辽宁省水稻品种品质性状多样性演变及亲缘关系分析.doc

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1、辽宁省水稻品种品质性状多样性演变及亲缘关系分析p 打开文本图片集【摘要】：p ：以1981-2021年育成的62个水稻（Oryza sativa）品种为材料，分析p 不同时期水稻品种品质性状多样性和亲缘系数的变化，并通过主坐标分析p 、聚类分析p 了解品种间的形态距离和遗传关系。结果表明，随着育种时间的推移，辽宁省水稻品种间品质性状多样性下降，遗传基础狭窄。在今后的水稻品质育种工作中应拓宽亲本来、加强种质交流，充分利用现有育成品种间的遗传差异，最大程度发挥优质骨干亲本的作用。【关键词】：p ：辽宁省；水稻（Oryza sativa）；品种；品质性状；多样性；亲缘关系中图分类号：S511.021

2、1 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（20_）06-1295-05DOI：10.14088/jki.issn0439-8114.20_.06.004Abstract： 62 rice（Oryza sativa） cultivars bred from 1981 to 2021 were used to analyze the diversity and relationship of rice quality traits during different periods， and investigate the morphological distance and geic re

3、lationship between varieties with principal coordinate analysis and cluster analysis.The results showed that as breeding time progressed， diversity of quality traits decreased between varieties in Liaoning province.The geic background was narrow.In the future breeding of rice quality should broaden

4、the source of parents， strengthen the germplasms munication， make full use of the geic differences of the bred cultivars， and make the high-quality backbone parental play a role in rice breeding to the ma_imum degree.Key words： Liaoning province； rice（Oryza sativa）； variety； quality characters； dive

5、rsity； relationship中国是世界上最大的稻米生产国和消费国，稻米是全国60以上的人口的主食。多年来，中国的粮食生产政策首先着眼于解决人民的温饱问题，故产量是育种工作的首要目标，因而放松了稻米品质的研究。随着社会的发展与人民生活水平的提高，生产上产量高但品质差的品种已不能满足人们对稻米品质的要求。改善稻米品质已成为水稻遗传改良的重要目标。种质资是水稻（Oryza sativa）育种的基础，遗传多样性是种质资研究的主要内容。齐永文等1、李红宇等2分别对中国453份选育水稻品种和黑龙江、吉林、辽宁三省的107份不同时期推广的水稻品种遗传多样性进行分析p 与比较，从不同角度揭示出水稻品

6、种遗传多样性的现状与差异，为水稻种质资的利用提供了有益参考。同样，种质资在演变过程中性状的变异趋势对今后作物育种和种质改良均具有重要意义3。亲缘系数（COP）是对已知系谱信息的自花授粉作物基因组的宏观分析p 指标，反映整体的基因流向和品种间的遗传相似程度。如在较大生产区域、较长育种阶段依据亲缘系数分析p 品种间的亲缘关系，对于了解品种群体遗传基础具有重要的宏观指导作用。近年来，依据育种过程中积累的系谱资料，用亲缘系数度量品种间的亲缘关系，在小麦、花生、水稻等作物品种遗传关系研究中得到应用4-7，并表明扩大现有作物品种遗传基础的必要性。辽宁省为中国北方粳稻的重要产区，由于长期追求产量，忽视了稻米

7、品质的改良。自20世纪80年代以来，辽宁省育成了大批水稻品种，这些品种已成为本地区水稻品种改良最主要、最核心的种质资。1 材料与方法1.1 供试品种选用62个1981-2021年辽宁省主要育成水稻品种，将其划分为1981-1990年、1991-20_年、20_1-2021年3个育种时期进行分析p （表1）。20_年将全部品种种植于辽宁省盐碱地利用研究所试验田，按顺序排列，行株距30.0 cm13.3 cm，小区面积7.2 m2，田间管理与大田相同。1.2 分析p 方法1.2.1 品质性状测定 依据农业部颁布的标准NY147-888方法对供试品种的糙米率、精米率、整精米率、粒长、子粒长宽比、垩白

8、粒率、垩白度、透明度、碱消值、胶稠度、直链淀粉含量及蛋白质含量12项品质性状进行测定。1.2.2 多样性指数 计算全部品种各性状的总体平均值（_）和标准差（），然后划分为10级，从第1级_i（_+2），每0.5为一级，将品种进行归类，得到各时期类别数和每个类别的品种数9。由于不同时期育成品种数差异较大，因此，采用Sheldon10修正的Shannon-Wiener多样性指数，计算不同时期品质性状多样性。计算公式为：H=（-pilnpi）/lnN，式中，H为多样性指数，pi为某性状第i个级别的品种数占该时期品种总数的百分率，N为某时期育成品种数，ln为自然对数。1.2.3 主坐标分析p 将全部品

