9 中原牡丹品种初级核心种质构建与代表性检验.pdf

0 T ll l l R I C U L T U R A E l 髓 U I I I I I 华 北 农 学报 2 0 0 9 2 4 5 2 1 7 2 2 1 中原牡丹 品种初级核心种质构 建与代表性检验 李保 印 周秀梅 张启翔2 1 河南科技学院 河南 新乡4 5 0 0 0 3 2 北京林业大学 国家花卉工程技术中心 北京1 0 0 0 8 3 摘要 以 4 0 0个 中原牡丹品种 的形态学和农艺学性状为基本 数据 采 用花型分组 组 内按平 方根 比例策 略确 定取 样量 并使 用类平均 聚类 法取样 获得了 中原牡丹品种初级 核心种 质 其 取样 比例 占总体样 本 的 3 0 经检测 初级 核心种质与总体种质的 3 1 个性状 中仅 花期 1 个性状 的多样性指数达到 了显著差异水平 初级核心种质多样性指数对 总体种质的代表性达 9 9 2 0 表型保 留比例达到 了 1 0 0 表明 这个包含 1 2 0个样 本的初级核心种质能在表型性状 上很好地代表总体种质的遗传多样性 关键词 中原牡丹品种 初 级核心种 质 遗传多样性 构 建 代表性 中图分类号 6 0 2 4 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 0 7 0 9 1 2 0 0 9 0 5 0 2 1 7 0 5 Co n s t r u c t i o n a nd Re p r e s e nt a t i v e Te s t o f Pr i ma r y Co r e Ge r mp l a s ms o f Tr e e Pe o n y Cu l t i v a r s f r o m Ce n t r a l Ch i na L I B a o y i n Z H O U X i u m e i Z H A N G Q i x i a n g 2 1 H e n a n I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Xi n x i a n g 4 5 3 0 0 3 C h i n a 2 T h e E n g i n e e ri n g a n d T e c h n o l o g i c a l R e s e a r c h C e n t e r o f C h i n a B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e d a t a o f m o r p h o l o gic a l a n d a g r o n o mi c t r a i t s o f 4 0 0 t r e e p e o n y c u l t i v a r s f r o m C e n t r a l P l a i n s o f Ch i n a t h e p rima ry c o r e g e r mp l a s ms a c c o u n t i n g f o r 3 0 o f t h e e n t i r e a c c e s s i o n s we r e c o n s t r u c t e d b y UP GMA c l u s t e r t h e 4 0 0 a c c e s s i o n s b e i n g g r o u p e d a c c o r d i n g t o t h e flo r a l for ms a n d t h e p r o p o r t i o n o f s q u a r e r o o t wi t h i n g r o u p s Th e d i v e r s i t y i n d e x d i f f e r e n c e o f 3 1 t r a i t s i n t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n a n d t h e t o t a l a c c e s s i o n s we r e t e s t e d a n d o n l y fl o w e ri n g t i me p r e s e n t e d t h e s i g n i fic a n t d i v e r s i t y i n d e x d i f f e r e n c e i n d i c a t i n g t h a t t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n t o t h e t o t al wa s u p