杂交玉米品种DUS必测性状的表现与优化

姚宗泽，郭宗娟，杨肖艳，张思亲，赵烛芳，殷 婧，赵自仙*

(1.云南农业大学农学与生物技术学院，云南 昆明 650201；2.云南农业大学植物保护学院，云南 昆明 650201)

【研究意义】玉米(ZeamaysL.)属于禾本科玉蜀黍属黍亚种，是世界“饲料之王”，在畜牧养殖业的发展中起着重要作用。当前，玉米品种数量呈几何增长，同质化严重，品种侵权现象日益凸显，加强玉米品种DUS必测性状的研究，对提升DUS测试效率有重要意义，可为测试指南修改提供参考。【前人研究进展】目前对农作物DUS测试性状的研究主要集中在标准品种性状多样性及稳定性方面，前人研究了DNA指纹技术在植物新品种判定中的可行性，DNA指纹技术鉴定仍不能作为品种真实性鉴定的直接和唯一根据[1-2]。张华生等[3]研究认为分子标记差异值≥2可作为品种特异性判定的标准，陆光远等[4]研究得出SSR标记适合用于油菜品种的DUS测试。Jones H.等[5]研究发现分子和形态距离之间相关性较高，陈海荣等[6]建议将标准品种的数量调减为31个，卢柏山等[7]研究结果表明，DUS测试性状涵盖的信息量大且受环境影响相对较小，可应用于玉米自交系的形态多样性分析。唐浩等[8-9]建议把性状稳定性较低、重要性参数不高的性状删除，在生产实践中较为重要但稳定性较低的性状安排在申请者所在地测试或采用标准品种进行校正。【本研究切入点】UPOV发布的玉米测试指南[10]中包含41个必测性状，普通玉米34个。中国研制的《植物新品种特异性、一致性和稳定性测试指南-玉米》[11](简称玉米DUS测试指南)中确定了43个必测性状，其中普通玉米38个。中国开展植物新品种保护工作较晚，测试指南中所选必测性状有待进一步优化，为此以45个普通玉米杂交品种为材料，按玉米DUS测试指南标准，测试了38个必测性状。【拟解决的关键问题】分析必测性状的多样性及相关性，为优化玉米的测试性状提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试45个杂交玉米品种，其中23个由云南种业集团玉米联合体提供，22个从市场购买，品种编号及名称见表1。

表1 45个杂交玉米品种编号及名称

1.2 方法

1.2.1 试验设计 田间性状测试于2018年5-11月在楚雄州赵自仙老师的试验地进行，地块海拔1 870 m，地块平整，肥力中等偏上，前作大麦。试验采用随机区组设计，2次重复，4行区，小区面积10 m2，行距70 cm，穴距60 cm，每穴留2株，种植密度47 640株/hm2，四周设保护行。5月20日播种，5月22日第一次浇水，5月30日至6月2日出苗，6月22日定苗，并施尿素300 kg/hm2，7月20日施尿素450 kg/hm2，10月11日收获。

38个必测性状见表2～3，其中，田间调查性状28个(表2)，室内调查性状10个(表3)。小区幼苗第三叶片展开率达50 %时开始第一个性状调查，室内性状调查于收获后、晒干至恒重时进行；38个必测性状中11个为个体测量性状(MS)，27个群体观测性状(VG、MG)。VG、MG、MS为性状观测方法，即群体目测、群体测量、个体测量。

表2 28个田间调查性状名称及编号

表3 10个室内调查性状及编号

1.2.2 性状的观测与判别 性状调查方法、时期及判别严格按照玉米DUS测试指南[11]、玉米DUS测试及性状分级标准[12]进行。

1.2.3 杂交玉米品种形态性状多样性分析 以Shannon-Weaver多样性指数为指标，利用PopGen32软件分析不同性状的多样性。Shannon-Weaver多样性信息指数[13]的计算公式为：

H′=-∑Pijln(Pij)

