宁夏外引水稻种质资源表型性状遗传多样性分析.doc

1、宁夏外引水稻种质资表型性状遗传多样性分析p 【摘要】：p ：为了解和拓宽宁夏水稻种质资的遗传基础，利用18个表型性状对从国外或外地引进的269份水稻种质资进行表型评价和遗传多样性分析p ，并进行不同性状间遗传相关分析p 和聚类分析p 。表型评价结果表明，大多数种质都表现为绿色叶片、叶枕、秆黄色颖尖、弯曲穗粒形状和无芒特征；二次枝梗的变异系数最高，达35.82，谷粒宽的变异系数最低，为7.66，F测验结果表明各数量性状差异都达到了极显著水平。遗传多样性分析p 结果显示，质量性状JP3的多样性指数H平均为0.34，数量性状的多样性指数平均为1.99。遗传相关分析p 结果表明，各性状间存在复杂的相互

2、关系，其中二次枝梗与每穗总粒数的正相关系数最大，为0.946，谷粒宽与谷粒长宽比的负相关系数最大，为 -0.771。根据 UPGMA 聚类法，以欧式距离0.84为阈值，将参试材料分為四大类，第类为粒数型品种，第类早熟、结实率较高，第类是来自日本的矮秆品种，大部分聚在第类，为中间类型。对不同地理来的种质资材料进行聚类，结果显示俄罗斯的水稻资与其他地方的资亲缘关系相对较远，韩国、日本、辽宁和江苏的种质资亲缘关系相对较近。说明外引水稻种质资表型遗传多样性较丰富，亲缘关系较远，可丰富和拓宽宁夏水稻种质资的遗传多样性。【关键词】：p ：水稻；种质资；遗传多样性；表型性状中图分类号： S511.03文献标

3、志码：文章编号：1002-1302（20_）08-0117-05种质资是作物优良基因的载体，保护现有种质资的遗传多样性，改良与创新利用是当前乃至长远种质资研究的主要内容，也是实施农业可持续发展战略的重要举措1。历史经验不断证明，水稻育种上取得的突破性进展无不与种质资的利用密切相关。宁夏大米素以品质优良而著称，这与银川平原优越的气候条件密不可分2。前人研究表明，不同地区间的种质资遗传多样性高于同一地区内的不同品种间3-4，因此，为了了解和拓宽宁夏水稻种质资的遗传基础，对从国外或外地引进的水稻种质资进行遗传多样性研究显得尤为必要5-6。近年来，有关水稻种质资遗传多样性的研究不胜枚举，刘炜等利用SS

4、R分子标记对宁夏粳稻种质资进行了初步研究，表明宁夏粳稻种质资之间的相似性较高，遗传差异较小，遗传背景比较单一7-9。贺治州等利用15个表型性状比较分析p 了127份来于9个热带国家和地区的热带水稻优异种质资的遗传多样性，结果表明不同来的热带水稻种质各性状变异范围大，遗传多样性指数较高10。李自超等利用31个表型性状研究了云南地方稻种资的遗传多样性，发现其遗传多样性大，优质资丰富，以滇西南和滇东南的遗传多样性最大，籼稻多样性小于粳稻11。但是无论从表型性状，还是从分子水平，有关宁夏外引水稻种质资的遗传多样性研究还未见报道。本研究利用18个表型性状对在宁夏地区正常生长的269份外引水稻种质资进行表

5、型遗传多样性分析p ，为今后本地区水稻育种提供理论依据。1材料与方法1.1供试材料以269份宁夏外引水稻种质资为试验材料，其中来自澳大利亚5份，意大利10份，法国3份，俄罗斯1份，葡萄牙2份，日本43份，韩国4份，朝鲜1份，中国台湾2份，中国云南6份，中国北京20份，中国黑龙江44份，中国吉林89份，中国辽宁27份，中国江苏12份，参试材料名称、编号及来略。1.2试验方法参试材料于20_年4月16日在宁夏大学水稻育种基地LM育秧，5月17号插秧。每个材料栽3行，每行10株，行长 1.0 m，行距0.3 m，株距0.1 m，单株插秧，田间管理与大田相同。按照稻种资形态农艺性状鉴定方法的鉴定标准，

