彭云玲，趙小強(qiáng)，閆慧萍，武金歡

(甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

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不同玉米自交系耐深播性評(píng)價(jià)及遺傳多樣性分析

彭云玲*，趙小強(qiáng)，閆慧萍，武金歡

(甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅 蘭州 730070)

摘要：為了篩選玉米耐深播鑒定指標(biāo)，探討耐深播綜合評(píng)價(jià)方法并挖掘耐深播種質(zhì)類群，本研究采用PVC管盆栽試驗(yàn)，在3，15和20 cm 三種深播處理下，測(cè)定各自交系的出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)，利用隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)51份玉米自交系的耐深播性，并用70對(duì)SSR標(biāo)記對(duì)其遺傳多樣性進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，隨著播種深度的增加，各自交系的中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢(shì)，而出苗率降低，苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)先下降后增加。不同播深條件下，玉米自交系幼苗性狀的方差分析表明，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)與自交系間的差異極顯著；同時(shí)5個(gè)性狀(出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng))與播深以及5個(gè)性狀與自交系和播深間相互作用的差異極顯著；同時(shí)根長(zhǎng)與播深之間的差異達(dá)到顯著水平，但是根長(zhǎng)與自交系和播深間相互作用的差異不顯著。另外，不同播深處理下各性狀的相關(guān)分析表明，在3 cm播深條件下的出苗率與中胚軸、中胚軸和胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)3個(gè)表型性狀呈正相關(guān)；而在15和20 cm播深下，出苗率與中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)都極顯著正相關(guān)。利用隸屬函數(shù)法篩選出了6份強(qiáng)耐深播系，11份中等耐深播系。同時(shí)，利用70對(duì)SSR標(biāo)記共檢測(cè)出222個(gè)等位基因，平均3.17個(gè)，多態(tài)性信息量平均為0.579，幅度為0.265～0.801，遺傳相似系數(shù)幅度為0.496～0.946，并將供試自交系劃分成兩大優(yōu)勢(shì)群或6個(gè)亞群，其中四平頭亞群(SPT)、蘭卡斯特亞群(Lan)和旅大紅骨亞群(LRC)的耐深播性較強(qiáng)，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)表現(xiàn)良好，含有較多的強(qiáng)或中等耐深播系，是重要的耐深播種質(zhì)類群。

關(guān)鍵詞：玉米;深播;SSR標(biāo)記;遺傳多樣性;隸屬函數(shù)法

玉米(Zeamays)作為我國(guó)的第一大糧食作物，其在經(jīng)濟(jì)、能源方面發(fā)揮著重要作用，但是其對(duì)干旱比較敏感。干旱缺水不僅阻礙玉米生長(zhǎng)發(fā)育，干擾生理過(guò)程，而且嚴(yán)重影響籽粒產(chǎn)量[1]。種子萌發(fā)階段是作物能否在干旱條件下完成生育周期的關(guān)鍵時(shí)期之一[2]，苗期遇干旱時(shí)會(huì)使作物出苗能力下降，保苗率降低，嚴(yán)重影響田間苗數(shù)，從而導(dǎo)致減產(chǎn)[3]。深播是玉米苗期避旱的重要途徑之一，研究玉米種質(zhì)資源的耐深播特性對(duì)干旱地區(qū)玉米生產(chǎn)和耐深播育種具有重要意義。Zhao和Wang[4]從印第安藍(lán)粒玉米中篩選出耐深播自交系368-4。董存吉等[5]利用長(zhǎng)根莖特性的印第安藍(lán)粒玉米種質(zhì)已育成SN系列自交系和雜交種“抗42”。山西農(nóng)業(yè)科學(xué)院以自選系太160-2為母本，耐深播長(zhǎng)根莖玉米自選系LR1921為父本，培育出抗倒、抗旱、高產(chǎn)的旱玉5號(hào)玉米品種[6]。作物的耐深播性研究中，眾多學(xué)者認(rèn)為出苗率是耐深播種質(zhì)鑒定的重要指標(biāo)，出苗率越高，耐深播性越強(qiáng)[7-10]。趙光武等[11]和馬殿榮等[12]認(rèn)為玉米耐深播的主要原因是其中胚軸顯著伸長(zhǎng)。Hoshikaw[13]和Zhang等[14]報(bào)道中胚軸長(zhǎng)度是決定玉米耐深播能力的主要因素，而在小麥(Triticumaestivum)的研究中人們發(fā)現(xiàn)胚芽鞘長(zhǎng)是決定小麥耐深播性的主要因素[15]。張磊等[16]研究表明，中胚軸與胚芽鞘協(xié)同作用把玉米幼苗送出地表。吳海燕等[17]報(bào)道玉米的出苗率、苗長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)與播深顯著相關(guān)。作物的耐深播性是一個(gè)非常復(fù)雜的遺傳性狀，易受環(huán)境的影響[18]，因此篩選出可靠的耐深播性鑒定指標(biāo)，并且科學(xué)地進(jìn)行耐深播性評(píng)價(jià)，對(duì)耐深播種質(zhì)篩選具有重要意義，是耐深播育種的前提。分子標(biāo)記作為一種新興的技術(shù)，目前主要用于遺傳多樣性分析、分子遺傳圖譜構(gòu)建、基因定位及分子標(biāo)記輔助育種等領(lǐng)域[19-20]，利用SSR分子標(biāo)記可以挖掘耐深播種質(zhì)類群及有利基因，有效地提高育種目標(biāo)。目前對(duì)玉米的耐深播性雖有報(bào)道，但是對(duì)玉米耐深播種質(zhì)鑒定指標(biāo)的篩選、耐深播性綜合評(píng)價(jià)及耐深播種質(zhì)類群發(fā)掘罕見報(bào)道。因此，本研究擬篩選出玉米耐深播性鑒定參考指標(biāo)，建立玉米自交系耐深播性綜合評(píng)價(jià)方法，并通過(guò)SSR標(biāo)記研究其自交系的遺傳多樣性，挖掘耐深播種質(zhì)類群，以期為玉米耐深播種質(zhì)的篩選與改良提供參考依據(jù)，同時(shí)為尋找耐深播有利基因提供重要材料。

