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A study on genetic diversity of reproductive characters in Elymus nutans germplasm resources

垂穗披碱草种质资源繁殖相关特性遗传多样性研究



全 文 :书垂穗披碱草种质资源繁殖相关
特性遗传多样性研究
张妙青,王彦荣,张吉宇,刘志鹏,张磊,聂斌,周晶
(兰州大学草地农业科技学院,甘肃 兰州730020)
摘要:对采自甘肃、青海以及四川等地的50个垂穗披碱草居群的穗长、穗宽、每穗小穗数、种长、芒长和千粒重等6
个与其繁殖相关的性状进行了遗传多样性研究。Shannonweaver指数分析显示,50个居群在形态性状上具有丰富
的遗传多样性(犎′=1.873)。遗传多样性主要集中在居群内部(63.8%),居群间存在一定的遗传变异(36.2%)。
各性状间的遗传变异具有不均衡性,穗宽变异较大(犆犞=0.3472),种长变异最小(犆犞=0.1184)。聚类分析表明,
50个居群可分为3组;相关分析结果表明,海拔、经度、纬度、年均温和年均降水量对垂穗披碱草的繁殖性状变异有
不同程度的影响,其中海拔和年均温对穗长和每穗小穗数影响极显著(犘<0.01)。此外,提出了垂穗披碱草的利用
和保护建议。
关键词:垂穗披碱草;居群;繁殖性状;变异;遗传多样性
中图分类号:Q948.1;S543+.902.4  文献标识码:A  文章编号:10045759(2011)03018210
   垂穗披碱草(犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊)是禾本科(Gramineae)小麦族(Triticeae)披碱草属(犈犾狔犿狌狊)的多年生根茎疏
丛型优质牧草,其抗寒能力强、粗蛋白含量高且适口性好[1,2],我国西藏以及西北、华北等地区均有野生分布,是
草原和草甸的重要组成部分。目前,我国西北高寒、湿润地区,垂穗披碱草栽培较多,主要用于建植人工草地和
放牧草地。垂穗披碱草还具有优质、高产、抗病、抗虫、抗旱、耐盐碱等优异基因,作为麦类作物的野生近缘种遗传
资源,对于丰富麦类作物遗传多样性的基因资源库具有重要的经济利用价值[3]。
物种的遗传多样性越高,就越容易适应其环境的变化[4]。植物因环境的影响也会发生变异,变异的大小由植
物本身的特性和外界干预的强度决定[5]。这对了解植物的进化过程、引种驯化和基因保存都具有重要的指导意
义。因此,开展垂穗披碱草遗传多样性的研究对这种优良牧草种质资源的保护和利用非常有意义。近年来,国内
外对披碱草的研究多集中在栽培品种的栽培技术、生产、产量、品质及放牧利用等方面[68],关于种质资源遗传多
样性的研究报道较少。Jensen等[9,10]及Park和 Walton[11]通过对披碱草属某些种形态学和细胞学的研究,发现
了新的种———犈犾狔犿狌狊犺狅犳犳犿犪狀狀,探讨了种与种之间的关系及加拿大披碱草(犈犾狔犿狌狊犮犪狀犪犱犲狀狊犻狊)组织培养的植
株与其自交后代的形态学和细胞学特征。袁庆华等[12]以叶色、株高、叶长等13个田间农业生物学性状为考察指
标,分析了13份野生披碱草和21个野生老芒麦(犈犾狔犿狌狊狊犻犫犻狉犻犮狌狊)居群间的生物多样性,说明了披碱草和老芒
麦的野生居群农业生物学性状受遗传和空间距离的共同影响。严学兵等[13]通过对披碱草属不同居群形态学的
研究,发现披碱草具有丰富的多样性,且相似地域条件的垂穗披碱草居群的亲缘关系相近。此后,严学兵等[14]用
微卫星标记法对披碱草属植物的遗传分化的地理因素进行了研究分析,结果表明,地理位置和海拔是影响垂穗披
碱草遗传差异的主要因素。陈智华等[15]对采自中国四川、西藏、甘肃、青海、新疆的68份垂穗披碱草进行了相关
序列扩增多态性(sequencerelatedamplifiedpolymorphism,SRAP)研究,证实了垂穗披碱草具有较丰富的遗传
多样性及其聚类与生态地理环境相关。严学兵等[16]通过形态学、等位酶和微卫星3种遗传标记对我国的9种披
碱草属植物进行了亲缘关系的分析,结果表明,对遗传多样性丰富的披碱草属植物,不同标记显示的亲缘关系有
较大差异。
182-191
2011年6月
   草 业 学 报   
   ACTAPRATACULTURAESINICA   
第20卷 第3期
Vol.20,No.3
 收稿日期:20100329;改回日期:20100511
基金项目:国家“973”课题(2007CB108904),兰州大学中央高校基本科研费专项基金(lzujbky2009108,lzujbky20094)和“十一五”国家科技
支撑计划子课题(2008BADB3B034)资助。
作者简介:张妙青(1984),女,陕西岐山人,在读硕士。Email:plantseed@yeah.net
通讯作者。Email:yrwang@lzu.edu.cn
遗传标记是种质资源的收集整理、鉴定评价和保存利用等的重要手段,其中最基本、最常用的是形态标记。
本研究对采自甘肃、青海以及四川等地的50个垂穗披碱草居群的繁殖相关的性状遗传多样性进行分析,旨在为
垂穗披碱草种质资源的深入研究和进一步选育利用及其种质资源保护等提供依据。
1 材料与方法
1.1 供试材料及采集方法
研究材料是兰州大学草地农业科技学院、农业部牧草与草坪草种子质量检验测试中心(兰州)于2007年对甘
