红掌种质资源形态学标记与遗传多样性分析

来源 :热带作物学报 | 被引量 : 0次 | 上传用户:lkajdofaief
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘 要 为了解红掌种质资源的遗传基础,对收集的32个红掌品种的形态学性状如株高、花色、叶色等进行比较分析。基于形态学标记,这些品种的遗传多样性丰富。UPGMA聚类分析表明,这32个红掌品种可划分为5大类,其中包括4个较小的类群和1个较大的类群。本研究鉴定的一些形态学标记对于红掌品种鉴定、遗传多样性分析和杂交育种具有重要的应用价值。
  关键词 红掌;形态标记;种质资源;聚类分析
  中图分类号 S682.36 文献标识码 A
  Abstract To understand the genetic basis of Anthurium germplasm, a collection of 32 Anthurium varieties was comparatively investigated with respect to the analysis of major morphological traits associated with plant height, flower and foliage color, et al. Results indicated that the genetic diversity of the tested varieties in morphological characteristics was abundant. The varieties were divided into five clusters by UPGMA cluster analysis. Of the five clusters, there were four small groups and one large group. The identified morphological markers would facilitate variety identification, genetic diversity evaluation and hybridization breeding of Anthurium andraeanum in future.
  Key words Anthurium(Anthurium andraeanum Linden.); Morphological marker; Germplasm resource; Cluster analysis
  doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.10.003
  红掌(Anthurium andraeanum Linden.)又称花烛、安祖花,为天南星科花烛属多年生草本植物,是现今最为名贵的切花和盆花品种之一,在全球的热带花卉贸易中,红掌销量仅次于热带兰,名列第2位[1]。通过A. andraeanum种内和花烛属种间杂交(A. andraeanum与A. amnicola,A. antioquiense,A. androphyoides,A. armeniense,A. crystallinum,A. kamemotoanum,A. lindenianum,A. formosum,A. ravenii,A. nymphaeifolium,A. ornatum等)及人工选育,目前已获得大量具有观赏和商业价值的杂种,为此,Croat等[2]制定了花烛属植物的形态描述规范。Higaki等[3]分析了几个红掌种质的形态学和解剖差异。随后,大多数工作是采用同工酶[4]、分子标记[5-10]以及分子标记与形态标记相结合的方法[10],对红掌种质资源进行了鉴定评价和遗传多样性分析。Nowbuth等[5]采用RAPD技术分析了24个红掌栽培变种的遗传多样性,发现这些变种的遗传多样性不高,而且所用的RAPD标记与形态学差异没有相关性。Ge等[6]采用AFLP标记对60个红掌种质聚类分析,同时与9个形态学标记的聚类分析相比较,发现基于AFLP的聚类与基于形态学标记的聚类之间也没有相关性,但是种质间具有较高的遗传多样性。由于红掌的这些杂交后代变异广泛,在花色、株形、花形等形态上具有丰富的多样性,因此,不仅说明红掌种质有较高的遗传多样性,而且说明用形态学的标记评价红掌种质的遗传多样性是可行的。海南地处南亚热带,是发展红掌产业的理想之地。目前海南栽培的红掌只有少量品种,其余因缺乏植物学及农艺学鉴定评价而仅保存在种质圃中。为了解收集的品种资源的适应性表现及其遗传多样性特点,为规模化生产和针对性的遗传改良提供参考,本研究对部分红掌品种的重要形态学质量和数量性状进行了观察统计,并依此评价了遗传多样性水平。
