浙江省玉米地方种质表型多样性分析

赵军华，吕学高，楼肖成，朱正梅

(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)

浙江省玉米地方种质表型多样性分析

赵军华，吕学高，楼肖成，朱正梅

(浙江省东阳玉米研究所,浙江东阳 322100)

采用完全随机试验设计,研究了浙江省99份地方玉米种质的农艺性状,并分析了它们的遗传多样性。结果表明,供试材料的抽雄天数、吐丝天数、散粉天数、叶片数、株高、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数和千粒重等性状具有较高的遗传多样性,Shannon-Weaver指数为1.59～2.27。根据欧式距离,按离差平方和法进行系统聚类,将99份玉米地方种质划分为5个类群,说明浙江省玉米地方种质具有丰富的表型多样性,具有较高的保护和利用潜力。

玉米;种质资源;农艺性状;遗传多样性

文献著录格式:赵军华,吕学高,楼肖成,等.浙江省玉米地方种质表型多样性分析[J].浙江农业科学,2015,56(5):741-744.

DOI 10.16178/j.issn.0528-9017.20150560

种质资源亦称遗传资源,是决定各种遗传性状的基因资源,是育种工作的物质基础。玉米地方品种是自然选择和人工选择的产物,是最适宜当地种植的品种,其多样的遗传变异为育种提供了便利。我国玉米育种最初选育自交系主要是从地方品种选育的,玉米地方种质资源的搜集、整理、鉴定、保存、编目和创新应用研究工作一直深受国家的重视,从“六五”到“九五”一直被列为国家重点攻关项目[1-2]。

20世纪60年代,浙江省农科院农艺所曾开展地方玉米种质资源征集和利用工作,收集浙江省部分玉米地方品种,并利用这些种质资源育成一些自交系,如金糯、满蒲金等。1963年浙江省东阳玉米研究所成立以后,浙江省农科院农艺所将征集的玉米地方种质全部移交给该所,在“六五”“七五”期间,浙江省东阳玉米研究所承担农业部农作物品种资源征集、整理和农艺性状研究项目,完成系统征集,整理浙江省玉米地方种质资源118份,建成浙江省玉米种质资源库,丰富了国家种质资源[3]。

对玉米地方种质资源的表型性状进行全面系统的鉴定与评价,是其高效利用的前提。然而,关于浙江省玉米地方种质资源在抽雄、吐丝及株高等农艺性状上的系统评价未见报道。本研究供试材料均来自浙江省玉米地方种质,通过分析这些材料在所评价的粒色等5个质量性状以及抽雄、吐丝等11个农艺性状上的多样性,为全面鉴定玉米地方种质、进一步开展玉米地方种质的创新利用提供参考和指导。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为在浙江省内广泛搜集、整理的玉米地方种质,共99份(编号及名称详见表1)。田间试验于2013年在浙江省东阳玉米研究所试验基地进行,随机区组设计,2次重复,双行区,小区行长15 m,行宽1.3 m,种植密度52 500株·hm-2,田间管理与当地大田生产相同。小区内套袋混合授粉,成熟时分小区收获套袋授粉的果穗晾晒。

1.2 性状测定

玉米农艺性状测定参照《玉米种质资源描述规范和数据标准》[4],记载抽雄期、散粉期、吐丝期和花丝颜色;蜡熟期于田间测定株高、穗位高和主茎叶片数,每小区测定10株。果穗收获晒干后于室内考种,测定穗长、穗粗、穗行数和行粒数。每小区测定10个果穗,记载穗型、粒型、粒色、轴色,测定千粒重。

1.3 数据分析

参照Li等的方法进行各个性状等级划分[5-7],以Xi±kσ(其中k=0,0.5,1,1.5,2)为临界值,将各个性状的观测值划分为10个等级。各等级的分布频率Pi=ni/n,其中ni表示某性状处于第i级的材料个数,n表示材料总数。Shannon-Weaver多样性指数(H’)=-ΣPilnPi,其中Pi表示某性状第i级的分布频率。采用离差平方和法进行系统聚类分析,样品距离采用欧氏距离,用DPS软件进行数据分析[8]。

表1 99份浙江省玉米地方种质编号及名称

2 结果与分析

2.1 农艺性状统计分析

统计结果表明,99份玉米地方种质籽粒颜色分为5种,其中白色11份,黄白色11份,黄色74份,黄紫色2份,紫黑色1份;籽粒形状分为5种,其中马齿型7份,半马齿型1份,中间型30份,半硬粒型8份,硬粒型53份;花丝颜色4种,其中绿色53份,棕色6份,浅红色27份,深红色13份;穗轴颜色3种,其中白色91份,浅红色6份,红色2份;穗型2种,其中柱型75份,锥型24份。从果穗及籽粒观察结果可以看出,各类型玉米均有分布,说明99份地方种质具有较丰富的果穗表型多样性。