肃、青海及四川省不同地区的考察采集。为研究居群内个体(individual)和居群(population)间的遗传差异,在每
个采集地首先用GPS定位,记录经纬度、海拔,观测采集地点的小环境,描述生境,每个采集地一个居群号,严格
按照居群采样法[17]采集了50个居群的垂穗披碱草。各居群的地理位置和生境概况见表1。
1.2 繁殖性状的测量方法
将采集的垂穗披碱草带回实验室,测量与繁殖相关的穗长、穗宽、每穗小穗数、种长、芒长和千粒重等性状指
标。穗长、穗宽、种长和芒长用直尺测量,其中种长、芒长是从居群中随机取10株单穗,从每穗中部取2粒种子进
行测量,各20个重复;穗长度和花序宽度各5个重复;千粒重用分析天平测量,每个居群随机取50粒种子为一
组,取4组重复,测量其质量并计算其千粒重。
1.3 统计分析
采用Excel2007和SPSS15.0软件统计各性状在居群内和居群间总的平均数、标准差、最大值、最小值、极
差、变异系数和多样性指数(Shannonweaver),并进行聚类分析和相关分析。多样性指数的计算公式为:犎′=
-∑犘犻ln犘犻,式中,犘犻为某性状第犻居群内材料份数占总份数的百分比。划级方法:先计算参试材料总体平均数
(犡)和标准差(δ),然后划分为10级,从第1级[犡犻<(犡-2δ)]到第10级[犡犻>(犡+2δ)],每0.5δ为1级。每级
的相对频率用于计算多样性指数[18]。聚类分析的数据基础是每个居群中6个性状测量的平均值。
2 结果与分析
2.1 垂穗披碱草居群多样性指数分析
各居群的穗长、穗宽、每穗小穗数、种长、芒长和千粒重6个性状测量结果的平均值分布状况见图1。50个居
群中居群001、012、015、016、017、018、033、036为栽培种群,其余的42个居群为野生种群。各居群间6个性状均
存在变异,栽培种群较野生种群除穗长(栽培居群10.1~13.8cm,野生居群1.0~21.1cm)和芒长(栽培居群
12.5~143.8mm,野生居群8.8~17.7mm)外,其他性状没有表现出明显的整齐性。各居群穗长最大为22.00
cm,最小为4.10cm;穗宽从2.00mm到12.00mm;每穗小穗数最多为54个,最少为14个;种长范围是6.00~
12.00mm;芒长范围是5~23mm;种子千粒重最大值为5.00g,最小值为2.30g。
对各居群6个形态性状指标总平均值、标准差、最大值、最小值、极差、变异系数和多样性指数(表2),50个居
群内的多样性指数(表3)进行统计分析,结果表明,每个居群内各个性状的平均值、标准差、最大值、最小值、极
差、变异系数和遗传多样性指数均存在较大的变异。以犎′的变幅为例,穗长为0~1.83,穗宽为0~1.39,每穗小
穗数为0~1.89,千粒重为0.69~1.39,种长为0.50~1.51,芒长为1.21~2.04。犎′的变幅由大到小为每穗小
穗数>穗长>穗宽>种长>芒长>千粒重。
从总体来看,居群总的犎′为1.8733(表2),居群内平均犎′为1.1953(表3),则居群间的犎′为0.6780。因
此,采自甘肃、青海和四川等地的50个垂穗披碱草居群的遗传多样性主要集中在居群内部(63.8%),居群间的遗
传变异较小(36.2%)。001(犎′为1.4383)、011(犎′为1.4083)、018(犎′为1.455)居群遗传多样性水平较高,
005(犎′为0.9867)、012(犎′为0.6883)、017(犎′为0.9300)、038(犎′为0.9733)居群的遗传多样性水平相对较
低(表3)。
2.2 遗传变异在各性状的不均衡性
从50个垂穗披碱草居群各性状的变异系数(犆犞)来看,各性状之间均存在着较大的差异(表2),依次为穗宽
(0.3472)>穗长(0.2477)>千粒重(0.2050)>每穗小穗数(0.1952)>芒长(0.1518)>种长(0.1184)。结果
表明,垂穗披碱草居群穗宽遗传变异最大,其次为穗长,变异最小的为种长。
381第20卷第3期 草业学报2011年
表1 50个垂穗披碱草居群的地理位置和生境状况
犜犪犫犾犲1 犔狅犮犪狋犻狅狀狊犪狀犱狋犺犲犺犪犫犻狋犪狋犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳50犈.狀狌狋犪狀狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
编号
Identity
采样地点
Location
海拔
Altitude
(m)
经度
Latitude
纬度
Longitude
年均温
Meanannual
temperature
(℃)
年均降水
Annual
precipitation
(mm)
生境
Habitat
001 甘肃夏河县阿木去乎镇Amuquhu,Xiahe 3094 102°37.927′ 34°47.013′ 2.6 516 披碱草型草地Grasslandof犈.狀狌狋犪狀狊
002 甘肃合作市那吾乡Nawu,Hezuo 3111 102°56.951′ 34°52.600′ 1.6 340 农田埂边Ridgeoffarmland
003 合作市那吾乡Nawu,Hezuo 3228 103°01.041′ 34°50.508′ 1.6 340 河边灌丛Shrubofriverside
004 合作市那吾乡Nawu,Hezuo 3000 102°55.376′ 35°02.125′ 1.6 340 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
