9 中原牡丹品種初級核心種質構建與代表性檢驗.pdf

0 T ll l l R I C U L T U R A E l 髓 U I I I I I 華 北 農 學報 2 0 0 9 2 4 5 2 1 7 2 2 1 中原牡丹 品種初級核心種質構 建與代表性檢驗 李保 印 周秀梅 張啟翔2 1 河南科技學院 河南 新鄉(xiāng)4 5 0 0 0 3 2 北京林業(yè)大學 國家花卉工程技術中心 北京1 0 0 0 8 3 摘要 以 4 0 0個 中原牡丹品種 的形態(tài)學和農藝學性狀為基本 數據 采 用花型分組 組 內按平 方根 比例策 略確 定取 樣量 并使 用類平均 聚類 法取樣 獲得了 中原牡丹品種初級 核心種 質 其 取樣 比例 占總體樣 本 的 3 0 經檢測 初級 核心種質與總體種質的 3 1 個性狀 中僅 花期 1 個性狀 的多樣性指數達到 了顯著差異水平 初級核心種質多樣性指數對 總體種質的代表性達 9 9 2 0 表型保 留比例達到 了 1 0 0 表明 這個包含 1 2 0個樣 本的初級核心種質能在表型性狀 上很好地代表總體種質的遺傳多樣性 關鍵詞 中原牡丹品種 初 級核心種 質 遺傳多樣性 構 建 代表性 中圖分類號 6 0 2 4 文獻標識碼 A 文章編號 1 0 0 0 7 0 9 1 2 0 0 9 0 5 0 2 1 7 0 5 Co n s t r u c t i o n a nd Re p r e s e nt a t i v e Te s t o f Pr i ma r y Co r e Ge r mp l a s ms o f Tr e e Pe o n y Cu l t i v a r s f r o m Ce n t r a l Ch i na L I B a o y i n Z H O U X i u m e i Z H A N G Q i x i a n g 2 1 H e n a n I n s t i t u t e o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Xi n x i a n g 4 5 3 0 0 3 C h i n a 2 T h e E n g i n e e ri n g a n d T e c h n o l o g i c a l R e s e a r c h C e n t e r o f C h i n a B e i j i n g F o r e s t r y U n i v e r s i t y B e i j i n g 1 0 0 0 8 3 C h i n a Ab s t r a c t B a s e d o n t h e d a t a o f m o r p h o l o gic a l a n d a g r o n o mi c t r a i t s o f 4 0 0 t r e e p e o n y c u l t i v a r s f r o m C e n t r a l P l a i n s o f Ch i n a t h e p rima ry c o r e g e r mp l a s ms a c c o u n t i n g f o r 3 0 o f t h e e n t i r e a c c e s s i o n s we r e c o n s t r u c t e d b y UP GMA c l u s t e r t h e 4 0 0 a c c e s s i o n s b e i n g g r o u p e d a c c o r d i n g t o t h e flo r a l for ms a n d t h e p r o p o r t i o n o f s q u a r e r o o t wi t h i n g r o u p s Th e d i v e r s i t y i n d e x d i f f e r e n c e o f 3 1 t r a i t s i n t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n a n d t h e t o t a l a c c e s s i o n s we r e t e s t e d a n d o n l y fl o w e ri n g t i me p r e s e n t e d t h e s i g n i fic a n t d i v e r s i t y i n d e x d i f f e r e n c e i n d i c a t i n g t h a t t h e r e p r e s e n t a t i o n o f