1材料與方法

1.1材料

本試驗(yàn)選用的51份自交系均由甘肅省種質(zhì)資源庫(kù)提供(表1)。選用均勻分布于玉米全基因組的230對(duì)SSR標(biāo)記，從中篩選出擴(kuò)增條帶清晰穩(wěn)定、多態(tài)性好的70對(duì)SSR標(biāo)記(表6)，這些SSR標(biāo)記的引物序列均來(lái)自玉米基因組數(shù)據(jù)庫(kù)(Maize Genome Database)網(wǎng)站(http: //www. MaizeGDB.org)，由上海生工生物工程有限公司合成。

表1　供試玉米自交系及其系譜來(lái)源Table 1　Pedigrees or origins of 51 maize inbred lines in this study

1.2方法

試驗(yàn)于2013年4月采用盆栽法在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)日光溫室進(jìn)行。將蛭石分層裝入尼龍網(wǎng)封底的PVC管(高40 cm，直徑15 cm)中，然后選取飽滿一致的自交系種子30粒播于蛭石上，再分別蓋3，15和20 cm蛭石使管內(nèi)蛭石高度達(dá)40 cm，每一處理3次重復(fù)，播種前統(tǒng)一配土、裝缽、澆水。在室內(nèi)條件下萌發(fā)10 d后統(tǒng)計(jì)出苗率(出苗數(shù)與播種數(shù)的百分?jǐn)?shù))，每一處理選取整體一致的幼苗6株測(cè)定其胚芽鞘長(zhǎng)(從胚芽鞘節(jié)到胚芽鞘頂端的長(zhǎng)度)、中胚軸長(zhǎng)(種子到胚芽鞘節(jié)之間的長(zhǎng)度)、中胚軸與胚芽鞘之和(種子到胚芽鞘頂端的長(zhǎng)度)、根長(zhǎng)(最長(zhǎng)根的長(zhǎng)度)、苗長(zhǎng)(中胚軸和胚芽鞘接合點(diǎn)以上部分的長(zhǎng)度)。借鑒郝德榮等[21]方法，利用隸屬函數(shù)法對(duì)51份玉米自交系進(jìn)行耐深播性綜合評(píng)價(jià)，其公式為：

Uij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(1)

Uij=1-(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)

(2)

式中，Uij表示i材料j指標(biāo)的耐深播隸屬值；Xij表示i材料j指標(biāo)的測(cè)定值；Xjmin表示所有材料j指標(biāo)的最小值；Xjmax表示所有材料j指標(biāo)的最大值。若所測(cè)指標(biāo)與材料的耐深播性呈正相關(guān)，則采用(1)式計(jì)算隸屬值，反之則用(2)式。累加各指標(biāo)的具體隸屬值，并求出平均值后進(jìn)行比較，平均值越大，自交系的耐深播性越強(qiáng)。

1.3SSR標(biāo)記分析

采用CTAB法提取玉米基因組DNA[22]，用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)DNA質(zhì)量，用德國(guó)IMPLEN微量分光光度儀檢測(cè)DNA濃度。PCR反應(yīng)在Biometra-T1 PCR儀上進(jìn)行，采用10 μL反應(yīng)體系，包括2×Taq PCR Master Mix(Tiangen 公司)5.0 μL，1 mmol/L正、反SSR引物各0.3 μL，ddH2O 3.7 μL，50 ng/μL DNA 0.7 μL。PCR反應(yīng)程序?yàn)椋?5 ℃預(yù)變性5 min，1個(gè)循環(huán)；94 ℃變性30 s，50～59 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共36個(gè)循環(huán)；最后72 ℃延伸10 min，4 ℃結(jié)束并保存。PCR擴(kuò)增產(chǎn)物用8%非變性聚丙烯酰胺凝膠電泳進(jìn)行分析。

1.4數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

試驗(yàn)數(shù)據(jù)使用統(tǒng)計(jì)軟件SPSS 16.0的相關(guān)程序進(jìn)行各性狀的方差分析、相關(guān)分析和描述統(tǒng)計(jì)。SSR擴(kuò)增產(chǎn)物以0、1統(tǒng)計(jì)建立數(shù)據(jù)庫(kù)，在相同遷移率位置上，有帶記為“1”，無(wú)帶記為“0”，缺失記為“2”。以簡(jiǎn)單配對(duì)參數(shù)(simple matching coefficient)估計(jì)基因頻率；以NTSYS-pc 2.1計(jì)算遺傳相似系數(shù)(genetic similarity,GS)，按非加權(quán)配對(duì)法(UPGMA)和SHAN程序聚類分析；SSR位點(diǎn)的多態(tài)性信息量按PIC=1-∑Pi2計(jì)算，式中,Pi表示i位點(diǎn)的基因頻率。

2結(jié)果與分析

2.1玉米自交系對(duì)不同播種深度的響應(yīng)