9、种的12个品质性状值在NTSYS2.10e软件上进行主坐标分析p （PCO），并依据引起变异的第1、2、3主坐标作出全部品种的3D散点分布图。1.2.4 亲缘系数分析p 参照Co_等11和Zhou等12的方法，计算品种间亲缘系数（COP）。计算原则为：所有祖先种、亲本及其后代品种均为纯合，最早的或者没有系谱信息的祖先品种（系）间的亲缘系数为0；一个品种与其自身的COP=1.0；系选、自然突变和诱导突变材料与其祖先的亲缘系数为0.75；杂交育成品种分别从其双亲得到一半的基因，与双亲本亲缘系数均为0.5；同一亲本组合的后代两品种间的COP=（0.75）2=0.562 5；含有部分相同亲本的旁系品种

10、间的亲缘系数计算如下：假设c为a与b的相同亲本，且各世代均为杂交育成。品种a和品种b之间的亲缘系数Rab=（1/2）n，其中n为a与c和b与c的世代数之和。1.2.5 聚类分析p 以品种（1-COP）矩阵表示品种间系谱遗传距离矩阵，用Statistica10.0软件采用欧氏距离、完全联结法进行聚类分析p 。2 结果与分析p 2.1 不同时期育成品种品质性状及多样性比较由表2可知，1991-20_年和20_1-2021年育成品种较1981-1990年育成品种精米率、碱消值极显著提高（P1991-20_年20_1-2021年，糙米率、整精米率多样性指数排列顺序为1991-20_年20_1-2021

11、年1981-1990年，子粒长宽比多样性指数（H）排列顺序为1981-1990年20_1-2021年1991-20_年。结果表明，随着育种进程的推进，育成品种精米率、碱消值逐渐提高，胶稠度、直链淀粉含量逐渐降低，同时，多数性状的品质多样性指数逐渐下降。2.2 不同时期育成品种品质性状差异性分析p 在标准化的基础上对12个品质性状采用欧氏距离度量品种间品质性状形态距离，3个时期主要育成品种欧氏距离分别为2.8358.026、1.7208.439和1.5818.540，平均值分别为5.293、4.516和4.356。20_1-2021年育成品种与1981-1990年、1991-20_年育成品种欧氏

12、距离分别为5.176、4.647。由此可见，随着育种进程的推进，3个时期内育成品种间品质性状的形态差异逐渐降低，3个时期间育成品种品质性状的相似程度逐渐提高。为更直观反映不同时期育成品种在品质性状上的综合表现，对62个品种进行品质性状PCO分析p ，并由第1、2、3主坐标绘出各品种的三维散点图，通过不同时期品种在三维空间上的分布可直观地看出品种间的差异。由图1可见，62个品种可划分为3个类群，第类群品种数最多，占总数的45.2，其中3个时期育成品种数分别为3、13、12个；第类群品种数占总数的38.7，3个时期品种数分别为4、9、11个；第类群品种最少，只占总数的16.1，也只包含第1和第3时

13、期品种，分别为1个和9个。结果表明，辽宁省水稻品种在整体上可划分为若干个品质性状类型群体，但不同时期育成品种在各类型群体中分布有所侧重，显示出不同时期品种在品质性状形成与选择上的差异。2.3 不同时期育成品种亲缘关系分析p 1981-1990年、1991-20_年、20_1-2021年3个时期育成的品种间共形成28、231、496个亲缘组合，其COP变化范围分别为00.375、0.0020.563、00.750，COP平均值分别为0.106、0.091、0.079。依品种间亲缘系数对品种进行系统聚类（图2），结果表明，62个品种形成4个亲缘群体，其品种所占比例分别为37.1、41.9、14.5

14、、6.5。从品种在各群体的分布上看，3个时期育成品种归入第亲缘群体数分别为3个、8个、12个，归入第亲缘群体数分别为4个、11个、11个，归入第亲缘群体数分别为1个、3个、5个，而第群体均为第3时期育成品种。从各亲缘群体品种间亲缘关系上看，4个群体品种间COP平均值分别为0.279、0.084、0.338和0.337。第亲缘群体中3个时期育成品种COP平均值分别为0.346、0.332、0.220，第1时期和第2时期的育成品种与第3时期育成品种间COP平均值分别为0.192、0.260；第亲缘群体中第3个时期育成品种COP平均值分别为0.031、0.069、0.060，第1时期和第2时期的育成

