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第27卷 第3期 作　物　学　报 V ol. 27, N o. 3
2001 年5月 A CTA A GRONOM ICA S IN ICA M ay, 2001
普通野生稻和亚洲栽培稻核心种质遗传多样性的检测研究Ξ
孙传清　李自超　王象坤
(中国农业大学植物遗传育种系, 北京 100094)
提　要　以122份野生稻和75份栽培稻在44个 R FL P 位点的多态性为资料, 采用逐步聚类法和分组随
机法, 按原始样本的50%、20% 和10% , 分别构建初级核心样本、次级核心样本和核心样本, 用多态位
点数 (N p)、等位基因数 (N a)、基因型数 (N g)及平均基因多样性 (H s)等参数, 检测其遗传多样性。结果
表明, 初级核心样本的N p、N a 和N g 分别达到原始样本的90%、90% 和80% 以上。次级核心样本的
N p、N a、N g 仍分别可达原始样本的90%、80% 和75%。核心样本的N p 可达原始样本的90% , 而N a
和N g 下降幅度大, 分别相当于原始样本的65% 和55%。无论哪一级核心样本, 栽培稻遗传多样性的减
少幅度比野生稻小。比较逐步聚类法和分组随机法表明, 逐步聚类法构建的核心样本比分组随机法更
能保持较大的遗传多样性。作者认为检验核心种质遗传多样性的首选参数是等位基因数。
关键词　水稻; R FL P; 核心种质; 遗传多样性
Studies on Eva lua tion of the Genetic D iversity of Core Collection of
Common W ild R ice (O ryza ruf ipogon Gr iff. ) and A sian Cultiva ted
R ice (O ryza sa tiva L. )
SUN Chuan2Q ing　L I Zi2Chao　WAN G X iang2Kun
(D epartm ent of P lant Genetic and B reed ing , China A g ricultural U niversity , B eij ing 100094, China)
Abstract　　P rim ary co re samp les (PCS) , secondary co re samp les (SCS) and co re samp les
(CS) as 50% , 20% and 10% of the num ber of en tries of o riginal samp les (O S) w ere construct2
ed using the m ethods of samp ling p rogressively by clustering (SPC) and samp ling random ly after
group ing (SA ) based on R FL P data at 44 loci of 122 accessions of O ry za ruf ip og on and 75 vari2
eties of O ry za sativa. T he genetic diversity of PCS, SCS and CS w ere compared by param eters of
num ber of po lymorph ic loci (N p) , num ber of alleles (N a) , num ber of geno types (N p) and aver2
age gene diversity (H s) at the 44 loci detected. It w as indicated that the N p and N a of PCS w ere
about 90% of those of O S, and the N p of PCS w as about 80% of that of O S. T he N p, N a and
N g of SCS could be at the level of 90% , 80% and 75% of O S′s respectively. It w as found that
the N p of CS reached the level of 90% of O S′sw h ile the N a and N g of CS w ere on ly about 65%
and 55% of these of O S respectively. It w as also found that the genetic diversity of cultivated rice
decreased more slow ly than that common w ild rice in PCS, SCS and CS T h rough comparison of
the genetic diversity of SCS and CS constructed by SPC and SR G, it is indicated that co re co llec2
tion constructed by SPC could m ain tain more genetic diversity of the o riginal resources. It w as
suggested that the num ber of allelesw as the best param ater fo r detecting genetic diversity of co reΞ 本研究系国家重点基础研究规划 (973计划)项目之一 (G1998010201)
收稿日期: 1999204220, 接受日期: 1999212215
Received on: 1999204220, A ccep ted on: 2000212215

co llection of rice.