  1 材料与方法
  1.1 材料
  本实验供试的32个红掌品种来自于中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所种质资源圃(表1)。
  1.2 方法
  1.2.1 调查的性状以及调查方法和标准 参照尹俊梅[11]制定的红掌种质资源描述规范,选取红掌品种(苗龄2年,每个品种选取5株)的37个性状(15个数量性状和22个质量性状)进行测量,37个形态学性状的赋值标准见表2。本文选用花色、叶色、株高等重要性状作为分类依据。
  1.2.2 数据统计与分析 二元质量性状中,表示有的赋值为1,表现多个标准的质量性状可以通过分级的方法进行编码,取连续排列的正整数1、2、3……进行编码,其中无以0进行编码。数量性状不编码,直接以原始数据进入下一步运算。在Excel中求出32个红掌品种观测的主要农艺性状5株数据的平均值,使用SAS V 9.0 软件进行R聚类分析和Q聚类分析。
  2 结果与分析
  2.1 形态学性状多样性分析
  根据数量性状的统计结果可知:切花品种的株高比盆花品种高,其中咖啡的株高最高,为88.5 cm,阿蒙特最小,为32.3 cm;粉公主的佛焰苞长、叶片宽度最小;32个红掌品种各性状的平均数、标准差和变异系数都存在较大的变异(表3),其中佛焰苞苞脉着色的变异系数最大,为3.93,肉穗花序粗变异系数最小,为0.16,总体平均变异系数为0.46。   将红掌植株分成叶片形状、佛焰苞性状、肉穗花序性状、株型性状4个部分进行调查,发现各部位性状的变异程度不同,平均变异系数在0.39~0.58之间,佛焰苞性状(0.58)>肉穗花序性状(0.44)>株型性状(0.43)>叶片性状(0.39)。
  (1)叶片性状。调查的12个叶片性状的变异系数变幅为0.20~0.84,平均变异系数为0.39。其中叶柄粗的变异系数最小,为0.20;叶片数目和嫩叶颜色的变异系数最大,分别为0.79和0.84。
  (2)佛焰苞性状。共调查了佛焰苞长度、宽度、颜色、形状等17个性状,变异系数变幅为0.17~3.93,平均变异系数为0.58。其中佛焰苞尖端形状、佛焰苞耳片有无、花葶粗、佛焰苞年产量的变异系数最小,分别为0.17、0.18、0.20、0.20;佛焰苞苞脉着色的变异系数最大,为3.93;佛焰苞颜色、花葶数、佛焰苞表面波皱程度、花葶颜色的变异系数相对较大,分别为0.87、0.57、0.52、0.51。
  (3)肉穗花序。调查的肉穗花序长度、粗度、花粉囊裂开前后肉穗花序的颜色等6个性状的变异系数变幅为0.16~0.81,平均变异系数为0.44。其中肉穗花序粗和肉穗花序尖端形状的变异系数较小,分别为0.16、0.20;花粉囊裂开前、后肉穗花序颜色的变异系数最大,分别为0.81和0.79。
  (4)植株整体性状。只调查了植株高度和分蘖数2个性状,变异系数幅度较大,为0.30~0.55,平均变异系数为0.43。
  2.2 聚类分析
  2.2.1 R型聚类分析 形态学性状的选择会影响分类的结果,因而对性状的R型聚类分析既可以了解各性状间的关系,又可以验证对Q聚类分析选取的性状是否合理。图1为R型聚类图,由该图可以看出各性状基本彼此独立,部分性状在聚类图上表现出完全相关或关系密切,如叶柄粗(27)和花葶粗(32);叶片形状(1)、叶片质地(4)和佛焰苞耳片有无(13);叶尖形状(3)和佛焰苞耳片的相对位置(14)等,但仔细分析发现,它们并不是逻辑相关,而可能是具有不同的遗传背景,应当保留。
  2.2.2 Q聚类结果分析 根据红掌形态指标的编码结果,计算欧式距离,采用类平均法进行聚类分析,其结果如下:
  从聚类图(图2)上笔者可以看出,在阈值为0.98时,可将32个红掌品种划分为5大类(见表4),4个较小的类群和1个较大的类群。