t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n t o t h e t o t al wa s u p t o 9 9 2 0 a n d t h e r a t i o o f r e t a i n e d p h e n o t y p e wa s 1 0 0 Th i s s u g g e s t e d t h a t t h e p r i ma ry c o r e c o l l e c t i o n o f 1 2 0 a c c e s s i o n s c o u l d r e pr e s e n t t h e g e n e t i c d i v e rsi t y o f p h e n o t y p i c t r a i t s for t h e e n t i r e p e o n y v a rie t i e s Ke y wo r d s T r e e p e o n y c u h i v a rs f r o m Ce n t r al C h i n a P rima ry c o r e Ge r mp l a s m Ge n e t i c d i v e rsi t y C o n s t r u c t i o n 牡 丹 P a e o n i a s u ffr u t i c o s a 是 中國特產 傳 統名 花 其 中的 中原 牡丹 品種 花型種 類 齊全 花色 豐富 多 彩 j 深入地對其進行有效保存 評價和高效利用與 創(chuàng)新 育種 是 現 今 的 研 究 焦 點 核 心 種 質 C o r e c o 1 1 e c t i o n 即是 以最 小的資 源份 數和 遺傳 重復 最大 限度 地代表該物種 的遺傳 多樣性 2 3 j 其建立可 以有效 地克服和緩解龐大的資源規(guī)模所帶來的相應困難和 壓 力 極 大地方 便對 種質 資源 的保存 評 價和 創(chuàng)新利 用 國內外 在 農 作 物 上 已有 較 多 研 究l 4 5 j 但 觀 賞 植物品種資源核心種質構 建的研究相對較少 才僅 對 郁金 香 l 梅花 7 j 和蠟 梅 8 J 等 進 行 了核 心 種質 構 建 研究 隨著 牡丹 品 種育 種 目標 的多 元 化 進行 中 原牡丹 品 種 核 心 種 質 構 建 研 究 對 其 資 源 考 察 收 集 種 質資 源創(chuàng)新 和有 效保 護利用 以及 品種 改 良 新 品種選 育具 有 十分重要 的意 義 和應用前 景 初 級核 心種質是構建核心種質 的一個重要環(huán)節(jié) 其對總體 種質的代表性是保證核心種質代表性的關鍵 本研 究 采 用 中原 牡 丹 品種 的表 型 性 狀 按 3 0 的總 體 取 樣 比例抽取 樣本 建立 初級 核心種 質 并 從組 成結構 性 狀 多樣性 指數 等方 面對 其 代 表性 進 行 檢 驗 目的 是為 中原牡丹品種資源的有效利用奠定基礎 1 材料和方法 1 1 材 料 以 中國牡丹品種 圖志 上記載的 4 0 0個 中原 牡丹 品種為 研究 材料 利用 品種 的編 目性狀 結合 對 收稿 日期 2 0 0 8 1 2 2 5 基金項 目 十五 國家科技攻關項 目 2 0 0 4 B A 5 2 5 1 1 作者簡介 李保印 1 9 6 5 一 男 河南 蘭考人 教授 博士 主要從事園林植 物種質 資源創(chuàng)薪利用研究 通訊作者 張啟翔 1 9 5 6一 男 湖北黃 岡人 教授 博士生導師 主要從事園林植 物種質資源研究 刪Gc u L TT IIU R A 2 8 剛 C U L T 1 華 北 農 學 報 2 4 卷 B O I l L I S I H II 擒 一 品種實地調查的表型性狀數據 建立中原牡丹品種 的表型數據 庫 選用 的表 型性 狀有 分類 性 狀 質量 性狀和數量性狀 分類性狀包括花類 花型等 質量 性狀包 括基部暈 斑或 紫 斑 花色 葉色等 數 量性 狀 如 1 年生 枝 長 復 葉 長度 與 寬度 花朵 橫 徑 與 縱 徑 等 分 類性狀 和質量性狀按 照牡丹 品種形態(tài)性 狀記 載標 準進行整理 和規(guī)范 如 花色 白色 1 紅色 2 黃色 3 藍色 4 黑色 5 粉色 6 紫紅 7 紫色 8 綠色 9 復色 1 0等 數量性狀取平均值 直 接使用 但聚類分析時進行標準化處理 以 0 5個標 準 差為間距分 為 l O 級 1 2方法 1 2 1 資源 分組 牡 丹 的花 型代 表 了品種 的演 化 階段與演化地位 也反映出品種演進發(fā)育的規(guī)律及 品種間 的親緣關 系 1 J 所 以 選 擇按花 型分組 共 分 1 0 組 分別是 單 瓣 型組 荷花 型 組 菊 花 型組 薔 薇 型組 