t o 9 9 2 0 a n d t h e r a t i o o f r e t a i n e d p h e n o t y p e wa s 1 0 0 Th i s s u g g e s t e d t h a t t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n o f 1 2 0 a c c e s s i o n s c o u l d r e pr e s e n t t h e g e n e t i c d i v e rsi t y o f p h e n o t y p i c t r a i t s for t h e e n t i r e p e o n y v a rie t i e s Ke y wo r d s T r e e p e o n y c u h i v a rs f r o m Ce n t r al C h i n a P rima ry c o r e Ge r mp l a s m Ge n e t i c d i v e rsi t y C o n s t r u c t i o n 牡 丹 P a e o n i a s u ffr u t i c o s a 是 中国特产 传 统名 花 其 中的 中原 牡丹 品种 花型种 类 齐全 花色 丰富 多 彩 j 深入地对其进行有效保存 评价和高效利用与 创新 育种 是 现 今 的 研 究 焦 点 核 心 种 质 C o r e c o 1 1 e c t i o n 即是 以最 小的资 源份 数和 遗传 重复 最大 限度 地代表该物种 的遗传 多样性 2 3 j 其建立可 以有效 地克服和缓解庞大的资源规模所带来的相应困难和 压 力 极 大地方 便对 种质 资源 的保存 评 价和 创新利 用 国内外 在 农 作 物 上 已有 较 多 研 究l 4 5 j 但 观 赏 植物品种资源核心种质构 建的研究相对较少 才仅 对 郁金 香 l 梅花 7 j 和蜡 梅 8 J 等 进 行 了核 心 种质 构 建 研究 随着 牡丹 品 种育 种 目标 的多 元 化 进行 中 原牡丹 品 种 核 心 种 质 构 建 研 究 对 其 资 源 考 察 收 集 种 质资 源创新 和有 效保 护利用 以及 品种 改 良 新 品种选 育具 有 十分重要 的意 义 和应用前 景 初 级核 心种质是构建核心种质 的一个重要环节 其对总体 种质的代表性是保证核心种质代表性的关键 本研 究 采 用 中原 牡 丹 品种 的表 型 性 状 按 3 0 的总 体 取 样 比例抽取 样本 建立 初级 核心种 质 并 从组 成结构 性 状 多样性 指数 等方 面对 其 代 表性 进 行 检 验 目的 是为 中原牡丹品种资源的有效利用奠定基础 1 材料和方法 1 1 材 料 以 中国牡丹品种 图志 上记载的 4 0 0个 中原 牡丹 品种为 研究 材料 利用 品种 的编 目性状 结合 对 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 5 基金项 目 十五 国家科技攻关项 目 2 0 0 4 B A 5 2 5 1 1 作者简介 李保印 1 9 6 5 一 男 河南 兰考人 教授 博士 主要从事园林植 物种质 资源创薪利用研究 通讯作者 张启翔 1 9 5 6一 男 湖北黄 冈人 教授 博士生导师 主要从事园林植 物种质资源研究 删Gc u L TT IIU R A 2 8 刚 C U L T 1 华 北 农 学 报 2 4 卷 B O I l L I S I H II 擒 一 品种实地调查的表型性状数据 建立中原牡丹品种 的表型数据 库 选用 的表 型性 状有 分类 性 状 质量 性状和数量性状 分类性状包括花类 花型等 质量 性状包 括基部晕 斑或 紫 斑 花色 叶色等 数 量性 状 如 1 年生 枝 长 复 叶 长度 与 宽度 花朵 横 径 与 纵 径 等 分 类性状 和质量性状按 照牡丹 品种形态性 状记 载标 准进行整理 和规范 如 花色 白色 1 红色 2 黄色 3 蓝色 4 黑色 5 粉色 6 紫红 7 紫色 8 绿色 9 复色 1 0等 数量性状取平均值 直 接使用 但聚类分析时进行标准化处理 以 0 5个标 准 差为间距分 为 l O 级 1 2方法 1 2 1 资源 分组 牡 丹 的花 型代 表 了品种 的演 化 阶段与演化地位 也反映出品种演进发育的规律及 品种间 的亲缘关 系 1 J 所 以 选 择按花 型分组 共 分 1 0 组 分别是 单 瓣 型组 荷花 型 组 菊 花 型组 蔷 薇 型组 托桂型组 皇冠 型 组 金环 型 组 绣球 型组 千 层 台阁型组 和楼 子 台阁型组 1 2 2 取 样 比例 与抽 样原 则 