傳距離都較遠，可單獨形成多個類群，并認為云南省糯玉米地方種質(zhì)資源具有廣泛的遺傳基礎(chǔ)。然而，過去研究與報道的云南省糯玉米地方種質(zhì)資源品種或性狀的多樣性多是基于行政區(qū)劃，如州（市）、縣（市、區(qū)），以Shannon-Wiener多樣性指數(shù)高低進行的定性描述。如某州或縣的多樣性指數(shù)比另外一個州或縣的多樣性指數(shù)高，就認為前者的多樣性比后者的多樣性更豐富，但是，二者的多樣性差異在統(tǒng)計學(xué)上可能是不顯著或不明顯的，也就是兩者的多樣性水平是相同的。另外，分子生物學(xué)，特別是分子標(biāo)記技術(shù)雖然已廣泛應(yīng)用于糯玉米種質(zhì)資源的各種研究[6-9]，但是表型性狀研究仍是探討其多樣性、挖掘優(yōu)異種質(zhì)資源的有效手段[10]，尤其當(dāng)參與多樣性研究的材料數(shù)及性狀數(shù)眾多時，表型性狀觀測更是一種省時、省力、操作簡便的快捷方法。本研究結(jié)合國家農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)性長期性科技工作重點任務(wù)主要糧食作物種質(zhì)資源精準(zhǔn)鑒定獲得的云南省糯玉米地方種質(zhì)資源的重要性狀數(shù)據(jù)，如生育期、穗長、行粒數(shù)、千粒重和穗行數(shù)等，利用變異系數(shù)和Shannon-Wiener指數(shù)為評價指標(biāo)，探討這些重要性狀的變異系數(shù)、多樣性指數(shù)在滇中溫暖區(qū)、滇西北冷涼區(qū)、滇南暖熱區(qū)和滇東北溫涼區(qū)[11]4個生態(tài)區(qū)之間在統(tǒng)計學(xué)的差異性，為有針對性保護、選擇和利用性狀多樣性更明顯豐富的玉米生態(tài)區(qū)的云南省糯玉米種質(zhì)資源提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗材料及其篩選

首先，依據(jù)玉米種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范[12]對田間試驗設(shè)計的要求，即隨機區(qū)組、重復(fù)2～3次、行長3～5 m、行距60～80 cm、株距30～50 cm、每份材料種植30～50株及試驗地面積，確定參試材料的數(shù)量。然后，根據(jù)云南省糯玉米地方種質(zhì)資源占保存的云南省地方玉米種質(zhì)資源樣品數(shù)的比例（10%）確定不同州（市）、縣（市、區(qū)）的參試材料數(shù)。再根據(jù)子粒顏色、Waxy基因等位變異類型（如D10和D7等）確定具體的參試樣品。最后，篩選出48份材料（表1）參與種植和觀測試驗。這些參試材料覆蓋了云南全省16個州（市）的37個縣（市、區(qū)）及滇中溫暖區(qū)、滇西北冷涼區(qū)、滇南暖熱區(qū)和滇東北溫涼區(qū)4個玉米生態(tài)種植區(qū)，子粒顏色則包含了白、黃、紅、烏、紫、黑、黃血絲7色。

1.2? 試驗方法

1.2.1? 田間試驗設(shè)計? 田間試驗被安排在位于云南省昆明市嵩明縣小街鎮(zhèn)墩白村的云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院嵩明試驗基地（25°21′23″N，103°06′39″E）。該試驗基地的氣候條件為熱帶高原季風(fēng)氣候，年平均氣溫15 ℃，年均日照時間2 200 h，年均降水量1 035 mm。試驗參照玉米種質(zhì)資源數(shù)據(jù)質(zhì)量控制規(guī)范[12]及本地習(xí)慣的栽培方法，隨機區(qū)組，寬窄行種植，行長3 m，寬行距1 m，窄行距0.4 m;2行區(qū)、每區(qū)28株，重復(fù)3次。2018年5月播種，按當(dāng)?shù)亓?xí)慣管理，6月開始采集田間相關(guān)性狀數(shù)據(jù)，9月上旬至10月下旬根據(jù)不同種質(zhì)成熟期適時收獲。然后，在室內(nèi)采集子粒產(chǎn)量及品質(zhì)性狀數(shù)據(jù)。