6、主要考察水稻叶色、叶枕色、颖尖色、穗粒形状、芒色等5个质量性状以及株高、穗长、每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、着粒密度、一次枝梗数、二次枝梗数、谷粒长、谷粒宽、谷粒长宽比、单株穗数、千粒质量等13个数量性状。1.3数据统计与分析p 将所调查的表型质量性状进行频次分布统计，数量性状的基本数据统计在E_cel中进行，包括均值、标准差、变异系数等，各性状的方差分析p 在SAS 8.2软件中进行。对数量性状进行质量化处理，参照王述民的方法，进行10个等级的划分，每0.5为1级，为标准差，计算Shannon-Wiener多样性指数（H），其计算公式为：H=-PilnPi（i=1，2，3，），其中Pi是某

7、性状第i个级别的材料数占总材料数的比例。通过SPSS Statistics 17.0对13个数量性状进行相关性分析p 。利用SAS 91软件采用UPGMA法进行聚类分析p ，绘制树状聚类图。2结果与分析p 2.1不同质量性状的表型频次分布通过对269份外引水稻种质资5个质量性状的调查分析p ，各性状的频次分布见图1。不同水稻种质资的叶枕色以绿色为主，占96.66，其次为紫色，占12.6，而红色的极少，只占0.74；颖尖色以秆黄为主，占86.25，其次是红色，占7.43，紫色占6.32；叶片以绿色为主，占97.8，个别品种为紫色，占0.34，而叶缘色为紫色的占1.86；穗粒形状以弯曲为主，占81

8、.04，直立或半直立穗分别占 10.04 和8.92；无芒水稻品种占94.4，有芒品种只占5.6，且芒色以白色为主，占3.46，而红芒或紫芒品种分别占1.73和0.35（图1）。从不同性状的频次分布可以看出，大部分水稻品种呈现绿色的叶片，绿色叶枕，秆黄色的颖尖，无芒和弯曲的穗粒形状。2.2不同數量性状的表型变异分析p 根据形态和农艺性状考察结果，计算每个表型性状的均值、标准差、变异范围、变异系数和F值（表1）。由表1可知，不同水稻种质资材料间每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、着粒密度、二次枝梗的变异范围大，变异系数高，均达到23以上，其中二次枝梗的变异系数最大，为35.82，说明二次枝梗的变异程

9、度较高。谷粒长与谷粒宽的变异系数较小，分别为8.08和7.66，说明这2个性状的变异程度较小。13个表型性状的F值都达到了极显著的水平，说明宁夏外引的种质资材料各表型性状间都存在着非常大的遗传差异。2.3水稻种质资的遗传多样性分析p 根据形态和农艺性状考察结果，计算每个表型性状的Shannon-Weiner多样性指数（Hs=-pi·lnpi），结果如表2所示。从表3可知，5个质量性状中，穗粒形状的遗传多样性指数最高，H为0.62，颖尖色为0.50，叶片色最低，H为012，平均为0.34，总体上质量性状的遗传多样性指数H较低。13个数量性状中，各个性状的多样性指数基本都在2.0左右，谷

10、粒长宽比的最小，H为1.77，最大的是一次枝梗数，H为2.09，平均值为1.99。所以，数量性狀的遗传多样性指数H明显高于质量性状的多样性指数H，表明数量性状的遗传多样性较大。2.4不同数量性状表型性状间的相关性分析p 对宁夏外引269份种质资的13个数量性状进行遗传相关分析p ，相关系数见表3。由表3可见，不同表型性状间存在显著、极显著相关关系，有些性状间为正相关关系，而有些性状间则为负相关关系，表明性状间复杂的相互关系。在极显著正相关中，每穗总粒数与二次枝梗数相关系数最大，为0.946，表明每穗总粒数与二次枝梗的遗传相关性较大，每穗实粒数与谷粒长宽比的相关系数最小，为0.167；在极显著负