51份自交系分別在3，15和20 cm播深下播種，而后對(duì)其出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)6個(gè)性狀進(jìn)行測(cè)量。由表2可知，隨著播深增加，各自交系的中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢(shì)，而出苗率呈降低趨勢(shì)，苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)呈現(xiàn)出先下降后增加的趨勢(shì)，這些性狀在各自交系間變化幅度不同。在3 cm 播深條件下，各自交系6個(gè)性狀平均分別為 87.1%，1.1 cm，2.1 cm，3.2 cm，18.4 cm，24.4 cm；在15 cm播深下，各自交系6個(gè)性狀平均分別為31.2%，3.9 cm，3.8 cm，7.7 cm，11.0 cm和18.6 cm；在20 cm播深下，6個(gè)性狀的平均值分別為16.9%，4.1 cm，4.5 cm，8.7 cm，14.8 cm和21.1 cm。這些數(shù)據(jù)表明，播深明顯影響玉米的表型性狀，并且在15和20 cm播深條件下的出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)能為玉米耐深播種質(zhì)提供有效的篩選。就出苗率而言，大部分玉米自交系的出苗率都隨播深增加而降低，W64A、N192、A654、DM和Va35-2在15和20 cm兩種深度下出苗率都較高，且隨播深的增加其出苗率下降幅度僅在25.0%～37.5%之間，說(shuō)明播深對(duì)這些自交系的出苗率影響較小。另外，增加播種深度可以促進(jìn)中胚軸伸長(zhǎng)，但伸長(zhǎng)的幅度在各自交系間不同。就胚芽鞘長(zhǎng)而言，大部分玉米自交系的胚芽鞘長(zhǎng)有所增加，并且自交系B64的胚芽鞘長(zhǎng)增加最多為2.7 cm。另外，在3 cm播深條件下各自交系的苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)較長(zhǎng)，隨著播深的增加到15 cm條件下苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)下降，而播深增加到20 cm條件下，苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)又開始增加，各自交系在20 cm播深下的苗長(zhǎng)是15 cm播深下苗長(zhǎng)的0.6～2.3倍，并且在15和20 cm兩種播種深度下，出苗率高的自交系其苗長(zhǎng)也較長(zhǎng)。

2.2不同播深處理下玉米自交系相關(guān)性狀的差異分析

如表3所示，不同播種深度下，玉米自交系幼苗相關(guān)性狀的方差分析結(jié)果顯示，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)6個(gè)性狀在自交系間達(dá)到極顯著差異水平，說(shuō)明這些性狀受自交系本身遺傳特性的控制，因此在耐深播鑒定時(shí)對(duì)出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)等性狀選擇是有效的。出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)與播深的差異達(dá)到極顯著水平(P<0.01)，而根長(zhǎng)與播深的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05)，說(shuō)明播深極顯著影響自交系的出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)，顯著影響根長(zhǎng)，并且這些性狀隨著播種深度的增加其變化增大。另外，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)在自交系與播深互作間的差異也達(dá)到極顯著水平，而根長(zhǎng)在自交系與播深互作間的差異沒有達(dá)到顯著水平，說(shuō)明不同性狀對(duì)播深的響應(yīng)程度不同，相對(duì)于其他5個(gè)性狀，根長(zhǎng)對(duì)播深的響應(yīng)較差。

表2　51份玉米自交系在不同播種深度下的性狀Table 2　The seedling traits of 51 maize inbred lines at different sowing depths

續(xù)表2　Continued

RAT: 出苗率Seeding emergence rate; MES: 中胚軸長(zhǎng)Mesocotyl length; COL: 胚芽鞘長(zhǎng)Coleoptile length; MES+COL: 中胚軸和胚芽鞘之和Mesocotyl and coleoptile total length; SDL: 苗長(zhǎng)Seeding length; RL: 根長(zhǎng)Root length. 下同The same below.

表3　不同播深處理下玉米自交系幼苗性狀的方差分析Table 3　Variance analysis of seedling traits for maize inbred lines at different sowing depths

注：測(cè)定值間標(biāo)有*為5%水平差異顯著，測(cè)定值間標(biāo)有**為1%水平差異顯著。下同。

Note: Values followed by * or ** are significantly different at 5% or 1% level. The same below.

2.3不同播深處理下各性狀的相關(guān)分析

不同播深條件下，中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)等性狀與出苗率的相關(guān)分析表明(表4)，在3 cm播深條件下的出苗率與中胚軸長(zhǎng)、中胚軸和胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)3個(gè)表型性狀呈顯著正相關(guān)；而在15和20 cm播深下，出苗率與中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)都極顯著正相關(guān)，說(shuō)明在這兩種播深處理下，中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)在玉米幼苗出土方面發(fā)揮著重要作用，它們共同作用將玉米幼苗送出地表。同時(shí)，由表4可以看出，播深與出苗率、苗長(zhǎng)和根長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)，而與中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和呈極顯著正相關(guān)，說(shuō)明播深影響玉米自交系的出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)等性狀。

表4　不同播深處理下玉米自交系幼苗性狀的相關(guān)分析Table 4　Correlation analysis of the seedling traits for maize inbred lines at different sowing depths

注：測(cè)定值間標(biāo)有*為5%水平相關(guān)性顯著，測(cè)定值間標(biāo)有**為1%水平相關(guān)性顯著。

Note: Values followed by * or ** are significantly different correlation at 5% or 1% level.

2.4玉米自交系耐深播性綜合評(píng)價(jià)

作物的深播特性遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜，并且易受環(huán)境影響，這給作物的耐深播性研究帶來(lái)了諸多困難，而準(zhǔn)確地篩選耐深播鑒定指標(biāo)及科學(xué)地評(píng)價(jià)種質(zhì)的耐深播特性具有重要意義。本研究分別在3，15和20 cm播深條件下，利用出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)以及根長(zhǎng)6個(gè)性狀作為耐深播性鑒定指標(biāo)，結(jié)合隸屬函數(shù)法進(jìn)行玉米自交系的耐深播性的綜合評(píng)價(jià)。根據(jù)隸屬值的大小將51份自交系劃分為強(qiáng)耐深播類型(隸屬值>0.55)，中等耐深播類型(隸屬值=0.45～0.55)和弱耐深播類型(隸屬值<0.45)。51份玉米自交系耐深播性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明(表5)，N192、W64A、DM、Mo17、A654、502優(yōu)等6份自交系的耐深播性在0.57～0.75之間，平均0.63，變異系數(shù)為11.0%，屬于耐深播類型。自交系B73、黃C、Pa91、TS109、T58、鄭22、430、Va35、Va35-2、TS110、B64等11份材料的耐深播性在0.46～0.55之間，平均0.50，變異系數(shù)為7.1%，屬于中等耐深播類型。其余34份自交系的耐深播性在0.08～0.44之間，平均0.28，變異系數(shù)為32.9%，屬于弱耐深播類型。

