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        斑茅種質(zhì)資源的表型性狀及遺傳多樣性

        2014-07-02 01:25:48徐超華陸鑫馬麗劉新龍劉洪博蘇火生林秀琴蔡青
        關鍵詞:錘度甘蔗表型

        徐超華,陸鑫,馬麗,劉新龍,劉洪博,蘇火生,林秀琴,蔡青,3*

        (1.云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所,云南 開遠 661699;2.云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室,云南 開遠 661699;3.云南省農(nóng)業(yè)科學院生物技術與種質(zhì)資源研究所,云南 昆明 650223)

        斑茅種質(zhì)資源的表型性狀及遺傳多樣性

        徐超華1,2,陸鑫1,2,馬麗1,2,劉新龍1,2,劉洪博1,2,蘇火生1,2,林秀琴1,2,蔡青1,2,3*

        (1.云南省農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所,云南 開遠 661699;2.云南省甘蔗遺傳改良重點實驗室,云南 開遠 661699;3.云南省農(nóng)業(yè)科學院生物技術與種質(zhì)資源研究所,云南 昆明 650223)

        為有效評價和利用斑茅種質(zhì)資源,挖掘其優(yōu)良性狀,以162份斑茅種質(zhì)資源(云南74份,福建15份,貴州19份,海南18份,四川14份,江西10份,廣東4份,廣西4份,浙江4份)為研究材料,對其表型性狀及遺傳多樣性進行研究。表型性狀分析結果表明:①斑茅種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)整體偏低,其中,福建斑茅的(0.762 4)最高,廣西斑茅的(0.294 2)最低;②數(shù)量性狀的遺傳變異較豐富,其中,云南地區(qū)的變異系數(shù)(32.15%)最大,廣西地區(qū)的(14.95%)最?。虎酆0胃叨扰c錘度呈極顯著負相關,緯度與株高呈極顯著負相關。遺傳分化系數(shù)和基因流結果顯示,斑茅種質(zhì)資源群體的遺傳變異主要來自于采集地內(nèi)部,群體之間存在較大的基因交流,遺傳結構分化不明顯。UPGMA聚類分析結果表明,各居群間的遺傳距離與采集地之間有一定的相關性。

        斑茅;表型性狀;遺傳多樣性

        甘蔗是中國主要的糖料作物。蔗糖產(chǎn)量占全國食糖總產(chǎn)的90%以上[1]。目前,全世界甘蔗品種主要來源于熱帶種(Saccharum officinarum)、割手密(S. spontaneum)、印度種(S. barberi)的種間雜交后代。因為祖先相同,血緣相近[2],所以,育成品種在蔗區(qū)的推廣難度大,育種效率不高。甘蔗近緣屬植物斑茅(Erianthus arundinaceum)主要分布于中國云南、四川、貴州、福建、海南、廣西等地[3],具有分蘗能力強、適應性廣和抗旱性、抗病性強及耐貧瘠等優(yōu)良性狀[4],且分布廣泛,生態(tài)類型豐富。目前,國內(nèi)外各育種單位都高度重視對斑茅種質(zhì)資源的收集[5–8],且開展了形態(tài)學標記[9]、細胞學標記[10–12]、蛋白質(zhì)標記[13–14]、分子標記[15–17]等遺傳多樣性評價,在抗寒性[18]、抗旱性[19–21]、抗病蟲害[22]等方面做了大量研究。筆者以采自9個省的162份斑茅資源為研究材料,對其表型性狀進行遺傳多樣性分析,探尋該類資源的遺傳背景,旨在為甘蔗資源采集、雜交利用和優(yōu)異基因挖掘提供參考。

        1 材料和方法

        1.1 材 料

        以國家甘蔗種質(zhì)資源圃內(nèi)保育的162份斑茅種質(zhì)資源為研究材料。按采集省份統(tǒng)計,162份材料中,云南74份,福建15份,貴州19份,海南18份,四川14份,江西10份,廣東4份,廣西4份,浙江4份。