Key words　　R ice; R FL P; Core co llection; Genetic diversity
植物遗传资源是作物新品种选育的重要物质基础, 世界各国都非常重视遗传资源的搜集
与保护。据不完全统计, 全世界已有植物种质资源450多万份。然而, 种质库中资源数量的急
剧膨胀, 给资源的保存、研究与利用带来了困难。F rankel 于1984年提出了核心种质 (Core co l2
lection)的概念, B row n [ 1 ] (1989a)将其进一步发展, 即通过一定的方法从整个种质资源中选择
一部分样本, 以最小的资源数量, 尽可能最大限度的代表整个资源的多样性。至今, 已在30
多种作物上构建了核心种质。
在核心种质的构建中取样方法是关键。取样方法一般来说分为两种, 即完全随机取样与
系统取样。完全随机取样是在整个资源中随机取样, 而系统取样则考虑了材料的遗传结构,
给不同材料以不同权重, 采用分层取样方法。实际上完全大随机的方法用得较少, 一般是将
系统取样与随机取样相结合, 即先将所有材料分组或分类, 在组内或群内再用随机取样的方
法。本研究是以122份野生稻和75份栽培稻在44个R FL P 位点的多态性为资料, 试探不同取
样方法和不同取样比例, 构建出的核心种质的遗传多样性的变化, 为今后栽培稻和野生稻核
心种质的构建及遗传多样性的检测提供依据。
1　材料与方法
1. 1　材料
供试材料由122份普野和75份栽培稻组成。122份普野中, 中国39份, 南亚40份, 东南亚
43份; 75份栽培稻来自亚洲11个国家, 根据我们分类研究的结果[ 2 ] , 其中37份为籼稻, 38份
为粳稻。每份材料取1个个体用于R FL P 分析。
1. 2　RFL P 分析
用CTAB 法[ 3 ]提取总DNA , 每个样本取3 Λg DNA 用D raÉ 或H indË 消化后, 电泳、印
汲及R FL P 的检出按照文献[ 2 ]方法进行。本研究选用44个单拷贝探针进行杂交。
1. 3　核心样本的构建
1. 3. 1　逐步聚类法　　先将197份材料分为野生稻和栽培稻两大组, 两大组分别按照U PG2
M A [ 4 ]法进行聚类分析, 根据聚类图, 在同一小组内采用随机的方法, 按照50% 的取样比例,
构建样本数为总数50% 的初级核心样本。然后对初级核心样本进行聚类分析, 逐步压缩为原
始样本20% 的次级核心样本。再在次级核心种质的基础上进行聚类分析和逐步压缩为原始样
本10% 的核心种质。由50% 到20% 及10% 的方法为, 两个遗传距离最小的样本在去掉1个时,
不是采用随机的方法, 而是将其中与相邻距离较小的1个去掉。
1. 3. 2　分组随机法　　先将197份材料分为野生稻和栽培稻两大组, 野生稻按照来源分为南
亚、东南亚和中国3个小组, 栽培稻则根据以前的分类结果分为籼粳两组, 每一组内采用随机
的方法, 按照20%、10% 的比例, 分别构建次级核心样本和核心种质, 并分析其遗传多样性。
1. 4　遗传多样性的评价
对单拷贝的探针而言, 每个探针检测了一个位点, 每一条多态性带可视为一个等位基
因, 每一种带型可视为一种基因型。用4个参数即多态位点数 (N p)、等位基因数 (N a)、基因
型数 (N g)、平均基因多样性 (H s)评价原始样品和核心样品的遗传多样性[ 5 ]。
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2　结果与分析
2. 1　逐步聚类取样法不同级别核心样本遗传多样性的比较
2. 1. 1　初级核心样本　　从表1可以看出, 由原始样本压缩成初级核心样本, 无论是野生稻
还是栽培稻, 多态位点数 (N p)能保持原始样本的98% 以上, 变化很小。等位基因数 (N a) 和基
因型数 (N g) 分别能保持在原始样本的90% 和84% 以上。平均基因多样性 (H s) 除整个初级核
心样本外, 栽培稻和野生稻内变化很小。说明将原始样本压缩50% 后, 其遗传多样性基本与
原始样本一致。
表1　　原始样本、初级核心样本、次级核心样本及核心样本的遗传多样性比较
Table 1　　Compar ison of genetic diversity of or ig inal samples, pr imary core samples,
secondary core samples and core samples
所有样品
A ll samp les
野生稻 (O. ruf ipogon)
合计
Total
南亚
South A sia
东南亚
Southeast A sia
中国
China
栽培稻 (O. sativa)
合计
Total
籼稻
Ind ica
粳稻
J aponica
Np O S 44 43 37 38 40 33 28 29
PCS 43 42 34 37 40 33 28 29
PCSöO S 0. 98 0. 98 0. 92 0. 97 1. 00 1. 00 1. 00 1. 00
SCS 42 42 34 35 38 33 26 28
SCSöO S 0. 95 0. 98 0. 92 0. 92 0. 95 1. 00 0. 93 0. 97
CS 41 40 27 27 32 32 23 26
CSöO S 0. 93 0. 93 0. 73 0. 71 0. 80 0. 97 0. 82 0. 90
N a O S 181 177 117 125 136 106 91 87
