云南省不同生态区糯玉米种质资源数量性状变化与多样性

隆文杰 武晓阳 周国雁 陈丹 伍少云 蔡青

摘要：為了解云南省糯玉米地方种质资源数量性状在滇中温暖、滇西北冷凉、滇南暖热和滇东北温凉4个生态区之间的变化与多样性差异，采用SPSS 22.0分析了物候性状、株高及穗位高、子粒产量性状及品质性状等共16个性状的变异系数和Shannon-Wiener多样性指数在4个生态区之间的差异，并对参试材料进行聚类分析。结果表明，滇东北生态区的株高及穗位高的变异系数显著高于其他3个生态区，滇中生态区玉米穗粗、轴粗、千粒重、穗行数和含油量的变异系数显著高于滇东北生态区。株高、穗位高、穗长和轴粗的多样性指数在4个生态区之间有显著差异，且滇南生态区的最大，滇中生态区的次之，滇东北生态区的最小;其余12个性状在滇南生态区的多样性指数虽然多数较滇中生态区的更高，但差异不显著;除抽雄至散粉时间、散粉至吐丝时间和全生育期3个性状外，另外9个性状的多样性指数在滇东北与滇西北生态区之间的差异也显著不同，且为滇西北生态区高于滇东北生态区。聚类分析结果显示，参试材料能被划分为2个类群，第Ⅰ类群包括了43份材料，第Ⅱ类群只有5份材料。

关键词：糯玉米;地方品种;数量性状;多样性;生态区;云南省

中图分类号：S513;S326         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）21-0035-07

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.21.006

Abstract： To understand the changes and the diversity differences of quantitative traits of waxy maize landraces collected from four maize ecological regions of Yunnan including warm central ecological region， cold northwestern ecological region， warm and hot southern ecological region and warm and cool northeastern ecological region， the differences of the variation coefficients and the Shannon-Wiener index of 16 traits， including phenological traits， plant height and ear height， grain yield traits and quality traits， in four maize ecological regions were calculated by SPSS 22.0， and cluster map was constructed to analyze the origin relationship between experimental materials. The results showed that the variation coefficients of plant height and ear height in northeastern maize ecological region were significantly higher than the other three. The variation coefficients of ear diameter， cob diameter， 1 000-kernel weight， number of rows per ear and fat content in central maize ecological region were significantly higher than northeastern maize ecological region. There were significantly different among the four maize ecological regions in diversity index of plant height， ear height， ear length and cob diameter， and the largest one was southern maize ecological region， next followed by central maize ecological region， and northeastern maize ecological region was the smallest. The diversity index of the other 12 traits in southern maize ecological region were higher than those in central maize ecological region， but the difference was not significant. Besides the days from tasseling to anthesis， the days from anthesis to silking and the days from sowing to maturity， the diversity index of other 9 traits in northwestern maize ecological region were significantly higher than northeastern maize ecological region. Cluster analysis showed that the experiment materials could be divided into two groups. The groupⅠcontained 43 materials， and the groupⅡ contained only 5 materials.

Key words： waxy maize; landraces; quantitative traits; diversity; ecological region; Yunnan province

