基于DUS測試的江西省水稻新品種遺傳多樣性分析

摘要 江西省是我國的水稻育種和種植大省，隨著水稻育種水平的快速提高，地方品種不斷被新選育品種替代，造成大量優良基因喪失，遺傳多樣性顯著降低，遺傳基礎日益狹窄。使用水稻DUS測試指南性狀對江西省256份水稻新品種的遺傳多樣性進行分析，旨在了解江西省水稻新品種遺傳多樣性情況，為江西省水稻種質鑒定、育種利用和新品種測試提供一些參考。10個數量性狀變異系數在8.59%～21.83%；52個測試性狀的香農-維納遺傳多樣性指數在0.03～2.10，平均1.05。聚類分析顯示，材料相似系數在0.77～0.95。江西省近年選育的品種多樣性較窄，對糯稻、有色稻和香稻等特殊稻品種開發力度也不夠，各育種單位應加大品種資源收集和利用力度。

關鍵詞 水稻；DUS測試；遺傳多樣性；數量性狀

中圖分類號 S511 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2024）18-0032-05

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2024.18.008

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Genetic Diversity Analysis of New Rice Varieties from Jiangxi Province Based on DUS Testing

GAO Chong-feng1，LIU Xiao-long1，2，LUO Tao1，2 et al

（1.Jiangxi Institute of Red Soil and Germplasm Resources，Nanchang，Jiangxi 330046;2.Yujiang Sub-Center for New Plant Varieties Tests，Ministry of Agriculture and Rural Affairs，Yingtan，Jiangxi 335200）

Abstract Jiangxi Province is a major province of rice breeding and planting in China.With the rapid improvement of rice breeding level，local varieties were constantly replaced by new varieties，resulted in the loss of a large number of excellent genes and the significant reduction of genetic diversity，and the genetic basis was increasingly narrow.The genetic diversity of 256 new rice varieties in Jiangxi Province was analyzed using the DUS test guide characteristics，aiming to understand the genetic diversity of new rice varieties in Jiangxi Province and provided some references for rice germplasm identification，breeding utilization and new variety testing in Jiangxi Province.The coefficient of variation of the 10 quantitative characteristics ranged from 8.59% to 21.83%，the Shannon-Wiener genetic diversity index of the 52 tested characteristics ranged from 0.03 to 2.10，with an average of 1.05，and the cluster analysis showed that the material similarity coefficient ranged from 0.77 to 0.95. In recent years，the diversity of varieties selected and bred in Jiangxi Province was relatively narrow，and the development of special rice varieties was also insufficient，such as glutinous rice，colored rice and fragrant rice.

Key words Rice;DUS test;Genetic diversity;Quantitative characteristics

作者簡介 高崇峰（1995—），男，江西鷹潭人，助理農藝師，碩士，從事DUS測試工作。*通信作者，高級農藝師，從事DUS測試工作。

收稿日期 2023-11-02

江西省是我國的水稻育種和種植大省，每年都有大量新品種選育［1-2］。隨著育種水平逐步提高，品種更新換代速度不斷加快，地方品種逐漸被替代［3］。如果品種間的農藝表型和遺傳結構過分相近，大面積種植的農作物品種，存在較大的潛在生產風險［4］。因此，及時了解地區品種間的遺傳相似性對指導今后品種改良具有十分重要的意義。DUS測試報告是植物新品種保護、品種審定和品種登記的重要審查內容［5］，意味著市場上推廣的水稻新品種都要進行DUS測試。江西省DUS測試水稻品種的多樣性分析結果在一定程度上能反映江西省的新品種遺傳和育種水平。

DUS測試是以性狀描述為基礎［6］，UPOV技術文件中規定性狀是指可遺傳表達的能明確識別、區別和描述植物的特征或特性［7］。DUS測試指南中所選性狀大多為實際育種和生產關注度較高的表型性狀，且這些性狀在不同品種中存在普遍多態性［8］。因此，可以利用DUS測試性狀多態性分析地方水稻新品種遺傳多樣性。

