武陵山区玉米地方品种核心种质的遗传多样性与评价

2014-06-28姚启伦，陈发波，方平

湖北农业科学 2014年7期

姚启伦，陈发波，方平

摘要：田间试验结合微卫星（SSR）标记技术，从表型和DNA分子水平分析评价了武陵山区玉米（Zea mays L.）地方品种核心种质的遗传多样性。结果表明，核心种质在14个农艺、经济性状上存在极显著差异；基于SSR标记的UPGMA聚类能有效区分玉米地方品种核心种质，50对SSR引物在核心种质中共检测到275个多态性位点，各引物检测到的等位位点数3～15个，平均为6.0个；Shannon多态信息量为0.29～0.83，平均为0.75。核心种质代表性评价结果表明核心种质较好地保持了原种质库的遗传变异。

关键词：玉米（Zea mays L.）地方品种；核心种质；遗传多样性；武陵山区

中图分类号：S513；Q789 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2014）07-1506-03

Genetic Diversity and Evaluation of the Core Germplasms of Maize （Zea mays L.） Landraces from Wuling Mountain Area

YAO Qi-lun，CHEN Fa-bo，FANG Ping

（Department of Life Sciences and Technologies， Yangtze Normal University， Chongqing 408109， China）

武陵山区包括重庆、湖南、湖北、贵州四省（市）的部分地区，属典型的丘陵、山区地带。由于该地区复杂的地形地貌及多变的气候生态环境，部分山区农户仍种植适应本地区生态环境要求的玉米（Zea mays L.）地方品种。玉米地方品种作为一种重要的植物种质，是玉米育种的物质基础[1-3]。

随着武陵山区玉米地方品种征集数量的增加和种质资源库变大，对这一种质资源的管理成本和利用难度也相应增大。因此，构建武陵山区玉米地方品种核心种质，使少量的核心种质保存丰富的遗传变异，是保护与利用武陵山区玉米地方品种的有效途径。

1 材料与方法

1.1 供试材料

基于玉米地方品种的地域分布和种质特征，按16%的抽样率，从武陵山区376个玉米地方品种资源库中选取60个玉米地方品种作为供试材料。 1.2 试验方法

1.2.1 田间试验设计田间试验采用随机区组设计，3次重复，单行区，每行20株，密度5万株/hm2。

1.2.2 农艺、经济性状考查以单株为单位调查主要农艺、经济性状：株高、穗位高、抽丝期（播种至吐丝天数）、散粉期（播种至散粉天数）、全生育期（播种至成熟天数）、总叶数、穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒重、百粒重和容重。

1.2.3 基因组DNA提取与PCR扩增以玉米幼苗叶片为材料，抽取并纯化基因组DNA。从782对引物中筛选50对带型清晰、具有明显多态性的引物，对所有样品进行PCR扩增，用6%聚丙烯酰胺凝胶电泳检测扩增产物。其中反应程序为：95 ℃预变性5 min；95 ℃变性40 s，65 ℃退火40 s，72 ℃延伸1 min，共30个循环；72 ℃延伸2 min。采用0，1数据表记录结果。

1.2.4 数据分析

1）农艺、经济性状的方差分析。对考查的表型性状指标作方差分析，检验核心种质各农艺、经济性状差异的显著性，结合变异系数分析其表型差异。各项数据采用DPS 3.01软件统计分析。

2）SSR数据分析。利用NTSYS-pc2.1软件，计算遗传相似系数（GS）[4]：GS=2Nij/（Ni+Nj），式中Nij为样品i和j都有的带，Ni和Nj分别是样品i和j的所有条带之和，然后用不加权平均法（UPGMA）进行聚类分析。

2 结果与分析

2.1 核心种质表型性状遗传多样性分析

方差分析结果表明，60个核心种质14个农艺、经济性状（株高、穗位高、抽丝期、散粉期、全生育期、总叶数、穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒重、百粒重和容重）的差异均达极显著水平，说明表型上核心种质间存在极显著差异；就14个农艺、经济性状而论，除散粉期、穗长和总叶数外，其余性状在区组间差异达显著或极显著水平，表明散粉期、穗长和总叶数受环境因素影响较小。株高、穗位高、总叶数、抽丝期、散粉期、全生育期、穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、穗粒重、百粒重和容重的极差分别为110.71 cm、41.53 cm、8.75片、24 d、25 d、29 d、9.84 cm、0.52 cm、2.35 cm、8.40行、12.16粒、64.08 g、31.25 g和453.25 g/L；从变异系数看，穗粒重的变异系数最大（56.73%），其次是全生育期（51.36%），说明不同核心种质间这2个性状的遗传差异较大；比较农艺性状与经济性状的变异系数，总体上前者较后者的变异程度小，经济性状的遗传差异较大，农艺、经济性状变异程度大小排序为穗粒重、全生育期、秃尖长、百粒重、穗位高、行粒数、穗长、穗行数、穗粗、总叶数、抽丝期、散粉期、株高、容重（表1）。