  其中A、B类群各包含1个品种,分别为阿蒙特、绿箭。阿蒙特的佛焰苞为卵圆形,佛焰苞基部平截,肉穗花序独特与其他31个品种的构造不同;绿箭的佛焰苞狭小,花色紫色,花序较长,叶片呈三角形,较大,是著名的观叶品种。
  C类中包括欢呼、热情、咖啡、米多蕊、卫城5个品种,佛焰苞颜色各异,叶片和佛焰苞较大,叶色深绿,株型高大,均可作为切花品种,其中卫城亦可作为盆花品种观赏。
  D类中包括辛巴和神秘2个品种,这2个品种分蘖数多,佛焰苞高于叶片高度,佛焰苞两耳为绿色,叶片深绿色,均为盆花品种。
  E类中包括情迷、维他、甜梦、红塔、紫公主、粉冠军、骄阳等23个品种,在阈值0.79处划分为6大类,E1、E2、E3、E4、E5、E6,E1包括情迷、特伦萨、阿拉巴马、大哥大、阿利桑那6个品种,其中情迷和特伦萨在阈值0.56处聚为一类,这2个品种佛焰苞呈心形,颜色为深粉红色,花粉囊裂开前肉穗花序黄色,花粉囊裂开后肉穗花序颜色为白色;阿拉巴马、阿拉伯、大哥大、阿利桑那4个品种在阈值0.69处聚为一类,这4个品种植株高度相似,叶形、叶色、佛焰苞颜色和形状一致,肉穗花序颜色均从黄色变为白色;E2包括维他、祝福、彩霞、马都拉、爱美、朝霞、北京成功7个品种,这几个品种的叶形、花型、花色各有差异,聚为一类的原因有待进一步研究;E3类有甜梦和白冠军2个品种,两者株型中等,叶片数量多,佛焰苞较小且数量较多,呈心形。E4类包括粉冠军、红冠军、新粉冠军、粉公主、骄阳5个品种,这5个品种株型紧凑,植株分蘖繁多,花序渐变,为新兴的高档室内绿化花卉,其中粉冠军、红冠军和新粉冠军的亲缘关系较近。E5类只有紫公主1个品种,紫公主佛焰苞呈紫红色,叶片和佛焰苞疏散,叶片较厚呈墨绿色。E6类包括2个品种,分别为红塔、樱桃红,这2个品种植株高度一致,叶片较厚,叶色深绿,佛焰苞大小适中。
  3 讨论与结论
  在关于红掌种质的遗传多样性分析的报道中,不同的研究组所用的种类和数量有很大差别[5-10],因此,聚类结果缺乏可比性。但是,这些研究的一个共同点是分子标记的聚类与形态学标记的聚类之间没有相关性[5-6]。造成这种不一致性的可能原因有3个:一是表型的差异受环境条件影响,因此不同表型的遗传基础可能是相同的;二是采用的分子标记与表型无关;三是选择的形态学标记少。本研究选用的32个品种大多与以往的研究所用红掌品种/种质不同。这些品种在形态上具有丰富的多样性。笔者在田间对这32个红掌品种形态进行了长期观察,选取37个形态学性状,包括15个数量形状和22个质量性状,基本覆盖了红掌整株植株的各个部位。其中株高、佛焰苞颜色、佛焰苞大小、佛焰苞年产量等与红掌育种目标直接相关;叶形、叶基部形状、佛焰苞耳片有无、肉穗花序成熟前后的颜色等质量性状便于观察,受环境影响小;而叶片质地,佛焰苞光泽,佛焰苞表面波皱程度、株型、叶尖等难于判断,不易准确记录,受人为影响大。这些形态学性状的变异系数在0.16~3.93之间,变化幅度较大,表明这些品种具有较高的遗传多样性。在本研究中,嫩叶颜色、佛焰苞苞脉着色、佛焰苞颜色、花粉囊裂开前肉穗花序颜色、花粉囊裂开后肉穗花序颜色变异系数较高,分别为0.84、3.93、0.87、0.81、0.79,且这5个性状容易观察、测量和记录,能较好的评价红掌品种间的遗传多样性。植株高度、佛焰苞长、佛焰苞宽的变异系数虽然不高,但可以有效地区分出切花和盆花品种,鉴别效率高,适用于红掌亲缘关系的研究,因此在选择形态学调查的性状时,除了选择变幅较大、便于观察的形状外,也不能忽视个别品种的特殊性。根据这些形态学指标,对32个红掌品种进行了聚类分析。根据株型和佛焰苞大小这2种形态标记,可完全分开红掌的盆花品种和切花品种。这2种形态学标记反映了相关的遗传背景,因为大型切花多为A. andraeanum种内杂交种,而盆花品种多由A. andraeanum与紧凑型Anthurium属近缘种杂交而来。结合其他形态学标记,阿蒙特和绿箭各被单独归为一类,阿蒙特株型小巧,紧凑,肉穗花序与佛焰苞颜色相近,肉穗花序结构奇特,属于小巧的观赏盆花品种。绿箭株型中等,佛焰苞狭小,紫色,花序较长,叶片呈三角形,较大,是著名的观叶品种。欢呼,热情、咖啡、米多蕊和卫城5个品种被单独归为一类,这5个品种均为切花品种,株型和佛焰苞较大。本文鉴定的一些形态学标记对于红掌品种鉴定、遗传多样性分析和杂交育种具有重要的应用价值。   参考文献
  [1] 欧文军, 李洪立, 尹俊梅. 红掌切花栽培中常见病虫害及防治[J]. 云南农业科技, 2002(4): 34-37.
