常熟市玉米地方品種陸市小黃糯分子標記輔助選擇的改良

張戟 錢春桃 王志豐 唐政輝 杜建軍 李瑞霞 倪維晨 畢研飛 魏斌

摘要： 與其他玉米地方品種一樣，陸市小黃糯（常熟本地傳統糯質玉米品種）個體之間遺傳組成和性狀都不盡相同，從而影響了該特色農產品的商品質量和產業化開發。采用少代選株自交+株系鑒定篩選+多代去雜繁殖技術、配合基于SSR分子標記技術的DNA指紋圖譜建立，使改良后的陸市小黃糯在特異性方面基本完好地保留了原始種質的特征特性，并提升了性狀的一致性與穩定性。

關鍵詞： 玉米地方品種;分子標記;特征特性;一致性;自交;DNA指紋圖譜

中圖分類號：S513.01? ?文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2020）05-0071-05

2019年1月12—13日“第2屆中國互聯網+農業大會暨第3屆互聯網+農業創業大賽頒獎盛典”在四川省成都市舉行，江蘇省常熟市董浜鎮的“童顏”黃金小玉米脫穎而出，榮獲2018年“互聯 網+ 農業”十大爆品之一。經過近5年作為商業概念打造的“黃金小玉米”，現已享有很高的知名度和美譽度，其實“黃金小玉米”是董浜本地傳統糯質玉米品種，它既傳承著董浜鎮陸市村村民悠久的種植習慣，也是常熟市及周邊地區民眾每年應季必食的時令珍品。在陸市村，該品種較完整地維持著原始的品種特性，該品種果穗外形小巧，色澤金黃，口感香糯，蒸煮時香味四溢。董浜農旅公司攜手專業團隊設計了科學專業的營銷方案對這一特色地方農產品進行全新包裝定位，讓這古老的小玉米品種重新煥發青春。

董浜鎮地方特色種質資源玉米在產業化開發中也遇到了現實問題：“陸市小黃糯”畢竟屬于地方農家品種，繁殖依靠天然開放式授粉，雖然經過長期的自然選擇和人工選擇，表型粗略相近，但品種群體的遺傳基礎相對復雜，個體之間遺傳組成都不盡相同，導致玉米鮮穗由于種植個體間性狀和生育進程不一致，大小、形態、鮮嫩程度不一，嚴重影響了該特色農產品的商品質量。把現有品種提純改良達到性狀一致性相對較高，對提高陸市小黃糯成品率、改善陸市小黃糯商品性、提升“童顏”黃金小玉米品牌價值、助推地方農業產業結構升級起到十分積極的作用。

1 材料與方法

1.1 材料來源與制備

2017年委托董浜鎮農業技術服務中心征集到該鎮陸市村7家農戶自留小黃糯玉米種子總計7份，編號DB1～DB7，每個原始種質材料約250 g，每個材料取50 g用于當季研究，其余置于冰柜 -18 ℃ 溫度條件下保存。

2017年4月8日播于江蘇省常熟市農業科學研究所大田，每份130株，常規管理，最早6月9日抽雄。根據小黃玉米所具有的共性特征從莖、葉、株型判斷，每份材料選擇20～30株不等的單株套袋自交，一致性差的少選。從大田種植的小群體來看，DB2和DB4的植株性狀一致性最差，單株之間生育進程、植株高度、株型長相差別明顯，特別是DB4有10%的植株表現出粗壯高大的雜交玉米后代長相，DB5相對表現較好，一致性優于其他，形態特征比較典型，但單株之間依然有較大差別，其他則有DB1和DB6尚可，但生育期2個都晚些，抽雄期推遲 5 d。收獲期再行選擇。

果穗收獲曬干后通過室內穗選，選擇47個單株（單穗）再加13個S7代自交系共60份升級加代。8月8月播種于江蘇省常熟市農業科學研究所塑料大棚，每個穗行種植24株，抽雄期根據考察結果，每穗行選擇2～3個株高、形態、抽雄期相同的單株套袋授粉，淘汰部份分離規模過大的穗行，在這些材料中編號17A43的穗行長相形態最為一致的上代就是DB5，從而也印證了對上一代的判斷，該材料無論葉姿還是株型長相和雄穗形態都具有典型性，即董浜小黃玉米形態的共性，因此對該穗行所有單穗全部在果穗吐絲前實施套袋，等雄穗開花后發現花藥卻有黃色和紅色2個類型而且紅色花藥個體生育期要比黃色的晚2 d，于是決定將2類單株分別進行混合授粉，17A43是60份選種材料中唯一用混合授粉模擬大田玉米自然開放授粉繁殖的材料。