作物不同品种在相同种植环境下表现出的性状差异是对其选择与利用的关键依据，而准确观察和发现这种差异，特别是益于种植者目测的变化，是对其生产利用的前提。云南省糯玉米地方种质资源分布广泛，农家品种数量众多，约占收集、保存的地方玉米种质资源样品数的10%以上，达400多份，且类型多样，子粒颜色变化丰富，是开展糯玉米科学研究的宝贵基因资源。结合国家农业基础性长期性科技工作重点任务主要粮食作物种质资源精准鉴定，调查、采集云南省糯玉米地方种质资源的重要性状数据，如发育或物候性状、株高及穗位高、子粒产量性状、品质性状等，分析其在不同生态区之间的差异，有助于对其开展进一步的保护、选择与利用等研究。有关云南省糯玉米地方种质资源的多样性已有一些研究和报道。伍少云等[1，2]通过研究云南省玉米种质资源的类型、品种和子粒颜色的多样性，认为玉溪市、红河州、文山州、临沧市和普洱市等5州（市） 是其品种多样性的行政区域或中心，而滇南和滇中则是其品种多样性的生态区域或中心;粒型以硬粒居多，少有马齿或半马齿型。子粒颜色有黄、白、乌、紫、红、黑、花及红血丝和黄血丝等，但以白色为主，黄色次之，红色和乌色较少，红、花、紫、黑等彩色糯质玉米也主要分布在滇南生态区。张建华等[3]分析了322份云南省糯玉米地方材料的8个数量性状和9个品质性状，将云南省糯玉米划分为多穗型糯玉米（包括勐海四路糯类型和双穗型糯玉米）、马齿型糯玉米、普通小糯玉米、普通二糯玉米和普通大糯玉米5类6个生态型，各性状的变异系数从大到小依次为双穗率、穗位高、千粒重、株高、主茎叶片数、穗长、穗粗和生育期。吴渝生等[4]用61對SSR引物研究了16份代表云南省不同生态区域的糯玉米地方种质的遗传多样性，发现其遗传多样性不仅较高，而且能被划分成海拔2 400～ 3 300 m、1 700～2 200 m 和1 000～1 300 m的3个类群，以及滇西北、滇东北、滇西-滇中、滇南、滇东南-滇西南5个亚群，这些类群、亚群与云南省不同地势的海拔变化走向、气候等生态条件有一定联系。张金渝等[5]利用SSR标记研究了37份云南省糯玉米地方品种的遗传多样性和亲缘关系，将其划分为5大类群13小类群，发现大多数糯玉米地方品种资源与常见5大杂种优势群的遗传距离都较远，可单独形成多个类群，并认为云南省糯玉米地方种质资源具有广泛的遗传基础。然而，过去研究与报道的云南省糯玉米地方种质资源品种或性状的多样性多是基于行政区划，如州（市）、县（市、区），以Shannon-Wiener多样性指数高低进行的定性描述。如某州或县的多样性指数比另外一个州或县的多样性指数高，就认为前者的多样性比后者的多样性更丰富，但是，二者的多样性差异在统计学上可能是不显著或不明显的，也就是两者的多样性水平是相同的。另外，分子生物学，特别是分子标记技术虽然已广泛应用于糯玉米种质资源的各种研究[6-9]，但是表型性状研究仍是探讨其多样性、挖掘优异种质资源的有效手段[10]，尤其当参与多样性研究的材料数及性状数众多时，表型性状观测更是一种省时、省力、操作简便的快捷方法。本研究结合国家农业基础性长期性科技工作重点任务主要粮食作物种质资源精准鉴定获得的云南省糯玉米地方种质资源的重要性状数据，如生育期、穗长、行粒数、千粒重和穗行数等，利用变异系数和Shannon-Wiener指数为评价指标，探讨这些重要性状的变异系数、多样性指数在滇中温暖区、滇西北冷凉区、滇南暖热区和滇东北温凉区[11]4个生态区之间在统计学的差异性，为有针对性保护、选择和利用性状多样性更明显丰富的玉米生态区的云南省糯玉米种质资源提供理论依据。

1  材料与方法

1.1  试验材料及其筛选

首先，依据玉米种质资源数据质量控制规范[12]对田间试验设计的要求，即随机区组、重复2～3次、行长3～5 m、行距60～80 cm、株距30～50 cm、每份材料种植30～50株及试验地面积，确定参试材料的数量。然后，根据云南省糯玉米地方种质资源占保存的云南省地方玉米种质资源样品数的比例（10%）确定不同州（市）、县（市、区）的参试材料数。再根据子粒颜色、Waxy基因等位变异类型（如D10和D7等）确定具体的参试样品。最后，筛选出48份材料（表1）参与种植和观测试验。这些参试材料覆盖了云南全省16个州（市）的37个县（市、区）及滇中温暖区、滇西北冷凉区、滇南暖热区和滇东北温凉区4个玉米生态种植区，子粒颜色则包含了白、黄、红、乌、紫、黑、黄血丝7色。

1.2  试验方法

1.2.1  田间试验设计  田间试验被安排在位于云南省昆明市嵩明县小街镇墩白村的云南省农业科学院嵩明试验基地（25°21′23″N，103°06′39″E）。该试验基地的气候条件为热带高原季风气候，年平均气温15 ℃，年均日照时间2 200 h，年均降水量1 035 mm。试验参照玉米种质资源数据质量控制规范[12]及本地习惯的栽培方法，随机区组，宽窄行种植，行长3 m，宽行距1 m，窄行距0.4 m;2行区、每区28株，重复3次。2018年5月播种，按当地习惯管理，6月开始采集田间相关性状数据，9月上旬至10月下旬根据不同种质成熟期适时收获。然后，在室内采集子粒产量及品质性状数据。