托桂型組 皇冠 型 組 金環(huán) 型 組 繡球 型組 千 層 臺閣型組 和樓 子 臺閣型組 1 2 2 取 樣 比例 與抽 樣原 則 核心種 質 取樣 比例 應根據不同物種 不同群體規(guī)模及遺傳結構而有所不 同 9 l 1 本研究按 3 0 的總體取樣比例抽取樣品組 成初級核心種質 組 內抽樣時 根據組內抽樣策略研 究結果 表 1 每組按平方根法確定取樣量 并根據多 樣性指數進 行調 整 首先將組 內種 質材料 按照 歐 氏 距離組 問連接聚類法 U P G M A 聚類成 與取樣 數相 等 的類群 每類群中材料有 3個以下者 隨機挑選 1 份 3 個 以上者 再進行 聚類挑選 出 1 份 若每類 群 中有 優(yōu)先必選材料 就優(yōu)先選取必選材料 若無優(yōu)先必選 材料 按 聚類 結果 挑選 1 份 最后 從各 小組 中挑選 取出的材料構成 初級核心種質 關 于優(yōu)先必選材料 指 品種 的種 源組成 上 明顯具有 矮牡 丹 P j i s h a n e n s i s 紫斑牡丹 P r o c k i i 或楊山牡丹 P o s t i i 特征的品種 著名的 曾在生產上或育種中起過較大作用的品種 染色體數特殊的非二倍體品種 芽色 花色特殊或多 變 以及葉片具有 自身特殊性的品種等 表 1 組內 4種不 同取樣策略的效果比較 Ta b 1 Co mp a r is o n o f t he r a nk s o f fiv e p a r a me t e r s o f f o u r s a mp l i ng s t ra teg i e s wi t hi n a g r o u p S r 8 1 2 l 3 1 6 Or 1 2 3 4 注 S L P G為平方根法 對數法 簡單 比例法及 遺傳多樣性法 4 種取樣策略的英文縮寫 R為秩的 r a n k 英文縮寫 R i R v p f R v p v R e v R d分別表示遺傳多樣性指數 表型頻率方差 表型方差 變異系數和 品種遺傳距離秩次的英文縮寫 S r 為秩 和 s u m o f r a n k s的英文縮寫 O r 為位序 0 r d e r 的縮寫 No t e S L P a n d G a g e t h e a b b r s o f t h e f o u r s a mp l i n g s t r a t e g i e s s u c h a s s q u a r e r o o t lo g a ri t h m p r o p o r t i o n a n d g e n e t i c d i v e r s i ty R i s t h e a b b r of r a n k R i Rv p f R v p v R c v a n d Rd i n d i c a t e r e s p e c t i v e l y i n d e x o f g e n e t i c d i v e r s i t y v a ri a n c e o f p h e n o t y p i c f r e q u e n c y v a ria n c e of p h e n o t y pi e v a l u e c o e ffi c i e n t of v a ri a n c e a n d g e n e t ic d i s t a n c e a mo n g two c u l t i v a rs S r a n d O r a r e t h e a b b r s o f s l i m 0 f r a n k a n d o r d e r 表 2 總體種質與初級核心種質材料數 遺傳多樣性指數 Ta b 2 Cu l t i v a r n u mb e r s amp l i n g r a t i o g e n e ti c d i v e rsi t y i n de x r a tio o f ph e n o t y p e r e t a i ne d o f pr i ma r y c o r e c o l l e c tio n a nd t h e t o t a l a c c e s s i o n s o f Tr e e Pe o n y Cu l t i v a r s f r o m Ce n t r a l P l a i ns 一 一一 一 一 一 m 2 4 5期 李保 印等 中原牡丹品種初級核心種質構 建與代表性檢驗 2 1 9 2 結果 與分析 2 1 初級核心種質樣本組成及對總體種質 的代表 性分 析 2 1 1 花 型 的代 表性 初 級 核 心種 質 包括 了牡 丹 品種 的全部 花 型 表 2 各 花 型 占總體 種 質 總 數 的 比例 分 別 是 單 瓣 