005 合作市卡加曼乡Kajiaman,Hezuo 2923 102°50.933′ 35°08.084′ 2.8 510 沙石地Dene
006 合作市那吾乡Nawu,Hezuo 3158 102°50.273′ 34°54.425′ 1.6 340 沙石地Dene
007 夏河县博拉乡Bola,Xiahe 2977 102°50.200′ 34°50.761′ 2.0 520 高山灌丛Shrubofmountain
008 夏河县桑科乡Sangke,Xiahe 3000 98°23.140′ 34°23.769′ 2.0 520 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
009 夏河县达麦乡Damai,Xiahe 2764 102°40.484′ 35°12.796′ 2.0 520 阳坡沙石地Deneofsunny
010 夏河县甘加乡Ganjia,Xiahe 3264 102°31.179′ 35°15.451′ 2.0 520 阳坡草地Rangelandofsunnyslope
011 夏河县甘加乡Ganjia,Xiahe 3194 102°30.486′ 35°16.696′ 2.0 520 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
012 夏河县甘加乡Ganjia,Xiahe 3066 102°29.629′ 35°19.285′ 2.0 520 宽谷人工草地Grasslandindale
013 夏河县科才乡Kecai,Xiahe 3515 102°08.092′ 34°51.377′ 2.0 520 宽谷湿地 Marshindale
014 夏河县阿木去乎镇Amuquhu,Xiahe 3017 102°41.800′ 34°48.762′ 2.0 520 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
015 碌曲县西仓乡Xicang,Luqu 3150 102°33.044′ 34°33.803′ 2.0 680 峡谷人工草地Grasslandinvaley
016 碌曲县西仓乡Xicang,Luqu 3030 102°39.810′ 34°30.254′ 2.0 680 林间草地Grasslandinwoods
017 碌曲县拉仁关乡则岔沟
ZechagouofLaren,Luqu
3050 102°41.475′ 34°24.566′ 2.0 680 山前草地
Grasslandinfrontofmountain
018 碌曲县尕秀乡Gaxiu,Luqu 3307 102°24.784′ 34°32.435′ 2.0 680 阳坡草地Grasslandofsunnyslope
019 碌曲县郎木寺镇Langmusi,Luqu 3322 102°38.570′ 34°06.125′ 2.0 680 阳坡草地Rangelandofsunnyslope
020 碌曲县尕海自然保护区Gahai,Luqu 3490 102°20.108′ 34°14.802′ 2.0 680 宽谷草地Rangelandindale
021 碌曲县尕秀乡Gaxiu,Luqu 3494 102°18.049′ 34°22.897′ 2.0 680 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
022 碌曲县尕海乡贡巴村GongbaofGahai,Luqu3485 102°31.581′ 34°11.033′ 2.0 680 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
023 迭部县江岔乡Jiangcha,Yibu 3153 102°43.452′ 34°06.211′ 6.7 500~700 披碱草型灌丛Shrubof犈.狀狌狋犪狀狊
024 临潭县城关乡Chengguan,Lintan 2915 103°20.007′ 34°42.236′ 3.2 383~668 农田埂边斜坡Slopeinridgeoffarmland
025 临潭县长川乡Changchuan,Lintan 2820 103°24.865′34°39.302′ 3.2 383~668 农田埂边Ridgeoffarmland
026 临潭县羊永乡Yangyong,Lintan 2785 103°29.884′34°38.168′ 3.2 383~668 农田埂边Ridgeoffarmland
027 若尔盖县红星乡 Hongxing,Ruoergai 3217 102°43.491′34°03.523′ 0.7 660 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
028 若尔盖县红星乡 Hongxing,Ruoergai 3173 102°45.208′34°05.767′ 3.4 680 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
029 若尔盖县红星乡 Hongxing,Ruoergai 3284 102°34.137′34°09.141′ 1.0 660 宽谷天然草地Rangelangindale
