上海近年主推秀水系列水稻品種遺傳多樣性研究

李茂柏，姚丹青，王 杰，劉 建

（上海市種子管理總站，上海201103）

水稻是上海種植面積最大的農作物，全市水稻常年種植面積在10萬hm2左右，其中常規粳稻品種種植面積約占60%，雜交粳稻品種種植面積約占40%［1-2］。嘉興市農業科學研究院選育的秀水系列品種株高一般低于100 cm，株型緊湊，葉片挺直，耐肥，抗倒力強，田間稻瘟病、紋枯病等病害發生輕，灌漿速度較快，熟期轉色較好，穗型直立或半直立，豐產、穩產性較好，稻米外觀品質較好，深受上海市郊農戶歡迎［3］。2007—2017年間，秀水系列品種在上海累計推廣面積58.8萬 hm2，其中2010年推廣面積最大，‘秀水128’‘秀水123’‘秀水114’等3個品種共推廣7萬hm2，占全市水稻種植面積的70.2%。近年來，隨著農業供給側結構性改革的推進，綠色、優質、高效水稻品種推廣面積大幅增加，秀水系列水稻品種種植面積有所下降，但仍是上海市郊主推水稻品種。由于長期大面積推廣秀水系列品種，導致上海水稻品種單一化、同質化現象嚴重。

簡單重復序列（Simple sequence repeats，SSR）標記具有共顯性、重復性好、分辨率高、揭示的多態性高、操作相對簡單等優點，在群體遺傳結構和遺傳多樣性分析、物種進化、遺傳圖譜構建、基因定位及分子標記輔助育種等研究領域有著廣泛應用［4-5］。本研究采用SSR分子標記對上海近年主推的5個秀水系列水稻品種進行遺傳多樣性分析，旨在研究上海近年主推秀水系列品種的遺傳多樣性，為今后水稻基因發掘、水稻新品種選育及更替提供遺傳背景參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

參試材料為浙江省嘉興市農業科學研究院選育的5個秀水系列品種，分別于2006—2015年通過上海市農作物品種審定委員會審定（表1）。

表1 參試水稻品種審定及推廣情況Table 1 Registration and extension of rice varieties in the test

1.2 基因組DNA提取及SSR擴增

每樣本取20粒種子，采用美國QIGAEN公司DNeasy Plant Mini Kit試劑盒提取基因組DNA。DNA純度和濃度利用NanoDrop 2000c紫外可見光譜儀（Thermo公司）進行測定，DNA稀釋至50 ng/μL的工作液備用，4℃冰箱儲藏。

采用原農業部頒布的行業標準《水稻品種鑒定技術規程SSR標記法》中的48對SSR引物（表2）對5個秀水系列水稻品種進行PCR擴增及基因型鑒定［6］。PCR擴增為12μL反應體系，包括1×Buffer，2.5 mmol/LMgCl2，0.15 mmol/L dNTP，0.25μmol/L正、反向引物，0.1 UTaq聚合酶，30 ng DNA。反應程序為：94℃預變性5 min；94℃變性40 s，55—60℃退火35 s，72℃延伸45 s，共36個循環；72℃延伸10 min，4℃保存。

表2 SSR引物和遺傳多樣性檢測結果Table 2 SSR primers and genetic diversity test results

1.3 DNA指紋圖譜的采集及數據分析

所有數據分析基于QIAxcel ScreenGel 1.4版軟件，通過軟件系統自動對指紋的原始數據進行分析，確定每個位點的等位基因。利用POPGENE 3.2軟件計算等位基因觀察值（Observed number of alleles，Na）、有效等位基因數（Effective number of alleles，Ne）和香農指數（Shannon's Information index，I）［7］。利用NTSYS-pcv 2.11軟件中的SAHN計算品種間Nei’s遺傳距離，用非加權類平均法（Unweighted pair-group method with arithmetic means，UPGMA）對各群體進行聚類分析，再由TreePlot模塊生成聚類圖［8］。

2 結果與分析

2.1 秀水系列水稻品種農藝性狀比較

由表3可見，5個水稻品種全生育期均在161 d以內，其中‘秀水128’和‘秀水114’全生育期156 d左右，比‘秀水134’早熟4 d左右。‘秀水128’‘秀水123’和‘秀水114’的株高相對較高，在97 cm左右，‘秀水121’株高最矮，為85.7 cm。‘秀水134’為大穗型品種，每穗粒數最多，平均每穗為141.1粒，但有效穗數最少，為283.5萬/hm2；‘秀水114’和‘秀水128’穗型較小，‘秀水114’每穗粒數最少，平均每穗為121.7粒，有效穗數為320.3萬/hm2。‘秀水121’結實率最高，為93.4%，‘秀水123’結實率最低，為90.0%。5個品種米質都比較好，達到國家優質稻谷標準3級以上，其中‘秀水121’達國家優質稻谷標準1級，其主要米質指標為整精米率74.0%，堊白粒率8%，堊白度0.6%，堿消值7.0級，膠稠度膠長74 mm，直鏈淀粉含量 15.0%［9-10］。