鑒于此，筆者分析近年來江西省內水稻種子企事業單位或個人進行DUS測試的256份水稻品種的52個必測性狀的變異情況和遺傳多樣性指數，并對256份水稻品種進行聚類分析，以期研究江西地區水稻品種多樣性情況，為江西省水稻育種提供一些參考。

1 材料與方法

1.1 材料與種植方法

供試材料為2020—2022年江西省內水稻種子企事業單位或個人委托農業農村部植物新品種測試（余江）分中心進行DUS測試的水稻品種共256個。所有材料于2022年6月23日在江西省鷹潭市余江區播種，采取育秧單本移栽方式種植，每份材料種植1個小區，每個小區種植218株，株行間距20 cm，采取當地適宜田間管理，期間未遭受明顯病、蟲、鳥害。

1.2 數據采集指標與方法

根據國家標準《植物品種特異性（可區別性）、一致性和穩定性測試指南 水稻》（GB/T 19557.7—2022）［9］要a1244e45e625f76213afe5bf6cb36de6求，調查附錄A中表A.1列出的52個水稻基本性狀，群體目測和群體測量性狀采集1個數據，個體測量性狀采集20個數據。

1.3 數據處理方法

數據采集后錄入到Excle 2019文件中，剔除大于或小于3倍標準差的異常值數據，分別計算各性狀最大值、最小值、極差、平均值、中值、標準差和變異系數。采用Excle 2019軟件分別統計各代碼的頻率分布情況。

采用香農-維納遺傳多樣性指數（Shannon-Wiener index）［10］計算群體遺傳多樣性大小。香農-維納遺傳多樣性指數的計算公式為：

H′=-Pi×lnPi（i=1，2，3，…，n）

式中，Pi為某一性狀第i個代碼材料數量占總樣本數的百分比。

采用NTSYSpc 2.1e 軟件［11］中UPGMA方法進行聚類分析繪制聚類樹形圖。

2 結果與分析

2.1 江西省水稻新品種遺傳變異情況分析

測量性狀遺傳變異結果顯示（表1），葉舌長度范圍在0.70～2.90 cm、抽穗期范圍在58.00～100.00 d、單株穗數范圍在7.35～21.60個、莖稈直徑范圍在3.75～7.39 mm、莖稈長度范圍在48.44～99.05 cm、劍葉長度范圍在19.71～49.58 cm、劍葉寬度范圍在1.39～2.77 cm、穗長度范圍在15.03～29.67 cm、每穗粒數范圍在101.84～408.32粒、結實率范圍在34.48%～97.24%、千粒重范圍在16.88～33.52 g、谷粒長度范圍在8.58～14.09 mm、谷粒寬度范圍在2.42～4.92 mm、谷粒形狀范圍在2.00～5.33、糙米長度范圍在6.25～12.76 mm、糙米寬度范圍在1.98～4.23 mm。16個測量性狀變異系數分布在9%～22%，其中每穗粒數的變異系數最大（22%），葉舌長度和單株穗數也在20%以上，谷粒形狀為19%，穗長度和抽穗期變異系數最?。?%）。

