上海近年主推秀水系列水稻品种遗传多样性研究

李茂柏，姚丹青，王 杰，刘 建

（上海市种子管理总站，上海201103）

水稻是上海种植面积最大的农作物，全市水稻常年种植面积在10万hm2左右，其中常规粳稻品种种植面积约占60%，杂交粳稻品种种植面积约占40%［1-2］。嘉兴市农业科学研究院选育的秀水系列品种株高一般低于100 cm，株型紧凑，叶片挺直，耐肥，抗倒力强，田间稻瘟病、纹枯病等病害发生轻，灌浆速度较快，熟期转色较好，穗型直立或半直立，丰产、稳产性较好，稻米外观品质较好，深受上海市郊农户欢迎［3］。2007—2017年间，秀水系列品种在上海累计推广面积58.8万 hm2，其中2010年推广面积最大，‘秀水128’‘秀水123’‘秀水114’等3个品种共推广7万hm2，占全市水稻种植面积的70.2%。近年来，随着农业供给侧结构性改革的推进，绿色、优质、高效水稻品种推广面积大幅增加，秀水系列水稻品种种植面积有所下降，但仍是上海市郊主推水稻品种。由于长期大面积推广秀水系列品种，导致上海水稻品种单一化、同质化现象严重。

简单重复序列（Simple sequence repeats，SSR）标记具有共显性、重复性好、分辨率高、揭示的多态性高、操作相对简单等优点，在群体遗传结构和遗传多样性分析、物种进化、遗传图谱构建、基因定位及分子标记辅助育种等研究领域有着广泛应用［4-5］。本研究采用SSR分子标记对上海近年主推的5个秀水系列水稻品种进行遗传多样性分析，旨在研究上海近年主推秀水系列品种的遗传多样性，为今后水稻基因发掘、水稻新品种选育及更替提供遗传背景参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

参试材料为浙江省嘉兴市农业科学研究院选育的5个秀水系列品种，分别于2006—2015年通过上海市农作物品种审定委员会审定（表1）。

表1 参试水稻品种审定及推广情况Table 1 Registration and extension of rice varieties in the test

1.2 基因组DNA提取及SSR扩增

每样本取20粒种子，采用美国QIGAEN公司DNeasy Plant Mini Kit试剂盒提取基因组DNA。DNA纯度和浓度利用NanoDrop 2000c紫外可见光谱仪（Thermo公司）进行测定，DNA稀释至50 ng/μL的工作液备用，4℃冰箱储藏。

采用原农业部颁布的行业标准《水稻品种鉴定技术规程SSR标记法》中的48对SSR引物（表2）对5个秀水系列水稻品种进行PCR扩增及基因型鉴定［6］。PCR扩增为12μL反应体系，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。反应程序为：94℃预变性5 min；94℃变性40 s，55—60℃退火35 s，72℃延伸45 s，共36个循环；72℃延伸10 min，4℃保存。

表2 SSR引物和遗传多样性检测结果Table 2 SSR primers and genetic diversity test results

1.3 DNA指纹图谱的采集及数据分析

所有数据分析基于QIAxcel ScreenGel 1.4版软件，通过软件系统自动对指纹的原始数据进行分析，确定每个位点的等位基因。利用POPGENE 3.2软件计算等位基因观察值（Observed number of alleles，Na）、有效等位基因数（Effective number of alleles，Ne）和香农指数（Shannon's Information index，I）［7］。利用NTSYS-pcv 2.11软件中的SAHN计算品种间Nei’s遗传距离，用非加权类平均法（Unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）对各群体进行聚类分析，再由TreePlot模块生成聚类图［8］。

2 结果与分析

2.1 秀水系列水稻品种农艺性状比较

由表3可见，5个水稻品种全生育期均在161 d以内，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。‘秀水128’‘秀水123’和‘秀水114’的株高相对较高，在97 cm左右，‘秀水121’株高最矮，为85.7 cm。‘秀水134’为大穗型品种，每穗粒数最多，平均每穗为141.1粒，但有效穗数最少，为283.5万/hm2；‘秀水114’和‘秀水128’穗型较小，‘秀水114’每穗粒数最少，平均每穗为121.7粒，有效穗数为320.3万/hm2。‘秀水121’结实率最高，为93.4%，‘秀水123’结实率最低，为90.0%。5个品种米质都比较好，达到国家优质稻谷标准3级以上，其中‘秀水121’达国家优质稻谷标准1级，其主要米质指标为整精米率74.0%，垩白粒率8%，垩白度0.6%，碱消值7.0级，胶稠度胶长74 mm，直链淀粉含量 15.0%［9-10］。