表3 秀水系列水稻品種主要農藝性狀比較Table 3 Comparison ofmain agronom ic traits of Xiushui series rice varieties

2.2 秀水系列水稻品種親本來源

由表1可知，5個水稻品種之間有1個以上共同的親本來源，如‘秀水128’和‘秀水123’選育過程中利用了共同親本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’選育過程中利用了共同親本‘秀水123’，‘秀水121’親本中有‘秀水134’血緣，說明這5個品種在一定程度上有共同的親本來源，親緣關系較近。

2.3 秀水系列水稻品種SSR分子標記多態性分析

利用48對SSR引物對5個秀水系列水稻品種進行遺傳多樣性參數分析（表2），共檢測到81個等位基因，每對引物檢測到的等位基因變幅為1—4個，平均每對引物檢測到1.69個等位基因位點，其中有22對引物僅檢測到1個基因位點，20對引物檢測到2個基因位點，5對引物檢測到3個基因位點，1對引物檢測到4個基因位點。有效等位基因數（Ne）變幅為1.0000—2.9412，其中RM311的Ne值最高，為2.9412。香農指數（I）變幅為0.0000—1.1935，其中RM311的I值最高，為1.1935。

通過比較不同品種間差異位點數，發現5個秀水系列水稻品種位點差異位點為4—22個（表4），其中‘秀水123’和‘秀水114’之間差異位點數最少，僅有4個，‘秀水128’和‘秀水114’之間位點差異數為22個。

表4 秀水系列水稻品種間差異位點數Table 4 Number of different lociamong Xiushui series rice varieties

2.4 秀水系列水稻品種的聚類分析

基于Nei’s遺傳相似系數構建5個秀水系列水稻品種的聚類圖（圖1），在相似系數為0.74處被聚為兩大類，‘秀水 128’和‘秀水 134’為第 I類，‘秀水 123’‘秀水 114’和‘秀水 121’為第 II類，其中‘秀水114’和‘秀水123’相似系數達到0.96。

圖1 基于48對SSR引物的秀水系列水稻品種聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Xiushui series rice varieties based on 48 pairs of SSR primers

3 討論

3.1 秀水系列水稻品種農藝性狀和親本來源

自2006年‘秀水128’通過上海市農作物品種審定委員會審定以來，浙江省嘉興市農業科學院選育的‘秀水123’‘秀水114’‘秀水134’‘秀水121’等品種陸續通過審定。近年來，育種單位在株高、穗長、穗粒數、結實率、千粒重等農藝性狀進行了改良，但也保留了株型緊湊，葉片挺直，穗型均為直立或半直立等秀水系列品種區別于上海主推其他水稻品種的獨特農藝性狀。

從親本來源看，‘秀水128’和‘秀水123’選育過程中都用到親本HK21，‘秀水114’和‘秀水134’選育過程中都用到親本‘秀水123’，‘秀水121’選育過程中用到親本‘秀水134’，說明這5個水稻品種選育過程中都直接或者間接用到了親本HK21。

3.2 秀水系列水稻品種SSR標記多態性和遺傳多樣性

利用48對SSR引物對5個秀水系列水稻品種進行多態性分析，發現平均每對引物僅能檢測到1.69個等位基因位點，有22對引物僅檢測到1個位點，20對引物僅檢測到2個位點，表明87.5%的引物僅能檢測到2個以下位點，說明這5個品種遺傳差異較小。

樣品間差異位點數是反應品種是否為近似品種的一個重要指標［6］。根據原農業部發布的水稻品種鑒定技術規程，當樣品間差異位點數≥2，判定為不同品種。本研究中的5個水稻品種間位點差異數為4—22個，‘秀水123’和‘秀水114’之間差異位點數最少為4個，超過了2個，按照此規程判定為不同品種，但差異位點數較少，品種間親緣關系較近。

利用NTSYS-pcv 2.11軟件基于遺傳相似系數進行聚類分析發現，供試的5個水稻品種在遺傳相似系數0.74處分為兩大類，特別是‘秀水123’和‘秀水114’遺傳相似系數達0.96，也說明這5個秀水系列水稻品種親緣關系較近。

長期以來，秀水系列水稻品種一直是上海市郊主推水稻品種，生產中大面積使用單一品種，可能增加水稻大規模爆發病蟲害的風險［11］。因此，今后上海水稻育種上應進一步加強引進和利用國內外優異種質資源，同時深入發掘地方品種中的有利基因，改良關鍵農藝性狀，選育綠色、優質、高效水稻品種，滿足農業供給側結構性改革對優良品種的需求。