2.5玉米自交系耐深播性遺傳多樣性分析

為了探討耐深播種質(zhì)類群，選擇均勻分布于玉米10條染色體上的擴(kuò)增條帶清晰穩(wěn)定、多態(tài)性豐富的70對(duì)SSR標(biāo)記，對(duì)51份玉米自交系進(jìn)行遺傳多樣性分析。所得結(jié)果如下(表6)，70對(duì)SSR引物在51份自交系間共檢測(cè)到222個(gè)等位基因，每對(duì)引物檢測(cè)到2～6個(gè)，平均3.17個(gè)。每對(duì)引物的多態(tài)性信息量(PIC)變化范圍為0.265～0.801，平均0.579，其中引物phi114的PIC最小為0.265，引物umc1196的PIC最大為0.801。51份自交系間的遺傳相似系數(shù)變化范圍為0.491～0.946，其中自330與TS66的遺傳相似系數(shù)最小為0.491，R802A與R802遺傳相似系數(shù)最大為0.946，說(shuō)明自330與TS66的親緣關(guān)系最遠(yuǎn)，而R802A與R802的親緣關(guān)系最近。然后，我們利用UPGMA聚類分析法將51份自交系劃分為Ⅰ和Ⅱ 兩大優(yōu)勢(shì)群，共6個(gè)亞群(圖1)。Ⅰ群包括A、B、C 3個(gè)亞群，占供試材料的52.9%，Ⅱ群包括D、E、F 3個(gè)亞群，占供試材料的47.1%。A亞群共10份自交系，包括黃早四、430、K12、502優(yōu)、K805、R802A、R802、W182BW、W64A、N192屬于四平頭亞群(SPT)；B亞群包括齊319、178、T58是PB亞群，共3份自交系；C亞群為蘭卡斯特亞群(Lan)共14份材料，包括Mo17、Va26、自330、01743-2、黃C、ND246、Pa91、Mo22、Mo12、DV、A654、AR234、TS109、H105W；D亞群含有丹340、DM、吉853、WN11、綜3、Va35、Va35-2等7份自交系，屬于旅大紅骨亞群(LRC)；E亞群是Reid亞群，共8份材料；F亞群是PA亞群共9份材料。

隨后，分別計(jì)算了在15和20 cm播深條件下每個(gè)亞群6個(gè)表型性狀(出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)和根長(zhǎng))的平均值(表7)。結(jié)果表明，在這兩種播種深度下，SPT、Lan和LRC亞群的出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、在兩種播深下的平均耐深播性分別為0.43,0.34,0.35,0.39,0.34,0.33，說(shuō)明6個(gè)亞群間的耐深播性不同，SPT的耐深播性最強(qiáng)，LRC的次之，Lan的中間，PA的最小。6個(gè)亞群內(nèi)各自交系耐深播性的變異系數(shù)分別為42.7%，45.3%，42.8%，49.7%，38.7%和41.0%，說(shuō)明亞群內(nèi)各自交系的耐深播性差異較大。在SPT亞群內(nèi)含有3份強(qiáng)耐深播系和1份中等耐深播系，Lan亞群內(nèi)含有2份強(qiáng)耐深播系和3份中等耐深播系，LRC亞群內(nèi)含有1份強(qiáng)耐深播系和2份中等耐深播系，而PB、Reid和PA亞群內(nèi)只含有1，2和2份中等耐深播系，6個(gè)亞群內(nèi)強(qiáng)或中等耐深播系各占供試自交系的7.8%，9.8%，5.9%，2.0%，3.9%和3.9%，說(shuō)明SPT、Lan和LRC 3個(gè)亞群在兩種播種深度下，其出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)都表現(xiàn)良好，耐深播性較強(qiáng)，含有較多強(qiáng)或中等耐深播系，是重要的耐深播種質(zhì)類群。

表5　51份玉米自交系耐深播性綜合評(píng)價(jià)Table 5　Comprehensive evaluation of deep-sowing tolerant ability of 51 maize inbred lines

表6　70對(duì)SSR引物在51份玉米自交系中檢測(cè)到的等位基因數(shù)及多態(tài)性信息量Table 6　Allele numbers and PIC values for 70 SSR primers found in 51 maize inbred lines

PIC:遺傳多樣性指數(shù)Polymorphism information content value.

***為不確定堿基。 *** is uncertain base.

圖1　51份玉米自交系SSR聚類分析Fig.1　Dendrogram of 51 maize inbred lines clustered by SSR markers1～51代表材料編號(hào)。1～51 is material number.

優(yōu)勢(shì)群Heteroticgroup亞群Sub-group自交系數(shù)量Numbers深度Depth(cm)RAT(%)MES(cm)COL(cm)MES+COL(cm)SDL(cm)RL(cm)ⅠA(SPT)101539.04.33.88.112.019.72023.04.74.89.515.622.3B(PB)31520.04.24.78.810.016.82020.04.03.98.014.318.7C(Lan)141529.34.23.88.010.218.22010.04.54.38.814.320.9ⅡD(LRC)71540.03.53.97.312.121.92024.33.74.58.216.523.2E(Reid)81527.53.33.66.910.816.22018.84.14.88.814.720.4F(PA)91525.63.54.07.511.018.22012.23.44.78.314.020.1

注：SPT表示四平頭亞群；PB表示PB亞群；Lan表示蘭卡斯特亞群；LRC表示旅大紅骨亞群； Reid表示Reid亞群；PA表示PA亞群。

Note: SPT is Sipingtou Sub-group; PB is PB Sub-group; Lan is Lancaster Sub-group; LRC is Lvda Red Cob Sub-grougp; Reid is Reid Sub-group; PA is PA Sub-group.