PCS 163 160 106 112 124 104 87 86
PCSöO S 0. 90 0. 90 0. 91 0. 90 0. 91 0. 98 0. 96 0. 99
SCS 147 141 96 94 111 97 79 82
SCSöO S 0. 81 0. 80 0. 82 0. 75 0. 82 0. 92 0. 87 0. 94
CS 120 113 77 79 91 87 69 76
CSöO S 0. 66 0. 64 0. 66 0. 63 0. 67 0. 82 0. 76 0. 87
N g O S 241 232 127 138 175 124 99 92
PCS 210 194 114 121 153 113 88 89
PCSöO S 0. 87 0. 84 0. 90 0. 88 0. 87 0. 91 0. 89 0. 97
SCS 185 175 101 98 133 107 82 83
SCSöO S 0. 77 0. 75 0. 80 0. 71 0. 76 0. 86 0. 83 0. 90
CS 137 128 78 80 96 91 69 76
CSöO S 0. 57 0. 55 0. 61 0. 58 0. 55 0. 73 0. 70 0. 83
H s O S 0. 3567 0. 3672 0. 3131 0. 3036 0. 3543 0. 2939 0. 1849 0. 1502
PCS 0. 3068 0. 38 0. 289 0. 2901 0. 3584 0. 2992 0. 1844 0. 174
SCS 0. 3738 0. 3856 0. 3258 0. 3212 0. 3385 0. 3129 0. 1911 0. 2301
CS 0. 3832 0. 3963 0. 2854 0. 294 0. 3459 0. 3134 0. 1747 0. 2521
　　O S: 原始样本, O riginal samp les; 　PCS: 初级核心样本 (取样比例为50% ) , P rim ary core samp les as 50% of original sam 2
p les; 　SCS: 次级核心样品 (取样比例为20% ) , Secondary core samp les as 20% of original samp les; 　CS: 核心样品
(取样比例为10% ) , Core samp les as 10% of original samp les; 　Np: 多态位点数, No. po lymorphic loci; 　N a: 总等
位基因数, To tal no. of alleles; 　N g: 基因型数, No. genotypes; 　H s: 平均基因多样性, A verage gene diversity.
2. 1. 2　次级核心样本　　虽然次级核心样本数只有原始样本的20% , 但其多态位点数和等
位基因数仍达到原始样本的90% 以上, 等位基因数和基因型数在初级核心样本的基础上又下
降了10% , 仍保留原始样本的80% 和75% 左右。其中栽培稻的等位基因数和基因型数比野生
稻减少的幅度小, 能分别达到原始样本的90% 和85% 左右。平均基因多样性 (H s) 除粳稻的变
5133期　　　　　　　孙传清等: 普通野生稻和亚洲栽培稻核心种质遗传多样性的检测研究　　　　　　　

化较大外, 其它材料的H s 与原始样本相比变化较小, 仍能表现为野生稻大于栽培稻, 中国野
生稻大于南亚和东南亚野生稻的趋势。
2. 1. 3　核心样本　　由次级核心样本再压缩成核心样本, 对整个样本及野生稻和栽培稻而
言, 多态位点数仍能达到原始样本的90% 以上, 而具体对某组或某类材料, 如南亚和东南亚
野生稻则下降幅度较大。整个样本和野生稻的等位基因数和基因型数在次级核心样本的基础
上分别又下降了15% 和20% , 只分别保留了原始样本的65% 和55% 左右。栽培稻的等位基因
数和基因型数则在次级核心样本的基础上, 再下降10% 和15% 左右, 分别达到原始样本的
80% 和70% 左右。
2. 2　逐步聚类法与分组随机法比较
2. 2. 1　20% 取样比例构建的次级核心样本　　从表2可知, 按照20% 的取样比例, 用逐步聚
类法构建的次级核心样本的多态位点数、等位基因数、基因型数及平均基因多样性等遗传多
样性参数均高于分组随机法构建的次级核心样本。
表2　　20% 取样比例逐步聚类取样与随机取样次级核心样品遗传多样性的比较
Table 2　　Compar ison of genetic diversity of secondary core samples selected by SPC and SR
所有样品
A ll of samp les
野生稻 (O. ruf ipogon)
合计
Total
南亚
South A sia
东南亚
Southeast A sia
中国
China
栽培稻 (O. sativa)
合计
Total
籼稻
Ind ica
粳稻
J aponica
Np SPC 42 42 34 35 38 33 26 28
SR 41 40 23 33 33 29 15 20
SRöSPC 98% 95% 68% 94% 87% 88% 58% 71%
N a SPC 147 141 96 94 111 97 79 82