1.2.2? 品質(zhì)性狀測定? 品質(zhì)性狀，如蛋白質(zhì)含量、含油量和淀粉含量，采用近紅外光譜分析儀（Perten，DA7250）測定。

1.3? 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法

對于參試材料某性狀的總變異系數(shù)和多樣性指數(shù)的計算，首先將所有參試材料所有重復(fù)的某性狀觀測值看作一個整體，即不分生態(tài)區(qū)和重復(fù)，用Excel 2007計算出平均值（x）和標(biāo)準(zhǔn)差（s）。對于不同的玉米生態(tài)區(qū)內(nèi)某性狀的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)的計算，首先以不同的玉米生態(tài)區(qū)作為獨立的分析或計算單位，用Excel 2007分別計算出每重復(fù)內(nèi)所有參試材料每性狀觀測值的平均值和標(biāo)準(zhǔn)差。然后，將性狀觀測值按1級≤x-2s、10級≥x+2s劃分為10級，中間每級間隔0.5個標(biāo)準(zhǔn)差。參照張叢卓等[13]的方法計算每性狀每重復(fù)的變異系數(shù)（CV），CV=s/x ×100%，參照董昕等[14]的方法計算每性狀每重復(fù)的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)（H′）。H′=-ΣPilnPi，式中，Pi為分析單位內(nèi)某性狀第i級的材料數(shù)占該單位內(nèi)參試材料總數(shù)的比值。最后，利用SPSS 22.0對每個性狀在4個玉米生態(tài)區(qū)3個重復(fù)的變異系數(shù)和多樣性指數(shù)開展單因素方差分析，并以SNK法進行差異顯著性多重比較、以平方歐式距離[15]及組間聯(lián)接法進行聚類分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 參試材料的變異系數(shù)

由表2可知，參試材料總體（將所有參試材料視為一個整體，不分生態(tài)種植區(qū)或來源，也不分重復(fù)）的性狀變異系數(shù)變化在1.6%～67.4%，以散粉至吐絲時間的變異系數(shù)最大，為67.4%，其次為抽雄至散粉時間（50.6%）和禿尖長（46.2%），最小的為淀粉含量（1.6%）。

SPSS單因素方差分析和多重比較結(jié)果（表3）顯示，滇東北生態(tài)區(qū)玉米株高（24.3%）及穗位高（49.1%）的變異系數(shù)顯著高于其他3個生態(tài)區(qū);滇中生態(tài)區(qū)玉米穗粗的變異系數(shù)（14.3%）顯著高于滇東北生態(tài)區(qū)（4.8%）;滇中生態(tài)區(qū)玉米軸粗的變異系數(shù)（14.5%）顯著高于滇東北（5.4%）和滇西北生態(tài)區(qū)（7.4%）;4個玉米生態(tài)種植區(qū)的千粒重的變異系數(shù)都有顯著差異，以滇中玉米生態(tài)區(qū)的最高（22.9%），滇東北玉米生態(tài)區(qū)的最低（4.1%）;各生態(tài)區(qū)之間玉米穗行數(shù)的變異系數(shù)也存在顯著差異，除滇南與滇西北和滇中玉米生態(tài)區(qū)之間無顯著差異外，其他均存在顯著差異，變異系數(shù)以滇中生態(tài)區(qū)的最大（18.1%），滇東北生態(tài)區(qū)的最?。?.7%）;各生態(tài)區(qū)之間含油量的變異系數(shù)也有顯著差異，除滇南生態(tài)區(qū)（6.5%）和滇西北生態(tài)區(qū)（4.7%）之間無顯著差異外，其他均存在顯著差異，以滇中生態(tài)區(qū)的最大（8.6%），滇東北玉米生態(tài)區(qū)的最?。?.8%）;其余9個性狀的變異系數(shù)在4個生態(tài)區(qū)之間無顯著差異。這說明來自滇東北溫涼生態(tài)區(qū)的糯玉米地方種質(zhì)資源的株高和穗位高的變化范圍較其他3個生態(tài)區(qū)的大;而來自滇中溫暖生態(tài)區(qū)的糯玉米地方種質(zhì)的穗粗和軸粗、千粒重、穗行數(shù)、含油量變化范圍寬。

2.2? 參試材料的多樣性指數(shù)

參試材料各性狀總的多樣性指數(shù)為1.64～2.03（表4），最高為淀粉含量和穗位高，最低為穗粗，說明前者的多樣性最為豐富，而后者最為貧乏。

方差和多重比較分析結(jié)果（表5）表明，玉米株高、穗位高、穗長和軸粗4個性狀的多樣性指數(shù)在4個生態(tài)區(qū)之間都存在顯著差異，且滇南生態(tài)區(qū)的最大（1.917 0、1.977 3、2.000 8和1.842 9），滇中生態(tài)區(qū)的次之（1.630 2、1.737 3、1.816 6和1.497 3），滇東北生態(tài)區(qū)的最小（0.693 1、0.693 1、0.693 1和0.693 1）。其他12個性狀雖然在滇南生態(tài)區(qū)的多樣性指數(shù)多數(shù)較滇中生態(tài)區(qū)的更高，但二者之間無顯著差異;除抽雄至散粉時間、散粉至吐絲時間和全生育期外，另外9個性狀的多樣性指數(shù)在滇東北與滇西北生態(tài)區(qū)之間有顯著差異，且為滇西北生態(tài)區(qū)的多樣性指數(shù)高于滇東北生態(tài)區(qū)。這說明滇南玉米生態(tài)種植區(qū)是株高、穗位高、穗長和軸粗4性狀（即高度性狀）的多樣性中心，而滇南和滇中玉米生態(tài)區(qū)同時是抽雄至散粉時間、散粉至吐絲時間、吐絲至成熟時間、全生育期、千粒重、穗行數(shù)和行粒數(shù)等12性狀（即物候、產(chǎn)量和品質(zhì)性狀）的多樣性中心。所以，云南省糯玉米地方種質(zhì)資源各性狀在4個生態(tài)種植區(qū)的多樣性趨勢為滇南暖熱生態(tài)區(qū)≥滇中溫暖生態(tài)區(qū)>滇西北冷涼態(tài)區(qū)>滇東北溫涼生態(tài)區(qū)。