        1.2 測定指標及方法

        試驗于2008年11月在國家種質(zhì)資源圃進行。所有資源均保育在直徑0.8 m、深0.8 m的水泥框里。框與框之間的距離為1 m。于每份材料中選出6個正常生長的植株,調(diào)查其形態(tài)學性狀和錘度。對所選取材料的5個數(shù)量性狀和21個質(zhì)量性狀進行調(diào)查,其中數(shù)量性狀包括葉長、葉寬、株高、莖徑、錘度;質(zhì)量性狀包括氣根、莖形、空心、蒲心、節(jié)間形狀、曝光前(后)節(jié)間顏色、生長帶形狀、根點排列、芽形、芽位、芽溝、脫落性、57號毛群、內(nèi)葉耳、外葉耳、葉姿、葉色、蠟粉帶、木栓和生長裂縫。從質(zhì)量性狀中遴選出有多樣性表現(xiàn)的 10個表型性狀(曝光前節(jié)間顏色、曝光后節(jié)間顏色、生長帶形狀、根點排列、芽形、芽位、57號毛群、葉姿、葉色、蠟粉帶)進行表型遺傳多樣性分析。所有數(shù)據(jù)均按照文獻[23–24]進行規(guī)范和標準化整理。為便于同質(zhì)量性狀一起進行聚類分析,數(shù)量性狀質(zhì)量化以1個標準差為間距分為6級。

        利用質(zhì)量性狀 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)分析群體遺傳多樣性大小,H′反映群體的遺傳多樣性水平,H′= –∑PiLnPi,其中,Pi為某性狀第i個代碼值出現(xiàn)的頻率[25];總的遺傳多樣性、群內(nèi)遺傳多樣性、遺傳分化系數(shù)和基因流值的計算公式均參考文獻[26]。

        1.3 數(shù)據(jù)分析

        利用SPSS 1 7.0軟件對數(shù)量性狀的變異系數(shù)進行分析,描述5個數(shù)量性狀的離散程度。使用Excel,NTSYSpc2.1軟件分析質(zhì)量性狀的表型頻率,計算不同采集地區(qū)的 Nei’s(1972)遺傳距離,同時依據(jù)Nei’s(1972)遺傳距離,采用非加權配對算術平均法繪制聚類關系圖。

        2 結果與分析

        2.1 數(shù)量性狀的變異系數(shù)

        由表1可見,斑茅種質(zhì)資源5個數(shù)量性狀的變異系數(shù)中,葉寬的變異系數(shù)(36.48%)最大,其余順次為株高的(20.33%)和葉長的(19.71%),錘度的(11.65%)最小,因此,應將數(shù)量性狀作為斑茅種質(zhì)資源評價的重要指標。

        對5個數(shù)量性狀的變異系數(shù)按采集地區(qū)進行比較(表1),株高的變異系數(shù)以福建的(30.91%)最大,廣西的(11.53%)最??;莖徑的以福建的(26.68%)最大,浙江的(8.63%)最?。诲N度的以云南的(20.92%)最大,廣西的(7.59%)最小;葉片長度以云南的(61.96%)最大,江西的(4.54%)最小;葉片寬度以福建的(67.99%)最大,浙江的(10.97%)最小。

        各采集地區(qū) 5個數(shù)量性狀的平均變異系數(shù)為14.95%~32.15%(表1),其中,云南地區(qū)的(32.15%)最大,其余順次為福建地區(qū)的(30.09%)和廣東地區(qū)的(26.23%),廣西地區(qū)的(14.95%)最小。

        表1 不同采集地斑茅資源數(shù)量性狀的變異系數(shù)Table 1 Variation coefficients of quantitative traits among Erianthus arundinaceum from different sampling regions

        2.2 質(zhì)量性狀的遺傳多樣性

        由表2結果可見,9個采集地區(qū)斑茅種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的 Shannon-Wiener多樣性指數(shù)平均值為0.294 2~0.762 4,與十倍體割手密群體的質(zhì)量性狀多樣性指數(shù)[27]相近,但比整體甘蔗品種群體的多樣性指數(shù)[28]低。9個采集地區(qū)中,福建地區(qū)的多樣性指數(shù)最高,為 0.762 4,其余順次為貴州地區(qū)的(0.701 9)、四川地區(qū)的(0.613 9)和云南地區(qū)的(0.601 5),廣西地區(qū)(0.294 2)的多樣性指數(shù)最低。10個質(zhì)量性狀中,芽位的多樣性指數(shù)最高,為0.839 2,其次為葉色的(0.635 4),根點排列的(0.354 7)最低。

