宁夏外引水稻种质资源表型性状遗传多样性分析

李振姣+马斯霜+部丽群+李耀栋+唐辉+张银霞+田蕾+李培富

摘要：为了解和拓宽宁夏水稻种质资源的遗传基础，利用18个表型性状对从国外或外地引进的269份水稻种质资源进行表型评价和遗传多样性分析，并进行不同性状间遗传相关分析和聚类分析。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。遗传相关分析结果表明，各性状间存在复杂的相互关系，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，将参试材料分为四大类，第Ⅰ类为粒数型品种，第Ⅱ类早熟、结实率较高，第Ⅲ类是来自日本的矮秆品种，大部分聚在第Ⅳ类，为中间类型。对不同地理来源的种质资源材料进行聚类，结果显示俄罗斯的水稻资源与其他地方的资源亲缘关系相对较远，韩国、日本、辽宁和江苏的种质资源亲缘关系相对较近。说明外引水稻种质资源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源的遗传多样性。

关键词：水稻；种质资源；遗传多样性；表型性状

中图分类号： S511.03文献标志码：

文章编号：1002-1302（2016）08-0117-05

种质资源是作物优良基因的载体，保护现有种质资源的遗传多样性，改良与创新利用是当前乃至长远种质资源研究的主要内容，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源的利用密切相关。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源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源的遗传基础，对从国外或外地引进的水稻种质资源进行遗传多样性研究显得尤为必要[5-6]。近年来，有关水稻种质资源遗传多样性的研究不胜枚举，刘炜等利用SSR分子标记对宁夏粳稻种质资源进行了初步研究，表明宁夏粳稻种质资源之间的相似性较高，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了127份来源于9个热带国家和地区的热带水稻优异种质资源的遗传多样性，结果表明不同来源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源的遗传多样性，发现其遗传多样性大，优质资源丰富，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源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份外引水稻种质资源进行表型遗传多样性分析，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源为试验材料，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、编号及来源略。

1.2试验方法

参试材料于2014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《稻种资源形态农艺性状鉴定方法》的鉴定标准，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

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Excel中进行，包括均值、标准差、变异系数等，各性状的方差分析在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0.5σ为1级，σ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。利用SAS 91软件采用UPGMA法进行聚类分析，绘制树状聚类图。

2结果与分析

2.1不同质量性状的表型频次分布

通过对269份外引水稻种质资源5个质量性状的调查分析，各性状的频次分布见图1。不同水稻种质资源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81.04%，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

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，不同水稻种质资源材料间每穗总粒数、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源材料各表型性状间都存在着非常大的遗传差异。

2.3水稻种质资源的遗传多样性分析

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，数量性状的遗传多样性指数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

对宁夏外引269份种质资源的13个数量性状进行遗传相关分析，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源表型性状的聚类分析

以收集到的269份宁夏外引水稻种质资源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，结果如图2所示，根据聚类分析结果，以欧式距离0.84为阈值，可将269份水稻种质资源材料划分为四大类，第Ⅰ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，此类种质资源的特点是每穗总粒数较多，平均200粒左右；第Ⅱ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Ⅲ类包含3份材料，分别为Hitomehore、京引114、Kirara397，主要是日本引进材料，此类种质资源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Ⅳ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源是丰富宁夏水稻种质资源的良好材料，可拓宽宁夏种质资源的遗传基础。

2.6不同地理来源水稻种质资源表型性状的聚类分析

通过对不同来源的水稻资源进行归类后，以13个数量性状的均值为基础数据，利用SAS 9.1软件类平均法进行聚类分析，结果如图3，发现在欧式距离0.88为阈值，可将不同地理来源的水稻分为五大类，其中第Ⅰ类只有1个品种，为俄罗斯水稻品种，表明俄罗斯水稻资源与其他各个地方的水稻资源亲缘关系相对较远；第Ⅱ类包括中国（云南、台湾）、意大利和葡萄牙的水稻资源；第Ⅲ类有中国（辽宁、江苏）、日本、韩国、朝鲜和法国的水稻资源；第Ⅳ类仅包括中国黑龙江的水稻种质资源；第Ⅴ类有澳大利亞、中国（北京、吉林）的水稻资源，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，不同类别间种质资源的亲缘关系较远，遗传差异较大，多样性丰富，可丰富和拓宽宁夏水稻种质资源的遗传多样性，为水稻育种提供良好的资源材料。

3结论与讨论

本研究通过对269份宁夏外引水稻种质资源的表型性状进行遗传多样性分析，在质量性状上，大部分水稻资源表现为绿色的叶枕，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份种质资源的16个表型性状进行遗传相关分析，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源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Ⅳ类，占到了总数的71.38%，不同地理来源水稻的聚类结果表明，俄罗斯与其他不同地方种质资源的亲缘关系较远，日本、韩国、中国（辽宁和江苏）的水稻种质资源亲缘关系较近，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源。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。

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