2.3? 聚類分析

基于16個數(shù)量性狀觀察數(shù)據(jù)，用SPSS 22.0以平方歐式距離和組間聯(lián)接法對48份參試材料進行聚類，結(jié)果（圖1）顯示，在歐氏距離25處參試材料可被分為2個類群，第Ⅰ類群包括43份材料，占參試材料總數(shù)的89.6%，第Ⅱ類群僅包括18-27（南華糯玉米）、18-46（廣南本地矮棵糯）、18-2（元江哈嘠梯糯）、18-16（勐海四路玉米）和18-42（漾濞黃糯玉米）5份材料。當(dāng)歐氏距離為6時，第Ⅰ類群可再分為4個亞群（Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4）。

對不同群或亞群材料的性狀觀測值進行均值統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)（表6），第I類群材料以晚熟、高稈、大穗、大粒等為主要特征，而第Ⅱ類群材料具有早熟、矮稈、小穗、小粒等特征。

對第Ⅰ類群4個亞群的材料各性狀觀測值進行均值統(tǒng)計（表7）發(fā)現(xiàn)，Ⅰ-1亞群的主要特點為早熟、矮稈、穗粒數(shù)少、蛋白質(zhì)含量較高，Ⅰ-2亞群有散粉至吐絲時間較短、晚熟、高稈、高穗位、千粒重較輕的特點，Ⅰ-3亞群抽雄至散粉時間較長，Ⅰ-4亞群有散粉至吐絲時間較長、千粒重較重的特征。

3? 討論

之前對云南省糯玉米品種或性狀進行的多樣性研究大都是從地理位置，如滇南、滇西南、滇中、滇西北和滇東北等，以多樣性指數(shù)高低進行的定性描述。本研究以性狀變異系數(shù)和多樣性指數(shù)作為指標(biāo)，以滇中溫暖、滇西北冷涼、滇南暖熱和滇東北溫涼4個生態(tài)區(qū)[11]作為分析單元或范圍，從統(tǒng)計學(xué)角度分析了這兩個指標(biāo)在不同玉米生態(tài)區(qū)之間的差異顯著性，不僅證明云南省糯米玉種質(zhì)資源重要農(nóng)藝性狀的多樣性在滇南與滇中生態(tài)區(qū)之間無明顯差異，而且發(fā)現(xiàn)不同的重要農(nóng)藝性狀有不同的多樣性分布中心。其中，滇南暖熱生態(tài)區(qū)是株高、穗位高、穗長和軸粗性狀的多樣性中心，滇南暖熱及滇中溫暖生態(tài)區(qū)則是生長發(fā)育或物候性狀，如抽雄至散粉時間、散粉至吐絲時間、吐絲至成熟時間、全生育期，子粒產(chǎn)量性狀，如禿尖長、穗粗、千粒重、穗行數(shù)和行粒數(shù)等，品質(zhì)性狀，如蛋白質(zhì)含量、油分含量和淀粉含量等性狀的多樣性中心。因而在伍少云等[1，2]提出的滇南及滇中生態(tài)區(qū)是云南省糯玉米品種多樣性分布中心的基礎(chǔ)上，進一步從統(tǒng)計學(xué)上證明此兩個生態(tài)區(qū)還是云南省糯玉米數(shù)量性狀變化、多樣性分布的中心。這對重點或有針對性地保護、研究和利用來自這兩個玉米生態(tài)區(qū)的糯玉米種質(zhì)資源具有指導(dǎo)性或建設(shè)性作用。

本試驗所用云南省糯玉米地方種質(zhì)資源在基于16個數(shù)量性狀的觀測值上被分成兩大類群。分析發(fā)現(xiàn)，占參試材料總數(shù)89.6%的第Ⅰ類群的43份材料都有晚熟、稈高、穗大、粒大等特點，這與張建華等[3]提及的91.27%以上的云南省糯玉米都有植株高大、生育期中等偏長、穗大粒大等特點是一致的。而第Ⅱ類群的5份材料表現(xiàn)出早熟、矮稈、小穗、小粒等特點，又與吳渝生等[4]判斷小穗型糯玉米的植株矮小、穗小粒小的特點一致。這說明本研究將來自4個生態(tài)區(qū)的48份糯玉米地方品種劃分成兩大類群是符合其各自特點的，是合適的。

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