        表2 不同采集地斑茅資源質(zhì)量性狀的Shannon-Wiener多樣性指數(shù)Table 2 Shannon-Wiener index of qualitative traits among Erianthus arundinaceum from different sampling regions

        2.3 數(shù)量性狀與緯度、海拔高度的相關性

        由表3可見,海拔高度與錘度呈極顯著負相關,而與株高、莖徑、葉長、葉寬間的相關性無統(tǒng)計學意義,表明隨著海拔高度的升高,錘度呈下降趨勢。緯度與株高呈極顯著負相關,而與莖徑、葉長、葉寬、錘度間的相關性無統(tǒng)計學意義,表明隨著緯度的升高,株高呈下降趨勢。綜合來看,在低緯度、低海拔地區(qū)容易采集到植株個體較大、錘度較高的斑茅資源;在高緯度、高海拔地區(qū)容易采集到植株個體較矮、錘度較低的斑茅資源。

        表3 斑茅數(shù)量性狀與緯度、海拔高度的相關系數(shù)Table 3 Correlation coefficients between quantitative traits and longitude or altitude

        2.4 不同采集地斑茅資源的遺傳多樣性分析

        9個采集地區(qū)斑茅資源群體內(nèi)數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)為0.629 6,總遺傳多樣性指數(shù)為0.725 4;群體內(nèi)質(zhì)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)為0.177 1,總遺傳多樣性指數(shù)為0.232 8,表明斑茅種質(zhì)資源數(shù)量性狀的遺傳變異比質(zhì)量性狀的更豐富。質(zhì)量性狀遺傳分化系數(shù)為23.95%,基因流值為1.587 9;數(shù)量性狀的遺傳分化系數(shù)為13.20%,基因流值為3.287 8,表明不同采集地區(qū)群體之間存在較大的基因交流,群體結構遺傳分化不明顯。

        2.5 不同采集地斑茅資源的聚類分析

        各采集地區(qū)之間的Nei’s遺傳距離整體偏小,為0.083 4~0.513 7,平均遺傳距離為0.227 2,說明不同采集地區(qū)斑茅群體之間的遺傳分化程度不高,其中,江西地區(qū)和海南地區(qū)的遺傳距離(0.083 4)最小,廣西地區(qū)與浙江地區(qū)的遺傳距離 (0.513 7) 最大。此外,四川地區(qū)與江西地區(qū)的遺傳距離(0.097 5)較小,浙江地區(qū)與海南地區(qū)的遺傳距離(0.497 8)較大。

        由圖1可見,浙江地區(qū)與其他地區(qū)的遺傳差異最大,最早與大類群分開,其余順次與大類群分開的是廣東地區(qū)、廣西地區(qū);江西地區(qū)與海南地區(qū)最早聚為一類,表明兩者具有相似的遺傳基礎,然后與四川地區(qū)、福建地區(qū)、貴州地區(qū)、云南地區(qū)聚為一大類。可見,斑茅野生資源的表型與采集地有一定的關系。

        圖1 不同采集地斑茅資源的UPGMA聚類結果Fig. 1 UPGMA dendrogram based on Nei’s genetic distance for Erianthus arundinaceum from different sampling regions