目測性狀遺傳變異結果顯示，32個目測性狀總共記錄到187種表型代碼中的95種（表2）。葉片茸毛密度、穗芒、劍葉葉片卷曲類型和芒分布各代碼分布相對均勻外，其他性狀都主要集中在1到2個代碼，基部葉葉鞘顏色為代碼1（綠色，0.77）、生長習性為代碼1（直立，0.75）、葉片綠色程度為代碼7（深，0.55）、葉片花青甙顯色為代碼1（無，0.81）、倒二葉姿態為代碼3（半直立，0.94）、葉耳花青甙顯色為代碼1（無，0.85）、葉舌形狀為代碼3（二裂，1.00）、劍葉姿態（初期）為代碼1（直立，0.65）、芒顏色（初期）為代碼1（白色，0.78）、外穎穎尖花青甙顯色強度（初期）為代碼1（無或極弱，0.78）、柱頭顏色為代碼1（白色，0.79）、基部莖節包露為代碼1（包，0.85）、節花青甙顯色為代碼1（無，0.84）、最長芒長度為代碼1（極短，0.78），外穎茸毛密度為代碼7（密，0.98）、劍葉姿態（后期）為代碼2（直立到半直立，0.53）、穗：芒顏色（后期）為代碼1（中等黃色，1.00）、穗姿態為代碼3（輕度下彎，0.84），二次枝梗類型為代碼3（多，1.00）、分枝姿態為代碼3（半直立，0.85）、外穎穎尖花青甙顯色強度（后期）為代碼1（無或極弱，0.79）、護穎長度為代碼5（中，0.72）、外穎顏色為代碼1（淺黃色，0.99）、外穎修飾色為代碼1（無，1.00）、糙米形狀為代碼4（紡錘形，0.72）、糙米顏色為代碼2（淺棕色，0.97）、糙米香味為代碼1（無或極弱，1.00）。

2.2 江西省水稻新品種多樣性分析

2.2.1 數量性狀多樣性分析。

對數量性狀香農-維納遺傳多樣性指數進行分析，結果見表3。由表3可知，江西省水稻全部新品種10個數量性狀遺傳多樣性指數分布在0.76～1.30，平均值為1.10；劍葉長度、劍葉寬度、每穗粒數、千粒重、谷粒長度和谷粒寬度較高，在1.00以上；單株穗數、莖稈直徑、莖稈長度和穗長度較低，在1.00以下；穗長度遺傳多樣性指數最低（0.76），千粒重遺傳多樣性指數最高（1.30）?？傮w來看，江西省水稻新品種10個數量性狀香農-維納遺傳多樣性指數不高，說明遺傳多樣性不高。

對不同類型品種香農-維納遺傳多樣性指數進行對比，結果顯示常規稻遺傳多樣性指數分布在0.89～1.52，平均值為1.23；兩系雜交稻遺傳多樣性指數分布在0.63～1.29，平均值為0.98；三系雜交稻遺傳多樣性指數分布在0.61～1.22，平均值為0.93。由此可見，江西省水稻全部新品種常規稻數量性狀多樣性要高于雜交稻品種；雜交稻中兩系雜交稻相對三系雜交稻數量性狀多樣性稍高一些，但相差不大。

2.2.2 假質量性狀多樣性分析。

對假質量性狀香農-維納遺傳多樣性指數進行分析，結果見表4。由表4可知，江西省水稻全部新品種13個假質量性狀遺傳多樣性指數分布范圍在0～1.36，平均值為0.50；葉舌性狀和芒顏色（后期）遺傳多樣性指數為0；外穎顏色、外穎修飾色和糙米顏色遺傳多樣性指數較小，小于0.50；葉鞘顏色、芒顏色（初期）、劍葉卷曲類型、柱頭顏色、穗姿態、抽出度和糙米形狀的遺傳多樣性指數在0.50～1.00，芒分布遺傳多樣性指數最大（1.36）。江西省水稻新品種的假質量性狀香農-維納多樣性指數普遍較低，由此可見假質量性狀多樣性較低。

對不同類型品種香農-維納遺傳多樣性指數進行對比，結果顯示常規稻遺傳多樣性指數分布范圍在0～0.95，平均值為0.45；兩系雜交稻遺傳多樣性指數分布范圍在0～1.56，平均值為0.46；三系雜交稻遺傳多樣性指數分布范圍在0～1.25，平均值為0.45。總體來看，江西省水稻新品種不同品種類型的假質量性狀多樣性差異不大。

