湖北小麦选育品种与地方品种遗传多样性分析

来源:用户上传      作者: 吴波 佟汉文 金卫兵等

　　摘要：为了解湖北小麦种质资源的农艺和品质性状，探讨育种对各性状的影响及其遗传变异趋势，对湖北省农作物种质资源库中小麦选育品种与地方品种的性状数据进行分类统计分析。结果表明，育种对各性状遗传变异趋势影响各不相同，红粒性状所占比例略有下降，多样性指数升高，长芒、白壳、弱冬性和中熟性状多样性指数均呈下降趋势。在抗病性状中，条锈病、黄矮病、秆锈病、赤霉病和叶锈病抗性水平增强，耐涝性、白粉病和根腐类病害抗性减弱；秆锈病、根腐穗病和黄矮病多样性指数变异大。同时，育种增加了穗长、降低了株高、赖氨酸含量和沉淀值，但对其多样性指数影响较小。研究对湖北小麦遗传育种及种质资源的创新利用具有重要的参考价值。
　　关键词：小麦；选育品种；地方品种；遗传多样性
　　中图分类号：Ｓ５１２．１＋１ 文献标识码：Ａ 文章编号：0439－８114（２０11）24－5035-04
　　
　　Ｇｅｎｅｔｉｃ Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｂｒｅｄ Ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ａｎｄ Ｌａｎｄｒａｃｅ ｏｆ Ｗｈｅａｔ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ
　　
　　ＷＵ Ｂｏ，ＴＯＮＧ Ｈａｎ－ｗｅｎ，ＪＩＮ Ｗｅｉ－ｂｉｎｇ，ＷＡＮ Ｚｈｅｎｇ－ｈｕａｎｇ
　　（Ｆｏｏｄ Ｃｒｏｐ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ， Ｈｕｂｅｉ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ａｇｒｉｃｕｌｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ， Ｗｕｈａｎ ４３００６４， Ｃｈｉｎａ）
　　
　　Ａｂｓｔｒａｃｔ： Ｔｏ ｅｘｐｌｏｒｅ ｔｈｅ ｇｅｎｅｔｉｃ ｖａｒｉａｔｉｏｎ ａｎｄ ｉｔｓ ｔｒｅｎｄ ｏｆ ｗｈｅａｔ ａｇｒｏｎｏｍｉｃ ａｎｄ ｑｕａｌｉｔｙ ｔｒａｉｔｓ， ｗｈｅａｔ ｃｈａｒａｃｔｅｒ ｄａｔａ ｏｆ ｂｒｅｄ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ ａｎｄ ｌａｎｄｒａｃｅ ｆｒｏｍ Ｈｕｂｅｉ Ｃｒｏｐ Ｇｅｒｍｐｌａｓｍ Ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ Ｂａｎｋ was analyzed． Ｔｈｅｓｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗｅｄ ｔｈａｔ ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ａｎｄ ｔｒｅｎｄｓ ｗｅｒｅ ａｆｆｅｃｔｅｄ ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｌｙ ｂｙ ｂｒｅｅｄｉｎｇ． Ａｍｏｎｇ ｆｉｖｅ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｉｃａｌ ｔｒａｉｔｓ， ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｄ ｇｒａｉｎ ｃｈａｒａｃｔｅｒ decreased ａｎｄ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｓｌｉｇｈｔｌｙ； Wｈｉｌｅ ｔｈｅ ｔｒａｉｔｓ ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ ｌｏｎｇ ａｗｎ， ｗｈｉｔｅ ｃｈａｆｆ， ｗｅａｋ ｗｉｎｔｅｒ ａｎｄ ｍｅｄｉａｌ ｍａｔｕｒｉｔｙ ｄｅｃｒｅａｓｅｄ． Ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ against ｓｔｒｉｐｅ ｒｕｓｔ， ＢＹＤＶ， ｓｔｅｍ ｒｕｓｔ， ｓｃａｂ ａｎｄ ｌｅａｆ ｒｕｓｔ ｗｅｒｅ ｅｎｈａｎｃｅｄ； Aｎｄ ｗａｔｅｒｌｏｇｇｉｎｇ ｔｏｌｅｒａｎｃｅ， resistance against ｐｏｗｄｅｒｙ ｍｉｌｄｅｗ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｒｏｔ ｗｅｒｅ weakened． Ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｓｔｅｍ ｒｕｓｔ ａｎｄ ｒｏｏｔ ｒｏｔ resistance ｗｅｒｅ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ ｗｈｉｌｅ ＢＹＤＶ tolerance ｗａｓ ｒｅｄｕｃｅｄ ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ． Ｍｅａｎｗｈｉｌｅ， ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ ｉｎｄｅｘ ｏｆ ｅｉｇｈｔ ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ ｔｒａｉｔｓ ｗｅｒｅ ｌｅｓｓ ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｄ； Tｈｅ ｓｐｉｋｅ ｌｅｎｇｔｈ ｗａｓ ｉｎｃｒｅａｓｅｄ； Pｌａｎｔ ｈｅｉｇｈｔ， ｌｙｓｉｎｅ ｃｏｎｔｅｎｔ ａｎｄ ｓｅｄｉｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｗｅｒｅ ｒｅｄｕｃｅｄ ｂｙ ｂｒｅｅｄｉｎｇ． Ｔｈｅ ｐｒｅｓｅｎｔ ｓｔｕｄｙ ｃｏｕｌｄ ｂｅ ｕｓｅｄ ａｓ ｉｍｐｏｒｔａｎｔ ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ ｆｏｒ ｗｈｅａｔ ｂｒｅｅｄｉｎｇ ａｎｄ ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ ｏｆ ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ ｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎ ｉｎ Ｈｕｂｅｉ．
　　Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ： ｗｈｅａｔ （Ｔｒｉｔｉｃｕｍ ａｅｓｔｉｖｕｍ Ｌ．）； ｂｒｅｄ ｖａｒｉｅｔｉｅｓ； ｌａｎｄｒａｃｅ； ｇｅｎｅｔｉｃ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙ
　　
　　种质资源对育种的重要性不言而喻，遗传基础狭窄是当今植物育种获得突破性进展的主要限制因素之一，因此对植物开展遗传评价是近年来的研究热点［１－５］。种质资源演变过程中农艺性状、品质性状及抗性等的变异趋势，对今后作物育种和种质改良都具有重要意义。刘三才等［６］对中国作物种质资源信息系统的小麦材料进行了分析，表明我国小麦选育品种和地方品种所分析性状都存在较为广泛的遗传多样性；选育品种与地方品种相比，遗传多样性指数略有降低，但遗传变异方向有很大的不同，除粒色和株高外，选育品种农艺性状和品质性状的变异呈下降的趋势，而抗病性则表现出明显的上升。沈裕琥等［７］对甘肃、青海两省曾大面积应用的２００多个春小麦地方品种和育成品种材料进行调查，结果表明，自２０世纪６０年代开展春小麦杂交育种工作之后，育成品种农艺性状和品质性状的遗传多样性呈下降趋势，但总体上大于地方品种。赵亮等［８］利用ＡＦＬＰ标记对山东省不同年代小麦推广品种进行了遗传多样性检测，发现从２０世纪５０年代到８０年代，品种材料的遗传多样性指数逐渐增加，此后则有所下降，但２００３年和２００４年的区域试验材料又呈现上升趋势，但变幅不大。