1.2.2  品质性状测定  品质性状，如蛋白质含量、含油量和淀粉含量，采用近红外光谱分析仪（Perten，DA7250）测定。

1.3  数据统计分析方法

对于参试材料某性状的总变异系数和多样性指数的计算，首先将所有参试材料所有重复的某性状观测值看作一个整体，即不分生态区和重复，用Excel 2007计算出平均值（x）和标准差（s）。对于不同的玉米生态区内某性状的变异系数和多样性指数的计算，首先以不同的玉米生态区作为独立的分析或计算单位，用Excel 2007分别计算出每重复内所有参试材料每性状观测值的平均值和标准差。然后，将性状观测值按1级≤x-2s、10级≥x+2s划分为10级，中间每级间隔0.5个标准差。参照张丛卓等[13]的方法计算每性状每重复的变异系数（CV），CV=s/x ×100%，参照董昕等[14]的方法计算每性状每重复的Shannon-Wiener多样性指数（H′）。H′=-ΣPilnPi，式中，Pi为分析单位内某性状第i级的材料数占该单位内参试材料总数的比值。最后，利用SPSS 22.0对每个性状在4个玉米生态区3个重复的变异系数和多样性指数开展单因素方差分析，并以SNK法进行差异显著性多重比较、以平方欧式距离[15]及组间联接法进行聚类分析。

2  结果与分析

2.1  参试材料的变异系数

由表2可知，参试材料总体（将所有参试材料视为一个整体，不分生态种植区或来源，也不分重复）的性状变异系数变化在1.6%～67.4%，以散粉至吐丝时间的变异系数最大，为67.4%，其次为抽雄至散粉时间（50.6%）和秃尖长（46.2%），最小的为淀粉含量（1.6%）。

SPSS单因素方差分析和多重比较结果（表3）显示，滇东北生态区玉米株高（24.3%）及穗位高（49.1%）的变异系数显著高于其他3个生态区;滇中生态区玉米穗粗的变异系数（14.3%）顯著高于滇东北生态区（4.8%）;滇中生态区玉米轴粗的变异系数（14.5%）显著高于滇东北（5.4%）和滇西北生态区（7.4%）;4个玉米生态种植区的千粒重的变异系数都有显著差异，以滇中玉米生态区的最高（22.9%），滇东北玉米生态区的最低（4.1%）;各生态区之间玉米穗行数的变异系数也存在显著差异，除滇南与滇西北和滇中玉米生态区之间无显著差异外，其他均存在显著差异，变异系数以滇中生态区的最大（18.1%），滇东北生态区的最小（3.7%）;各生态区之间含油量的变异系数也有显著差异，除滇南生态区（6.5%）和滇西北生态区（4.7%）之间无显著差异外，其他均存在显著差异，以滇中生态区的最大（8.6%），滇东北玉米生态区的最小（1.8%）;其余9个性状的变异系数在4个生态区之间无显著差异。这说明来自滇东北温凉生态区的糯玉米地方种质资源的株高和穗位高的变化范围较其他3个生态区的大;而来自滇中温暖生态区的糯玉米地方种质的穗粗和轴粗、千粒重、穗行数、含油量变化范围宽。

