玉米自交系表型性狀主成分聚類分析研究.doc

1、玉米自交系表型性狀主成分聚類分析p 研究【摘要】：p 玉米作為重要的飼料作物和糧食作物，優(yōu)良雜交種的選育和推廣應(yīng)用為玉米增產(chǎn)做出了突出貢獻(xiàn)。雜種優(yōu)勢(shì)利用是玉米育種研究的重要內(nèi)容，雜種優(yōu)勢(shì)理論建立在親本遺傳差異之上，因而種質(zhì)遺傳多樣性研究是雜種優(yōu)勢(shì)利用的前提。該研究利用一批從國(guó)內(nèi)外引進(jìn)玉米優(yōu)良種質(zhì)資選育而成的穩(wěn)定自交材料，為有效利用這批新自交系，明確其應(yīng)用潛力，采用了表型性狀分析p 對(duì)其進(jìn)行了遺傳多樣性研究，結(jié)果表明：供試的57份自交系間表型性狀變異都集中在一個(gè)較小的范圍內(nèi)，各自交系間的歐氏遺傳距離變幅為1.010 811.078 7，平均遺傳距離為4.934 5。當(dāng)遺傳距離為5.41時(shí)，可將5

2、7個(gè)自交系分為4個(gè)類群，各類群自交系各具特點(diǎn)，其中3號(hào)材料、9號(hào)材料植株較高，果穗較粗大，穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒重等經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)良好，是一個(gè)很好的高產(chǎn)育種潛力親本；46號(hào)材料生育期較短、植株矮小，可在選育早熟、矮稈玉米組合上重點(diǎn)應(yīng)用；其余自交系系各具特色，可結(jié)合不同育種目標(biāo)有針對(duì)性地加以改良和利用，對(duì)玉米育種實(shí)踐具有一定指導(dǎo)意義。【關(guān)鍵詞】：p 玉米自交系；表型性狀；聚類分析p 中圖分類號(hào) S513 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-5739（20_）21-0026-03玉米作為重要的飼料作物和糧食作物，其總產(chǎn)量早已超過(guò)水稻和小麥居世界首位1，中國(guó)玉米種植面積和總產(chǎn)量?jī)H次于美國(guó)，居世界第2位2。

3、在千百年來(lái)的進(jìn)化歷程中形成了極其豐富的遺傳種質(zhì)，經(jīng)廣大玉米育種工作者的努力，玉米種質(zhì)資的改良與創(chuàng)新研究取得了一定成效。但近年來(lái)玉米雜種優(yōu)勢(shì)的利用遠(yuǎn)不如初期那樣效果明顯，當(dāng)前玉米育種的瓶頸之一是玉米育種基礎(chǔ)材料血緣混亂遺傳基礎(chǔ)狹窄3。我國(guó)91.6的玉米雜交種其親本大都離不開(kāi)約20個(gè)骨干自交系4。種質(zhì)遺傳基礎(chǔ)狹窄是我國(guó)玉米育種的主要限制因素，這就要求對(duì)玉米種質(zhì)進(jìn)行擴(kuò)增、改良與創(chuàng)新?？v觀玉米育種和生產(chǎn)進(jìn)程，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)、挖掘潛力進(jìn)一步推動(dòng)玉米種質(zhì)資的開(kāi)發(fā)與利用工作是當(dāng)前玉米育種工作著面臨的首要任務(wù)5-6。雜種優(yōu)勢(shì)利用是玉米育種研究的重要內(nèi)容，雜種優(yōu)勢(shì)理論建立在親本遺傳差異之上，因而種質(zhì)的遺傳多樣性研究是