  [2] Croat T B, Bunting G S. Standardization of Anthurium descriptions[J]. Aroideana, 1979, 2(1): 15-25.
  [3] Higaki T, Rasmussen H P, Carpenter W J. A study of some morphological and anatomical aspects of Anthurium andreanum Lind[R]. Hawai: University of Hawaii, 1984.
  [4] Kobayashi R S, Brewbaker J L, Kamemoto H. Identification of Anthurium andreanum cultivars by gel electrophoresis[J]. Journal of the American Society for Horticultural Science, 1987, 112(1): 164-167.
  [5] Nowbuth P, Khittoo G, Bahorun T, et al. Assessing genetic diversity of some Anthurium andraeanum Hort. cut-flower cultivars using RAPD Markers[J]. African Journal of Biotechnology, 2005, 4 (10): 1 189-1 194.
  [6] Ge Y, Zhang F, Shen X, et al. Genetic variations within a collection of anthuriums unraveled by morphological traits and AFLP markers[J]. Biochemical Systematics and Ecology, 2012(45): 34-40.
  [7] Ranamukhaarachchi D G, Henny R J, Guy C L, et al. DNA fingerprinting to identify nine Anthurium pot plant cultivars and examine their genetic relationship[J]. HortScience, 2001, 36(4): 758-760.
  [8] Jeshima K Y, Mayadevi P. Genetic diversity among commercial varieties of Anthurium andreanum Linden using RAPD markers[J]. Plant Genetics and Transgenics, 2010, 1(1): 11-15.
  [9] Buldewo S, Pillay M, Jaufeerally-Fakim Y. Genetic diversity in Anthurium andraeanum cultivars in Mauritius[J]. African Journal of Biotechnology, 2012, 11(103): 16 737-16 744.
  [10] Wang J Y, Chuang K C. Development of novel microsatellite markers for effective applications in Anthurium cultivar identification[J]. Euphytica, 2013, 189(3): 2 421-2 443.
  [11] 尹俊梅. 热带花卉种质资源描述规范[M]. 北京: 中国农业出版社, 2005.