　　关于粮食作物种质资源，前人进行了很多研究［9-11］。小麦在湖北省种植历史悠久，常年小麦种植面积１００万ｈｍ２左右，是湖北省重要的粮食作物。特殊的地理位置、气候特色和种植制度的多样化，使湖北省形成了丰富的小麦种质资源。曹永生等［12］在对中国主要粮食作物野生种质资源地理分布研究中发现，湖北小麦稀有种及近缘植物有４份，仅次于山东（１６份）和河南（７份）。近几年来，湖北省在小麦种质资源方面也做了大量的研究工作［１3－１5］。地方品种和选育品种是我国小麦种质资源的两个主要类型，通过对湖北小麦这两个类型材料的比较分析，以期了解湖北小麦地方品种在湖北小麦品种改良中的利用价值，以及品种改良对小麦品种主要品质性状和农艺性状遗传变异的影响，为湖北小麦新品种的选育以及地方品种有益性状的发掘和利用提供参考。
　　１ 材料与方法
　　分析材料中有４６6份地方品种（包括１份野生类型）、４０2份选育品种，共计８68份小麦种质资源，均属于普通小麦。数据资料来自湖北省农作物种质资源信息系统，除耐涝性外，其他均为２００６～２００７、２００７～２００８两年度种质更新时平均结果。其中芒、壳色、粒色、冬春性和成熟期５个性状和穗长、穗粒数、株高和千粒重４个性状在湖北襄阳原种场种植观察鉴定；蛋白质含量、赖氨酸含量、沉淀值和硬度５个品质性状以及条锈病、叶锈病、秆锈病、白粉病、黄矮病、赤霉病、根腐叶病和根腐穗病由中国农业科学院作物品种资源研究所鉴定；耐涝性由湖北省农业科学院鉴定［１6］。
　　参加统计分析的性状分为两类。一类是分析性状类别（级别）的频率和多样性指数（Ｓｈａｎｎｏｎ－Wｅａｖｅｒ），包括穗部３个性状（芒、壳色和粒色）、９个抗逆、抗病性状（耐涝性、抗条锈病、抗叶锈病、抗秆锈病、抗赤霉病、抗白粉病、抗黄矮病、抗根腐穗病、抗根腐叶病）、成熟期和冬春性。另一类是计算平均值、最大值、最小值、变异系数和多样性指数，包括４个农艺、经济性状（穗粒数、穗长、株高和千粒重）和４个品质性状（硬度、沉淀值、蛋白质含量和赖氨酸含量）。多样性指数计算方法：先计算参试材料总体平均数（x）和标准差（Ｓ），再对性状进行１０级分类：１级xｉ＜x-２Ｓ，１０级xｉ≥x＋２Ｓ，中间每级间隔０．５Ｓ；多样性指数计算公式为：Ｈ′＝－ΣＰｉｌｎＰｉ，式中ｉ指第ｉ个类型，Ｐｉ指第ｉ个类型的相对频率，ｌｎ为自然对数［１7］。数据的处理统计采用Ｅｘｃｅｌ（Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ ｏｆｆｉｃｅ ２００３）。

　　２ 结果与分析
　　２．１ 芒、壳色、粒色、冬春性和成熟期的表现及遗传多样性
　　芒、壳色、粒色、冬春性和成熟期５个性状鉴定材料地方品种为４２５～４６６份，选育品种为３７９～４０２份；选育品种和地方品种均以长芒、白壳、红粒、弱冬性和中熟类型为主；除粒色外，其余４个性状选育品种的主要类型比例均已增加，性状表现更为集中，这可能是与性状多样性指数降低有关（表１）。选育品种与地方品种相比，壳色均表现出白、红两种类型，但白壳类型在选育品种中所占比例增大，红壳比例相对减少。选育品种长芒性状所占比例增加，拳曲、长曲和短曲等类型及其顶芒、无芒和短芒的比例减少。４６６份地方品种中有１份（占０．２１％）黄粒资源。与前三个性状相比，选育品种的冬春性和成熟期类型更加丰富，如增加了偏春性类型、极早熟类型和早熟类型；冬性资源的比例明显降低，弱冬性和春性资源的比例略有增加；选育品种成熟期总体提前，如晚熟类型的比例明显降低，而早熟类型的比例明显增加，中晚熟类型比例略有降低。
　　选育品种除粒色的多样性指数略有升高外，其余４个性状的多样性指数均降低，其中芒的多样性指数降低最为明显，从１．０１降至０．２０，而壳色、冬春性和成熟期等性状的多样性指数降低不明显。
　　２．２ 抗逆、抗病性状表现及遗传多样性
　　从考察的９个抗逆、抗病性状表现看，湖北小麦种质资源对条锈病、黄矮病和根腐病的抗性较好（表２）。育种对各个病害的抗性水平影响也不同，抗性水平提高最为明显的是条锈病，如高抗及免疫材料的比例从９．７５％提高到２５．９４％；其次是黄矮病，抗性及以上水平材料的比例均有提高；再次是秆锈病，高抗及免疫材料的比例由０．４２％提高到１．５０％，且有０．７５％抗水平的材料；育种虽在赤霉病免疫及高抗水平上没有突破，但抗及中抗水平材料的比例均有提高；叶锈病在高抗及免疫水平上由１．６９％提高到２．２４％；育种对抗性水平降低最为明显的是耐涝性，选育品种中没有达到抗性及以上水平的材料；白粉病和根腐叶病在中抗及以上水平的材料比例均下降；根腐穗病在抗性及以上水平材料的比例下降。