核心种 质 取样 比例 应根据不同物种 不同群体规模及遗传结构而有所不 同 9 l 1 本研究按 3 0 的总体取样比例抽取样品组 成初级核心种质 组 内抽样时 根据组内抽样策略研 究结果 表 1 每组按平方根法确定取样量 并根据多 样性指数进 行调 整 首先将组 内种 质材料 按照 欧 氏 距离组 问连接聚类法 U P G M A 聚类成 与取样 数相 等 的类群 每类群中材料有 3个以下者 随机挑选 1 份 3 个 以上者 再进行 聚类挑选 出 1 份 若每类 群 中有 优先必选材料 就优先选取必选材料 若无优先必选 材料 按 聚类 结果 挑选 1 份 最后 从各 小组 中挑选 取出的材料构成 初级核心种质 关 于优先必选材料 指 品种 的种 源组成 上 明显具有 矮牡 丹 P j i s h a n e n s i s 紫斑牡丹 P r o c k i i 或杨山牡丹 P o s t i i 特征的品种 著名的 曾在生产上或育种中起过较大作用的品种 染色体数特殊的非二倍体品种 芽色 花色特殊或多 变 以及叶片具有 自身特殊性的品种等 表 1 组内 4种不 同取样策略的效果比较 Ta b 1 Co mp a r is o n o f t he r a nk s o f fiv e p a r a me t e r s o f f o u r s a mp l i ng s t ra teg i e s wi t hi n a g r o u p S r 8 1 2 l 3 1 6 Or 1 2 3 4 注 S L P G为平方根法 对数法 简单 比例法及 遗传多样性法 4 种取样策略的英文缩写 R为秩的 r a n k 英文缩写 R i R v p f R v p v R e v R d分别表示遗传多样性指数 表型频率方差 表型方差 变异系数和 品种遗传距离秩次的英文缩写 S r 为秩 和 s u m o f r a n k s的英文缩写 O r 为位序 0 r d e r 的缩写 No t e S L P a n d G a g e t h e a b b r s o f t h e f o u r s a mp l i n g s t r a t e g i e s s u c h a s s q u a r e r o o t lo g a ri t h m p r o p o r t i o n a n d g e n e t i c d i v e r s i ty R i s t h e a b b r of r a n k R i Rv p f R v p v R c v a n d Rd i n d i c a t e r e s p e c t i v e l y i n d e x o f g e n e t i c d i v e r s i t y v a ri a n c e o f p h e n o t y p i c f r e q u e n c y v a ria n c e of p h e n o t y pi e v a l u e c o e ffi c i e n t of v a ri a n c e a n d g e n e t ic d i s t a n c e a mo n g two c u l t i v a rs S r a n d O r a r e t h e a b b r s o f s l i m 0 f r a n k a n d o r d e r 表 2 总体种质与初级核心种质材料数 遗传多样性指数 Ta b 2 Cu l t i v a r n u mb e r s amp l i n g r a t i o g e n e ti c d i v e rsi t y i n de x r a tio o f ph e n o t y p e r e t a i ne d o f pr i ma r y c o r e c o l l e c tio n a nd t h e t o t a l a c c e s s i o n s o f Tr e e Pe o n y Cu l t i v a r s f r o m Ce n t r a l P l a i ns 一 一一 一 一 一 m 2 4 5期 李保 印等 中原牡丹品种初级核心种质构 建与代表性检验 2 1 9 2 结果 与分析 2 1 初级核心种质样本组成及对总体种质 的代表 性分 析 2 1 1 花 型 的代 表性 初 级 核 心种 质 包括 了牡 丹 品种 的全部 花 型 表 2 各 花 型 占总体 种 质 总 数 的 比例 分 别 是 单 瓣 型 1 8 荷 花 型 3 0 菊 花 型 3 8 蔷 薇 型 2 8 托桂 型 1 0 金 环 型 1 0 皇冠 型 9 5 绣 球 