2017年玉米完全成熟時，選擇穗行形態包括株高相對較為整齊的玉米進行編號，并取1對相同的單穗混合脫粒，這些材料分別是17A35（來自DB3）、17A40（來自DB3）、17A27（來自DB2），前面提到的17A43分2組混合收獲，另有一高代自交系17A5備用。2018年對其重新編號用于該年的試驗。

1.1.1 2018年田間鑒定試驗材料與其系譜

田間鑒定試驗材料與其系譜見表1。

1.1.2 基于SSR標記的指紋圖譜構建供試材料

指紋圖譜構建供試材料見表2。

根據入選引物在每條染色體上均勻分布的原則，最終確定bnlg2291k4、umc1545y2、bnlg161k8、umc1506k12、umc2084w2、umc1536k9、umc1335y5、umc2115k3、umc1489y3、bnlg240k1等10對引物作為鑒定糯性小玉米的鑒定引物。該10對引物可以將8份糯性小玉米品系區分開。

1.2 指紋圖譜構建過程

1.2.1 栽培鑒定試驗

3月13日于穴盤營養土中播種，每個株系2盤，每盤128穴（粒），農業科技園區人工氣候室育苗，4月上旬移栽于塑料膜大棚，為防止外來花粉侵入和株系間串粉，1個棚只移栽1個株系，種植大棚之間另有其他作物大棚阻隔，每個株系移栽225株左右（以實際統計為準），常規管理和項目記載，至抽雄期開始，每天或隔天掛牌統計新增抽雄、吐絲、散粉株數，計算百分率，以同期播種的原始農家品種作為對照，在玉米散粉結束時對6個株系的純度進行反復觀察和性狀一致性評估，自散粉后20 d開始連續5 d采摘蒸煮，組織人員（非專業）品嘗打分，按柔嫩度、氣味、糯性甜度、口感、風味、總評6項評價打分，每項10分制（總評為總體印象評價，非前面幾項的平均分）。

1.2.2 基于SSR標記的指紋圖譜構建

試驗由南京鐘鼎生物技術有限公司承接并提供試驗報告，所用引物見表3。

2 結果與分析

2.1 2018年春播栽培鑒定結果

2.1.1 各株系生育進程的一致性（以散粉期為例）

鮮食玉米食味口感與玉米果穗的灌漿程度密切相關，因此糯玉米品種特別是以雜合群體為特征的糯玉米地方品種，能夠在個體間生育進程上大體保持同步，是確保該品種商品價值適用于產業化開發的主要關鍵。試驗中原始材料散粉歷時15 d，而且散粉高峰分散峰值低，在5月27日至6月1日的 6 d 內出現67.3%的散粉株，而選育材料散粉株出現歷時都有不同程度縮短，一般都在10 d以內，其中18D2和18D5歷時最短，為8 d，而且高峰期壓縮，18D1、18D2、18D4、18D5、18D6都在6 d內出現90%以上散粉株，18D2高峰期3 d出現散粉株 76.4%、18D4高峰期3 d出現75.5%、18D5在3 d內出現76.7%的散粉株，18D2在5月27—31日5 d內的散粉株數是總群體的93.3%，18D5在5月29日至6月1日出現91.4%散粉株，這些材料個體間生育進程是比較同步協調的（圖1）。

2.1.2 各株系口感評價匯總

參試材料口感群眾打分見表4。

2.1.3 各株系簡評與選擇

18D1，2014年征集陸市小黃玉米，從2014年秋季開始每年自交2代，到2018年已是S7代，性狀穩定一致，植株高于其他材料和常規農家原種，株葉型與典型小黃玉米接近，5月31日散粉密集期，雙穗，果穗圓柱形非典型小黃玉米穗型，口感評價7分，分值與對照（來自附近農戶家，下同）相等，不推薦。