11、相关中，谷粒宽与谷粒长宽比的相关系数最大，为-0.771，每穗总粒数与结实率的遗传相关性最小，相关系数为 -0.159。2.5宁夏外引水稻种质资表型性状的聚类分析p 以收集到的269份宁夏外引水稻种质资13个数量性状的均值为基础数据，以类平均法进行聚类分析p ，结果如图2所示，根据聚类分析p 结果，以欧式距离0.84为阈值，可将269份水稻种质资材料划分为四大类，第类包含8份材料，包括牡12-1822、牡12-815、超级稻-2、超级稻-3、E1、S2-4、K60、马引3号，此类种质资的特点是每穗总粒数较多，平均20_粒左右；第类共66份材料， 包括罗萨马启蒂、罗玛、罗卡等5份意大利材料和龙粳

12、43、丰优5110等61份东北材料，这类材料平均每穗实粒数多，结实率较高；第类包含3份材料，分别为Hitomehore、京引114、Kirara397，主要是日本引进材料，此类种质资材料的株高相对较矮，平均 60 cm 以下，每穗总粒数较少，平均60粒左右，为矮秆小穗类型；第类包含192份材料，占到总数的71.38，包括中国东北、日本、韩国、澳大利亚和欧洲等地区，为中间类型。这些表型遗传差异大的水稻资是丰富宁夏水稻种质资的良好材料，可拓宽宁夏种质资的遗传基础。2.6不同地理来水稻种质资表型性状的聚类分析p 通过对不同来的水稻资进行归类后，以13个数量性状的均值为基础数据，利用SAS 9.1软件

13、类平均法进行聚类分析p ，结果如图3，发现在欧式距离0.88为阈值，可将不同地理来的水稻分为五大类，其中第类只有1个品种，为俄罗斯水稻品种，表明俄罗斯水稻资与其他各个地方的水稻资亲缘关系相对较远；第类包括中国（云南、台湾）、意大利和葡萄牙的水稻资；第类有中国（辽宁、江苏）、日本、韩国、朝鲜和法国的水稻资；第类仅包括中国黑龙江的水稻种质资；第类有澳大利亞、中国（北京、吉林）的水稻资，聚在同一类的材料表明其亲缘关系较近，有可能来自同一个祖先，不同类别间种质资的亲缘关系较远，遗传差异较大，多样性丰富，可丰富和拓宽宁夏水稻种质资的遗传多样性，为水稻育种提供良好的资材料。3结论与讨论本研究通过对269份

14、宁夏外引水稻种质资的表型性状进行遗传多样性分析p ，在质量性状上，大部分水稻资表现为绿色的叶枕，杆黄色的颖尖，弯曲的穗立形状，无芒的水稻类型，且有芒品种大多数以白色为主。在数量性状上，每穗总粒数、每穗实粒数、结实率、着粒密度、二次枝梗，结实率的变异系数较大，都达到了23以上，其中二次枝梗的相对最高，为35.82，说明此性状的变异程度相对较大，而谷粒长与谷粒宽则相对较小，分别为8.08和7.06，变异程度较小。通过方差分析p 表明，各性状间均达到了极显著的水平，说明269份材料各性状间都有很大的遗传差异。遗传相关性分析p 结果显示，各数量性状间大部分存在极显著或显著的关系，其中每穗总粒数与二次枝