3討論

3.1深播條件下玉米幼苗的變化

作物深播時(shí)由于土壤阻力增大，空氣減少，往往表現(xiàn)為營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗加劇，出苗時(shí)間延長(zhǎng)，出苗率降低，幼苗活力減弱。王柳英和紀(jì)亞君[23]報(bào)道播種深度與牧草種子萌發(fā)過(guò)程中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗量顯著正相關(guān)。Sanusan等[24]報(bào)道深播與幼苗干物質(zhì)積累存在一定的差異。岳麗杰等[25]報(bào)道在播種深度為3，6和9 cm條件下，隨播種深度的增加，玉米的出苗率逐漸降低，出苗時(shí)間逐漸延遲，苗長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、苗干重、中胚軸干重逐漸增加，主根長(zhǎng)、根冠比、幼苗整體度逐漸減小。彭云玲等[18]報(bào)道在10和15 cm播種深度條件下，隨播種深度的增加，玉米自交系的根長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和呈增加趨勢(shì)，出苗率、苗長(zhǎng)、根數(shù)呈下降趨勢(shì)。為了進(jìn)一步研究玉米種質(zhì)的耐深播性，本研究增加了播種深度，在播深3(作為對(duì)照深度)，15和20 cm條件下進(jìn)行耐深播性研究，得到了相似的研究結(jié)果。隨著播種深度的增加，玉米自交系中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和大體呈增加趨勢(shì)，而出苗率呈下降趨勢(shì)，苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)呈現(xiàn)出先下降后增加的趨勢(shì)，幼苗變?nèi)跚一盍档?。另外，研究中我們發(fā)現(xiàn)，在出苗的過(guò)程中有些玉米自交系中胚軸彎曲，其幼苗頂土能力較弱、出苗率較低，比如自交系R802A、AR234、ND246等在15和20 cm播深下的出苗率都為0.0%；而有些玉米自交系的中胚軸直立，其幼苗頂土能力較強(qiáng)，出苗率較高，如自交系W64A、DM、A654在15和20 cm播深下的出苗率分別為80.0%和80.0%，90.0%和60.0%，60.0%和50.0%。除此之外，目前對(duì)深播條件下作物體內(nèi)內(nèi)源激素、生理生化特性變化的研究較少[26-28]，更不清楚其在作物耐深播過(guò)程中的作用機(jī)理，因此筆者課題組正對(duì)播深與激素、生理生化特性的關(guān)系進(jìn)行試驗(yàn)研究，以便揭示其在作物耐深播過(guò)程中的作用機(jī)理。

3.2玉米耐深播性綜合評(píng)價(jià)

作物的耐深播性是受多種因素綜合作用的一個(gè)非常復(fù)雜的遺傳性狀，而表型性狀是作物內(nèi)部生理結(jié)構(gòu)變化的最直接體現(xiàn)，能客觀、直接的反應(yīng)作物的耐深播能力。Yu和Bai[29]報(bào)道胚芽鞘與作物的耐深播性顯著相關(guān)，可以作為作物耐深播鑒定的重要指標(biāo)。Amita等[30]指出小麥胚芽鞘長(zhǎng)度是決定幼苗出土的重要?jiǎng)恿?。Troyer[31]報(bào)道隨著播深的增加，中胚軸長(zhǎng)度逐漸增加。岳麗杰等[25]報(bào)道出苗率與中胚軸長(zhǎng)關(guān)聯(lián)度最大。彭云玲等[18]研究表明玉米的出苗率與中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根數(shù)顯著或極顯著相關(guān)。吳海燕等[17]報(bào)道玉米的出苗率、苗長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)與播深顯著相關(guān)。潘前穎等[32]還比較了小麥與玉米的胚芽鞘、中胚軸在幼苗出土中的作用。本研究結(jié)果表明，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)及根長(zhǎng)在自交系間差異顯著；在3，15和20 cm播深條件下，除了3 cm播深條件下的出苗率與胚芽鞘長(zhǎng)和根長(zhǎng)的正相關(guān)性沒有達(dá)到顯著以外，其他情況下出苗率與性狀間都呈顯著和極顯著正相關(guān)，并且播深與出苗率、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)呈極顯著負(fù)相關(guān)，與中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和極顯著正相關(guān)。因此這6個(gè)性狀同時(shí)適合于15和20 cm播深下玉米耐深播性的鑒定。

對(duì)作物種質(zhì)的耐深播性評(píng)價(jià)，學(xué)者已經(jīng)提出了一些方法。張磊等[16]在15 cm播深下，利用根莖長(zhǎng)對(duì)玉米自交系進(jìn)行了評(píng)價(jià)，將46份自交系劃分為強(qiáng)中弱3種類型。張曉龍等[33]在小麥上利用供試材料的平均地中莖長(zhǎng)，做Duncan多重比較，將供試材料的耐深播性劃分為3個(gè)等級(jí)。彭云玲等[18]在15 cm播深下，利用出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)、根數(shù)等7個(gè)性狀對(duì)45份自交系進(jìn)行聚類分析，評(píng)價(jià)了各材料的耐深播性。雖然利用這些方法也能評(píng)價(jià)作物的耐深播特性，但是這些方法只注重了個(gè)別指標(biāo)，或模糊的將材料聚成不同類型。本研究提出了一種耐深播性評(píng)價(jià)新方法，即根據(jù)出苗率、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)等耐深播鑒定指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法，分別計(jì)算出材料在15和20 cm兩種播深下的隸屬值，然后取其平均值作為材料的耐深播性大小。此方法不僅能綜合多種環(huán)境、多個(gè)耐深播相關(guān)性狀，把耐深播性這一復(fù)雜性狀進(jìn)行數(shù)理統(tǒng)計(jì)上的定量表達(dá)，明確每一材料的耐深播性大小，而且大大地降低了環(huán)境對(duì)試驗(yàn)結(jié)果的影響，減少了試驗(yàn)誤差，因此利用此方法更能客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)玉米的耐深播性。

