基于DUS測試的江西省水稻新品種遺傳多樣性分析

摘要 江西省是我國的水稻育種和種植大省，隨著水稻育種水平的快速提高，地方品種不斷被新選育品種替代，造成大量優(yōu)良基因喪失，遺傳多樣性顯著降低，遺傳基礎(chǔ)日益狹窄。使用水稻DUS測試指南性狀對江西省256份水稻新品種的遺傳多樣性進(jìn)行分析，旨在了解江西省水稻新品種遺傳多樣性情況，為江西省水稻種質(zhì)鑒定、育種利用和新品種測試提供一些參考。10個(gè)數(shù)量性狀變異系數(shù)在8.59%～21.83%；52個(gè)測試性狀的香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)在0.03～2.10，平均1.05。聚類分析顯示，材料相似系數(shù)在0.77～0.95。江西省近年選育的品種多樣性較窄，對糯稻、有色稻和香稻等特殊稻品種開發(fā)力度也不夠，各育種單位應(yīng)加大品種資源收集和利用力度。

關(guān)鍵詞 水稻；DUS測試；遺傳多樣性；數(shù)量性狀

中圖分類號 S511 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）18-0032-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.008

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Genetic Diversity Analysis of New Rice Varieties from Jiangxi Province Based on DUS Testing

GAO Chong-feng1，LIU Xiao-long1，2，LUO Tao1，2 et al

（1.Jiangxi Institute of Red Soil and Germplasm Resources，Nanchang，Jiangxi 330046;2.Yujiang Sub-Center for New Plant Varieties Tests，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Yingtan，Jiangxi 335200）

Abstract Jiangxi Province is a major province of rice breeding and planting in China.With the rapid improvement of rice breeding level，local varieties were constantly replaced by new varieties，resulted in the loss of a large number of excellent genes and the significant reduction of genetic diversity，and the genetic basis was increasingly narrow.The genetic diversity of 256 new rice varieties in Jiangxi Province was analyzed using the DUS test guide characteristics，aiming to understand the genetic diversity of new rice varieties in Jiangxi Province and provided some references for rice germplasm identification，breeding utilization and new variety testing in Jiangxi Province.The coefficient of variation of the 10 quantitative characteristics ranged from 8.59% to 21.83%，the Shannon-Wiener genetic diversity index of the 52 tested characteristics ranged from 0.03 to 2.10，with an average of 1.05，and the cluster analysis showed that the material similarity coefficient ranged from 0.77 to 0.95. In recent years，the diversity of varieties selected and bred in Jiangxi Province was relatively narrow，and the development of special rice varieties was also insufficient，such as glutinous rice，colored rice and fragrant rice.

Key words Rice;DUS test;Genetic diversity;Quantitative characteristics

作者簡介 高崇峰（1995—），男，江西鷹潭人，助理農(nóng)藝師，碩士，從事DUS測試工作。*通信作者，高級農(nóng)藝師，從事DUS測試工作。

收稿日期 2023-11-02

江西省是我國的水稻育種和種植大省，每年都有大量新品種選育［1-2］。隨著育種水平逐步提高，品種更新?lián)Q代速度不斷加快，地方品種逐漸被替代［3］。如果品種間的農(nóng)藝表型和遺傳結(jié)構(gòu)過分相近，大面積種植的農(nóng)作物品種，存在較大的潛在生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)［4］。因此，及時(shí)了解地區(qū)品種間的遺傳相似性對指導(dǎo)今后品種改良具有十分重要的意義。DUS測試報(bào)告是植物新品種保護(hù)、品種審定和品種登記的重要審查內(nèi)容［5］，意味著市場上推廣的水稻新品種都要進(jìn)行DUS測試。江西省DUS測試水稻品種的多樣性分析結(jié)果在一定程度上能反映江西省的新品種遺傳和育種水平。

DUS測試是以性狀描述為基礎(chǔ)［6］，UPOV技術(shù)文件中規(guī)定性狀是指可遺傳表達(dá)的能明確識別、區(qū)別和描述植物的特征或特性［7］。DUS測試指南中所選性狀大多為實(shí)際育種和生產(chǎn)關(guān)注度較高的表型性狀，且這些性狀在不同品種中存在普遍多態(tài)性［8］。因此，可以利用DUS測試性狀多態(tài)性分析地方水稻新品種遺傳多樣性。