18D2，來自于2017年征集的董浜第3家農戶，自交2代，性狀基本一致，矮稈，形態與典型小黃玉米有所差別，生育期短，5月29日為散粉密集期，散粉歷程分布時間段短，至5月31日結束，生育進程和形態性狀是所有6個材料中最整齊的，單穗，果穗較粗短、呈短圓錐形，食味口感分數與對照相等，均為7分，另外它完全成熟后的果穗相比其他材料失水更快，籽粒更易失水成不透明的蠟質狀態，該材料的株型和穗型雖不具有典型性，但這種穗型在從農家收購的鮮穗中也有出現，況且其特征保持了上一代穗行（17A35）的性狀，從僅用1、2個世代自交而達到穩定來分析，該材料的原有遺傳成分受外來基因侵染最少，因此，在無法描述出數十年前小黃玉米標準形態與口感的情況下，可以推論18D2是最接近正宗小黃玉米的，且較短的生育期也更具競爭優勢。推薦隔離條件下的自然授粉繁殖、去雜提純。

18D3，苗期葉片姿態與其他及農戶種植的小黃玉米有明顯不同，抽雄后觀察該材料整齊度也最差，是最早決定淘汰的1個。

18D4，來自董浜第5家農戶，2017年上半年自交，下半年紅色花藥植株混合花粉后分配授粉，2018年花藥顏色仍有分離，抽雄期和散粉期比較分散。但植株型態和葉片姿態較為一致，雙穗，果型呈圓錐形，具典型性，蒸煮品嘗口感較好，打分高于對照，為7.8分。與來源一致的18D5比較后放棄，不推薦其作為種子繁殖。

18D5，來源同18D4，為黃色花藥植株后代，植株形態與18D4相同，田間性狀一致性、整齊度好于18D4，口感評價略好于18D4，為8分，是參試材料中口感最好的，各方面性狀與當前農戶種植的品種比較接近，推薦隔離條件下的自然授粉繁殖、去雜提純。

18D6，來源于董浜第2家農戶，表現性狀一致性差，抽雄散粉期延長分散，是個低規模分離群體，不繁殖。

2.2 DNA指紋圖譜建立

2.2.1 各測試株系DNA指紋數據

8份糯性小玉米品系DNA指紋數據見表5。

2.2.2 各測試株系間的遺傳相似系數

根據8份參試材料的DNA指紋數據（表5）及遺傳相似系數數據（表6）分析可知，8號本地紅糯小玉米與其他7份小黃糯玉米的遺傳相似系數最小，品種相似程度低;1號小黃糯玉米高代自交親本18D1與另6個小黃糯玉米選系相似系數也較小，充分說明多個世代的連續自交使該材料的遺傳成分與其原始種質相比已經改變了很多，這也給否定此自交系代替原始種源的建議提供了強有力的理論依據。

18D4和18D5上代都是17A43，所以兩者之間遺傳相似系數最高;18D2、18D5、18D6與原始種源的7號參試材料相比，遺傳相似程度較高，使用18D5或18D2作為改良提純的小黃糯玉米品種的設想應該是可行的。

2.3 2018年夏播18D2、18D5等品系再升級

2018年春種玉米收獲種子后，18D2和18D5繼續在園區試驗基地種植觀察，7月18日播種，8月2日移栽，18D2于9月4日抽雄，8日散粉，田間表現依然比較整齊一致，抽雄、散粉歷時短，但由于7、8月高溫，生育進程塊，生長量小，不能完全反映該品系性狀特點，18D5于9月10日抽雄、9月15日散粉。

18D5由常熟市秾韻果蔬專業合作社繁殖，9月13日進行田間考察，品系純度較好，700 m2繁殖田明顯差異的雜株僅幾株。

18D5作為黃金小玉米骨干品系株型體現了現有陸市小黃玉米的特征，株型平展，春播株高 175 cm，穗位高73 cm（第1穗），雙穗，平均穗長 10.9 cm，穗粗3.6 cm，禿尖長0.3 cm，每穗行數14行，每行平均28粒，單果鮮穗質量74.9 g，鮮出籽率68.3%，品嘗評分第一，高于其他品系和農戶種植的自留品種，播種到采收90 d左右（生育期長短與播種季節有關），果穗錐形。