4、雜種優(yōu)勢(shì)利用的前提。為有效利用新材料新自交系，明確其應(yīng)用潛力，研究其遺傳多樣性是很有必要的。因此，本研究選用了57份通過(guò)引進(jìn)國(guó)內(nèi)外種質(zhì)資新選育而穩(wěn)定的自交系材料，從形態(tài)學(xué)上分析p 這批新材料的遺傳差異，并結(jié)合前人的研究，對(duì)所選材料進(jìn)行遺傳差異評(píng)價(jià)，并對(duì)其綜合性狀表現(xiàn)進(jìn)行初步的評(píng)價(jià)，明確其對(duì)育種的利用價(jià)值，以期更好地為選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)玉米雜交種提供服務(wù)。1 材料與方法1.1 材料與田間設(shè)計(jì)選用的57份玉米自交品系，是從引進(jìn)的國(guó)內(nèi)外種質(zhì)資中選育出的穩(wěn)定自交系材料。20_年春季，試驗(yàn)設(shè)在四川省自貢市永和鎮(zhèn)試驗(yàn)基地。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)。行長(zhǎng)3.5 m，行距80 cm，單行區(qū)，每行7穴，密度4.95

5、萬(wàn)株/hm2。1.2 性狀測(cè)定田間測(cè)定性狀：出苗期，抽雄期，吐絲期，散粉期，葉數(shù)；灌漿初期，每小區(qū)選取中間10株測(cè)定株高、穗位高、雄穗長(zhǎng)、雄穗分支數(shù)、穗位葉長(zhǎng)和寬等性狀。室內(nèi)考種性狀：成熟后以小區(qū)為單位收獲果穗，曬干后選取10個(gè)有代表性的果穗考種，考查穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖長(zhǎng)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、籽粒深度及單株產(chǎn)量。測(cè)定方法參照周以飛等方法7和國(guó)家玉米區(qū)域試驗(yàn)記載項(xiàng)目和標(biāo)準(zhǔn)（試行）。1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析p 對(duì)田間測(cè)定及室內(nèi)考種數(shù)據(jù)取小區(qū)平均值，對(duì)其進(jìn)行方差分析p ，選留具顯著差異的性狀進(jìn)行進(jìn)一步的討論分析p 。并用Jacobi法求特征根和特征向量，計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差標(biāo)準(zhǔn)化的主成分值，由標(biāo)準(zhǔn)化主成分向量計(jì)

6、算遺傳距離，利用類平均法進(jìn)行聚類。采用Office 軟件中E_cel程序和DPS7.05數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)8進(jìn)行有關(guān)統(tǒng)計(jì)計(jì)算分析p 處理。2 結(jié)果與分析p 2.1 變異系數(shù)分析p 計(jì)算各性狀的表型變異系數(shù)CV（）見(jiàn)表1，結(jié)果表明，變異系數(shù)在0.1（10）以下的有葉片數(shù)、播種期至吐絲期天數(shù)；變異系數(shù)在0.10.2（1020）的有株高、雄花長(zhǎng)、穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、籽粒深度；其余7個(gè)性狀的變異系數(shù)均在0.3（30）以上。以上情況說(shuō)明在所測(cè)性狀中大部分性狀的變異系數(shù)在一個(gè)較小的范圍內(nèi)。2.2 方差分析p 將15個(gè)性狀方差分析p 結(jié)果列于表2，結(jié)果表明所考察的15個(gè)性狀均達(dá)到極顯著水平，表明這15個(gè)性狀在57

7、個(gè)自交系間存在真實(shí)差異，可進(jìn)一步分析p 。2.3 主成分分析p 對(duì)15個(gè)性狀進(jìn)行主成分分析p ，其中前6個(gè)主成分對(duì)總變異的貢獻(xiàn)率達(dá)83.930 6（表3、表4）。因此，可用前6個(gè)主成分概括這些性狀的總信息量，并以此對(duì)供試材料的57個(gè)自交系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。由表3、表4可知，如以第一主成分較大，則該自交系主要表現(xiàn)出單株產(chǎn)量較大、株高、穗位高較高、單株葉面積較大、穗較粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒重等經(jīng)濟(jì)性狀較好等特點(diǎn)；如以第二主成分較大，則該自交系主要表現(xiàn)為籽粒深度較小、播種期至吐絲期天數(shù)較長(zhǎng)、雄穗分枝數(shù)較多、百粒重較小等特點(diǎn)；如以第三主成分較大，則該自交系主要表現(xiàn)出播種期至吐絲期天數(shù)較長(zhǎng)、穗行數(shù)較多、葉片