鑒于此，筆者分析近年來江西省內(nèi)水稻種子企事業(yè)單位或個(gè)人進(jìn)行DUS測試的256份水稻品種的52個(gè)必測性狀的變異情況和遺傳多樣性指數(shù)，并對256份水稻品種進(jìn)行聚類分析，以期研究江西地區(qū)水稻品種多樣性情況，為江西省水稻育種提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料與種植方法

供試材料為2020—2022年江西省內(nèi)水稻種子企事業(yè)單位或個(gè)人委托農(nóng)業(yè)農(nóng)村部植物新品種測試（余江）分中心進(jìn)行DUS測試的水稻品種共256個(gè)。所有材料于2022年6月23日在江西省鷹潭市余江區(qū)播種，采取育秧單本移栽方式種植，每份材料種植1個(gè)小區(qū)，每個(gè)小區(qū)種植218株，株行間距20 cm，采取當(dāng)?shù)剡m宜田間管理，期間未遭受明顯病、蟲、鳥害。

1.2 數(shù)據(jù)采集指標(biāo)與方法

根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)《植物品種特異性（可區(qū)別性）、一致性和穩(wěn)定性測試指南 水稻》（GB/T 19557.7—2022）［9］要a1244e45e625f76213afe5bf6cb36de6求，調(diào)查附錄A中表A.1列出的52個(gè)水稻基本性狀，群體目測和群體測量性狀采集1個(gè)數(shù)據(jù)，個(gè)體測量性狀采集20個(gè)數(shù)據(jù)。

1.3 數(shù)據(jù)處理方法

數(shù)據(jù)采集后錄入到Excle 2019文件中，剔除大于或小于3倍標(biāo)準(zhǔn)差的異常值數(shù)據(jù)，分別計(jì)算各性狀最大值、最小值、極差、平均值、中值、標(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)。采用Excle 2019軟件分別統(tǒng)計(jì)各代碼的頻率分布情況。

采用香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)（Shannon-Wiener index）［10］計(jì)算群體遺傳多樣性大小。香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)的計(jì)算公式為：

H′=-Pi×lnPi（i=1，2，3，…，n）

式中，Pi為某一性狀第i個(gè)代碼材料數(shù)量占總樣本數(shù)的百分比。

采用NTSYSpc 2.1e 軟件［11］中UPGMA方法進(jìn)行聚類分析繪制聚類樹形圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西省水稻新品種遺傳變異情況分析

測量性狀遺傳變異結(jié)果顯示（表1），葉舌長度范圍在0.70～2.90 cm、抽穗期范圍在58.00～100.00 d、單株穗數(shù)范圍在7.35～21.60個(gè)、莖稈直徑范圍在3.75～7.39 mm、莖稈長度范圍在48.44～99.05 cm、劍葉長度范圍在19.71～49.58 cm、劍葉寬度范圍在1.39～2.77 cm、穗長度范圍在15.03～29.67 cm、每穗粒數(shù)范圍在101.84～408.32粒、結(jié)實(shí)率范圍在34.48%～97.24%、千粒重范圍在16.88～33.52 g、谷粒長度范圍在8.58～14.09 mm、谷粒寬度范圍在2.42～4.92 mm、谷粒形狀范圍在2.00～5.33、糙米長度范圍在6.25～12.76 mm、糙米寬度范圍在1.98～4.23 mm。16個(gè)測量性狀變異系數(shù)分布在9%～22%，其中每穗粒數(shù)的變異系數(shù)最大（22%），葉舌長度和單株穗數(shù)也在20%以上，谷粒形狀為19%，穗長度和抽穗期變異系數(shù)最?。?%）。