2.2 基于SSR标记的核心种质遗传多样性

利用50对SSR引物在核心种质中共检测到275个多态性位点，各引物检测到的等位位点数均值为6.0个、变幅3～15个，Shannon多态信息量变幅为0.29～0.83，平均为0.75。基于SSR标记的UPGMA聚类能有效区分玉米地方品种核心种质（图1），由图1可见，当遗传相似系数为0.62时，可将核心种质划分为6个类群，最大的类群（类群Ⅰ）和最小类群（类群Ⅵ）分别包括23个和1个核心种质，类群Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ和Ⅴ分别由7个、16个、9个和4个核心种质构成。就各类群内核心种质的地理分布而言，同一类群有不同来源的核心种质，而不同类群间有相同来源的核心种质，表明核心种质间的遗传相关性与其地理分布无关。

2.3 武陵山区玉米地方种质与核心种质农艺、经济性状的平均数、极差、标准差和变异系数比较

由表1可知，武陵山区玉米地方种质和核心种质14个农艺、经济性状的平均数、极差、标准差和变异系数存在一定差异。14个农艺、经济性状在武陵山区玉米地方种质的极差、标准差和变异系数的变化范围与核心种质的变化范围相近；t测验结果表明，14个农艺、经济性状的平均数在武陵山区玉米地方种质库与核心种质间无显著差异，说明核心种质极大地保留了所有种质的表型变异。

3 讨论

3.1 武陵山区玉米地方品种核心种质的遗传多样性

武陵山区玉米地方品种是在特定气候生态条件下经长期自然选择和人工选育保留下来的特殊玉米种质群体。本试验研究基于玉米地方品种的种质特性和地域分布，以16%的抽样率选取核心种质。农艺、经济性状方差分析结果表明，核心种质在表型上具有较大的遗传变异。利用50对SSR引物在核心种质中共检测到275个多态性位点，平均等位位点数6.0个，平均多态信息量0.75，在DNA分子水平上反映出核心种质丰富的遗传变异。这一结果高于Liu等[5]用50对SSR引物对来自贵州省和云南省的38个糯玉米品种DNA多态性分析所得到的平均等位位点数（4.13个），也高于刘世建等[6]以14份四川省地方玉米种质自交系为材料所得到的平均等位位点数（4.8个）。表明本研究中的核心种质有较高的遗传多样性。

3.2 玉米地方品种核心种质的代表性评价

核心种质是保存的种质资源的一个核心子集，它以最少数量的种质材料最大限度地代表一个物种及其近缘野生种的遗传多样性[7-9]。构建“核心种质库”是研究和利用植物遗传资源的便捷途径，其主要目的在于植物资源的筛选、鉴定、利用及保护，从而受到作物遗传育种领域的广泛重视[10-13]。目前研究者已在51个物种上构建了60多个核心种质[14-16]。武陵山区玉米地方品种种质和核心种质农艺、经济性状平均值、极差、标准差和变异系数比较分析结果表明，14个农艺、经济性状的平均值二者间无显著差异，表明本试验基于玉米地方品种的种质特征和地域分布筛选的核心种质较好地保留了原种质的遗传变异。因此，构建武陵山区玉米地方品种核心种质不仅极大地降低了管理成本，而且提高了这一特异种质的利用效率。

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Abstract： Using field experiment and microsatellite（SSR） analysis， the genetic diversity of the core germplasms of maize landraces from Wuling mountain area was evaluated at the morphological level and DNA molecular level. The results showed that significant differences were found in 14 agronomic and economic traits of the core collection. On the basis of SSR data， the core collection can be distinguished by clustering analysis. 275 polymorphic alleles were detected. At each locus， the mean number of alleles was 6.0 ranging from 3 to 15. The Shannon polymorphism information content was varied from 0.29 to 0.83， with an average of 0.75. It is indicated the genetic diversity of the core collection represented that of the initial collection.

Key words： maize（Zea mays L.） landraces； the core collection； genetic diversity； Wuling mountain area