030 玛曲县拉乌乡Lawu,Maqu 3864 102°09.938′33°04.166′ 0.4 660 阳坡草地Rangelandofsunnyslope
031 玛曲忠曲金矿处Zhongqugoldjmine 3710 102°08.810′34°04.653′ 1.1 616 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
032 玛曲县尼玛乡Nima,Luqu 3671 102°06.002′34°04.225′ 1.1 616 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
033 玛曲县草原站GrassstationofMaqu 3518 102°04.262′34°00.382′ 1.1 616 披碱草型草地Grasslandof犈.狀狌狋犪狀狊
034 玛曲县城东EastofMaqucounty 3475 102°06.691 33°59.999 1.1 616 披碱草型草地Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
035 玛曲县欧拉乡Oula,Maqu 3518 101°56.335′33°53.652′ 1.1 616 宽谷平滩草地Rangelandindale
036 玛曲县马场 Machang,Maqu 3432 101°56.469′33°53.700′ 2.0 680 宽谷人工草地Grasslandindale
037 青海省海北州西海镇XihaiofHaibei,Qinghai3272 100°33.990′37°08.500′ -0.3 280 草原Rangeland
481 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.3
 续表1 Continued
编号
Identity
采样地点
Location
海拔
Altitude
(m)
经度
Latitude
纬度
Longitude
年均温
Meanannual
temperature
(℃)
年均降水
Annual
precipitation
(mm)
生境
Habitat
038 青海省海北州种羊场Zhongyangchang,Haibei 3320 100°12.919′ 37°18.707′ -0.6 360~370 草原Rangeland
039 青海省刚察泉吉乡QuanjiofGangcha,Qinghai 3159 100°12.894′ 37°18.273′ -0.6 370 湖滩荒漠Sandanddesertification
040 青海省青海湖鸟岛BirdislandofQinghailake 3195 99°45.203′ 37°09.360′ 4.0 337 低山草地Rangelandoflowmountain
041 青海省铁卜加草改站Tiepujiagrassstation 3253 99°31.705′ 37°03.204′ 3.4 312 垂穗披碱草草原
Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
042 青海省铁卜加草改站Tiepujiagrassstation 3253 99°31.901′ 37°03.204′ 3.4 312 垂穗披碱草草原
Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
043 青海省铁卜加牧场路边RoadsideofTiepujia
pasture
3248 99°32.139′ 37°03.364′ 3.4 312 垂穗披碱草草原
Rangelandof犈.狀狌狋犪狀狊
044 青海省共和甲乙乡牧场 Gonghejiayipasture 3195 100°51.331′ 36°27.262′ 3.4 312 草原Rangeland
045 青海省共和甲乙乡路边RoadsideofGonghejiayi3195 100°51.331′ 36°26.978′ 3.4 312 草原Rangeland
046 青海省同德牧草繁殖场Tongdegrassbreedfield3289 100°39.270′ 35°11.330′ 1.2 371 草原Rangeland
047 青海省刚察三角城Gangchatriangletown 3301 100°08.54′ 37°19.240′ -0.6 360 草原Rangeland
048 青海省西宁山上 MountaininXining,Qinghai 2375 101°31.000′ 36°59.000′ 5.6 371 高山草地Rangelandofmountian
049 甘肃卓尼县多巴乡DuobaofZhuoni,Gansu 2536 103°31.526′ 34°34.039′ 6.2 520 河边农田Farmlandofriverside
050 甘肃卓尼县阿子滩乡AzihetanofZhuoni,Gansu2847 103°17.515′ 34°42.872′ 6.2 520 农田埂边Ridgeoffarmland
 表示采集材料为地方品种,其余则为野生资源。
 showsthematerialsarelocalspecies,othersarewildnessspecies.