2.2  参试材料的多样性指数

参试材料各性状总的多样性指数为1.64～2.03（表4），最高为淀粉含量和穗位高，最低为穗粗，说明前者的多样性最为丰富，而后者最为贫乏。

方差和多重比较分析结果（表5）表明，玉米株高、穗位高、穗长和轴粗4个性状的多样性指数在4个生态区之间都存在显著差异，且滇南生态区的最大（1.917 0、1.977 3、2.000 8和1.842 9），滇中生态区的次之（1.630 2、1.737 3、1.816 6和1.497 3），滇东北生态区的最小（0.693 1、0.693 1、0.693 1和0.693 1）。其他12个性状虽然在滇南生态区的多样性指数多数较滇中生态区的更高，但二者之间无显著差异;除抽雄至散粉时间、散粉至吐丝时间和全生育期外，另外9个性状的多样性指数在滇东北与滇西北生态区之间有显著差异，且为滇西北生态区的多样性指数高于滇东北生态区。这说明滇南玉米生态种植区是株高、穗位高、穗长和轴粗4性状（即高度性状）的多样性中心，而滇南和滇中玉米生态区同时是抽雄至散粉时间、散粉至吐丝时间、吐丝至成熟时间、全生育期、千粒重、穗行数和行粒数等12性状（即物候、产量和品质性状）的多样性中心。所以，云南省糯玉米地方种质资源各性状在4个生态种植区的多样性趋势为滇南暖热生态区≥滇中温暖生态区>滇西北冷凉态区>滇东北温凉生态区。

2.3  聚类分析

基于16个数量性状观察数据，用SPSS 22.0以平方欧式距离和组间联接法对48份参试材料进行聚类，结果（图1）显示，在欧氏距离25处参试材料可被分为2个类群，第Ⅰ类群包括43份材料，占参试材料总数的89.6%，第Ⅱ类群仅包括18-27（南华糯玉米）、18-46（广南本地矮棵糯）、18-2（元江哈嘠梯糯）、18-16（勐海四路玉米）和18-42（漾濞黄糯玉米）5份材料。当欧氏距离为6时，第Ⅰ类群可再分为4个亚群（Ⅰ-1、Ⅰ-2、Ⅰ-3和Ⅰ-4）。

对不同群或亚群材料的性状观测值进行均值统计发现（表6），第I类群材料以晚熟、高秆、大穗、大粒等为主要特征，而第Ⅱ类群材料具有早熟、矮秆、小穗、小粒等特征。

对第Ⅰ类群4个亚群的材料各性状观测值进行均值统计（表7）发现，Ⅰ-1亚群的主要特点为早熟、矮秆、穗粒数少、蛋白质含量较高，Ⅰ-2亚群有散粉至吐丝时间较短、晚熟、高秆、高穗位、千粒重较轻的特点，Ⅰ-3亚群抽雄至散粉时间较长，Ⅰ-4亚群有散粉至吐丝时间较长、千粒重较重的特征。

3  讨论

之前对云南省糯玉米品种或性状进行的多样性研究大都是从地理位置，如滇南、滇西南、滇中、滇西北和滇东北等，以多样性指数高低进行的定性描述。本研究以性状变异系数和多样性指数作为指标，以滇中温暖、滇西北冷凉、滇南暖热和滇东北温凉4个生态区[11]作为分析单元或范围，从统计学角度分析了这两个指标在不同玉米生态区之间的差异显著性，不仅证明云南省糯米玉种质资源重要农艺性状的多样性在滇南与滇中生态区之间无明显差异，而且发现不同的重要农艺性状有不同的多样性分布中心。其中，滇南暖热生态区是株高、穗位高、穗长和轴粗性状的多样性中心，滇南暖热及滇中温暖生态区则是生长发育或物候性状，如抽雄至散粉时间、散粉至吐丝时间、吐丝至成熟时间、全生育期，子粒产量性状，如秃尖长、穗粗、千粒重、穗行数和行粒数等，品质性状，如蛋白质含量、油分含量和淀粉含量等性状的多样性中心。因而在伍少云等[1，2]提出的滇南及滇中生态区是云南省糯玉米品种多样性分布中心的基础上，进一步从统计学上证明此两个生态区还是云南省糯玉米数量性状变化、多样性分布的中心。这对重点或有针对性地保护、研究和利用来自这两个玉米生态区的糯玉米种质资源具有指导性或建设性作用。

本试验所用云南省糯玉米地方种质资源在基于16个数量性状的观测值上被分成两大类群。分析发现，占参试材料总数89.6%的第Ⅰ类群的43份材料都有晚熟、秆高、穗大、粒大等特点，这与张建华等[3]提及的91.27%以上的云南省糯玉米都有植株高大、生育期中等偏长、穗大粒大等特点是一致的。而第Ⅱ类群的5份材料表现出早熟、矮秆、小穗、小粒等特点，又与吴渝生等[4]判断小穗型糯玉米的植株矮小、穗小粒小的特点一致。这说明本研究将来自4个生态区的48份糯玉米地方品种划分成两大类群是符合其各自特点的，是合适的。

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