西南部分玉米地方種質(zhì)資源的遺傳多樣性分析.pdf

1、根據(jù)西南地區(qū)玉米地方品種的主要地域分布，本研究以來自四川、重慶、云南和貴州四省(市)的玉米地方種質(zhì)群體為材料，對(duì)54個(gè)玉米地方品種群體做遺傳多樣性的SSR分析和B染色體的細(xì)胞學(xué)鑒定；并從中選取50個(gè)品種群體進(jìn)行田間實(shí)驗(yàn)，分析玉米地方品種農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的差異表現(xiàn)；結(jié)合室內(nèi)分析，研究低磷脅迫下玉米地方種質(zhì)的主要形態(tài)和生理特性，探討耐低磷玉米地方種質(zhì)的篩選指標(biāo)。主要結(jié)果如下： 1.農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的差異表現(xiàn)分析結(jié)果表明，玉米地方品種在各

2、農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀上存在極顯著差異。分析各性狀的變異幅度，農(nóng)藝性狀株高、穗位高、總?cè)~片數(shù)、散粉期、抽絲期和全生育期的變幅分別為213.25～322.98、87.30～198.59、15.50～24.38、69.50～94.50、70.50～93.50和114.00～142.00：經(jīng)濟(jì)性狀穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重、百粒重和容重的變幅分別是8.40～18.32、0.30～2.28、2.49～4.88、1.5l～2.74、

3、8.70～17.05、16.17～31.39、26.57～161.68、9.00～36.03和245.00～739.00。農(nóng)藝性狀與經(jīng)濟(jì)性狀的變異系數(shù)比較表明，經(jīng)濟(jì)性狀的變異程度較農(nóng)藝性狀的變異程度高。農(nóng)藝性狀變異程度大小排序?yàn)樗胛桓?、總?cè)~數(shù)、抽絲期、散粉期、株高、全生育期；經(jīng)濟(jì)性狀變異程度的大小排序?yàn)槎d尖長(zhǎng)、穗粒重、百粒重、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)、穗行數(shù)、穗粗、容重、軸粗。根據(jù)“主成分”分析結(jié)果，結(jié)合玉米育種目標(biāo)，分析各玉米地方品種農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性

4、狀的分量值，在供試材料中評(píng)選出綜合性狀優(yōu)良的地方品種有DP-11、DP-44、DP-42、DP-31、DP-65、DP-19、DP-60、DP-15、DP-57和DP-13。農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的聚類分析表明，同一產(chǎn)地來源玉米地方品種的農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀存在較大差異，而不同產(chǎn)地來源的玉米地方品種可能具有相似的農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀。 2.基于SSR標(biāo)記的遺傳多樣性分析結(jié)果，均勻覆蓋玉米染色體組的42對(duì)SSR引物，在作DNA混合取樣的54個(gè)玉米地方

5、品種中檢測(cè)到256個(gè)等位基因，每個(gè)SSR標(biāo)記的等位基因數(shù)為2～9個(gè)，平均6.1個(gè)，多態(tài)信息量0.30～0.85，平均0.76，說明玉米地方品種群體遺傳多樣性豐富。根據(jù)遺傳相似系數(shù)矩陣做出的樹狀圖，將54個(gè)玉米地方品種大致劃分成4類，來源于同一地區(qū)的多數(shù)玉米地方品種劃分在同一類中，其遺傳相似系數(shù)在0.60以上，表明玉米地方品種的地理分布與其遺傳背景存在內(nèi)在聯(lián)系。比較SSR聚類與農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀聚類結(jié)果，2種聚類結(jié)果差異很大，這表明SSR分子標(biāo)

6、記所揭示的DNA的結(jié)構(gòu)差異與“主成分”分析所揭示的表型差異是不一致的。從54個(gè)玉米地方品種中選出11個(gè)，每個(gè)品種隨機(jī)抽取15個(gè)單株，共165個(gè)DNA單株樣品，分析玉米地方品種的遺傳結(jié)構(gòu)及其品種內(nèi)的遺傳多樣性。對(duì)于檢測(cè)玉米地方品種的遺傳多樣性，DNA單株樣品分析優(yōu)于DNA混合樣品分析，42對(duì)相同的SSR引物在11個(gè)玉米地方品種中檢測(cè)到330個(gè)等位基因，平均等位基因數(shù)A=7.86，有效等位基因數(shù)=3.90，平均期望雜合度He=0.69，實(shí)際

7、觀察雜合度H0=0.37。據(jù)遺傳結(jié)構(gòu)分析結(jié)果，固定指數(shù)(F)為0.25～0.79，表明玉米地方品種是典型的混合繁育系統(tǒng)；由于雜合體不足，玉米地方品種群體內(nèi)的遺傳結(jié)構(gòu)偏離了Hardy-Weinberg平衡；雜合性基因多樣度比率(Fst)平均為0.07，表明品種間和品種內(nèi)的遺傳變異分別占總遺傳變異的7％和93％?！爸鞒煞帧狈治?PCA)結(jié)果與品種間遺傳距離分析結(jié)果相一致，同一品種群體內(nèi)的個(gè)體以及來源于同一地區(qū)不同品種群體間的個(gè)體距離較近，相