表2 垂穗披碱草居群6个性状的变异及多样性指数
犜犪犫犾犲2 犞犪狉犻犪狋犻狅狀犪狀犱犵犲狀犲狋犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓犻狀6犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳犈.狀狌狋犪狀狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
性状
Character
穗长
Earlength(cm)
穗宽
Earwidth(mm)
每穗小穗数
Spikeletnumberperear
种长
Seedlength(mm)
芒长
Awnlength(mm)
千粒重
Thousandseedweight(g)
平均值 Mean 11.50 5.40 32.00 7.90 12.90 3.47
标准差SD 2.84 1.89 6.28 0.93 1.95 0.71
最小值 Minimum 4.10 2.00 14.00 6.00 5.00 2.30
最大值 Maximum 22.00 12.00 54.00 12.00 23.00 5.00
极差Range 17.90 10.00 40.00 6.00 18.00 2.70
变异系数犆犞(%) 24.77 34.72 19.52 11.84 15.18 20.50
多样性指数犎′ 1.67 1.87 1.94 1.86 2.05 1.85
1.8733
 注:为居群总的遗传多样性指数。
 Note:犎′withisthetotalgeneticdiversityindexof犈.狀狌狋犪狀狊populations.
2.3 垂穗披碱草种子产量构成因素的聚类分析
对垂穗披碱草6个性状进行聚类分析,结果表明,50个垂穗披碱草居群可以分为具有各自明显特征的3组
(图2)。第1组为居群009,这类材料表现为穗较长(穗长平均为12.7cm,穗宽平均为5.90mm),每穗小穗数多
(平均为53),种子长平均为8.90mm,芒长平均为13.90mm,千粒重较高,平均为3.575g,种子生产力高;第2
组为居群015、023、024、026、049、050,这类材料表现为穗较大(穗长平均为17.3cm,穗宽平均为7.55mm),每穗小
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图1 垂穗披碱草居群6个性状测量的平均值分布状态
犉犻犵.1 犜犺犲犱犻狊狋狉犻犫狌狋犻狅狀狆犪狋狋犲狉狀犻狀6犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳犈.狀狌狋犪狀狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
穗数较多(平均为42.17),种子较长(平均为8.45mm),芒短(平均为11.02mm),千粒重高(平均为3.76g),种
子生产力较高;其余的共43个居群为第3组的材料,这类材料表现为穗短小(穗长平均为10.42cm,穗宽平均为
5.07mm),每穗小穗数少(平均为30.20),种子短小(平均为7.82mm)而芒较长(平均为13.12mm),种子千粒
重小(平均为3.42),整体表现为种子生产力一般。可见,第1组和第2组材料表现出穗较大、每穗小穗数较多、
种子千粒重较高的特点,尤其是第一组材料009居群经过聚类分析从50个居群中脱颖而出,表现出每穗小穗数
多、种子长、芒长和千粒重较高的特点。
2.4 各性状与生态因子间的相关分析
通过各形状与地理生态因子的相关分析(表4),可以看出,垂穗披碱草各性状随环境变化的变异趋势。与海
拔的相关分析指出,穗长和每穗小穗数与海拔呈极显著的负相关(狉分别为-0.521和-0.523),即在其自然分布
区内随海拔的升高,这些性状指标有减小的趋势。芒长与海拔呈显著的正相关(狉=0.314),即芒长在自然分布区
681 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.3
内随海拔的升高有增大的趋势;与经度的相关分析表明,穗宽和千粒重与海拔呈极显著的正相关,穗长和种长与
海拔呈显著的正相关,即在自然分布区内随经度的增大,这些性状指标有增大的趋势;与纬度的相关分析可以看
出,穗宽和千粒重与纬度呈极显著或显著的负相关,即随着纬度的增加,这些形状指标有减小的趋势;与年均温的
相关分析表明,穗长和每穗小穗数与年均温呈极显著或显著的正相关,即随着年均温的增大,这些性状指标有增
大的趋势;与年均降水的相关分析指出,穗宽与年均降水量呈极显著的正相关关系,则随着年均降水量的增加,垂
穗披碱草穗宽有增大的趋势。
总之,海拔、经度、纬度、年均温和年均降水量对垂穗披碱草的形态性状变异均有贡献,其中海拔和经度贡献
较大,而年均降水量对此影响相对较小。
表3 垂穗披碱草各居群内6个性状遗传多样性指数
犜犪犫犾犲3 犌犲狀犲狋犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔犻狀犱犲狓犻狀6犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳犈.狀狌狋犪狀狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
编号
Identity
穗长
Earlength
穗宽
Earwidth