3.3玉米耐深播種質(zhì)類群挖掘及改良

挖掘耐深播種質(zhì)類群對(duì)玉米耐深播育種及耐深播種質(zhì)篩選與改良具有重要意義。本研究以6個(gè)國(guó)內(nèi)玉米雜種優(yōu)勢(shì)群的標(biāo)準(zhǔn)測(cè)驗(yàn)種：黃早四(四平頭群)、Mo17(蘭卡斯特群)、丹340(旅大紅骨群)、齊319(PB)、B73(瑞德群)、掖478(PA)為參照，利用70對(duì)SSR標(biāo)記對(duì)51份供試材料的遺傳多樣性進(jìn)行研究，結(jié)果表明51份自交系可以劃分為兩大優(yōu)勢(shì)群或6個(gè)亞群。分群結(jié)果與自交系的系譜基本吻合，說(shuō)明此分群結(jié)果是科學(xué)、準(zhǔn)確的。在此基礎(chǔ)上，筆者結(jié)合不同播深下供試材料各性狀的表現(xiàn)及耐深播綜合評(píng)價(jià)結(jié)果表明，四平頭(SPT)、蘭卡斯特(Lan)和旅大紅骨(LRC)亞群是重要的耐深播種質(zhì)類群，群內(nèi)含有較多的強(qiáng)或中等耐深播系，其耐深播性較強(qiáng)，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)表現(xiàn)良好。根據(jù)雜種優(yōu)勢(shì)的原理，可以利用強(qiáng)耐深播系N192、W64A、502優(yōu)(屬SPT)，Mo17、A654(屬Lan)，DM(屬LRC)改良群內(nèi)相應(yīng)自交系的耐深播性。這些研究結(jié)果在理論和實(shí)踐上都具有一定的意義。根據(jù)育種實(shí)踐，利用Ⅰ優(yōu)勢(shì)群中的SPT和Lan與Ⅱ優(yōu)勢(shì)群中的LRC組配雜交組合究竟能不能產(chǎn)生強(qiáng)耐深播玉米雜交組合，還需要進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。

4結(jié)論

研究結(jié)果表明，在15和20 cm兩種播種深度下，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)6個(gè)性狀都可以作為玉米耐深播性鑒定的參考指標(biāo)；利用隸屬函數(shù)法能客觀、科學(xué)地評(píng)價(jià)玉米的耐深播性；在玉米種質(zhì)中，四平頭(SPT)、蘭卡斯特(Lan)和旅大紅骨(LRC)亞群是重要的耐深播種質(zhì)類群，群內(nèi)含有較多的強(qiáng)或中等耐深播系，其耐深播性較強(qiáng)，出苗率、中胚軸長(zhǎng)、胚芽鞘長(zhǎng)、中胚軸與胚芽鞘之和、苗長(zhǎng)、根長(zhǎng)表現(xiàn)良好，其為玉米耐深播種質(zhì)篩選及改良提供了理論依據(jù)，為玉米耐深播QTL定位提供了材料。

References：

[1]Ribaut J M, Hoisington D A, Deutsch J A,etal. Identification of quantitative trait loci under drought conditions in tropical maize. 1. Flowering parameters and the anthesis-silking interval. Theoretical and Applied Genetics, 1996, 92: 905-914.

[2]Wang Y T, Zhou Y F, Li F X,etal. Identification and classification of sorghum cultivars for drought resistance during germination stage based on principal components analysis and self organizing map cluster analysis. Acta Agronomica Sinica, 2014, 40(1): 110-121.

[3]Liu X D, Li X H, Li W H,etal. Analysis on difference for drought responses of maize inbred lines at seedling stage. Journal of Maize Sciences, 2004, 1(3): 63-65.

[4]Zhao G W, Wang J H. Effect of gibberellin and uniconazole on mesocotyl elongation of dark-grown maize under different seeding depths. Plant Production Science, 2008, 11(4): 423-429.

[5]Dong C J, Wang Z R, Zhong G R,etal. The first report about the application of long rhizome germplasm of blue maize. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 1994, 22(2): 13-15.

[6]Liang S M, Su S W, Wang A P,etal. Breeding of long-rhizomes maize variety HanYu No.5 and it’s main points of cultivation. Journal of Shanxi Agricultural Sciences, 2008, 36(4): 34-36.

[7]Wang W, Zou Q. Studies on coleoptile length as criterion of appraising drought resistance in wheat. Acta Agronomica Sinica, 1997, 23(4): 459-467.

[8]Dong H Z, Li W J, Miao X W. Ecological effects of mulched deep-seeding in relation to stand establishment and lint yield of cotton in saline soil. Cotton Science, 2011, 23(2): 121-126.

[9]Wu J Y, Liu J H, Li Q,etal. Effect of exogenous substances on the growth and chemical compositions of upper leaves of tobacco. Agricultural Research in the Arid Areas, 2009, 27(2): 138-141, 147.

[10]Lin J R, Zhang G H, Wu M G,etal. Genetic analysis of mesocotyl elongation in rice (OryzasativaL. subsp.japonica). Acta Agronomica Sinica, 2006, 32(2): 249-252.

[11]Zhao G W, Ma P, Wang J H,etal. Identification of deep-seeding tolerance in different maize inbred lines and their physiological response to deep-seeding condition. Journal of Maize Sciences, 2009, 17(5): 9-13.

[12]Ma D R, Wang N, Wang Y,etal. Germination dynamics of weedy rice in northern China at different sowing depths. Chinese Journal of Rice Science, 2008, 22(2): 215-218.

[13]Hoshikaw. Underground organs of the seedlings and the systematics of gramineae. Botanical Gazette, 1969, 130: 192-203.

[14]Zhang H W, Ma P, Zhao Z N,etal. Mapping QTL controlling maize deep-seeding tolerance-related traits and confirmation of a major QTL for mesocotyl length. Theoretical and Applied Genetics, 2012, 124: 223-232.

