上海近年主推秀水系列水稻品種遺傳多樣性研究

李茂柏，姚丹青，王 杰，劉 建

（上海市種子管理總站，上海201103）

水稻是上海種植面積最大的農(nóng)作物，全市水稻常年種植面積在10萬hm2左右，其中常規(guī)粳稻品種種植面積約占60%，雜交粳稻品種種植面積約占40%［1-2］。嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的秀水系列品種株高一般低于100 cm，株型緊湊，葉片挺直，耐肥，抗倒力強(qiáng)，田間稻瘟病、紋枯病等病害發(fā)生輕，灌漿速度較快，熟期轉(zhuǎn)色較好，穗型直立或半直立，豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性較好，稻米外觀品質(zhì)較好，深受上海市郊農(nóng)戶歡迎［3］。2007—2017年間，秀水系列品種在上海累計(jì)推廣面積58.8萬 hm2，其中2010年推廣面積最大，‘秀水128’‘秀水123’‘秀水114’等3個(gè)品種共推廣7萬hm2，占全市水稻種植面積的70.2%。近年來，隨著農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的推進(jìn)，綠色、優(yōu)質(zhì)、高效水稻品種推廣面積大幅增加，秀水系列水稻品種種植面積有所下降，但仍是上海市郊主推水稻品種。由于長(zhǎng)期大面積推廣秀水系列品種，導(dǎo)致上海水稻品種單一化、同質(zhì)化現(xiàn)象嚴(yán)重。

簡(jiǎn)單重復(fù)序列（Simple sequence repeats，SSR）標(biāo)記具有共顯性、重復(fù)性好、分辨率高、揭示的多態(tài)性高、操作相對(duì)簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，在群體遺傳結(jié)構(gòu)和遺傳多樣性分析、物種進(jìn)化、遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位及分子標(biāo)記輔助育種等研究領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用［4-5］。本研究采用SSR分子標(biāo)記對(duì)上海近年主推的5個(gè)秀水系列水稻品種進(jìn)行遺傳多樣性分析，旨在研究上海近年主推秀水系列品種的遺傳多樣性，為今后水稻基因發(fā)掘、水稻新品種選育及更替提供遺傳背景參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試材料為浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的5個(gè)秀水系列品種，分別于2006—2015年通過上海市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定（表1）。

表1 參試水稻品種審定及推廣情況Table 1 Registration and extension of rice varieties in the test

1.2 基因組DNA提取及SSR擴(kuò)增

每樣本取20粒種子，采用美國QIGAEN公司DNeasy Plant Mini Kit試劑盒提取基因組DNA。DNA純度和濃度利用NanoDrop 2000c紫外可見光譜儀（Thermo公司）進(jìn)行測(cè)定，DNA稀釋至50 ng/μL的工作液備用，4℃冰箱儲(chǔ)藏。

采用原農(nóng)業(yè)部頒布的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《水稻品種鑒定技術(shù)規(guī)程SSR標(biāo)記法》中的48對(duì)SSR引物（表2）對(duì)5個(gè)秀水系列水稻品種進(jìn)行PCR擴(kuò)增及基因型鑒定［6］。PCR擴(kuò)增為12μL反應(yīng)體系，包括1×Buffer，2.5 mmol/LMgCl2，0.15 mmol/L dNTP，0.25μmol/L正、反向引物，0.1 UTaq聚合酶，30 ng DNA。反應(yīng)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性5 min；94℃變性40 s，55—60℃退火35 s，72℃延伸45 s，共36個(gè)循環(huán)；72℃延伸10 min，4℃保存。

表2 SSR引物和遺傳多樣性檢測(cè)結(jié)果Table 2 SSR primers and genetic diversity test results