每穗小穗数
Spikeletnumberperear
千粒重
ThousandseedweightSeeds
种长
Seedlength
芒长
Awnlength
平均值
Mean
001 1.55 1.28 1.24 1.39 1.48 1.69 1.4383
002 1.33 1.05 1.39 1.39 1.31 1.80 1.3783
003 0.95 0.56 1.10 1.04 0.79 2.01 1.0750
004 1.61 1.04 1.56 1.39 0.69 2.04 1.3883
005 0.69 0.69 0.69 1.04 1.16 1.65 0.9867
006 1.33 1.05 1.39 1.39 1.35 1.85 1.3933
007 1.10 0 1.10 1.39 1.23 1.82 1.1067
008 1.10 0.67 1.10 1.04 1.22 1.78 1.1517
009 1.33 0.96 0.69 1.04 1.03 1.88 1.1550
010 1.56 1.28 1.33 1.04 1.26 1.75 1.3700
011 1.56 1.28 1.33 1.04 1.37 1.87 1.4083
012 0 0 0 1.04 1.26 1.83 0.6883
013 1.39 1.04 1.04 1.04 1.05 1.88 1.2400
014 1.39 0.67 1.04 1.39 1.21 1.42 1.1867
015 0.69 0 1.10 1.39 1.16 1.82 1.0267
016 0.95 0.67 0.95 1.39 1.07 1.99 1.1700
017 1.10 0 0 1.39 1.17 1.92 0.9300
018 1.55 1.28 1.79 1.39 1.14 1.58 1.4550
019 1.10 0.64 1.10 1.39 1.09 1.99 1.2183
020 1.56 1.33 0.69 1.39 0.73 1.85 1.2583
021 1.56 1.15 1.10 1.39 0.85 1.96 1.3350
022 1.04 1.39 1.33 1.39 1.26 1.69 1.3500
023 0.69 0 1.10 1.39 1.30 1.96 1.0733
024 1.10 1.10 1.10 1.04 0.86 1.68 1.1467
025 1.39 1.39 0.69 1.04 1.26 1.80 1.2617
026 1.39 1.39 0.69 1.04 1.09 1.92 1.2533
027 1.24 1.01 1.39 1.04 1.11 1.85 1.2733
028 1.01 1.24 0.64 1.39 1.19 1.86 1.2217
029 1.01 1.24 0.64 1.04 1.07 1.85 1.1417
030 1.39 0.56 1.10 1.39 0.93 1.88 1.2083
031 1.15 1.04 1.56 1.39 0.85 1.85 1.3067
781第20卷第3期 草业学报2011年
 续表3 Continued
编号
Identity
穗长
Earlength
穗宽
Earwidth
每穗小穗数
Spikeletnumberperear
千粒重
ThousandseedweightSeeds
种长
Seedlength
芒长
Awnlength
平均值
Mean
032 1.15 1.04 1.56 1.04 1.00 1.57 1.2267
033 1.24 1.24 1.33 1.39 0.94 1.94 1.3467
034 1.56 1.01 0.95 1.39 1.51 1.97 1.3983
035 0.95 1.10 1.33 1.04 1.36 1.86 1.2733
036 1.10 1.10 0.69 1.04 1.17 1.99 1.1817
037 1.50 0 1.70 1.04 0.69 1.96 1.1483
038 1.83 0 0.90 0.69 1.21 1.21 0.9733
039 1.61 0 0.94 1.39 0.93 1.85 1.1200
040 1.50 0 1.89 1.04 1.00 1.80 1.2050
041 1.70 0 1.70 1.04 0.82 1.82 1.1800
042 1.09 0 1.47 1.39 0.86 1.79 1.1000
043 1.22 0 1.50 1.04 0.50 1.88 1.0233
044 1.61 0 1.22 1.04 0.50 1.89 1.0433
045 1.61 0 1.70 1.04 0.86 1.80 1.1683
046 1.61 0 1.47 1.04 0.86 1.80 1.1300
047 1.83 0 1.70 1.39 0.98 1.76 1.2767
048 1.70 0 1.50 1.39 0.69 1.87 1.1917
049 0.64 0.64 1.10 1.39 1.37 1.73 1.1450
050 0.64 0.64 1.10 1.04 1.08 1.73 1.0383
1.1953
 注:为居群内平均遗传多样性指数。
 Note:H'withisthemeangeneticdiversityindexamongthepopulationsof犈.狀狌狋犪狀狊.