[15]Rebetzke G J, Ellis M H, Bonnett D G. Molecular mapping of genes for coleoptile growth in bred wheat (TriticumaestivumL.). Theoretical and Applied Genetics, 2007, 114: 1173-1183.

[16]Zhang L, Liu Z Z, Huang Y Q,etal. Deep planting tolerance characteristics analysis on 46 maize inbred lines. Journal of Agricultural University of Hebei, 2007, 30(3): 18-21.

[17]Wu H Y, Cui Y H, Sun C F. Study on relations of sowing depth and seedling emergence of different types of maize seeds. Journal of Maize Sciences, 2011, 19(2): 109-113.

[18]Peng Y L, Yang F L, Zhao X Q,etal. Difference analysis of deep-sowing tolerant characteristics in different maize inbred lines. Agricultural Research in the Arid Areas, 2014, 32(1): 25-32.

[19]Zheng H J, Xu R R, Kong L J,etal. Certification for stay-green traits and genetics diversity of maize inbred lines by SSR markers. Journal of Maize Sciences, 2011, 19(3): 19-24.

[20]Almeida G D, Makumbi D, Magorokosho C,etal. QTL mapping in three tropical maize populations reveals a set of constitutive and adaptive genomic regions for drought tolerance. Theoretical and Applied Genetics, 2013, 126(3): 583-600.

[21]Hao D R, Cheng Y J, Xu C W,etal. Screening of maize germplasms for salt-tolerance and evaluation of population genetic structure. Journal of Plant Genetic Resources, 2013, 14(6): 1153-1160.

[22]Saghai-Maroof M A, Soliman K M, Jorgenson R,etal. Ribosomal DNA spacer length polymorphism s in barley: Mendelian inheritance, chromosomal location and population dynamics. Proceedings of the National Academy of Sciences, 1984, 81: 8014-8018.

[23]Wang L Y, Ji Y J. Effect of sowing depth nutrition consumption of germinating herbage. Sichuan Caoyuan, 2003, 5: 14-16.

[24]Sanusan S, Polthanee A, Seripong S. Seeding establishment and yield of direct-seeded rice under different seeding depths. Khon Kaen Agriculture Journal, 2009, 37: 15-22.

[25]Yue L J, Wen T, Yang Q,etal. Effects of different sowing depths on seeding emergence of maize. Journal of Maize Sciences, 2012, 20(5): 88-93.

[26]Ellis M, Rebetzke G, Chandler P,etal. The effect of different height reducing genes on the early growth of wheat. Functional Plant, 2004, 31: 583-589.

[27]Zhao H J, Zhang H G, Xiang W W,etal. Studies on α-amylase activity and coleoptile length in plateau spring wheat varieties with different drought resistance. Journal of Anhui Agricultural Sciences, 2008, 36(13): 5269-5271, 5326.

[28]Dai H F, Ou X Q, Wang W,etal. Effects of sowing depth on cold resistant physiology of wheat. Gansu Agriculture Science and Technology, 2010, 2: 9-11.

[29]Yu J B, Bai G H. Mapping quantitative trait loci for long coleoptile in Chinese wheat landrace wangshuibai. Crop Science, 2010, 50: 43-50.

[30]Amita M, William F, Schillinger,etal. Wheat seeding emergence from deep planting depths and its relationship with coleoptile length. Plos One, 2013, 3: 1372-1376.

[31]Troyer A F. The location of genes governing long first internode of corn. Genetics, 1997, 145(4): 1149-1154.

[32]Pan Q Y, Wen X F, Pan T Y,etal. Wheat coleoptile and emergence vigor and drought-resistance. Agricultural Research in the Arid Areas, 2012, 30(3): 51-57, 62.

[33]Zhang X L, Chen J H, Lin Q,etal. Analysis on the characteristics of tolerance of new wheat lines to deep seeding. Bulletin of Agricultural Science and Technology, 2009, 6: 49-51.

參考文獻(xiàn)：

[2]王藝陶, 周宇飛, 李豐先, 等. 基于主成分和SOM聚類分析的高粱品種萌發(fā)期抗旱性鑒定與分類. 作物學(xué)報(bào), 2014, 40(1): 110-121.

[3]劉賢德, 李曉輝, 李文華, 等. 玉米自交系苗期耐旱性差異分析. 玉米科學(xué), 2004, 1(3): 63-65.

[5]董存吉, 王早榮, 鐘改榮, 等. 長(zhǎng)根莖藍(lán)粒玉米種質(zhì)利用初報(bào). 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 1994, 22(2): 13-15.

[6]梁素明, 蘇書文, 王愛萍, 等. 長(zhǎng)根莖玉米品種旱玉5號(hào)的選育及栽培技術(shù)要點(diǎn). 山西農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(4): 34-36.

[7]王瑋, 鄒琦. 胚芽鞘長(zhǎng)度作為冬小麥抗旱性鑒定指標(biāo)的研究. 作物學(xué)報(bào), 1997, 23(4): 459-467.

[8]董合忠, 李維江, 苗興武. 鹽堿地深播覆膜的生態(tài)效應(yīng)及對(duì)棉花成苗和產(chǎn)量的影響. 棉花學(xué)報(bào), 2011, 23(2): 121-126.

[9]武俊英, 劉景輝, 李倩, 等. 內(nèi)蒙古地區(qū)不同耕作方式與播種深度燕麥耐鹽堿性分析. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2009, 27(2): 138-141, 147.

[10]林建榮, 張光恒, 吳明國(guó), 等. 水稻中胚軸伸長(zhǎng)特性的遺傳分析. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32(2): 249-252.

[11]趙光武, 馬攀, 王建華, 等.不同玉米自交系耐深播能力鑒定及對(duì)深播脅迫的生理響應(yīng). 玉米科學(xué), 2009, 17(5): 9-13.

[12]馬殿榮, 王楠, 王瑩, 等. 中國(guó)北方雜草稻深覆土條件下出苗動(dòng)力源分析. 中國(guó)水稻科學(xué), 2008, 22(2): 215-218.