2.2.3 質量性狀多樣性分析。

對質量性狀香農-維納遺傳多樣性指數進行分析結果見表5。由表5可知，江西省水稻全部新品種5個質量性狀遺傳多樣性指數分布在0.42～0.68，平均值為0.49；芒有無的遺傳多樣性指數較高（0.68），葉耳花青甙顯色和基部莖節包露均較低（0.42）。由此可見，江西省水稻新品種的質量性狀多樣性不高。

對不同類型品種香農-維納遺傳多樣性指數進行對比，結果顯示常規稻遺傳多樣性指數分布在0.31～0.69，平均值為0.56；兩系雜交稻遺傳多樣性指數分布在0.28～0.59，平均值為0.42；三系雜交稻遺傳多樣性指數分布在0.08～0.64，平均值為0.37?？傮w來看，江西省水稻新品種常規稻的質量性狀多樣性要高于雜交稻；雜交稻中兩系雜交稻相對三系雜交稻質量性狀多樣性稍高一些，但相差不大。

2.3 江西省水稻新品種表型數據聚類分析

由圖1可知，所有材料相似系數為0.77～0.95，不同類型材料之間的相似系數都在0.81以上。在相似系數0.81處，可以將所有品種分為4種類型，類型 Ⅰ 主要為無花青甙顯色的品種，類型 Ⅱ 為有花青甙顯色的晚稻品種，類型Ⅲ為有花青甙顯色的早稻品種，類型Ⅳ單獨一個品種（柱頭無花青甙顯色，但其他性狀有顯色）。類型 Ⅰ 可以分為兩組，類型 Ⅰ-1 和類型 Ⅰ-2。類型 Ⅰ-1由一組63個晚稻品種與另一組38個早稻品種、4個晚稻品種組成；類型 Ⅰ-2包括7個晚稻品種，1個早稻品種。由此可見，花青甙顯色和抽穗期是聚類的首選性狀；江西省新品種存在一定的變異，但變異比較狹窄。

3 討論與結論

3.1 討論

表型性狀變異系數和遺傳多樣性指數分析發現，大多數測量性狀變異系數在15%以下，每穗粒數、葉舌長度、單株穗數和谷粒形狀的變異系數較高。測量性狀遺傳多樣性指數較高，目測性狀遺傳多樣性指數相對較低，但葉片茸毛密度和芒分布遺傳多樣性指數較高。性狀變異系數或遺傳多樣性指數較高說明育種過程中這些性狀的品種資源多樣性豐富［12］，原因之一可能是育種家對于“葉舌長度”這類性狀關注度不高，另一個原因可能是市場對于例如谷粒形狀這類性狀需求多樣。

數量性狀聚類分析發現以花青甙顯色、抽穗期和芒作為分類首選性狀，證明葉耳花青甙顯色和抽穗期作為DUS測試指南中的分組性狀很合理。趙洪等［13-15］等分別基于DUS測試性狀對上海鮮食玉米、西南地區春大豆和絲瓜種質資源進行遺傳多樣性分析，篩選出優質品種資源并對相應指南提出修改意見。利用DUS測試指南中的52個性狀分析水稻遺傳多樣性切實可行，但在使用過程中有必要對一些相關性較高或多態性較差的性狀進行精簡。

3.2 結論

通過江西省水稻新品種表型遺傳多樣性的分析發現，江西省DUS測試水稻新品種測量性狀遺傳多樣性指數較高，目測性狀遺傳多樣性指數較低，每穗粒數、葉舌長度、單株穗數、谷粒形狀、葉片茸毛密度和芒分布等性狀多樣性較好；聚類分析相似系數為0.77～0.95，花青甙顯色和抽穗期是聚類到首選類型。江西省近年選育的品種多樣性豐富度不高，需要引起重視；另外，對糯稻、有色稻和香稻等特殊稻品種開發力度也不夠，各育種單位應加大品種資源收集和利用力度。

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