8、鄰分布；來源于不同地區(qū)品種群體間的個(gè)體距離較遠(yuǎn)，產(chǎn)生明顯分離。品種群體內(nèi)遺傳多樣性分析結(jié)果表明，四川玉米地方品種的遺傳變異水平、等位基因頻率以及基因雜臺(tái)度均為最高，貴州玉米地方品種的最低，表明在我國(guó)西南地區(qū)的四省(市)中，四川的玉米地方品種具有最豐富的遺傳變異。 3.B染色體細(xì)胞學(xué)鑒定結(jié)果表明，玉米地方品種的B染色體具有常見B染色體的基本特征，B染色體在地方品種細(xì)胞中的異常分布是細(xì)胞和植株個(gè)體存在B染色體數(shù)目變化的主要原因。在檢

9、測(cè)的54個(gè)玉米地方品種中有9個(gè)存在B染色體，B染色體數(shù)目在品種間發(fā)生0B～7B的數(shù)目變化，在同一品種的不同細(xì)胞間發(fā)生0B～3B的變化；具有1B、2B和3B染色體的地方品種分別占玉米地方品種總數(shù)的12.96％、5.56％和3.70％；在對(duì)每個(gè)玉米地方品種所檢測(cè)的30個(gè)細(xì)胞中，具有0B、1B、2B和3B染色體的細(xì)胞比例分別為86.81％、5.42％、4.44％和3.33％。分析含B染色體玉米地方品種的地理分布，四川的東南部地區(qū)是玉米地方品種

10、B染色體的集中分布區(qū)。盡管本研究未發(fā)現(xiàn)B染色體與基于SSR的DNA多態(tài)性的相關(guān)關(guān)系。然而，綜合分析B染色體的地理分布和玉米地方品種群體的遺傳多樣性，支持西南地區(qū)玉米地方品種的地理演變途徑為最早引進(jìn)到四川的假說。 4.分析低磷脅迫在苗期對(duì)玉米地方品種的主要生物學(xué)效應(yīng)，結(jié)果表明，低磷脅迫下各地方品種的根體積、總?cè)~面積、根干重和地上部干重均顯著降低，而根冠比和根毛密度明顯增加；同樣，土壤缺磷誘導(dǎo)植株體內(nèi)磷利用率、酸性磷酸酯酶活性、過氧

11、化氫酶活性、過氧化物歧化酶活性以及丙二醛和脯氨酸含量的顯著提高，但顯著降低磷含量和可溶性蛋白質(zhì)含量。不同玉米地方品種的耐低磷性存在明顯的基因型差異，與低磷敏感玉米地方品種DP-36和DP-27比，低磷脅迫對(duì)耐低磷玉米地方品種DP-60、DP-02和DP-40影響較小。分析低磷脅迫下各生物學(xué)性狀的變化，干物重和植株吸磷量的變化較大，表明干物重和吸磷量是苗期篩選玉米地方品種耐低磷種質(zhì)的可靠指標(biāo)。此外，酸性磷酸酯酶活性可作為篩選耐低磷種質(zhì)的生

12、化指標(biāo)。低磷脅迫下干物重與缺磷癥狀的顯著相關(guān)表明以植株缺磷癥狀為依據(jù)對(duì)玉米地方品種耐低磷等級(jí)的劃分是可行的?；谏鲜鼋Y(jié)果，結(jié)合低磷脅迫下玉米地方品種后期的經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)，在供試的50個(gè)玉米地方品種中，篩選出3個(gè)耐低磷地方品種DP-60、DP-02和DP-41，5個(gè)中耐低磷地方品種DP-12、DP-48、DP-54、DP-59和DP-65。 5.綜合分析供試玉米地方品種的農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀，遺傳多樣性及其耐低磷營(yíng)養(yǎng)特性。西南地區(qū)玉米地方

13、品種抗病力強(qiáng)，多數(shù)地方品種高抗大、小斑病和銹??；群體遺傳變異水平高，42個(gè)SSR標(biāo)記在54個(gè)品種群體中共檢測(cè)到256個(gè)等位位點(diǎn)，在11個(gè)群體內(nèi)的165個(gè)個(gè)體中檢測(cè)到330個(gè)等位位點(diǎn)，有效基因雜合度達(dá)0.67；品種類型豐富多樣，生育期從早熟(114d)到晚熟(142d)，粒型有硬粒、馬齒和半馬齒，粒色有黃、白、紅、藍(lán)；耐低磷種質(zhì)豐富。從供試的50個(gè)玉米地方品種中篩選到與育種目標(biāo)相關(guān)、主要農(nóng)藝經(jīng)濟(jì)性狀優(yōu)良的品種10個(gè)，品種群體內(nèi)遺傳變異豐富