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糯玉米种质资源遗传多样性研究

蔚荣海  
【摘要】: 遗传多样性是种内不同群体之间或一个群体内不同个体遗传变异的总和。在生物遗传资源多样性的研究中经历了由农艺性状形态标记、品质性状比较分析、生化(同工酶、种子贮藏蛋白等)标记,以及近年开展的对其内部遗传物质差异的各种分子生物学上的分子标记。遗传多样性的研究对生物种质资源的收集、评价、保存和利用具有十分重要的意义。通过对表型不同的80份糯玉米自交系(其中黄糯40份、白糯25份、黑糯13份、红糯2份)调查17个农艺性状,进行遗传距离及聚类分析;主要生化品质成分含量的测定,种子贮减蛋白(盐溶蛋白)聚丙烯酰胺凝胶电泳图谱的聚类分析;SSR分子标记指纹图谱及聚类分析。随机选取7份自交系进行完全双列杂交,对其配合力、杂种优势测定验证,得到如下结论: (1)无论是在农艺性状、内部生化品质性状、DNA遗传物质上,80份糯玉米种质资源都具有丰富的遗传多样性。在对17个农艺性状的调查和主要品质性状成分含量的测定中,变幅较大,方差分析差异显著。 (2)将17重要性状进行主成分分析,按贡献率的85%计算,得到7个主成分因子,两个自交系之间的7个主成分因子之间的差异即为遗传距离;80个糯玉米自交系以遗传距离4.15分为九大类。,第Ⅰ类包括2个糯玉米自交系:N76,N09;第Ⅱ类仅有1个糯玉米自交系:N66;第Ⅲ类共有5个糯玉米自交系:N68,N67,N49,N74,N42;第Ⅳ包括2个糯玉米自交系:N05,N37;第Ⅴ类仅有1个糯玉米自交系N57;第Ⅵ类包括19个糯玉米自交系,分布在两个亚群中,第Ⅵ1亚群中包括:N80,N62,N72,N71,N10,第Ⅵ2亚群中包括N41,N77,N44,N63,N70,N46,N60,N43,N15,N30,N26,N78,N19,N06;第Ⅶ类共有7个糯玉米自交系,包括:N56,N55,N54,N53,N48,N31,N18;第Ⅷ类包括2个自交系:N04,N21;第Ⅸ类共有41个糯玉米自交系分布在4大亚群中,第Ⅸ1亚群中包括:N73,N58,N52;第Ⅸ2亚群包括:N39,N17,N16,N47,N12,N61,N24,N38,N33,N14,N07;第Ⅸ3亚群包括:N29,N13;第Ⅸ4亚群包括:N75,N65,N45,N69,N35,N79,N27,N20,N11,N08,N64,N25,N51,N03,N59,N02,N32,N28,N50,N36,N23,N40,N24,N22,N01。农艺性状的聚类结果表明:表型不同的自交系分布在不同的类群里。 (3)糯玉米种质资源的主要营养品质成分含量变幅较大。80份糯玉米自交系的淀粉、蛋白质、脂肪含量的变幅分别在58.05%~76.20%、7.3%—13.97%、3.00%—6.68%;平均值分别为67.79%、11.15%、4.93%,淀粉为100%支链淀粉。淀粉与蛋白质呈显著负相关,相关系数为-0.3784;蛋白质与脂肪之间呈负相关,相关系数为-0.1908;脂肪与淀粉之间呈正相关,相关系数为0.1786。 (4) 80份糯玉米自交系盐溶蛋白电泳图谱按迁移率划分,可分为13条特征谱带,进行聚类分析共聚成6类(以遗传距离0.27为标准)。其中第Ⅲ类在遗传距离0.14处又分为2个亚群;第Ⅳ类在遗传距离0.22处分为3个亚群,第Ⅰ类仅有一个糯玉米自交系N16;第Ⅱ类也仅有一个糯玉米自交系:N51;第Ⅲ类有7个糯玉米自交系分布在2个亚群中,在第Ⅲ1亚群包括:N71,N70,N68,N67;第Ⅲ2亚群包括:N65,N66,N39;第Ⅳ类有68个糯玉米自交系分布在3个亚群中,第Ⅳ1亚群包括:N10,N06,N05;第Ⅳ2亚群包括:N74,N69,N11,N46,N43,N45,N19,N28,N18,N17,N08,N15,N13,N07,N14,N04;第Ⅳ3亚群包括:N63,N62,N56,N55,N57,N50,N38,N27,N25,N24,N12,N49,N47,N80,N79,N76,N44,N42,N41,N78,N77,N61,N60,N22,N21,N54,N53,N64,N58,N52,N59,N37,N36,N35,N34,N33,N32,N31,N30,N23,N20,N72,N40,N29,N26,N48,N09,N75,N03;第Ⅴ大类仅有1个糯玉米自交系:N73;第Ⅵ大类包括2个糯玉米自交系:N02,N01。遗传距离变幅在0.00—0.46之间。 (5) 22对SSR核心引物分布在玉米基因组的10条染色体上,每对引物可以检测到2--4个数目不等的多态性片断(等位基因),共60个多态性片断,平均为2.73个。80个糯玉米自交系间的遗传距离范围为0.045-0.946。 (6) SSR的聚类结果将80份糯玉米自交系聚成9类(以遗传距离0.55为标准)。其中第Ⅱ类在遗传距离0.46处又分为3个亚群;第Ⅴ类在遗传距离0.50处分为2个亚群,第Ⅶ类在遗传距离0.46处又分为2个亚群,第Ⅷ类在遗传距离0.46处又分为2个亚群,第Ⅸ类在遗传距离0.44处分为4个亚群。各类及亚类包含的糯玉米自交系如下:第Ⅰ类包括:N12;第Ⅱ类含三个亚群包括:N69,N80,N79,N73,N71,N70,N74,N68,N67,N65,N63,N61,N66,N52;第Ⅲ类包括:N50,N48;第Ⅳ类包括:N72;第Ⅴ类含两个亚群包括:N64,N59,N58,N46,N44,N62,N57,N54,N53,N60,N56,N55,N43;第Ⅵ类包括:N16,N42,N16,N41;第Ⅶ类含两个亚群包括:N40,N36,N25,N39,N37,N78,N77,N09;第Ⅷ类含两个亚群包括:N76,N45,N47,N11,N49,N07,N06;第Ⅸ类含四个亚群包括:N75,N51,N30,N13,N14,N29,N28,N23,N33,N38,N19,N27,N34,N35,N18,N15,N10,N26,N05,N24,N22,N32,N31,N21,N03,N04,N02,N08,N20,N01。 黄色糯玉米自交系除N12以外其余全部分布在Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ,Ⅸ里面,在第Ⅸ大类30个自交系里面黄色糯玉米有28个,占93%,其余11个黄色糯玉米自交系分布在Ⅵ,Ⅶ,Ⅷ里面;白色糯玉米自交系几乎全部分布在Ⅱ的第三亚群,Ⅲ,Ⅴ,Ⅵ,共21个,占84%;粒色为黑色的糯玉米自交系中N72自成一类群,N75,N76,N78分散在Ⅶ,Ⅷ,Ⅸ类群中,其余全部集中在第Ⅱ类群中,占57%;红色的两个糯玉米自交系分布在第Ⅱ类群的第Ⅱ2亚群中,遗传距离没有差异。 (7)不同粒色的糯玉米自交系间存在着遗传上的差异,粒色相同的类群之间遗传距离(黄糯自交系、白糯自交系、黑糯自交系之间)明显小于不同粒色类群之间遗传距离(黄糯与白糯自交系、黄糯与黑糯自交系、白糯与黑糯自交系之间)。不同粒色自交系之间和相同粒色自交系之间的最小遗传距离差异显著。 40份黄糯玉米间的遗传距离变幅为0.087—0.865之间,遗传距离平均值为0.632,最大遗传距离为N36和N12之间,最小遗传距离为N35和N18、N35和N34之间。白糯玉米的遗传距离在0.091—0.946之间,遗传距离平均值为0.680,最大遗传距离为N49和N65之间,最小遗传距离为N53和N54之间。13份黑糯玉米间的遗传距离在0.045-0.895之间,遗传距离平均值为0.655,最大遗传距离为N69和N72之间,最小遗传距离为N77和N78之间。40份黄糯玉米自交系与25份白糯玉米自交系间的遗传距离变幅为0.464—0.927之间,平均值为0.747,最大遗传距离为N46和N08之间,最小遗传距离为N41和N17。40份黄糯玉米自交系与13份黑糯玉米自交系间的遗传距离变幅为0.517-0.897之间,平均值为0.749,最大遗传距离为N72和30之间,最小遗传距离为N78和N09之间。25份白糯玉米自交系和13份黑糯玉米自交系间的遗传距离变幅为0.483-0.892,平均值为0.721,最大为N50和N69之间,最小为N51和N70之间。 (8)根据22对SSR核心引物指纹号码可构建80份糯玉米自交系标准的数字化指纹图谱。两个自交系之间出现相同谱图的概率是8.7×10~(-19),微乎其微,因此可广泛用于鉴定自交系的真伪性。 (9)随机抽取的7个自交系经田间杂交组合验证:一般配合力、特殊配合力及杂种优势差异明显,得到优良自交系N69、N51、N45、N73,并由其为亲本组配的杂交组合都具有较强杂种优势。评价出的优良自交系和优良杂交组合符合遗传差异的聚类分析,尤其是SSR聚类分析。 (10)贯穿整个试验上,我们看出,在整个物种的遗传标记发展过程中,从表型标记、生化标记、DNA分子标记是经历了由简单到复杂、由可靠性低到准确性高、从由揭示生命现象到揭示生命本质的过程。通过三种聚类方法对糯玉米种质资源进行遗传物质的差异分析,尚属首次,三种聚类方法中,以SSR分子标记进行类群间鉴定最为可靠。


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