型 1 5 千层 台 阁型 3 3 楼 子 台阁型 2 5 2 1 2 表 型性 状 的代 表 性 按 照 性 状 表型 保 留比 例 R P R R a t i o o f p h e n o t y p e r e t a i n e d 又 称遗 传丰 富度 R i c h n e s s o f p h e n o t y p e 的公式即R P R 萎 计 算 表型保留 比例 遗传 丰富度 为 1 0 0 说 明 所选的中原牡丹品种的初级核心种质覆盖了总体种 0 T B R I C U L T U R A E 聃 嘲 L I S 啊lC 质 的性 状类 别及 其各个 级别 2 2 初级 核心 种质 样本 性状 的 多样 性指 数 t 检验 为了检验初级核心种质各性状对总体种质的代 表性 异质性和多样性等 进行了各性状多样性指数 的 t 测验 具体计算公式 川如下 V a r H P l n P 一 P I n P N n 一 1 2 N 式 1 t H 一H 2 V a r H l V a r H 2 式 2 m V a r H l V a r H 2 V a I 2 H 1 N I 十 V a H E N 2 式 3 其中 H H 2 分别表示总体种质和初级核心种 质某一 性状 的多 样 性 指 数 P 为 某 一 性 状 第 i 个级 别代码 出现的频率 n为某一性状的代码数 N N N 2 为 品 种 数 m 为 自由度 V a r H V a r H V a r H 2 为方差 t 为实测 t 值 表 3 中原牡丹 品种总体种质 与初级核 心种质 各性 状的多样性指数 比较 Ta b 3 Co mpa r i s o n t h e g e n e tic d i v e r s i t y i n d e x e s o f t r a i t s b e t we e n p r i ma r y c Or e c o fl e c t i on a n d t h e t ot a l a c c e s s i o n s o f Tr e e Pe o ny Cul t i v a r s f r o m Ce n t r a l Pl a i n s 注 O 0 5显著水平 1 9 6 0 t 2 6 1 7 代表性 1一 初级 核心种质多样性指数 一总体种质多样性 指数 总体种质多样性指 数 1 0 0 N o t e S i g n i f i c a n t d i ff e r e n c e i n v a r i a n c e s a t 0 0 5 0 O 1 l e v e l b e t w e e n t h e a c c e s s i o n a n d c o r e c o l l e c t i o n t o 0 5 1 9 6 0 t o 0 1 2 6 1 7 R e p r e s e n t a t i o n 1 一 p r i m a r y c o r e c o l l e c t i o n g e n e t ic d i v e r s it y a c c e s s i o n g e n e t i c d i v e r s i t y a c c e s s i 0 g e n e t i c d i v e rsi t y 1 0 0 C T n l U l ii l g U L f U R A E 22 0 l 哪 L i 1 H IG ll 华北农学报 2 4卷 各 性状 多样 性 指数 t 测 验结 果见 表 3 由表 3 可知 仅花期 1 个性 状 的多 样 性指 数 初级 核 心种 质 与总体种质达到显著差异水平 其他性状均未达到 显著差 异水平 说 明初级 核 心种 质 在表 型 性状 上 具 有广 泛的代表性 3 讨论 与结论 3 1基本数据 的利用 目前 用 于 构 建 牡 丹 核 心 种 质 的 基 本 数 据 P a s s p o r t d a t a 特 征 数据 C h a r a c t e r i z a t i o n d a t a 和 评 价鉴定 数据 E v a l u a t i o n d a t a 非 常 有 限且 不 完 善 其 中以基 本数据 和特征 数 据相 对较 多 但 生化 和 分 子 数据等 还很少 评 价鉴定数 据更是 缺乏 但 是 没 有 必要 因缺乏完整数 据而拖 延构建核 心种质 的研究进 程 I 本研究 选用描 述品 种 的 3 1个表 型性 状 数据 建立 了 中原牡 丹 品种 的初级核 心种质 关于牡 丹 品 种 资源评价鉴 定数据 如抗性 耐性等 比较少 故 没有 选用 评价鉴定 数据对 资源 的评 价与利 用具有重 要 参考价值 因此 今后要 重点加强 这方 