SR 137 132 74 91 107 90 65 67
SRöSPC 93% 94% 77% 97% 96% 93% 82% 82%
N g SPC 185 175 101 98 133 107 82 83
SR 161 156 76 94 125 90 65 67
SRöSPC 87% 89% 75% 96% 94% 84% 79% 81%
H s SPC 0. 3738 0. 3856 0. 3346 0. 3212 0. 3385 0. 3129 0. 1911 0. 2301
SR 0. 3265 0. 3194 0. 2263 0. 2837 0. 2588 0. 2979 0. 1312 0. 1691
SRöSPC 87% 83% 68% 88% 76% 95% 69% 73%
　　SPC: 逐步聚类取样, Samp ling p rogressively by clustering; 　SR: 随机取样, Samp ling random ly; 　Np: 多态位点数,
No. po lymorphic loci; 　N a: 总等位基因数, To tal no. of alleles; 　N g: 基因型数, No. genotype; 　H s: 平均基因多样性,
A verage gene diversity.
2. 2. 2　10% 取样比例构建的核心样本　　将两次随机取样获得的遗传多样性参数与逐步聚
类法的比较结果列入表3。栽培稻中, 分组随机法构建的核心样本的遗传参数值均比逐步聚
类法小。野生稻及整个样本的趋势与栽培稻相同, 但下降幅度变小。
3　讨论
核心种质的研究已日益受到国内外的重视, 我国已将水稻、小麦、大豆核心种质的研究
列入国家重点基础规划项目。就水稻而言, 要将7万份材料压缩成7000份或者5000份的核心
种质, 是一项难度很大的工作。构建核心种质的最终目的, 是以最少的样本数量最大程度地
代表整个资源的多样性, 由此决定了构建核心种质的三项主要研究内容, 即分组原则、取样
方法及遗传多样性的检测。
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表3　　10% 取样比例逐步聚类取样与随机取样次级核心样品遗传多样性的比较
Table 3　　Compar ison of genetic diversity of secondary core samples selected as 10% of
or ig inal samples by SPC and SR
所有样品
A ll of samp les
野生稻 (O. ruf ipogon)
合计
Total
南亚
South A sia
东南亚
Southeast A sia
中国
China
栽培稻 (O. sativa)
合计
Total
籼稻
Ind ica
粳稻
J aponica
Np SPC 41 40 27 27 32 32 23 26
SP1 37 36 23 20 33 27 17 9
SP1öSPC 90% 90% 85% 74% 103% 84% 74% 35%
SR2 37 37 21 30 31 24 20 11
SR2öSPC 90% 93% 78% 111% 97% 75% 87% 42%
N a SPC 120 113 77 79 91 87 69 76
SR1 120 115 73 67 91 79 63 54
SR1öSPC 100% 102% 95% 85% 100% 91% 91% 71%
SR2 119 115 68 78 88 79 67 55
SR2öSPC 99% 102% 88% 99% 97% 91% 97% 72%
N g SPC 137 128 78 80 96 91 69 76
SR1 131 119 73 67 97 79 62 53
SR1öSPC 96% 93% 94% 84% 101% 87% 90% 70%
SR2 139 120 68 80 94 80 68 55
SR2öSPC 101% 94% 87% 100% 98% 88% 99% 72%
H s SPC 0. 3832 0. 396 0. 2854 0. 294 0. 3459 0. 3134 0. 1747 0. 2521
SR1 0. 3366 0. 355 0. 2462 0. 1939 0. 3296 0. 2598 0. 1349 0. 0845
SR1öSPC 88% 90% 86% 66% 95% 83% 77% 34%
SR2 0. 3483 0. 37 0. 2235 0. 2947 0. 3101 0. 2654 0. 1854 0. 1094
SR2öSPC 91% 93% 78% 100% 90% 85% 106% 43%
　　SPC: 逐步聚类取样, Samp ling p rogressively by clustering; 　SR1: 随机取样第一次重复, Samp ling random ly 1st rep lica2
tion; 　SR2: 随机取样第一次重复, Samp ling random ly 2nd rep lication; 　Np: 多态位点数, No. po lymorphic loci;
N a: 总等位基因数, To tal no. of alleles; 　N g: 基因型数, No. of genotype; 　H s: 平均基因多样性, A verage gene
diversity.