对99个玉米地方种质的抽雄天数、散粉天数、吐丝天数、叶片数、株高、穗位高、穗长、穗粗、穗行数、行粒数和千粒重共11个数量性状变异系数的统计结果表明,各个性状的变异幅度不同,其中穗位高变异最大,变异系数达到26.53%,其次是行粒数、千粒重、穗长和株高,变异系数分别为17.94%,17.80%,17.05%和14.14%。抽雄天数、叶片数、穗粗、吐丝天数、散粉天数和穗行数变异系数次之,分别为12.96%,12.81%, 11.63%,11.39%,11.33%和9.64%(表2)。说明这些地方种质间农艺性状具有较大差异,存在较丰富的遗传多样性。

表2 99份玉米地方种质农艺性状统计结果

2.2 农艺性状多样性分析

对99份玉米地方种质的11个农艺性状观察表明,除叶片数、穗粗和千粒重3个性状分布在9个等级上外,其余8个性状分布在10个等级上。其中株高、穗位高、千粒重的分布存在一定的偏态性,均集中于第1和第10级,分别占总数的58.58%,58.58%和70.70%;而其余性状的分布较接近正态分布,主要分布在第3～8级上(图1)。表明玉米地方种质株高、穗位高较高,籽粒较大,千粒重超过228.10 g的品种有33个,株高和穗位高较高的品种有26个。

图1 玉米地方种质性状的频率分布

2.3 农艺性状的Shannon-Weaver多样性指数

Shannon-Weaver指数(H’)可以反映研究群体在某性状上的遗传多样性[9-12]。在11个性状中,H’最高的是行粒数(2.27),其次依次是散粉天数(2.15)和叶片数(2.15),抽雄天数(2.14),穗长(2.08),穗行数(2.05),吐丝天数(2.04),株高(1.93)和穗位高(1.93),百粒重(1.63),最低的是穗粗(1.59)。总体上各个性状的H’均处于较高水平,表明这99份玉米地方种质的表型多样性较丰富。

2.4 系统聚类

采用离差平方和法对99份玉米地方种质资源的综合性状进行聚类分析[8],根据同一类群的玉米品种间距离接近且综合性状值差异较小的原则,将99份玉米地方种质划分为5大类群(图2)。第Ⅰ类群包括10个品种,占10.10%;第Ⅱ类群包括28个品种,占28.28%;第Ⅲ类群包括16个品种,占16.16%;第Ⅳ类群包括30个品种,占30.30%;第Ⅴ类群包括15个品种,占15.15% (表3)。

图2 基于表型相似系数的聚类图

表3 99份玉米地方种质的聚类划分结果

根据划分结果计算5个类群11个农艺性状的平均值。从表4可以看出,类群Ⅰ代表晚熟种质,其性状特征为抽雄、吐丝时间长,高秆和高穗位,穗较长且粗,叶片数最多;类群Ⅱ代表早熟种质,其性状特征为抽雄、吐丝时间短,矮秆、穗位低,叶片少;类群Ⅲ代表中早熟种质,其性状特征为抽雄、吐丝时间较短,矮秆、穗位最低,叶片最少,千粒重最轻、行粒数最少;类群Ⅳ种质最多,其性状特征相对适中,表现为抽雄、吐丝时间中晚,中秆、穗位适中,穗长、穗粗、行粒数居中;类群Ⅴ包含15份种质,其性状特征表现为抽雄、吐丝时间中等,株高和穗位中等,行粒数、千粒重均最大。

表4 表型性状不同类群的平均值

3 小结与讨论

浙江省玉米地方种质在表型性状上多样性丰富。聚类分析表明,浙江省玉米地方种质多样性表现为以下5类:(1)生育期晚熟,高秆,叶片数多,大穗;(2)生育期早熟,矮杆,叶片数少; (3)生育期中早熟,矮杆,但叶片数、千粒重、行粒数较特异;(4)生育期株高、叶片数、果穗性状均适中;(5)生育期、株高均适中类型,但行粒数、千粒重较特异。

玉米地方品种是在复杂地理气候条件下,长期进化形成的一类重要遗传资源,在长期的人工和自然选择协同作用下,浙江省形成了特色玉米地方种质资源,蕴含复杂多样的基因资源,是中国玉米地方种质较丰富的地区之一。系统收集、整理和保存玉米地方品种是发掘和利用这一特殊种质资源的基础性工作,同时应加强对这些地方种质的改良与利用,这对我国玉米的品种改良与科学研究都具有重要意义。

国内外学者分别对不同来源的玉米地方种质资源品质、分类、籽粒颜色等农艺性状进行了研究[9-11],利用现代分子标记辅助技术,在DNA水平上进行了地方玉米种质的遗传多样性分析、鉴定和评价[13-14],将二者有效的结合起来,可为地方种质的挖掘、利用提供参考。

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(责任编辑：侯春晓)

S 513

A

0528-9017(2015)05-0741-04

2015-02-15

赵军华(1973-),男,浙江东阳人,助理研究员,硕士,从事玉米遗传育种和示范推广工作。E-mail:nkyzjh@163.com。