8、較多、禿尖較長(zhǎng)和行粒數(shù)較少等特點(diǎn)；如以第四主成分較大，則該自交系主要表現(xiàn)出雄穗分枝較少、禿尖較長(zhǎng)、穗行數(shù)較少、穗粗較小等特征表現(xiàn)突出；如以第五主成分較大，則該材料主要表現(xiàn)出雄穗較長(zhǎng)的特點(diǎn)；如以第六主成分較大，則該材料主要表現(xiàn)出行粒數(shù)較多、穗和禿尖均較長(zhǎng)，穗位高和株高較低等特點(diǎn)。根據(jù)入選的特征根和相應(yīng)的特征向量，以及自交系各性狀標(biāo)準(zhǔn)化的基因型值，分析p 得出57個(gè)自交系的6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化主成分值（表5），結(jié)合具體的主成分值和上述分析p 的選擇標(biāo)準(zhǔn)，可以看出3號(hào)材料、9號(hào)材料植株較高大、穗較粗、穗長(zhǎng)、行粒數(shù)和百粒重等經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)良好；7號(hào)材料吐絲期較長(zhǎng)，穗行數(shù)、葉片數(shù)較多，百粒重較大，但其禿尖長(zhǎng)較長(zhǎng)及行

9、粒數(shù)較少；4號(hào)材料其雄穗較長(zhǎng)，播種期至吐絲期天數(shù)較短，禿尖長(zhǎng)較短、行粒數(shù)較多的特點(diǎn)；46號(hào)材料和44號(hào)材料均表現(xiàn)出植株較矮小、穗較小等特點(diǎn)；其余自交系則各具特色，在育種實(shí)踐中應(yīng)結(jié)合育種目標(biāo)有針對(duì)性地利用。2.4 遺傳距離與聚類分析p 依據(jù)入選6個(gè)主成分向量計(jì)算各自交系間的的歐氏遺傳距離。結(jié)果表明，各自交系間的遺傳距離變幅為1.010 811.078 7，平均遺傳距離為4.934 5，其中29號(hào)與55號(hào)材料之間遺傳距離最小，只有1.010 8；9號(hào)材料與44號(hào)材料間的遺傳距離最大，達(dá)11.078 7。遺傳距離是反映遺傳差異的具體指標(biāo)，遺傳距離變幅較大，說(shuō)明供試自交系具有較為豐富的遺傳多樣性。利用

10、類平均法對(duì)供試自交系進(jìn)行聚類（表6、圖1），結(jié)果表明，當(dāng)以聚類距離5.41為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)可將57個(gè)自交系分為4類：第1類包括4個(gè)材料：5號(hào)材料、7號(hào)材料、9號(hào)材料、32號(hào)材料，占供試材料的7.02，其特點(diǎn)表現(xiàn)為播種期至吐絲期天數(shù)長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)，葉片數(shù)多，穗行數(shù)較多，自身經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量中等，其余性狀表現(xiàn)中等；第2類僅有3號(hào)材料，占供試自交系的1.75，該自交系植株高大，吐絲期偏短，單株產(chǎn)量高，穗長(zhǎng)、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)等經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)良好；第3類僅含自交系49號(hào)材料，占供試自交系的1.75，其特點(diǎn)是播種期至吐絲期天數(shù)較長(zhǎng)，其他性狀不突出；其余51個(gè)自交系聚為第4類，占全部供試材料的89.48，當(dāng)以聚類距離4.44

11、6為標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，可進(jìn)一步將第4類劃分為3個(gè)亞類（表6、圖1）：第一亞類主要有4號(hào)材料、56號(hào)材料和21號(hào)材料等20個(gè)自交系，其主要性狀表現(xiàn)為雄穗較長(zhǎng)，播種期至吐絲期天數(shù)較短，禿尖長(zhǎng)較短、行粒數(shù)較多的特點(diǎn)；第二亞類包括46號(hào)材料、15號(hào)材料和30號(hào)材料等13個(gè)自交系，其特征表現(xiàn)為植株較矮小、穗較小；第三亞類含1號(hào)材料、57號(hào)材料和51號(hào)材料等18個(gè)自交系，其主要特征表現(xiàn)為播種期至吐絲期天數(shù)較短，雄穗分枝數(shù)較多、籽粒深度較小等特點(diǎn)。3 結(jié)論與討論玉米雜交種的遺傳多樣性一直是玉米育種工作者十分關(guān)注的問(wèn)題，了解玉米組合的遺傳多樣性及其變化趨勢(shì)，有助于確定育種目標(biāo)，制定育種策略，擴(kuò)大種質(zhì)來(lái)和利用。從以往研究