　　表２显示，湖北小麦种质资源地方品种和选育品种各个抗逆、抗病性状的多样性指数相差较大，耐涝性和条锈病的多样性指数较大，均为１．００及以上。育种对各个抗性的多样性指数影响也有所不同，其中提高最大的是秆锈病和根腐穗病，分别由０．１３提高到０．６３和由０．５４提高到１．０４，白粉病、条锈病和赤霉病的多样性指数也都有所提高；而育种降低多样性指数最多的是黄矮病，由１．３２降到０．８３，耐涝性、叶锈病及根腐叶病的多样性指数也有所降低。
　　２．３ 主要农艺、经济性状和品质性状
　　分类统计了湖北小麦种质资源地方品种和选育品种４个农艺、经济性状和４个品质性状的最大值、最小值、平均值、变异系数（ＣＶ）和多样性指数，结果列于表３。由表３可知，选育品种与地方品种各性状的统计值都存在较大的变异，地方品种的变异更为丰富。地方品种８个性状的ＣＶ为７．５４％～７８．３４％，选育品种的ＣＶ为６．５１％～５７．２９％。地方品种和选育品种每个性状内的变异也相当丰富。如穗粒数地方品种为１６．００～６６．００粒，而选育品种为１９．００～７３．００粒；穗长地方品种为５．００～１４．００ ｃｍ，而选育品种为６．５０～１７．５０ ｃｍ；株高地方品种为７３．００～１４９．００ ｃｍ，而选育品种为３６．００～１２９．００ ｃｍ；千粒重地方品种为１６．００～５８．８０ ｇ，而选育品种为１８．４０～５５．００ ｇ；蛋白质含量地方品种为１０．３０%～１６．１０％，而选育品种为１０．７１%～１４．９０％；硬度地方品种为１１．６０～２１４．１０ ｓ，而选育品种为１２．００～１５４．７０ ｓ；选育品种与地方品种相比，赖氨酸含量和沉淀值的最小值没有变，最大值均降低。
　　品种改良显著增加了穗长，降低了株高，与地方品种相比，选育品种穗长的最大值、最小值和平均值均提高，株高的最大值、最小值和平均值均降低。选育品种与地方品种相比，穗粒数的最大值和最小值均提高，而平均值却降低；千粒重和硬度的平均值和最小值提高，但最大值降低；蛋白质含量的最小值提高，而最大值和平均值同赖氨酸含量和沉淀值一样，均降低。
　　分析的４个农艺、经济性状和４个品质性状的多样性指数较高，为１．４８～２．０８（表3），其中最高的是蛋白质含量的多样性指数，地方品种和选育品种均为２．０８；而硬度的多样性指数最低，地方品种为１．４８，选育品种为１．６４。育种对农艺、经济性状和品质性状的多样性指数影响也不尽相同，如对蛋白质含量的多样性指数没有影响，增加了穗长、千粒重、沉淀值和硬度的多样性指数，而降低了穗粒数、株高和赖氨酸含量的多样性指数。
　　３ 讨论
　　品种的变化趋势往往反映了不同时期的育种目标。研究中选育品种增加了白粒种质的比例，相应减少了红粒种质的比例。这是人们消费习惯和利益趋势的影响，但收获期存在着穗发芽安全隐患，如２００９年夏收，白粒品种郑麦９０２３在湖北襄阳穗发芽严重。但白粒种质中也有抗穗发芽的，是今后一个重要的育种目标［１8］。选育品种显著降低了株高、增加了千粒重，与上世纪小麦育种最主要目标――降低株高、增强抗倒性、提高产量相吻合。选育品种的蛋白质含量、赖氨酸含量以及沉淀值比地方品种均降低，这也与李望鸿等［19］的研究结果相一致，说明地方品种在品质育种方面潜在的优势。选育品种中没有了曲芒（拳曲、长曲和短曲），增加了长芒的比例，这是否与产量的提升有关，还需进一步研究。
　　选育品种中冬春性和成熟期的类型更加丰富，这是为满足种植制度更加多样化的要求所致。地方品种对耐涝性、白粉病和根腐类病害的抗性比选育品种强，这是在湖北特殊的地理条件选择压力下形成的，表明对地方品种的开发和利用相当重要。
　　品种资源是选育农作物优良品种的基础，与我国其他小麦主产省相比，湖北小麦发展较为缓慢［20］，保存种质资源的数量以及研究的范围和深度也相差很大［21－２4］。今后要加强种质资源的研究、创新和利用，在小麦新品种选育过程中，要适当引入外源基因，丰富亲本，提高选育品种的遗传多样性。
　　
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