表4 各性状与地理生态因子的相关分析
犜犪犫犾犲4 犆狅狉狉犲犾犪狋犻狅狀犪狀犪犾狔狊犻狊犫犲狋狑犲犲狀犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊,犵犲狅犵狉犪狆犺犻犮犪犾犪狀犱犲犮狅犾狅犵犻犮犪犾犳犪犮狋狅狉狊
性状Character 海拔Altitude经度Longitude纬度Latitude年均温 Meanannualtemperature 年均降水Annualprecipitation
穗长Earlength -0.521 0.316 -0.193 0.537 0.171
穗宽Earwidth 0.136 0.417 -0.718 0.105 0.602
每穗小穗数Spikeletnumberperear -0.523 0.248 -0.059 0.483 -0.005
种长Seedlength -0.253 0.295 -0.213 0.062 0.242
芒长Awnlength 0.314 -0.077 -0.087 -0.206 0.133
千粒重Thousandseedweight -0.191 0.392 -0.292 0.043 0.051
 注:显著相关(犘<0.05);极显著相关(犘<0.01)。
 Note:meansignificantcorrelation(犘<0.05);meanhighlysignificantcorrelation(犘<0.01).
3 讨论
对50个垂穗披碱草居群的6个繁殖性状的遗传多样性分析表明,垂穗披碱草居群存在丰富的遗传多样性,
居群总的遗传多样性指数犎′为1.873,且各性状呈多样性分布的不均衡性。8个栽培种群各居群多样性水平层
次不一,与野生资源的遗传多样性没有明显的差异。对居群的实地考察发现,多样性水平较高的居群多生长于环
境良好、生境破环较小的地方,而多样性指数较低的居群,生长地人畜活动频繁,生境破坏较严重,居群整体生长
较差。可见,植物的遗传变异除了与植物本身的特性有关外,更与外界环境干预的强度有关。栽培居群的穗宽、
881 ACTAPRATACULTURAESINICA(2011) Vol.20,No.3
图2 50个居群6个性状的聚类分析结果
犉犻犵.2 犆犾狌狊狋犲狉犪狀犪犾狔狊犻狊狅犳狋犺犲6犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊狅犳50犈.狀狌狋犪狀狊狆狅狆狌犾犪狋犻狅狀狊
每穗小穗数、种长以及千粒重等性状较野生居群没有表现出明显的齐性,其原因有待进一步探讨。
禾本科牧草穗长、穗宽、每穗小穗数、种长、芒长和千粒重6个性状都与种子产量和质量相关。在种子生产
中,各个产量构成因子是可变的,气候和生产条件改变着各种子产量构成因子,从而改变了种子产量[19]。采用聚
类分析方法对不同种质材料的遗传差异进行研究,能体现不同居群的遗传变异,较好地反映种质材料之间的亲缘
关系[20]。因此,可以根据对居群的聚类分析结果,在杂交育种过程中有目的的进行种质资源的优化组合,通过不
断的选育而培育出适合不同用途的优良品种[12]。对垂穗披碱草50个居群每穗小穗数等6个性状的聚类分析表
明,可将50个垂穗披碱草居群分为3组,第1组材料009和第2组材料015、023、024、026、049、050居群,表现出
穗较大、每穗小穗数较多、种子千粒重较高的特点,这与其相关分析结果相符。作为垂穗披碱草种子产量的重点
研究材料,可以从这些居群中选育出适合一定环境条件的优良牧草品种进行种子生产或以其为原材料对现有品
981第20卷第3期 草业学报2011年
种种子生产力进行改良,同时,也可以为提高其他地区垂穗披碱草种质资源以及小麦族的粮食作物生产提供优良
的遗传基因。此外,聚类分析结果显示供试垂穗披碱草居群有一定的地域性分布,地理来源相同或相近的种质趋
向于聚在一类,这与鄢家俊等[21]基于SRAP标记对青藏高原老芒麦进行的遗传多样性研究结果一致。
植物种群的繁育系统、生境以及地理因子等对物种的遗传分化都有很大影响。有研究指出,自花授粉植物
51%的遗传变异存在于居群间,而异交风媒植物只有9.9%[22]。土壤因子与植物的表型性状的变异密切相
关[23],而海拔差异会限制居群间的基因流[24],从而使不同海拔居群间的遗传变异相对较大。对垂穗披碱草50个
居群遗传结构的分析表明,该地区垂穗披碱草的遗传多样性主要集中在居群内部(63.8%),居群间的遗传变异较
小(36.2%)。可见,垂穗披碱草不是严格的自花授粉植物,其大量的遗传变异可能是被保存在杂合子的隐性基因
里,通过居群内的遗传重组而被释放和表达出来的[25],从而造成了垂穗披碱草居群内个体间保持着较丰富的遗
传多样性。本研究所用垂穗披碱草来自黑钙土、栗钙土和少量沙石土等土壤类型,土壤生境差异较小,且采集地