式中,Pij为某个性状某个代码出现的概率，i为性状编号，j为性状表达水平代码；Ne为有效等位基因数目[14-15]。

Ne=(∑Pij2)-1

1.2.4 聚类分析 杂交玉米品种性状间的差异用变异系数表示，品种间相似性的距离矩阵采用遗传距离和UPGMA法(Unweighted Pair Group Method with Arithmetic Mean)，利用NTSYSpc 2.10e统计软件进行聚类分析，并绘制各玉米品种的遗传聚类系统树。

1.2.5 必测性状稳定性及相关性分析 应用杨晓洪等[16]推荐的差异指数进行性状稳定性分析，差异性指数=ΣSQTR[(X1-X2)2/9]，其中，SQRT为平方根符号；(X1-X2)2为2个重复间性状代码值之差的平方和，根据差异指数大小判定性状稳定性差异情况。将差异指数分为总体差异指数和差异指数均值，总体差异指数=ΣSQTR[(X1-X2)2/9]，差异指数均值={ΣSQTR[(X1-X2)2/9]}/样本容量，以差异指数均值为依据。利用SPSS 19.0软件，分别计算11个个体测量性状和27个群体观测性状之间的相关系数。

2 结果与分析

2.1 杂交玉米品种必测性状多样性分析

由表4可知，38个形态性状在45个杂交玉米品种中共检测到178个等位变异，平均每个性状检测到4.6842个，变幅为1～8；由于果穗籽粒颜色数量(C33)在45个玉米品种中只出现1种，未能对其有效等位变异和Shannon-Weaver多样性信息指数进行分析，其余37个性状平均有效等位变异为2.7830，变幅为1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多样性信息指数为1.2593，变幅为0.4236～1.9982。

表4 45个杂交玉米品种38个必测性状的多样性参数

2.2 聚类分析

如图1所示，品种间的形态相似系数为0.31～0.68，以0.31为阈值可将45个玉米品种划分为2大类群，以0.68为阈值可区分45个玉米品种。根据45个玉米品种聚类结果，可划分为3大类群，第Ⅰ类群包括5个品种，占11.1 %；第Ⅱ类群包括25个品种，占55.6 %；第Ⅲ类群包括15个品种，占33.3 %。

图1 基于必测性状的45份杂交玉米品种聚类分析Fig.1 Cluster analysis of 45 hybrid maize varieties for asterisked characteristics

2.3 必测性状稳定性及性状相关性分析

2.3.1 必测性状稳定性分析 38个必测性状稳定性分析结果见表5，必测性状总体差异指数为0～15.33，差异指数均值为0～0.34。依据差异指数均值，粗略划分为4个区间：0～0.1有11个性状；0.1～0.2有11个性状；0.2～0.3有14个性状；0.3～0.4有2个性状，为C25和C26，差异指数均值分别为0.34、0.33。

表5 38个必测性状的差异指数

2.3.2 必测性状相关性分析 由表6可知，C16与C17、C16与C19、C25与C26、C25与C27、C30与C31这5对性状之间存在极显著正相关，且相关系数较大，依次为0.76、0.87、0.83、0.89、0.77；也有性状间存在负相关，但均未达到极显著水平。由表7可知，C2与C32、C5与C40、C9与C40、C38与C39这4对性状之间存在极显著负相关，相关系数依次为-0.40、-0.45、-0.43、-0.69；C3与C4、C3与C5、C4与C5、C13与C14这4对性状间存在极显著正相关，相关系数依次为0.89、0.82、0.86、0.80。

