廣西藥用野生稻重要農(nóng)藝性狀遺傳多樣性分析

關(guān)鍵詞：種質(zhì)資源；藥用野生稻；農(nóng)藝性狀；遺傳多樣性

中圖分類號：S511.9 文獻標(biāo)志碼：A

野生稻是水稻育種的寶貴種質(zhì)資源，藥用野生稻（Oryza officinalis Wall. ex G. Watt）是我國境內(nèi)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(chǎn)量、高光效等優(yōu)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(guān)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(fā)現(xiàn)云南藥用野生稻對當(dāng)前云南流行的白葉枯病小種及國內(nèi)外部分強致病菌整體抗性較好；說明藥用野生稻攜帶的優(yōu)良基因在遺傳研究和品種改良上具有較大應(yīng)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(chǔ)與核心，而種質(zhì)資源的多樣性表型一直是育種家搜集材料的重要關(guān)注點[14-15]。國內(nèi)外研究者對野生稻的遺傳多樣性和群體結(jié)構(gòu)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(fā)現(xiàn)野生稻多樣性大于栽培稻。朱作峰等[21]利用SSR 標(biāo)記比較不同地區(qū)的栽培稻與普通野生稻，也得到相同結(jié)果。SUN等[22]利用RFLP 標(biāo)記對來自11 個亞洲國家122 份普通野生稻進行分析，發(fā)現(xiàn)來自中國的遺傳多樣性最高。陳成斌等[23]用RAPD 標(biāo)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(biāo)記對1610 份廣西藥用野生稻進行了分析，也得到同樣的結(jié)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(nèi)外對于藥用野生稻多樣性研究主要為分子標(biāo)記分析或多地少量的形態(tài)分析，而針對廣西藥用野生稻農(nóng)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(nèi)的遺傳變異主要來自基因突變[26]。對種質(zhì)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(chǔ)，也為重要相關(guān)基因挖掘與利用提供最基礎(chǔ)的材料和指導(dǎo)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(nóng)藝性狀進行遺傳多樣性分析，可為廣西藥用野生稻優(yōu)異資源發(fā)掘與利用奠定科學(xué)基礎(chǔ)。

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(shù)量詳見表1。

1.2 方法

參照《野生稻種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)》[28]，對抽穗期、花藥長度、粒長、粒寬、粒長寬比、粒重、生長習(xí)性、葉舌形狀、柱頭顏色、外觀品質(zhì)等10 個重要農(nóng)藝性狀進行調(diào)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(shù)；（2）花藥長度。在抽穗期隨機選取10 個穗子，用游標(biāo)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(biāo)卡尺測量谷粒內(nèi)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(biāo)卡尺測量谷粒內(nèi)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(zhì)隨機取3份樣本各100粒稱重量，單位為g，精確至0.01g。

2 結(jié)果與分析

2.1 廣西藥用野生稻重要農(nóng)藝性狀的多樣性分析

199 份廣西藥用野生稻種質(zhì)資源的5個重要農(nóng)藝性狀統(tǒng)計結(jié)果見表2。不同性狀的變異系數(shù)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(zhì)資源5個重要農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性指數(shù)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(shù)與遺傳多樣性指數(shù)趨勢相同。5個重要農(nóng)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(yōu)異的種質(zhì)資源。

2.2 廣西藥用野生稻表型性狀間的相關(guān)性分析

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

2.3 廣西藥用野生稻重要農(nóng)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(nóng)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(jié)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(chǎn)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(nóng)藝性狀的聚類分析

將5 個農(nóng)藝性狀的調(diào)查觀測值標(biāo)準(zhǔn)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(shù)（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(shù)最大為2.0834， 粒寬的遺傳多樣性指數(shù)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(shù)仍以花藥長度最大為1.9978，粒寬的遺傳多樣性指數(shù)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(shù)以粒重最大為1.8725。

2.5 廣西藥用野生稻重要農(nóng)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(jié)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(shù)小于其他5 個市的居群?；ㄋ幤骄L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(jié)果見表1， 各居群的遺傳多樣性指數(shù)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(shù)量與多樣性指數(shù)之間的相關(guān)性系數(shù)為0.6435，但差異不顯著。梧州市居群及樣本數(shù)最多，且多樣性指數(shù)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(huán)境共同作用的結(jié)果，對表型性狀的分析可從整體上了解種質(zhì)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(wěn)定的，如本調(diào)查對象的生長習(xí)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(nèi)外穎有斑點黑色，均有短芒或部分芒，所以前人多認(rèn)為其形態(tài)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(diào)查分析，各性狀的變異系數(shù)范圍為3.39%～11.90%，平均為7.06%，表型多樣性指數(shù)變異幅度為1.1807～2.9818，平均為2.3366。二者的結(jié)果表明，廣西藥用野生稻5個表型性狀變異類型豐富，種質(zhì)各具特色。陳成斌等[23]采用RAPD標(biāo)記對廣西藥用野生稻資源進行分析，結(jié)果表明廣西藥用野生稻DNA 多態(tài)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(biāo)記分析；蘇龍等[24]用25對SSR標(biāo)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(jié)果是在表型上對前人在分子標(biāo)記方面研究結(jié)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(qū)都具有豐富的遺傳多樣性，并表現(xiàn)出各自的特點[17， 19， 27， 34-35]。多個研究者認(rèn)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(qū)[38]。HUANG 等[39]研究認(rèn)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(rèn)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(rèn)為，梧州市與南寧市是遺傳多樣性指數(shù)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(jié)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(jié)果表明，北緯22°～23°和23°～24°范圍內(nèi)的2 個區(qū)域內(nèi)所包含的普通野生稻數(shù)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(shù)相關(guān)性不顯著，而廖輝[41]研究也認(rèn)為普通野生稻種群大小與遺傳多樣性水平無顯著相關(guān)性。所以本研究認(rèn)為梧州市是廣西藥用野生稻表型遺傳多樣性中心。