1.3 DNA指紋圖譜的采集及數(shù)據(jù)分析

所有數(shù)據(jù)分析基于QIAxcel ScreenGel 1.4版軟件，通過軟件系統(tǒng)自動(dòng)對(duì)指紋的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，確定每個(gè)位點(diǎn)的等位基因。利用POPGENE 3.2軟件計(jì)算等位基因觀察值（Observed number of alleles，Na）、有效等位基因數(shù)（Effective number of alleles，Ne）和香農(nóng)指數(shù)（Shannon's Information index，I）［7］。利用NTSYS-pcv 2.11軟件中的SAHN計(jì)算品種間Nei’s遺傳距離，用非加權(quán)類平均法（Unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）對(duì)各群體進(jìn)行聚類分析，再由TreePlot模塊生成聚類圖［8］。

2 結(jié)果與分析

2.1 秀水系列水稻品種農(nóng)藝性狀比較

由表3可見，5個(gè)水稻品種全生育期均在161 d以內(nèi)，其中‘秀水128’和‘秀水114’全生育期156 d左右，比‘秀水134’早熟4 d左右?！闼?28’‘秀水123’和‘秀水114’的株高相對(duì)較高，在97 cm左右，‘秀水121’株高最矮，為85.7 cm?！闼?34’為大穗型品種，每穗粒數(shù)最多，平均每穗為141.1粒，但有效穗數(shù)最少，為283.5萬/hm2；‘秀水114’和‘秀水128’穗型較小，‘秀水114’每穗粒數(shù)最少，平均每穗為121.7粒，有效穗數(shù)為320.3萬/hm2?！闼?21’結(jié)實(shí)率最高，為93.4%，‘秀水123’結(jié)實(shí)率最低，為90.0%。5個(gè)品種米質(zhì)都比較好，達(dá)到國家優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)3級(jí)以上，其中‘秀水121’達(dá)國家優(yōu)質(zhì)稻谷標(biāo)準(zhǔn)1級(jí)，其主要米質(zhì)指標(biāo)為整精米率74.0%，堊白粒率8%，堊白度0.6%，堿消值7.0級(jí)，膠稠度膠長(zhǎng)74 mm，直鏈淀粉含量 15.0%［9-10］。

表3 秀水系列水稻品種主要農(nóng)藝性狀比較Table 3 Comparison ofmain agronom ic traits of Xiushui series rice varieties

2.2 秀水系列水稻品種親本來源

由表1可知，5個(gè)水稻品種之間有1個(gè)以上共同的親本來源，如‘秀水128’和‘秀水123’選育過程中利用了共同親本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’選育過程中利用了共同親本‘秀水123’，‘秀水121’親本中有‘秀水134’血緣，說明這5個(gè)品種在一定程度上有共同的親本來源，親緣關(guān)系較近。

2.3 秀水系列水稻品種SSR分子標(biāo)記多態(tài)性分析

利用48對(duì)SSR引物對(duì)5個(gè)秀水系列水稻品種進(jìn)行遺傳多樣性參數(shù)分析（表2），共檢測(cè)到81個(gè)等位基因，每對(duì)引物檢測(cè)到的等位基因變幅為1—4個(gè)，平均每對(duì)引物檢測(cè)到1.69個(gè)等位基因位點(diǎn)，其中有22對(duì)引物僅檢測(cè)到1個(gè)基因位點(diǎn)，20對(duì)引物檢測(cè)到2個(gè)基因位點(diǎn)，5對(duì)引物檢測(cè)到3個(gè)基因位點(diǎn)，1對(duì)引物檢測(cè)到4個(gè)基因位點(diǎn)。有效等位基因數(shù)（Ne）變幅為1.0000—2.9412，其中RM311的Ne值最高，為2.9412。香農(nóng)指數(shù)（I）變幅為0.0000—1.1935，其中RM311的I值最高，為1.1935。

通過比較不同品種間差異位點(diǎn)數(shù)，發(fā)現(xiàn)5個(gè)秀水系列水稻品種位點(diǎn)差異位點(diǎn)為4—22個(gè)（表4），其中‘秀水123’和‘秀水114’之間差異位點(diǎn)數(shù)最少，僅有4個(gè)，‘秀水128’和‘秀水114’之間位點(diǎn)差異數(shù)為22個(gè)。

表4 秀水系列水稻品種間差異位點(diǎn)數(shù)Table 4 Number of different lociamong Xiushui series rice varieties