型 1 8 荷 花 型 3 0 菊 花 型 3 8 薔 薇 型 2 8 托桂 型 1 0 金 環(huán) 型 1 0 皇冠 型 9 5 繡 球 型 1 5 千層 臺 閣型 3 3 樓 子 臺閣型 2 5 2 1 2 表 型性 狀 的代 表 性 按 照 性 狀 表型 保 留比 例 R P R R a t i o o f p h e n o t y p e r e t a i n e d 又 稱遺 傳豐 富度 R i c h n e s s o f p h e n o t y p e 的公式即R P R 萎 計 算 表型保留 比例 遺傳 豐富度 為 1 0 0 說 明 所選的中原牡丹品種的初級核心種質覆蓋了總體種 0 T B R I C U L T U R A E 聃 嘲 L I S 啊lC 質 的性 狀類 別及 其各個 級別 2 2 初級 核心 種質 樣本 性狀 的 多樣 性指 數 t 檢驗 為了檢驗初級核心種質各性狀對總體種質的代 表性 異質性和多樣性等 進行了各性狀多樣性指數 的 t 測驗 具體計算公式 川如下 V a r H P l n P 一 P I n P N n 一 1 2 N 式 1 t H 一H 2 V a r H l V a r H 2 式 2 m V a r H l V a r H 2 V a I 2 H 1 N I 十 V a H E N 2 式 3 其中 H H 2 分別表示總體種質和初級核心種 質某一 性狀 的多 樣 性 指 數 P 為 某 一 性 狀 第 i 個級 別代碼 出現的頻率 n為某一性狀的代碼數 N N N 2 為 品 種 數 m 為 自由度 V a r H V a r H V a r H 2 為方差 t 為實測 t 值 表 3 中原牡丹 品種總體種質 與初級核 心種質 各性 狀的多樣性指數 比較 Ta b 3 Co mpa r i s o n t h e g e n e tic d i v e r s i t y i n d e x e s o f t r a i t s b e t we e n p r i ma r y c Or e c o fl e c t i on a n d t h e t ot a l a c c e s s i o n s o f Tr e e Pe o ny Cul t i v a r s f r o m Ce n t r a l Pl a i n s 注 O 0 5顯著水平 1 9 6 0 t 2 6 1 7 代表性 1一 初級 核心種質多樣性指數 一總體種質多樣性 指數 總體種質多樣性指 數 1 0 0 N o t e S i g n i f i c a n t d i ff e r e n c e i n v a r i a n c e s a t 0 0 5 0 O 1 l e v e l b e t w e e n t h e a c c e s s i o n a n d c o r e c o l l e c t i o n t o 0 5 1 9 6 0 t o 0 1 2 6 1 7 R e p r e s e n t a t i o n 1 一 p r i m a r y c o r e c o l l e c t i o n g e n e t ic d i v e r s it y a c c e s s i o n g e n e t i c d i v e r s i t y a c c e s s i 0 g e n e t i c d i v e rsi t y 1 0 0 C T n l U l ii l g U L f U R A E 22 0 l 哪 L i 1 H IG ll 華北農學報 2 4卷 各 性狀 多樣 性 指數 t 測 驗結 果見 表 3 由表 3 可知 僅花期 1 個性 狀 的多 樣 性指 數 初級 核 心種 質 與總體種質達到顯著差異水平 其他性狀均未達到 顯著差 異水平 說 明初級 核 心種 質 在表 型 性狀 上 具 有廣 泛的代表性 3 討論 與結論 3 1基本數據 的利用 目前 用 于 構 建 牡 丹 核 心 種 質 的 基 本 數 據 P a s s p o r t d a t a 特 征 數據 C h a r a c t e r i z a t i o n d a t a 和 評 價鑒定 數據 E v a l u a t i o n d a t a 非 常 有 限且 不 完 善 其 中以基 本數據 和特征 數 據相 對較 多 但 生化 和 分 子 數據等 還很少 評 價鑒定數 據更是 缺乏 但 是 沒 有 必要 因缺乏完整數 據而拖 延構建核 心種質 的研究進 程 I 本研究 選用描 述品 種 的 3 1個表 型性 狀 數據 建立 了 中原牡 丹 品種 的初級核 心種質 關于牡 丹 品 種 資源評價鑒 定數據 如抗性 耐性等 比較少 故 沒有 選用 