目測性狀遺傳變異結(jié)果顯示，32個(gè)目測性狀總共記錄到187種表型代碼中的95種（表2）。葉片茸毛密度、穗芒、劍葉葉片卷曲類型和芒分布各代碼分布相對均勻外，其他性狀都主要集中在1到2個(gè)代碼，基部葉葉鞘顏色為代碼1（綠色，0.77）、生長習(xí)性為代碼1（直立，0.75）、葉片綠色程度為代碼7（深，0.55）、葉片花青甙顯色為代碼1（無，0.81）、倒二葉姿態(tài)為代碼3（半直立，0.94）、葉耳花青甙顯色為代碼1（無，0.85）、葉舌形狀為代碼3（二裂，1.00）、劍葉姿態(tài)（初期）為代碼1（直立，0.65）、芒顏色（初期）為代碼1（白色，0.78）、外穎穎尖花青甙顯色強(qiáng)度（初期）為代碼1（無或極弱，0.78）、柱頭顏色為代碼1（白色，0.79）、基部莖節(jié)包露為代碼1（包，0.85）、節(jié)花青甙顯色為代碼1（無，0.84）、最長芒長度為代碼1（極短，0.78），外穎茸毛密度為代碼7（密，0.98）、劍葉姿態(tài)（后期）為代碼2（直立到半直立，0.53）、穗：芒顏色（后期）為代碼1（中等黃色，1.00）、穗姿態(tài)為代碼3（輕度下彎，0.84），二次枝梗類型為代碼3（多，1.00）、分枝姿態(tài)為代碼3（半直立，0.85）、外穎穎尖花青甙顯色強(qiáng)度（后期）為代碼1（無或極弱，0.79）、護(hù)穎長度為代碼5（中，0.72）、外穎顏色為代碼1（淺黃色，0.99）、外穎修飾色為代碼1（無，1.00）、糙米形狀為代碼4（紡錘形，0.72）、糙米顏色為代碼2（淺棕色，0.97）、糙米香味為代碼1（無或極弱，1.00）。

2.2 江西省水稻新品種多樣性分析

2.2.1 數(shù)量性狀多樣性分析。

對數(shù)量性狀香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表3。由表3可知，江西省水稻全部新品種10個(gè)數(shù)量性狀遺傳多樣性指數(shù)分布在0.76～1.30，平均值為1.10；劍葉長度、劍葉寬度、每穗粒數(shù)、千粒重、谷粒長度和谷粒寬度較高，在1.00以上；單株穗數(shù)、莖稈直徑、莖稈長度和穗長度較低，在1.00以下；穗長度遺傳多樣性指數(shù)最低（0.76），千粒重遺傳多樣性指數(shù)最高（1.30）?？傮w來看，江西省水稻新品種10個(gè)數(shù)量性狀香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)不高，說明遺傳多樣性不高。

對不同類型品種香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示常規(guī)稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.89～1.52，平均值為1.23；兩系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.63～1.29，平均值為0.98；三系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.61～1.22，平均值為0.93。由此可見，江西省水稻全部新品種常規(guī)稻數(shù)量性狀多樣性要高于雜交稻品種；雜交稻中兩系雜交稻相對三系雜交稻數(shù)量性狀多樣性稍高一些，但相差不大。

2.2.2 假質(zhì)量性狀多樣性分析。

對假質(zhì)量性狀香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行分析，結(jié)果見表4。由表4可知，江西省水稻全部新品種13個(gè)假質(zhì)量性狀遺傳多樣性指數(shù)分布范圍在0～1.36，平均值為0.50；葉舌性狀和芒顏色（后期）遺傳多樣性指數(shù)為0；外穎顏色、外穎修飾色和糙米顏色遺傳多樣性指數(shù)較小，小于0.50；葉鞘顏色、芒顏色（初期）、劍葉卷曲類型、柱頭顏色、穗姿態(tài)、抽出度和糙米形狀的遺傳多樣性指數(shù)在0.50～1.00，芒分布遺傳多樣性指數(shù)最大（1.36）。江西省水稻新品種的假質(zhì)量性狀香農(nóng)-維納多樣性指數(shù)普遍較低，由此可見假質(zhì)量性狀多樣性較低。

對不同類型品種香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示常規(guī)稻遺傳多樣性指數(shù)分布范圍在0～0.95，平均值為0.45；兩系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布范圍在0～1.56，平均值為0.46；三系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布范圍在0～1.25，平均值為0.45?？傮w來看，江西省水稻新品種不同品種類型的假質(zhì)量性狀多樣性差異不大。