　　B row n [ 1 ]指出10% 的资源可以代表70% 的多样性。本研究采用逐步压缩构建的核心样本
(10% 的取样比例)的多态位点数可达到原始样本的90% 以上, 而等位基因数和基因型数分别
为原始样本的65% 和55% , 没有达到70% 的水平, 这可能与本研究的取材有关。本研究的取
材是经过筛选过的, 已经具有较好的代表性, 如122份野生稻来自亚洲10个国家, 75份栽培稻
则来自11个国家。另外本研究的197份材料相对7万份稻种资源只能算是一个小样本, 如果初
级与次级核心样本为2000份与5000份的大样本上再压缩成10% 的核心样本结果可能不同。
核心样本的等位基因数和基因型数分别相当于原始样本的65% 和55% , 而次级核心样本
的等位基因数和基因型数可达原始样本的80% 和75%。说明在本研究中, 由样本数20% 压缩
到10% , 遗传多样性参数下降幅度明显变大 (图1和图2)。对于7万份稻种资源的大样本是否
也存在同样的趋势, 值得研究。另外, 栽培稻10% 的样本可包涵82% 的等位基因数和73% 的
基因型数, 而野生稻10% 的样本只包涵64% 的等位基因数和55% 的基因型数, 这可能与野生
稻遗传多样性大于栽培稻有关, 遗传多样性越大, 压缩成核心样本时, 等位基因和基因型丢
失的可能性就越大。因此, 对于不同的野生稻种, 以及不同的栽培稻类型, 如地方稻种、育成
品种和杂交稻亲本, 核心样本的取样比例应根据其遗传多样性的大小而有所不同, 对于遗传
7133期　　　　　　　孙传清等: 普通野生稻和亚洲栽培稻核心种质遗传多样性的检测研究　　　　　　　

多样性大的样本, 取样比例可以适当提高, 反之, 可以适当降低其取样比例。
图1　　取样比例与等位基因数
F ig. 1　　Size samp ling and No. of alleles
图2　　取样比例与基因型数
F ig. 2　　Size samp ling and No. of genotypes
　　取样方法, 将直接影响所构建的核心种质的遗传多样性。D iw an [ 6 ]等构建一年生苜蓿核
心种质时, 通过11种方法的比较认为, 聚类分组方法比大随机方法构建的核心种质更能代表
整个种质资源的多样性。Basigalup [ 7 ]等也认为, 利用材料间的相似性, 采用主成分和聚类分
析是很好的方法。本研究通过逐步聚类和分组随机法的比较, 无论是20% 的取样比例还是
10% 的取样比例, 逐步聚类法构建的核心样本的遗传多样性参数, 均高于分组随机法。这是
因为逐步聚类法是逐步将亲缘关系最近的材料去掉, 被保留的材料之间相似性则相对较小。
对核心种质遗传多样性检验是评价核心种质的有效性重要手段。本研究选用多态位点
数、等位基因数、基因型数、平均基因多样性等4个参数进行检验。在这4个参数中, 基本不用
担心多态位点数的减少, 因为即使到10% 的取样比例, 仍能保持原始样本的90%。在多态位
点数保持不变的条件下, 平均基因多样性只能反映等位基因间的相对频率, 不同的取样比例
和方法对其影响不大。基因型数虽然在不同的取样比例中减少的幅度最大, 但只要能保持较
多的等位基因, 就可能组配出不同的基因型。另外, 无论是从理论还是应用的角度考虑, 核
心种质应该尽可能使整个资源的基因少丢失, 对已知的重要基因则不能丢失。因此等位基因
数应该是检验遗传多样性优先考虑的参数。
参　考　文　献
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