評價鑒定 數據對 資源 的評 價與利 用具有重 要 參考價值 因此 今后要 重點加強 這方 面的工作 3 2分組原則 與取樣 比例 B r o w n 1 3 認 為 構建 核 心 種 質 的關 鍵 是 材 料 的 分組 常見 分組法有 按植物 分類地位 地理分 布 生 態(tài) 區(qū)等分組 牡丹栽 培 品種 的分類 體 系 已經 比較 完善 特別是按 花型分組 能夠反 映牡丹 品種演化 規(guī) 律 因此 本研究 采用 了牡丹 品 種 的分類 體 系 進行 分組 即按 花型 分 l 0組 這 樣 就 保證 了各 種 品種 類 型的入選 保 證 了遺 傳 多樣 性 的完 整性 和 性狀 的 豐富度 正確分組后 對 各組 材 料 的進 一步 挑 選是 核 心 種質構 建過程 中極 為重 要 的環(huán) 節(jié) 是核 心 資源 構建 的 中心 也是 最 大 程 度 地 保 存 遺傳 多樣 性 的關 鍵 李自超等 l j 通過在多種作物上 比較分析認為 采用 平 方根法決 定取樣 比例結合 系統聚類 所得 到的核心 種 質是最優(yōu)化 的 本 研 究 的結 果也 證 實 了這 點 并 采用 了這種取樣 策略 和方法 根據 中性理 論模 型 核 心種 質應 占整個 種 質 資 源 的 5 1 0 j 農作 物大多是 5 1 5 園藝及觀 賞植 物 在 1 0 3 3 l j C a s l e r 墻 認 為 低 于 1 0 0 0份 的資 源 取樣 比例 6 5 2 6 0 之間 本研究所利用的原始資源數量相對較少 而 且是對 原始種質 庫 的初 步壓 縮 同時考 慮 到形 態(tài) 標 記具有 一定 的局 限性 為 了盡 量 減少 遺 傳變 異 的 丟 失 因此 選擇 了總體取樣 比例為 3 0 3 3 初 級核心種 質的代 表性及檢 測 根據表型性狀構建初選核心種質應包括全部性 狀的各個級別 聚類取樣時 由于不同組 內存在著 特異性 及 品種 的重 要性 程 度不 同 需要 人 為補 充 選 擇才能避免具有特異性種質 的漏選 才能保證稀有 的基 因型人選 使 初 選核 心 種質 盡 量包 括 全部性 狀 的各個級 別 使所 建立 的核 心種 質具 有 廣泛 的代 表 性 遺傳 多樣性 指數 變 異系數 平均數 標 準差 最 大值 最小值 表型頻率 表型保留比例等均可用于 檢驗 核心種質 對原 始種 質 的代 表 性 其 中 以遺 傳 多 樣性指 數 表 型保 留比例應 用較 為廣 泛 l 張學 勇 等 2 0 J 指 出 在 評 價種 質 資源 的遺 傳 多樣 性 時 應對 遺傳多樣性指數和遺傳豐度兩個指數并重考慮 本 研究 采用 了這 兩個 重要 參 數 檢 驗結 果 令 人 滿 意 但是 由于使用的資料僅限于表型性狀 且所選擇的 總體 比例較高 因此 已建立的初級核心樣品只是初 步核心 樣 品 還 需要進 一步壓縮 根 據 中原 牡丹 品種 資源核 心種質構 建的方案 與 策略 的研 究結果 選擇 了按花 型分組 組 內以平方根 法確 定 取 樣 量 并 用 類 平 均 法 U P G M A 聚 類 抽 取 樣 構 建 了由 1 2 0份 占總體 種 質 的 3 0 材 料組 成 的初 級核心種 質 經檢 驗 在表 型水 平 上初 級 核心 種 質覆蓋 了原始總體種質 的品種類 型和性狀 S h a n n o n 遺傳 多 樣 性 指 數 對 總 體 種 質 的代 表 性 達 到 了 9 9 1 2 表型保 留 比例 達到 了 1 0 0 很好地 代表 了 總體種質 但初級 核心種 質還可進 一步壓縮 參 考文獻 1 王蓮英 中 國牡 丹品種 圖志 M 北 京 中國林業(yè) 出版 社 1 9 9 7 1 0 5 1 2 2 2 j F r a n k e l O H G e n e t i c p e r s p e c t i v e s o f g e r mp l a s m c o n s e r v a t i o n C J Ar b e r W L i me n s e e K P e a c o c k W J e t a 1 Ge n e t ic ma n i p u l a t i o n I mp a c t o n Ma n a n d s o c i e t y L o n d o n Ca mb rid g e Un i v e r s i t y Pr e s s 1 9 8 4 1 6 1 1 7 0 3 F r a n k e l O H B r o w n A H D P l a n t g e n e t i c r e s o u r c e s t o d a y a c ri t i c a l a p p r a i s a l C H o l d e n J H W Wil l i a m J