表3 秀水系列水稻品种主要农艺性状比较Table 3 Comparison ofmain agronom ic traits of Xiushui series rice varieties

2.2 秀水系列水稻品种亲本来源

由表1可知，5个水稻品种之间有1个以上共同的亲本来源，如‘秀水128’和‘秀水123’选育过程中利用了共同亲本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’选育过程中利用了共同亲本‘秀水123’，‘秀水121’亲本中有‘秀水134’血缘，说明这5个品种在一定程度上有共同的亲本来源，亲缘关系较近。

2.3 秀水系列水稻品种SSR分子标记多态性分析

利用48对SSR引物对5个秀水系列水稻品种进行遗传多样性参数分析（表2），共检测到81个等位基因，每对引物检测到的等位基因变幅为1—4个，平均每对引物检测到1.69个等位基因位点，其中有22对引物仅检测到1个基因位点，20对引物检测到2个基因位点，5对引物检测到3个基因位点，1对引物检测到4个基因位点。有效等位基因数（Ne）变幅为1.0000—2.9412，其中RM311的Ne值最高，为2.9412。香农指数（I）变幅为0.0000—1.1935，其中RM311的I值最高，为1.1935。

通过比较不同品种间差异位点数，发现5个秀水系列水稻品种位点差异位点为4—22个（表4），其中‘秀水123’和‘秀水114’之间差异位点数最少，仅有4个，‘秀水128’和‘秀水114’之间位点差异数为22个。

表4 秀水系列水稻品种间差异位点数Table 4 Number of different lociamong Xiushui series rice varieties

2.4 秀水系列水稻品种的聚类分析

基于Nei’s遗传相似系数构建5个秀水系列水稻品种的聚类图（图1），在相似系数为0.74处被聚为两大类，‘秀水 128’和‘秀水 134’为第 I类，‘秀水 123’‘秀水 114’和‘秀水 121’为第 II类，其中‘秀水114’和‘秀水123’相似系数达到0.96。

图1 基于48对SSR引物的秀水系列水稻品种聚类分析Fig.1 Cluster analysis of Xiushui series rice varieties based on 48 pairs of SSR primers

3 讨论

3.1 秀水系列水稻品种农艺性状和亲本来源

自2006年‘秀水128’通过上海市农作物品种审定委员会审定以来，浙江省嘉兴市农业科学院选育的‘秀水123’‘秀水114’‘秀水134’‘秀水121’等品种陆续通过审定。近年来，育种单位在株高、穗长、穗粒数、结实率、千粒重等农艺性状进行了改良，但也保留了株型紧凑，叶片挺直，穗型均为直立或半直立等秀水系列品种区别于上海主推其他水稻品种的独特农艺性状。

从亲本来源看，‘秀水128’和‘秀水123’选育过程中都用到亲本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’选育过程中都用到亲本‘秀水123’，‘秀水121’选育过程中用到亲本‘秀水134’，说明这5个水稻品种选育过程中都直接或者间接用到了亲本HK21。

3.2 秀水系列水稻品种SSR标记多态性和遗传多样性

利用48对SSR引物对5个秀水系列水稻品种进行多态性分析，发现平均每对引物仅能检测到1.69个等位基因位点，有22对引物仅检测到1个位点，20对引物仅检测到2个位点，表明87.5%的引物仅能检测到2个以下位点，说明这5个品种遗传差异较小。

样品间差异位点数是反应品种是否为近似品种的一个重要指标［6］。根据原农业部发布的水稻品种鉴定技术规程，当样品间差异位点数≥2，判定为不同品种。本研究中的5个水稻品种间位点差异数为4—22个，‘秀水123’和‘秀水114’之间差异位点数最少为4个，超过了2个，按照此规程判定为不同品种，但差异位点数较少，品种间亲缘关系较近。

利用NTSYS-pcv 2.11软件基于遗传相似系数进行聚类分析发现，供试的5个水稻品种在遗传相似系数0.74处分为两大类，特别是‘秀水123’和‘秀水114’遗传相似系数达0.96，也说明这5个秀水系列水稻品种亲缘关系较近。

长期以来，秀水系列水稻品种一直是上海市郊主推水稻品种，生产中大面积使用单一品种，可能增加水稻大规模爆发病虫害的风险［11］。因此，今后上海水稻育种上应进一步加强引进和利用国内外优异种质资源，同时深入发掘地方品种中的有利基因，改良关键农艺性状，选育绿色、优质、高效水稻品种，满足农业供给侧结构性改革对优良品种的需求。