15、梗的正相关系数最大，谷粒宽与谷粒长宽比负相关系数最大。陈小龙等对宁夏的60份种质资的16个表型性状进行遗传相关分析p ，结果表明各性状间也呈现出复杂的相互关系12。遗传多样性指数表明，质量性状的遗传多样性指数（H）平均在0.5以下，数量性状的遗传多样性指数（H）平均在2.0左右，明显高于质量性状的多样性指数（H），这与贺治州等研究的热带水稻优异种质资表型遗传多样性的结果10一致，说明数量性状的遗传多样性大，而数量性状中以一次枝梗（2.09）的最高，质量性状中以穗立性状（0.62）最高。聚类结果显示，以欧式距离0.84为阈值，可将269份水稻分成四大类，每一类在一些性状上较为独特，大部分聚在了第

16、类，占到了总数的71.38，不同地理来水稻的聚类结果表明，俄罗斯与其他不同地方种质资的亲缘关系较远，日本、韩国、中国（辽宁和江苏）的水稻种质资亲缘关系较近，宁夏外引水稻的表型遗传差异较大，亲缘关系较远，为育种家在选择亲本上提供理论依据，可作为拓宽宁夏水稻遗传基础的良好资。利用表型性状来检测遗传变异是最比较简便易行的方法13-15，能够在短期内对所研究材料的遗传变异水平有个基本的认识，但是表型性状易受环境和基因显隐性的影响，若要更准确，深入地了解，今后还得结合SSR分子标记16-25进行进一步地检测。HS2_1HT8.5H【参考文献】：p ：1李睿，谭学林.水稻种质资遗传多样性保护和利用研究进展

17、J.福建稻麦科技，20_5，23（1）：33-35.2王兴盛.宁夏水稻J.北方水稻，20_7（1）：19-22，31.3陈英华，李红宇，侯昱铭，等.东北地区水稻种质资遗传多样性分析p J.华北农学报，2021，24（3）：165-173.4_inghua Wei，_iaoping Yuan，Hanyong Yu，et al.Temporal changes in SSR allelic diversity of major rice cultivars in ChinaJ.Journal of Geics and Genomics，2021，36（6）：363-370.5Zhao K Y，Tu

18、ng C W，Eizenga G C，et al.Genome-wide association ming reveals a rich geic architecture of ple_ traits in Oryza sativaJ.Nature munication，2021，2（467）：1-10.6Glaszmann J C，Kilian B，Upadhyaya H D，et al.Accessing geic diversity for crop improvementJ.Current Opinion Plant Biology，2021，13（2）：167-173.7劉炜，李自

19、超，史延丽，等.利用SSR标记进行粳稻品种的遗传多样性研究J.西南农业学报，20_5，18（5）：7-11.8甘晓燕，李苗，关雅静，等.宁夏89份粳稻种质资遗传多样性的SSR分析p J.西北植物学报，2021，29（9）：1772-1778.9马静，孙建昌，王兴盛，等.宁夏水稻选育品种遗传多样性和亲缘关系分析p J.西北植物学报，2021，31（5）：929-934.ZK）10贺治州，尹民，谢振宇，等.热带水稻优异种质资的表型遗传多样性分析p J.热带农业科学，20_，34（9）：37-42.11李自超，张洪亮，曾亚文，等.云南稻种资表型遗传多样性的研究J.作物学报，20_1，27（6）：832-837.12陈小龙，马利奋，李培富，等.宁夏粳稻种质资表型性状遗传多样性分析p J.中国农学通报，20_，29（33）：43-49.13马琳，余显权，赵福胜.贵州地方水稻品种的SSR遗传多样性分析p J.中国水稻科学，2021，24（3）：237-243.14杨静，刘海英，钱春荣，等.黑龙江省水稻品种SSR标记遗传多样性分析p J.华北农业大学学报，2021，39（6）：1-10.15JP3赵庆勇，张亚东，朱镇，等.采用SSR标记和表型性状聚类对杂交粳稻亲本的遗传多样性研究J.杂交水稻，2021，25（4）：68-74.16张丽娜，曹桂兰，韩龙植.利用S