面的工作 3 2分组原则 与取样 比例 B r o w n 1 3 认 为 构建 核 心 种 质 的关 键 是 材 料 的 分组 常见 分组法有 按植物 分类地位 地理分 布 生 态 区等分组 牡丹栽 培 品种 的分类 体 系 已经 比较 完善 特别是按 花型分组 能够反 映牡丹 品种演化 规 律 因此 本研究 采用 了牡丹 品 种 的分类 体 系 进行 分组 即按 花型 分 l 0组 这 样 就 保证 了各 种 品种 类 型的入选 保 证 了遗 传 多样 性 的完 整性 和 性状 的 丰富度 正确分组后 对 各组 材 料 的进 一步 挑 选是 核 心 种质构 建过程 中极 为重 要 的环 节 是核 心 资源 构建 的 中心 也是 最 大 程 度 地 保 存 遗传 多样 性 的关 键 李自超等 l j 通过在多种作物上 比较分析认为 采用 平 方根法决 定取样 比例结合 系统聚类 所得 到的核心 种 质是最优化 的 本 研 究 的结 果也 证 实 了这 点 并 采用 了这种取样 策略 和方法 根据 中性理 论模 型 核 心种 质应 占整个 种 质 资 源 的 5 1 0 j 农作 物大多是 5 1 5 园艺及观 赏植 物 在 1 0 3 3 l j C a s l e r 墙 认 为 低 于 1 0 0 0份 的资 源 取样 比例 6 5 2 6 0 之间 本研究所利用的原始资源数量相对较少 而 且是对 原始种质 库 的初 步压 缩 同时考 虑 到形 态 标 记具有 一定 的局 限性 为 了尽 量 减少 遗 传变 异 的 丢 失 因此 选择 了总体取样 比例为 3 0 3 3 初 级核心种 质的代 表性及检 测 根据表型性状构建初选核心种质应包括全部性 状的各个级别 聚类取样时 由于不同组 内存在着 特异性 及 品种 的重 要性 程 度不 同 需要 人 为补 充 选 择才能避免具有特异性种质 的漏选 才能保证稀有 的基 因型人选 使 初 选核 心 种质 尽 量包 括 全部性 状 的各个级 别 使所 建立 的核 心种 质具 有 广泛 的代 表 性 遗传 多样性 指数 变 异系数 平均数 标 准差 最 大值 最小值 表型频率 表型保留比例等均可用于 检验 核心种质 对原 始种 质 的代 表 性 其 中 以遗 传 多 样性指 数 表 型保 留比例应 用较 为广 泛 l 张学 勇 等 2 0 J 指 出 在 评 价种 质 资源 的遗 传 多样 性 时 应对 遗传多样性指数和遗传丰度两个指数并重考虑 本 研究 采用 了这 两个 重要 参 数 检 验结 果 令 人 满 意 但是 由于使用的资料仅限于表型性状 且所选择的 总体 比例较高 因此 已建立的初级核心样品只是初 步核心 样 品 还 需要进 一步压缩 根 据 中原 牡丹 品种 资源核 心种质构 建的方案 与 策略 的研 究结果 选择 了按花 型分组 组 内以平方根 法确 定 取 样 量 并 用 类 平 均 法 U P G M A 聚 类 抽 取 样 构 建 了由 1 2 0份 占总体 种 质 的 3 0 材 料组 成 的初 级核心种 质 经检 验 在表 型水 平 上初 级 核心 种 质覆盖 了原始总体种质 的品种类 型和性状 S h a n n o n 遗传 多 样 性 指 数 对 总 体 种 质 的代 表 性 达 到 了 9 9 1 2 表型保 留 比例 达到 了 1 0 0 很好地 代表 了 总体种质 但初级 核心种 质还可进 一步压缩 参 考文献 1 王莲英 中 国牡 丹品种 图志 M 北 京 中国林业 出版 社 1 9 9 7 1 0 5 1 2 2 2 j F r a n k e l O H G e n e t i c p e r s p e c t i v e s o f g e r mp l a s m c o n s e r v a t i o n C J Ar b e r W L i me n s e e K P e a c o c k W J e t a 1 Ge n e t ic ma n i p u l a t i o n I mp a c t o n Ma n a n d s o c i e t y L o n d o n Ca mb rid g e Un i v e r s i t y Pr e s s 1 9 8 4 1 6 1 1 7 0 3 F r a n k e l O H B r o w n A H D P l a n t g e n e t i c r e s o u r c e s t o d a y a c ri t i c a l a p p r a i s a l C H o l d e n J H W Wil l i a m J T C r o p g e n e t i c r e s o u r c e s Co n s e rva