表6 玉米DUS必测性状中11个个体测量性状相关性分析

表7 玉米DUS必测性状中26个群体测量性状相关性分析

2.4 性状相关性和稳定性联合分析

将相关性分析结果中存在极显著正相关，且相关系数在0.7以上的9对必测性状提取，涉及13个必测性状，以Shannon-Weaver多样性信息指数和差异指数均值作为评价依据制作的柱状图(图2)。C3、C4、C5、C13、C14、C16、C17、C19、C25、C26、C27、C30、C31的稳定性差异指数均值依次为0.26、0.26、0.29、0.24、0.22、0.19、0.21、0.24、0.34、0.33、0.18、0.23、0.08，Shannon-Weaver多样性信息指数依次为1.1539、1.2264、1.3304、1.6824、1.7406、1.1788、1.1999、1.2036、1.4426、1.5308、1.1810、1.3351、1.1810。

图2 相关性极显著性状间的综合比较分析Fig.2 Comprehensive analysis for highly significant characteristics

3 讨 论

38个必测性状在45个杂交玉米品种中共检测到178个等位变异，平均每个性状检测到4.6842个，变幅为1～8；平均每个性状有效等位变异为2.7830，变幅为1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多样性信息指数为1.2593，变幅为0.4236～1.9982。与陈海荣等[6-8]对53份玉米标准品种形态性状多样性分析结果相比，多样性分析参数均略低于标准品种，说明玉米DUS测试标准中玉米标准品种具有较为丰富的形态变异，具有校正新品种性状判别的重要意义。聚类结果显示，杂交种间的相似系数介于0.31～0.68，陈海荣等[6]对53份玉米标准品种形态性状分析结果相似系数为0.74～0.85，说明研究所选材料来源较广、相似性小，具有研究意义。根据聚类结果，将45个玉米品种划分为3大类群，市场上已推广的品种中，V37、V38两个品种位于第Ⅰ类群，V12、V28、V30、V32、V33、V35、V39、V43、V45等9个品种位于第Ⅱ类群，V20、V29、V31、V41、V42、V44等6个品种位于第Ⅲ类群。23个区试品种与已推广品种间呈现不同程度的相似性，分别位于3个类群的区试品种与同类群推广品种间存在一定的同质性，其中位于第Ⅱ类群的V06与V35、V25与V30、V16与V34等3组品种间相似性较其他要高，位于第Ⅰ、Ⅲ类群的品种间相似度较低。

前人多数将记录数据转为代码后再进行相关性分析[17]，以缩小误差。本研究将38个必测性状结果按测试方法分为个体测量性状和群体观测性状两组，再分别进行相关性分析，有9对性状间呈极显著正相关，且相关系数均大于0.7，可在这些性状中剔除部分性状，以减少DUS测试时投入的人力、财力和物力。在杨晓洪等[16]的研究中是以每个性状总体差异指数作为性状稳定性判定依据，为避免样本对总体差异指数的影响，在总体差异指数基础上增加了差异指数均值作为判断性状表达稳定性分析的依据，又有贾波等[18]研究认为玉米主要雄穗农艺性状对其遗传特性研究具有重要意义。综合考虑Shannon-Weaver多样性信息指数[13]和差异指数均值(图2)，经比较分析后，建议继续保留C5、C14、C16、C25、C31这5个性状作为必测性状，不必把C3、C4、C13、C17、C19、C26、C27、C30这8个性状列为必测性状，以减少品种测试工作量。孙加梅等[17]研究结果显示，自交系和单交种C16与C17、C4与C5之间均达到极显著相关，与本研究结果一致。

4 结 论

38个必测性状在45个杂交玉米品种中共检测到178个等位变异，平均每个性状检测到4.6842个，变幅为1～8；平均有效等位变异为2.7830，变幅为1.0539～5.9121；平均Shannon-Weaver多样性信息指数为1.2593，变幅为0.4236～1.9982。45个品种间的形态相似系数为0.31～0.68。C3与C4、C3与C5、C4与C5、C13与C14、C16与C17、C16与C19、C25与C26、C25与C27、C30与C31这9对性状间呈极显著正相关，相关系数依次为0.89、0.82、0.86、0.80、0.76、0.87、0.83、0.89、0.77，建议剔除C3、C4、C13、C17、C19、C26、C27、C30等8个性状作为必测性状。