[16]張磊, 劉志增, 黃亞群, 等. 46個(gè)玉米自交系耐深播特性分析. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2007, 30(3): 18-21.

[17]吳海燕, 崔彥宏, 孫昌鳳. 不同類型玉米雜交種播種深度與出苗相關(guān)性的研究. 玉米科學(xué), 2011, 19(2): 109-113.

[18]彭云玲, 楊芳林, 趙小強(qiáng), 等. 不同玉米自交系耐深播能力的差異分析. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2014, 32(1): 25-32.

[19]鄭洪建, 許瑞瑞, 孔令杰, 等. 玉米自交系的保綠性鑒定及其遺傳多樣性的SSR分析. 玉米科學(xué), 2011, 19(3): 19-24.

[21]郝德榮, 程玉靜, 徐辰武, 等.玉米耐鹽種質(zhì)篩選及群體遺傳結(jié)構(gòu)分析. 植物遺傳資源學(xué)報(bào), 2013, 14(6): 1153-1160.

[23]王柳英, 紀(jì)亞君. 播種深度對(duì)牧草種子萌發(fā)時(shí)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)消耗量的影響. 四川草原, 2003, 5: 14-16.

[25]岳麗杰, 文濤, 楊勤, 等. 不同播種深度對(duì)玉米出苗的影響. 玉米科學(xué), 2012, 20(5): 88-93.

[27]趙會(huì)君, 張懷剛, 相微微, 等. 抗旱性不同的高原春小麥品種α-淀粉酶活性和胚芽鞘長(zhǎng)度的研究. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 36(13): 5269-5271, 5326.

[28]代海芳, 歐行奇, 王偉, 等. 播種深度對(duì)小麥抗寒生理的影響. 甘肅農(nóng)業(yè)科技, 2010, 2: 9-11.

[32]潘前穎, 文學(xué)飛, 潘田園, 等. 小麥胚芽鞘與耐深播抗旱研究進(jìn)展. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2012, 30(3): 51-57, 62.

[33]張曉龍, 陳佳慧, 林琪, 等. 小麥新品系耐深播特性分析. 農(nóng)業(yè)科技通報(bào), 2009, 6: 49-51.

DOI：10.11686/cyxb2015277

*收稿日期：2015-06-01；改回日期：2015-08-24

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然基金項(xiàng)目(31260330,31301333)和教育部博士點(diǎn)基金(20126202120001)資助。

作者簡(jiǎn)介：彭云玲(1978-)，女，河南南陽(yáng)人，副教授，博士。E-mail:pengyunlingpyl@163.com *通信作者Corresponding author. E-mail:pengyunlingpyl@163.com

* 1Deep-sowing tolerance and genetic diversity of maize inbred lines

PENG Yun-Ling*, ZHAO Xiao-Qiang, YAN Hui-Ping, WU Jin-Huan

GansuProvincialKeyLaboratoryofAridlandCropScience,GansuKeyLabofCropImprovementandGermplasmEnhancement,CollegeofAgronomy,GansuAgriculturalUniversity,Lanzhou730070,China

Abstract:The aim of this study was to establish accurate indices to identify and evaluate the deep-sowing tolerance of a range of inbred lines from the maize germplasm. Maize seeds were planted at three depths (3, 15, and 20 cm) and the following phenotypic traits were evaluated: emergence rate (RAT), mesocotyl length (MES), coleoptile length (COL), mesocotyl and coleoptile total length (MES+COL), seedling length (SDL), and root length (RL). At the same time, simple sequence repeat (SSR) markers were used to evaluate the genetic diversity among 51 maize inbred lines. The results showed that as the sowing depth increased from 3 to 15 or 20 cm, the RAT gradually decreased, SDL and RL first increased and then decreased, and MES, COL, and MES+COL increased. There were strong and significant differences in RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL among the maize inbred lines. Five traits (RAT, COL, MES, MES+COL, SDL) were significantly affected by sowing depth and by the interaction between genotype and sowing depth. Root length differed significantly depending on sowing depth, but it was not affected by the interaction between genotype and sowing depth. There were strong and significant positive correlations between RAT at 15- and 20-cm sowing depths and MES, COL, MES+COL, SDL, and RL. Six highly deep-sowing tolerant inbred lines and 11 moderately deep-sowing tolerant inbred lines were identified by the membership function method based on their performance when sown at 15 and 20 cm depths. Seventy SSR markers produced 222 alleles with an average of 3.17 alleles per marker. The polymorphism information content for each marker ranged from 0.265 to 0.801 with an average 0.579. The 51 maize inbred lines were divided into two major groups and six sub-groups in a genetic diversity analysis. Relatively high membership values for RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL were obtained for the Sipingtou (SPT), Lancaster (Lan), and Luda Red Cob (LRC) lines, which were highly or moderately tolerant to deep sowing. These results showed that maize lines tolerant to deep sowing can be screened by planting seeds at 15 and 20 cm depths, and that RAT, MES, COL, MES+COL, SDL, and RL are important indices to identify deep-sowing tolerance in maize. We conclude that deep-sowing tolerance can be objectively and accurately evaluated by the membership function method in maize inbred lines, and that SPT, Lan, and LRC are important deep-sowing tolerant germplasm groups.

Key words:maize; deep-sowing; SSR markers; molecular genetic diversity; membership function method

http://cyxb.lzu.edu.cn

彭云玲， 趙小強(qiáng)， 閆慧萍， 武金歡. 不同玉米自交系耐深播性評(píng)價(jià)及遺傳多樣性分析. 草業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 25(7): 73-86.

PENG Yun-Ling, ZHAO Xiao-Qiang, YAN Hui-Ping, WU Jin-Huan. Deep-sowing tolerance and genetic diversity of maize inbred lines. Acta Prataculturae Sinica, 2016, 25(7): 73-86.