通過2018年上半年的試驗和觀察發現，18D2和18D5這2個株系純度較2017年征集的原始種質有了極大的提高，其中18D2田間性狀的一致性最好，表現在單株形態相同無差異，株高變幅小，抽雄、開花、吐絲集中，因果穗形狀和植株形態與人們概念中的小黃玉米不同，于2019年安排小規模試種和品嘗試驗。18D5是一個具有典型特征的小黃玉米品系，它很好地繼承了市面上種植的小黃玉米的長相特征，風味口感更好，但純度遜于18D2，通過2019年下半年的去雜、模擬自然繁殖期待2020年的純度進一步提高。

3 討論與結論

一般認為糯玉米源自云南、廣西地區，是16世紀玉米引入我國后自然突變與人工選擇的結果。全麗艷認為，中國糯玉米可能存在至少2次獨立的糯性突變和人工馴化過程[1]。曾孟潛等分別從同工酶和分子標記的角度研究了糯玉米起源于我國西南地區（云南、廣西一帶）的可能性[2-4]。云南復雜的地形形成了復雜的地理氣候因素和較為封閉的環境，使品種間的基因交流較少，使一些外來品種在較長的一段時間內得以保持原有的基因[5]，因而云南省糯玉米種質資源豐富。

現階段在我國的鮮食糯玉米種植和產業化中應用的品種都是人工選育的單交種，個體間遺傳成分一致，性狀整齊，產量和品質比農家品種提升顯著，地方糯玉米種質資源的收集保護和遺傳多樣性研究均以雜種優勢利用為主、轉育自交系搭橋梁展開工作，直接種植自留農家品種特別是糯玉米農家種的情況僅見于邊遠閉塞地區，受當地生態環境條件以及當地居民的生活飲食習慣、地方品種耐旱耐瘠、易儲等因素的影響[6-7]，其品種的提純改良技術鮮見于學術報道，因此陸市小黃糯玉米品種的提純和改良可借鑒的經驗不多，本研究采用“原始種 質+ 少代選株自交+株行鑒定+多代去雜”繁殖技術和逐代遞進的技術，使品種基本完好地保留了原始種質的特征特性，在后續工作中則采用續年去雜留種，可在數百株規模的隔離群體內先于抽雄前去雜，割掉生育期早的植株和異形株，毎株第1雌穗套袋，連續套袋5 d左右后割去其他雜株、漏套吐絲株、生育期晚的單株，并確保群體整齊一致，隔1～2 d 摘掉雌穗上的隔離紙袋開放授粉，掰掉第2、第3穗，收獲第1穗種子后留少量種源作原種，重復上代去雜保純工作，其余可擴大規模常規繁殖，為大面積生產提供一致性、穩定性好的陸市小黃糯玉米種源。

參考文獻：

[1]全麗艷. 中國糯玉米蠟質基因位點受到人工選擇的分子證據[D]. 杭州：浙江大學，2007.

[2]曾孟潛，楊太興，王 璞. 勐海四路糯的親緣關系分析[J]. 遺傳學報，1981，8（1）：91-96.

[3]黃玉碧，榮廷昭. 我國糯玉米種質資源的遺傳多樣性和起源進化[J]. 作物雜志，1998（增刊）：77-80.

[4]田孟良，黃玉碧，劉永建，等. SSR標記揭示的云南省、貴州省糯玉米與普通玉米種質資源的遺傳差異[J]. 四川農業大學學報，2003，21（3）：213-216.

[5]張金渝，張建華，楊曉洪，等. 用SSR標記劃分云南糯玉米地方品種資源遺傳類群的研究[J]. 玉米科學，2007，15（1）：53-58.

[6]謝和霞，覃蘭秋，程偉東，等. 廣西玉米地方品種調查[J]. 植物遺傳資源學報，2009，10（3）：490-494.

[7]房山縣農業科學研究所. 農家品種“小八趟”的提純復壯[J]. 農業新技術，1975（1）：42-45.

收 稿日期：2019-02-13

基金項目：江蘇省常熟市科技發展計劃（編號：CN201815）。

作者簡介：張 戟（1965—），男，江蘇常熟人，高級農藝師，研究方向為作物遺傳育種。E-mail：13915613819@163.com。