12、結(jié)果看，玉米遺傳基礎(chǔ)狹窄是普遍存在的問(wèn)題9-11。在玉米育種實(shí)踐中，普遍認(rèn)為通過(guò)遺傳距離來(lái)劃分材料間的雜種優(yōu)勢(shì)類群，可以更好地指導(dǎo)材料的應(yīng)用12-14。本研究根據(jù)各供試自交系間的遺傳距離將57個(gè)自交系劃分為4個(gè)類群：第1類包括有4個(gè)材料，占全部供試自交系的7.02；第2類和第3類分別只有1個(gè)自交系，分別占全部供試自交系的1.75；第4類含51個(gè)自交系，占供試品種的89.48。以上結(jié)果表明，所聚類型少，且大多數(shù)自交系都集中在第4類，說(shuō)明供試品種間距離較近，遺傳差異較小，遺傳基礎(chǔ)相對(duì)狹窄。20世紀(jì)80年代以來(lái)，育種工作者對(duì)我國(guó)玉米品種遺傳多樣性進(jìn)行了大量研究，提出了雜交種親本種類較少、骨干系集中、

13、玉米遺傳基礎(chǔ)狹窄等問(wèn)題。造成目前育成玉米品種遺傳基礎(chǔ)狹窄的主要原因是種質(zhì)資遺傳基礎(chǔ)狹窄，我國(guó)不是玉米的起地，也不是玉米的多樣性中心，種質(zhì)資相對(duì)貧乏。因此，今后玉米育種的重點(diǎn)應(yīng)是開(kāi)展種質(zhì)擴(kuò)增、改良、創(chuàng)新與利用研究的工作，育種工作者要著眼于中長(zhǎng)期育種目標(biāo)的制定，充分利用地方種質(zhì)、外來(lái)資、野生近緣種等材料，選用合理的群體改良和輪回選擇方法，運(yùn)用物理、化學(xué)、生物工程等手段進(jìn)行玉米種質(zhì)的創(chuàng)新、改良與利用。4 【參考文獻(xiàn)】：p 1 路立平，趙化春，趙娜，等.世界玉米產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展前景J.玉米科學(xué)，20_6，14（5）：149-156.2 張曉芳.玉米種質(zhì)資品質(zhì)性狀的鑒定與評(píng)價(jià)J.玉米科學(xué)，20_6，14（

14、1）：18-20.3 DARRAH LL ZUBER MS.The United States farm corn germplasm base and mercial breeding strategiesJ.Crop Sci，1986，26（6）：1109-1113.4 劉紀(jì)麟.玉米育種學(xué)M.北京：中國(guó)農(nóng)業(yè)出版社，20_2：152-156.5 胡延吉.植物育種學(xué)M.北京：高等教育出版社，20_3：21-24.6 徐孝曦，黃德剛.玉米種質(zhì)資概況及其改良利用研究J.種子，2021，27（27）：7.7 周以飛，黃華康.作物品種實(shí)驗(yàn)與統(tǒng)計(jì)分析p M.福州：福建科學(xué)技術(shù)出版社，20_4：38-40.8 唐啟義，馮明光.DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)M.北京：科學(xué)出版社，20_5.9 蔣佰福，龐海云.三江平原玉米品種的種質(zhì)基礎(chǔ)分析p J.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，20_5，21（7）：387-388.10 曾學(xué)禮，張祖新.對(duì)湖北省20個(gè)玉米地方品種的數(shù)量性狀分析p 和聚類分析p J.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，20_1（5）：35-38.11 鄭德剛，李明順，王振華，等.黑龍江省部分常用玉米自交系遺傳多樣性