海拔范围(2375~3864m)有限,居群间有可能保持着一定的基因流,从而造成垂穗披碱草居群间差异变小。相
关分析结果表明各环境因素对垂穗披碱草的遗传变异均有贡献,其中海拔和经度贡献较大,这与严学兵等[14]用
微卫星标记法对披碱草属植物遗传分化和地理因素的分析结果较一致。
垂穗披碱草是优良牧草,通过对该区野生垂穗披碱草及其与地理环境关系的研究以及聚类分析,可以从野生
材料中选育出适合一定环境条件的优良牧草品种或者以其为原材料对现有品种进行产量等多方面的改良。同
时,垂穗披碱草存在着丰富的遗传多样性,可以为其他地区垂穗披碱草种质资源以及小麦族的粮食作物提供优良
的遗传基因。由于垂穗披碱草特有的遗传特性以及生态环境的恶化造成种质资源均受到不同程度的破环,故对
其进行保护是非常必要的。垂穗披碱草种质资源的保护策略,应根据影响这一地区垂穗披碱草分布的主要环境
因子来制定原生境保护和异地保护策略[26]。由相关分析可知,该地区垂穗披碱草在诸多环境因子中受海拔和经
度的影响最大,且该区垂穗披碱草居群在居群内和居群间均有较高的遗传多样性分布,因此,可以根据其海拔和
经度来建立保护区,进行原生境保护,并且应尽可能多的保护不同种群,重点保护遗传多样性高的居群。异地保
护时,因为垂穗披碱草居群的遗传多样性主要集中在居群内,所以应在每个居群中收集尽可能多的单株以尽可能
地涵盖该物种的基因库,从而最大程度地保护垂穗披碱草的遗传多样性。生长环境对植物生长的影响极其重要,
所以无论原生境保护或者异地保护,保护垂穗披碱草生长环境是最重要的。
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犃狊狋狌犱狔狅狀犵犲狀犲狋犻犮犱犻狏犲狉狊犻狋狔狅犳狉犲狆狉狅犱狌犮狋犻狏犲犮犺犪狉犪犮狋犲狉狊犻狀犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊犵犲狉犿狆犾犪狊犿狉犲狊狅狌狉犮犲狊
ZHANGMiaoqing,WANGYanrong,ZHANGJiyu,LIUZhipeng,ZHANGLei,NIEBin,ZHOUJing
(ColegeofPastoralAgricultureScienceandTechnology,LanzhouUniversity,Lanzhou730020,China)
犃犫狊狋狉犪犮狋:Geneticdiversityofsixreproductivecharacterswasstudiedin50犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊populationscolected
fromvariousregionsofGansu,QinghaiandSichuanprovincesinChina.Thecharactersincludedearlength,
earwidth,spikeletnumberperear,seedlength,awnlengthandthousandseedweight.ShannonWeaverindex
analysisshowedthattherewasanabundantgeneticdiversity(犎′=1.873)amongpopulations.Thegenetic
variationwithinpopulations(63.8%)wasgreaterthanthatbetweenpopulations(36.2%).Geneticvariation
wasdifferentforeachcharacter,thatforearwidth(犆犞=0.3472)wasthegreatestwhileseedlength(犆犞=
0.1184)wasthesmalest.The50populationsweredividedintothreegroupsbyclusteranalysis.Alrepro
ductivecharacterswerecorrelatedtovariousextentswithaltitude,latitude,longitude,meanannualtempera
tureandannualprecipitation.Earlengthandspikeletnumberperearwerehighlysignificantlycorrelatedwith
altitudeandmeanannualtemperature(犘<0.01).Plansfortheutilizationandprotectionof犈.狀狌狋犪狀狊arepro
posed.
犓犲狔狑狅狉犱狊:犈犾狔犿狌狊狀狌狋犪狀狊;populations;reproductivecharacters;variation;geneticdiversity
191第20卷第3期 草业学报2011年