2.4 秀水系列水稻品種的聚類分析

基于Nei’s遺傳相似系數(shù)構(gòu)建5個(gè)秀水系列水稻品種的聚類圖（圖1），在相似系數(shù)為0.74處被聚為兩大類，‘秀水 128’和‘秀水 134’為第 I類，‘秀水 123’‘秀水 114’和‘秀水 121’為第 II類，其中‘秀水114’和‘秀水123’相似系數(shù)達(dá)到0.96。

圖1 基于48對(duì)SSR引物的秀水系列水稻品種聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Xiushui series rice varieties based on 48 pairs of SSR primers

3 討論

3.1 秀水系列水稻品種農(nóng)藝性狀和親本來源

自2006年‘秀水128’通過上海市農(nóng)作物品種審定委員會(huì)審定以來，浙江省嘉興市農(nóng)業(yè)科學(xué)院選育的‘秀水123’‘秀水114’‘秀水134’‘秀水121’等品種陸續(xù)通過審定。近年來，育種單位在株高、穗長(zhǎng)、穗粒數(shù)、結(jié)實(shí)率、千粒重等農(nóng)藝性狀進(jìn)行了改良，但也保留了株型緊湊，葉片挺直，穗型均為直立或半直立等秀水系列品種區(qū)別于上海主推其他水稻品種的獨(dú)特農(nóng)藝性狀。

從親本來源看，‘秀水128’和‘秀水123’選育過程中都用到親本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’選育過程中都用到親本‘秀水123’，‘秀水121’選育過程中用到親本‘秀水134’，說明這5個(gè)水稻品種選育過程中都直接或者間接用到了親本HK21。

3.2 秀水系列水稻品種SSR標(biāo)記多態(tài)性和遺傳多樣性

利用48對(duì)SSR引物對(duì)5個(gè)秀水系列水稻品種進(jìn)行多態(tài)性分析，發(fā)現(xiàn)平均每對(duì)引物僅能檢測(cè)到1.69個(gè)等位基因位點(diǎn)，有22對(duì)引物僅檢測(cè)到1個(gè)位點(diǎn)，20對(duì)引物僅檢測(cè)到2個(gè)位點(diǎn)，表明87.5%的引物僅能檢測(cè)到2個(gè)以下位點(diǎn)，說明這5個(gè)品種遺傳差異較小。

樣品間差異位點(diǎn)數(shù)是反應(yīng)品種是否為近似品種的一個(gè)重要指標(biāo)［6］。根據(jù)原農(nóng)業(yè)部發(fā)布的水稻品種鑒定技術(shù)規(guī)程，當(dāng)樣品間差異位點(diǎn)數(shù)≥2，判定為不同品種。本研究中的5個(gè)水稻品種間位點(diǎn)差異數(shù)為4—22個(gè)，‘秀水123’和‘秀水114’之間差異位點(diǎn)數(shù)最少為4個(gè)，超過了2個(gè)，按照此規(guī)程判定為不同品種，但差異位點(diǎn)數(shù)較少，品種間親緣關(guān)系較近。

利用NTSYS-pcv 2.11軟件基于遺傳相似系數(shù)進(jìn)行聚類分析發(fā)現(xiàn)，供試的5個(gè)水稻品種在遺傳相似系數(shù)0.74處分為兩大類，特別是‘秀水123’和‘秀水114’遺傳相似系數(shù)達(dá)0.96，也說明這5個(gè)秀水系列水稻品種親緣關(guān)系較近。

長(zhǎng)期以來，秀水系列水稻品種一直是上海市郊主推水稻品種，生產(chǎn)中大面積使用單一品種，可能增加水稻大規(guī)模爆發(fā)病蟲害的風(fēng)險(xiǎn)［11］。因此，今后上海水稻育種上應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)引進(jìn)和利用國內(nèi)外優(yōu)異種質(zhì)資源，同時(shí)深入發(fā)掘地方品種中的有利基因，改良關(guān)鍵農(nóng)藝性狀，選育綠色、優(yōu)質(zhì)、高效水稻品種，滿足農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革對(duì)優(yōu)良品種的需求。