t i o n Ev a l u a t i o n Lo n d o n Ge o r g e Al l e n Un wi n Lt d 1 9 8 4 2 4 9 2 5 7 4 王述民 曹永生 胡 家蓬 中国小 豆种质 资源核心样 品 的初 步建立 J 华北农学报 2 0 0 2 1 7 1 1 3 5 一 加 1 5 j U p a d h y a y a H D S w a m y B P G o u d a r P V e t a 1 I d e n t i fi c a t i o n o f di v e r s e g r o u n d n u t g e r mp l a s m t h r o u g h mu l t i e n v i r o n me n t e v a l u a t i o n o f a c o r e c o l l e c t i o n f o r A s i a J F i e l d C r o p s R e s e a r c h 2 0 0 5 9 3 2 3 2 9 3 2 9 9 1 6 J R a a m s d o n k v a n L W D Wi j n k e r o J T h e d e v e l o p me n t o f a n e w a p p r o a c h for e s t a b l i s h i n g a c o r e c o l l e c t i o n u s i n g mu l t i v a r i a t e a n a l y s e s w i t h t u l i p a s c a s e J G e n e t i c R e s o u r c e s a n d C rop E v o l u t i o n 2 0 0 0 4 7 4 4 0 3 4 1 6 7 明军 张启翔 兰彦平 梅花品种 资源核心种 质构建 5期 李保印等 中原牡丹品种初级核 心种质构建与代表性检验 2 2 l 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 J 北京林业大学学报 2 0 0 5 2 7 2 6 5 6 9 赵冰 张启翔 中国蜡梅种质资源核心种质 的初步构 建 J 北京林业大学学报 2 0 0 7 2 9 s 1 l 6 2 1 B r o w n A H D T h e e a s e f o r c o r e c o l l e c t i o n l Cj B r o w n A H D F r a n k e l O H Ma r s h a l l R D e t a 1 1 1 1 e u s e o f p l a n t g e n e t i c r e s o u r c e s L o n d o n Ca mbrid g e Uni v e r s i t y Pr e s s 1 98 9 1 3 6 1 5 6 Yo ne z a wa K No mu r a T Mo r i s h i ma H S a mp l i n g s t r a t e g i e s fo r H s e i n s t r a t i fi e d g e r m p l a s m c o l l e c t i o n s C H o d g k i n T B r o w n A H D v a n H i n t u m T J L e t a 1 C o r e C o l l e c t i o n s o f P l a nt Ge n e t i c Re s o u r c e s L o n d o n A W i l e y S a y c e Pu b l i c a t i o n 1 9 9 5 3 5 5 4 Zi c h a o L i Ho n g l i a n g Zh a n g Ya we n Z e n g e t a 1 S t u di e s o n s a mp l i ng for e s t a b l i s h me n t o f c o r e c o l l e c t i o n o f r i c e l a n d r a c e i n Y u n n a n C h i n a J Gen e t i c R e s o u r c e s a n d C r o p E v o l u t i o n 2 0 0 2 4 9 1 6 7 7 2 董玉琛 曹永生 张学 勇 等 中 国普通小 麦初选 核心 种质 的产生 J 植物遗传资源学报 2 0 0 3 4 1 1 8 B r o wn A H D Co l l e c t i o n s a