        3 結論與討論

        劉新龍等[28]研究了來自13個國家共20個地區(qū)的1 160份甘蔗資源的遺傳多樣性,為甘蔗遺傳育種親本選擇、雜交組合配制及核心種質(zhì)構建提供了有效信息。肖良等[29]研究了五節(jié)芒種質(zhì)資源的表型遺傳多樣性,為中國五節(jié)芒的良種選育及資源改良打下了良好的基礎。劉新龍等[27]研究了中國十倍體割手密資源的表型遺傳多樣性,揭示了十倍體割手密資源的多樣性。本研究中的斑茅種質(zhì)資源群體表型性狀在不同采集地區(qū)均存在豐富的遺傳變異,9個采集地斑茅種質(zhì)資源群體的株高、莖徑等5個表型性狀的變異系數(shù)為11.65%~36.48%,平均變異系數(shù)為20.90%,表明斑茅種質(zhì)資源的遺傳差異較大,遺傳多樣性水平較豐富;數(shù)量性狀與采集地的海拔高度、緯度具有相關性,其中錘度與海拔高度呈極顯著負相關,株高與緯度呈極顯著負相關;UPGMA聚類分析結果也表明,斑茅種質(zhì)資源的表型性狀與不同采集地有較密切的關系,受地理環(huán)境的影響較大。9個采集地斑茅種質(zhì)資源質(zhì)量性狀的遺傳分化系數(shù)為23.95%,表明有76.05%的遺傳變異來自于采集地內(nèi)部;數(shù)量性狀的遺傳分化系數(shù)為13.20%,表明有86.80%的遺傳變異來自于采集地內(nèi)部。整體而言,質(zhì)量性狀和數(shù)量性狀都具有較大的基因交流(分別為1.587 9和3.287 8),其中數(shù)量性狀的基因流是質(zhì)量性狀基因流的2倍以上,表明在資源評價中應更加重視對數(shù)量性狀的評價;較大的基因流也表明斑茅種質(zhì)資源群體分化不明顯。這可能與斑茅繁殖方式和環(huán)境的自然選擇[30]有關。

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        責任編輯:王賽群

        英文編輯:王 庫

        Phenotypic traits and genetic diversity of Erianthus arundinaceum germplasm

        XU Chao-hua1,2, LU Xin1,2, MA Li1,2, LIU Xin-long1,2, LIU Hong-bo1,2, SU Huo-sheng1,2, LIN Xiu-qin1,2, CAI Qing1,2,3*
        (1.Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kaiyuan, Yunnan 661699, China; 2.Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661699, China; 3. Biotechnology & Genetic Resources Institute, Yunnan Academy of Agriculture Sciences, Kunming 650223, China)

        In order to utilize and effectively evaluate the Erianthus arundinaceum as well as to develop its elite traits, phenotypic traits and genetic diversity were evaluated based on 5 qualitative traits and 10 quantitative traits from 162 tested samples of Erianthus arundinaceum collected from 9 provinces in China ( they were 74 in Yunnan, 15 in Fujian, 19 in Guizhou, 18 in Hainan, 14 in Sichuan, 10 in Jiangxi, 4 in Guangdong, 4 in Guangxi, 4 in Zhejiang, respectively). The results showed that: ① Shannon-Wiener genetic diversity indices which represented qualitative traits were generally in low as a whole. The accessions from Fujian province exhibited the highest genetic diversity index which was 0.762 4, while those from Guangxi province showed the lowest which was 0.294 2; ② Genetic variances which represented quantitative traits were higher, the mean variation coefficients ranged from 14.95% to 32.15% at the lowest in Guangxi and the highest in Yunnan; ③ Brix exhibited negative correlation with elevation and stalk length showed negative correlation with latitude. In addition, results from the analysis of genetic divergence coefficients indicated that a high proportion of total genetic variation was retained within the groups of different sampling regions, and the higher gene flow showed that there were active genetic exchanges among different sampling regions, that is to say there were little significant genetic divergence among these populations. According to genetic distance and UPGMA, there was a certaincorrelation between genetic distance and different sampling regions of Erianthus arundinaceum.

        Erianthus arundinaceum; phenotypic traits; genetic diversity

        S566.1

        A

        1007?1032(2014)02?0117?05

        10.13331/j.cnki.jhau.2014.02.002

        投稿網(wǎng)址:http://www.hunau.net/qks

        2014–01–23

        農(nóng)業(yè)部作物種質(zhì)資源保護項目(NB2013–2130135–30);云南省應用基礎研究計劃重點項目(2006C0013Z);國家甘蔗種質(zhì)資源平臺項目(2012–044);甘蔗抗旱育種技術研究與種質(zhì)改良項目(2012HA001)

        徐超華(1986—),男,湖北洪湖人,碩士,研究實習員,主要從事甘蔗種質(zhì)資源利用研究,xuchaohua_0435@sina.com;*通信作者,caiqingysri@163.com

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