T C r o p g e n e t i c r e s o u r c e s Co n s e rva t i o n Ev a l u a t i o n Lo n d o n Ge o r g e Al l e n Un wi n Lt d 1 9 8 4 2 4 9 2 5 7 4 王述民 曹永生 胡 家蓬 中國小 豆種質 資源核心樣 品 的初 步建立 J 華北農學報 2 0 0 2 1 7 1 1 3 5 一 加 1 5 j U p a d h y a y a H D S w a m y B P G o u d a r P V e t a 1 I d e n t i fi c a t i o n o f di v e r s e g r o u n d n u t g e r mp l a s m t h r o u g h mu l t i e n v i r o n me n t e v a l u a t i o n o f a c o r e c o l l e c t i o n f o r A s i a J F i e l d C r o p s R e s e a r c h 2 0 0 5 9 3 2 3 2 9 3 2 9 9 1 6 J R a a m s d o n k v a n L W D Wi j n k e r o J T h e d e v e l o p me n t o f a n e w a p p r o a c h for e s t a b l i s h i n g a c o r e c o l l e c t i o n u s i n g mu l t i v a r i a t e a n a l y s e s w i t h t u l i p a s c a s e J G e n e t i c R e s o u r c e s a n d C rop E v o l u t i o n 2 0 0 0 4 7 4 4 0 3 4 1 6 7 明軍 張啟翔 蘭彥平 梅花品種 資源核心種 質構建 5期 李保印等 中原牡丹品種初級核 心種質構建與代表性檢驗 2 2 l 8 9 1 0 1 2 1 3 1 4 J 北京林業(yè)大學學報 2 0 0 5 2 7 2 6 5 6 9 趙冰 張啟翔 中國蠟梅種質資源核心種質 的初步構 建 J 北京林業(yè)大學學報 2 0 0 7 2 9 s 1 l 6 2 1 B r o w n A H D T h e e a s e f o r c o r e c o l l e c t i o n l Cj B r o w n A H D F r a n k e l O H Ma r s h a l l R D e t a 1 1 1 1 e u s e o f p l a n t g e n e t i c r e s o u r c e s L o n d o n Ca mbrid g e Uni v e r s i t y Pr e s s 1 98 9 1 3 6 1 5 6 Yo ne z a wa K No mu r a T Mo r i s h i ma H S a mp l i n g s t r a t e g i e s fo r H s e i n s t r a t i fi e d g e r m p l a s m c o l l e c t i o n s C H o d g k i n T B r o w n A H D v a n H i n t u m T J L e t a 1 C o r e C o l l e c t i o n s o f P l a nt Ge n e t i c Re s o u r c e s L o n d o n A W i l e y S a y c e Pu b l i c a t i o n 1 9 9 5 3 5 5 4 Zi c h a o L i Ho n g l i a n g Zh a n g Ya we n Z e n g e t a 1 S t u di e s o n s a mp l i ng for e s t a b l i s h me n t o f c o r e c o l l e c t i o n o f r i c e l a n d r a c e i n Y u n n a n C h i n a J Gen e t i c R e s o u r c e s a n d C r o p E v o l u t i o n 2 0 0 2 4 9 1 6 7 7 2 董玉琛 曹永生 張學 勇 等 中 國普通小 麥初選 核心 種質 的產生 J 植物遺傳資源學報 2 0 0 3 4 1 1 8 B r o wn A H D Co l l e c t i o n s a