15、品种与第3时期育成品种间COP平均值分别为0.044、0.049；第亲缘群体中第2、3时期育成品种间COP平均值分别为0.469、0.286，第1时期和第2时期的育成品种与第3时期育成品种间COP平均值分别为0.346、0.364。结果表明，随着育种进程的推进，不同时期育成品种整体亲缘关系呈下降趋势，并出现了新的亲缘类型。但部分品种亲缘关系较近，并随着育种时间的推移，1981-1990年育成品种对20_1-2021年育成品种的遗传贡献较低，1991-20_年育成品种对20_1-2021年育成品种的遗传贡献较高。3 讨论种质资是水稻育种的物质保障，其性状差异性越大用于杂交的亲本可选择的余地越广，

16、遗传多样性水平越丰富用于选育新品种的潜力越高。何广生等14研究表明，东三省水稻品种品质性状除个别性状尚有波动外，其他品质性状得到逐年改善。唐志明等15对广东省不同时期50份主栽品种品质性状多样性分析p 表明，随着育种时间的推进，品质性状多样性呈下降趋势。同样，本研究基于多重比较和多样性指数对1981-2021年育成的62个主要品种的分析p 表明，随着对水稻品质的重视，辽宁省水稻品种品质性状发生了不同程度的变化，精米率、碱消值逐渐提高，胶稠度、直链淀粉含量逐渐下降，同时，多数品质性状的表型多样性水平持续降低。水稻品质性状是一个综合性状，由于性状相关性的存在，在品种群体中单个性状表现的变化势必导致

17、整体多样性的改变，因此，有必要从品种层面研究品质性状的多样性。基于品种间品质性状欧氏距离及主坐标分析p ，结果表明，随着育种进程的推进，3个时期内品种间品质性状形态距离逐渐减小，近期育成品种较前期育成品种在品质性状类型的分布上更加集中。并且随着育种时间的推移，3个时期间育成品种的品质性状相似程度也在提高。总之，辽宁省水稻品种品质性状差异性逐渐降低，相似性不断提高，品种多样性水平不断下降。遗传变异性是品种改良的遗传基础16。赵一洲等17对辽宁省221个水稻杂交育成品种系谱分析p 表明，74.2的品种可纳入到日本水稻品种丰锦、福锦、黎明、Pi5、三好5个水稻品种衍生系统之中。邵国军等18研究认为在

18、辽宁省水稻品种选育中做出重要贡献的主要亲本是丰锦、辽粳5号、辽粳326、辽粳294、辽粳454。由此可见，辽宁省水稻品种遗传基础狭窄，增加了性状改良的难度，也不利于新品种的选育。Souza等19和Mercado等20认为，对已知系谱信息的自花授粉作物来说，亲缘系数分析p 是一种简便的评价遗传多样性的方法，对了解种质资遗传多样性和系统演进更具宏观指导作用。本研究基于品种亲缘系数分析p 表明，随着育种时间的推移，首先品种间亲缘距离逐渐提高，前期品种对后期品种的亲缘贡献降低。其次品种亲缘群体结构逐渐增多，如1981-1990年、1991-20_年品种亲缘群体为3个，20_1-2021年亲缘系群体则增

19、加到4个。但追溯品种系谱可以发现，第亲缘群体中核心品种辽粳5号、沈农265、辽粳326、辽粳454、辽粳294、辽粳207具有直接亲缘关系，即辽粳5号直接育成辽粳326和沈农265，辽粳326直接育成辽粳454、辽粳294、辽粳207。第亲缘群体核心品种沈农91也是由辽粳5号衍生而来。而第、亲缘群体中有辽粳5号亲缘的分别占30.8和25.0。由此认为，辽宁省水稻育种是一个渐进改良、逐渐提高的过程，前后期育成品种间存在较大的亲缘关系，随着育种进程的演进，虽然品种间亲缘系数逐渐下降，但多数品种来于少数品种的衍生系统，育成品种遗传基础狭窄的问题并未得到根本改变。综上所述，在辽宁省水稻品质育种过程中，

20、由于对相似性状的强化选择，导致育成品种品质性状多样性下降；对核心亲本及其衍生系统的集中应用，导致育成品种遗传基础相对贫乏。而亲本间相似的形态表现和较近的遗传距离均不利于品种性状的改良和新品种的选育，这正是当前辽宁省育成品种品质性状徘徊不前的主要原因。因此，以现有骨干亲本为核心，拓宽种质资来、提高品质性状多样性，充分利用现有品种间遗传差异，加大亲本遗传距离，丰富育成品种遗传基础，是保障水稻品质育种持续发展的前提。【参考文献】：p ：1 齐永文，张冬玲，张洪亮，等.中国水稻选育品种遗传多样性及其近50年变化趋势J.科学通报，20_6，51（6）：693-699.2 李红宇，侯昱铭，陈英华，等.用S

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