2.2.3 質(zhì)量性狀多樣性分析。

對質(zhì)量性狀香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行分析結(jié)果見表5。由表5可知，江西省水稻全部新品種5個(gè)質(zhì)量性狀遺傳多樣性指數(shù)分布在0.42～0.68，平均值為0.49；芒有無的遺傳多樣性指數(shù)較高（0.68），葉耳花青甙顯色和基部莖節(jié)包露均較低（0.42）。由此可見，江西省水稻新品種的質(zhì)量性狀多樣性不高。

對不同類型品種香農(nóng)-維納遺傳多樣性指數(shù)進(jìn)行對比，結(jié)果顯示常規(guī)稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.31～0.69，平均值為0.56；兩系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.28～0.59，平均值為0.42；三系雜交稻遺傳多樣性指數(shù)分布在0.08～0.64，平均值為0.37。總體來看，江西省水稻新品種常規(guī)稻的質(zhì)量性狀多樣性要高于雜交稻；雜交稻中兩系雜交稻相對三系雜交稻質(zhì)量性狀多樣性稍高一些，但相差不大。

2.3 江西省水稻新品種表型數(shù)據(jù)聚類分析

由圖1可知，所有材料相似系數(shù)為0.77～0.95，不同類型材料之間的相似系數(shù)都在0.81以上。在相似系數(shù)0.81處，可以將所有品種分為4種類型，類型 Ⅰ 主要為無花青甙顯色的品種，類型 Ⅱ 為有花青甙顯色的晚稻品種，類型Ⅲ為有花青甙顯色的早稻品種，類型Ⅳ單獨(dú)一個(gè)品種（柱頭無花青甙顯色，但其他性狀有顯色）。類型 Ⅰ 可以分為兩組，類型 Ⅰ-1 和類型 Ⅰ-2。類型 Ⅰ-1由一組63個(gè)晚稻品種與另一組38個(gè)早稻品種、4個(gè)晚稻品種組成；類型 Ⅰ-2包括7個(gè)晚稻品種，1個(gè)早稻品種。由此可見，花青甙顯色和抽穗期是聚類的首選性狀；江西省新品種存在一定的變異，但變異比較狹窄。

3 討論與結(jié)論

3.1 討論

表型性狀變異系數(shù)和遺傳多樣性指數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)測量性狀變異系數(shù)在15%以下，每穗粒數(shù)、葉舌長度、單株穗數(shù)和谷粒形狀的變異系數(shù)較高。測量性狀遺傳多樣性指數(shù)較高，目測性狀遺傳多樣性指數(shù)相對較低，但葉片茸毛密度和芒分布遺傳多樣性指數(shù)較高。性狀變異系數(shù)或遺傳多樣性指數(shù)較高說明育種過程中這些性狀的品種資源多樣性豐富［12］，原因之一可能是育種家對于“葉舌長度”這類性狀關(guān)注度不高，另一個(gè)原因可能是市場對于例如谷粒形狀這類性狀需求多樣。

數(shù)量性狀聚類分析發(fā)現(xiàn)以花青甙顯色、抽穗期和芒作為分類首選性狀，證明葉耳花青甙顯色和抽穗期作為DUS測試指南中的分組性狀很合理。趙洪等［13-15］等分別基于DUS測試性狀對上海鮮食玉米、西南地區(qū)春大豆和絲瓜種質(zhì)資源進(jìn)行遺傳多樣性分析，篩選出優(yōu)質(zhì)品種資源并對相應(yīng)指南提出修改意見。利用DUS測試指南中的52個(gè)性狀分析水稻遺傳多樣性切實(shí)可行，但在使用過程中有必要對一些相關(guān)性較高或多態(tài)性較差的性狀進(jìn)行精簡。

3.2 結(jié)論

通過江西省水稻新品種表型遺傳多樣性的分析發(fā)現(xiàn)，江西省DUS測試水稻新品種測量性狀遺傳多樣性指數(shù)較高，目測性狀遺傳多樣性指數(shù)較低，每穗粒數(shù)、葉舌長度、單株穗數(shù)、谷粒形狀、葉片茸毛密度和芒分布等性狀多樣性較好；聚類分析相似系數(shù)為0.77～0.95，花青甙顯色和抽穗期是聚類到首選類型。江西省近年選育的品種多樣性豐富度不高，需要引起重視；另外，對糯稻、有色稻和香稻等特殊稻品種開發(fā)力度也不夠，各育種單位應(yīng)加大品種資源收集和利用力度。

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