其他文献
摘 要 为探究南方人工林生态系统土壤酶活性对硫、氮复合沉降的响应机制,本研究采用二元二次正交回归旋转设计方法,设置16个硫、氮复合沉降处理组和1个空白对照组,研究1 a硫、氮复合沉降下邓恩桉人工幼龄林土壤上层(0~20 cm)和下层(20~40 cm)的酸性磷酸酶、脲酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性与硫、氮复合沉降之间关系,并建立回归模型。对17组数据进行单因素方差分析(one-way ANOVA),结
期刊
摘 要 利用4个不同细胞质源的甘蔗亲本配成正反交组合,在对杂种后代进行SSR-PCR真伪鉴别的基础上,对不同组合后代的不同性状进行t检验和差异性比较。结果表明:这7对正反交组合后代的株高、茎径和有效茎数均差异不显著,仅有一对父母本细胞质源相同的正反交组合后代叶绿素含量差异较大;当以细胞质源为Bandjarmasim Hitam的不同亲本作母本时,子代黑穗病发病率较低,为18.8%和18.9%;当以
期刊
摘 要 采用ISSR分子标记技术对48份凤凰单丛茶品种(系)进行了遗传多样性分析。选用10个多态性高、分辨力强的ISSR引物分别对供试材料基因组DNA进行扩增,共获得121个位点,其中多态位点带98个,多态位点比率(PPB)为81.0%。品种(系)之间的遗传相似系数变化范围在0.590 9~0.967 4之间。UPGMA聚类分析结果表明,在GS值为0.792的水平上供试材料可划分为7大类,其亲缘关
期刊
摘 要 糯米香是原产自云南的稀有的爵床科草本植物,因其散发出印度香米和班兰叶的香味而闻名。采用顶空固相微萃取技术(HS-SPME)结合气相色谱-质谱联用技术调查海南产糯米香叶的挥发性成分,通过优化HS-SPME进样条件得出最佳萃取条件。结果表明:最佳萃取条件为:1 g糯米香叶干粉,NaCl添加量为2 g,萃取头为DVB/CAR/PDMS,平衡时间为30 min,萃取温度为70 ℃,萃取时间为30
期刊
摘 要 以杉木老龄林群落为研究对象,结合对数级数和对数正态分布模型,建立3 600 m2的大样地分析杉木老龄林群落的种-多度关系。结果表明:样方的平均物种数和个体数分别为6.86种和35.75株,各样方的物种数及个体数存在极显著正相关关系,说明杉木老龄林群落中生境空间对物种个体的承载能力,还未限制其物种数量。个体数-种序(p>0.05)和频度-种序(p>0.05)的分布曲线均符合对数级数分布;对数
期刊
摘 要 利用RACE技术从巴西橡胶树中克隆到一个叶绿体型FBPase基因,命名为HbcpFBPase。该基因的cDNA全长为1 512 bp,包含1 209 bp的开放阅读框,编码一个由402个氨基酸残基组成的蛋白,蛋白分子量大小约为43.88 ku,理论等电点为6.64。多重序列比对表明该基因为叶绿体型果糖-1,6-二磷酸酶。TargetP软件预测HbcpFBPase在叶绿体中的概率是0.961
期刊
摘 要 根据LINE逆转座子逆转录酶保守序列设计简并引物,PCR扩增黑皮冬瓜“B98K”基因组DNA,获得580 bp左右目的条带。将PCR产物回收、克隆并测序,获得23条逆转酶序列,利用生物信息学软件分析其长度变异、碱基变化、相似性及系统进化关系。结果表明:这些序列长度在557~593 bp区间变异,同源比对核苷酸序列相似性为39.0%~99.3%,存在高度异质性,主要表现为缺失突变、移码突变与
期刊
摘 要 WRKY基因家族编码是植物特有的转录因子,根据WRKY的保守结构域和进化关系可分为GroupⅠ、Ⅱ和 Ⅲ,其中GroupⅡ进一步分为Ⅱa、Ⅱb、Ⅱc、Ⅱd、Ⅱe。Group IIa基因之间具有很高的同源性,基因功能多样,关系复杂。对GroupⅡa基因的结构和在植物抗病性与环境胁迫中的作用,以及主要调控机制等方面研究进行综述,为GroupⅡa基因的后续研究提供参考。  关键词 WRKY转录因
期刊
摘 要 为了确定海南中西部妃子笑荔枝的营养诊断时间及荔枝正常生长所需营养元素的最适范围,以海南中西部具有代表性的妃子笑荔枝种植园为试验地,对海南中西部地区妃子笑荔枝叶片9种元素含量进行测定分析,并运用标准值法对妃子笑荔枝进行营养诊断。结果表明:海南中西部妃子笑荔枝叶片元素含量在不同的生育期差别较大,初步确定盛花期为海南妃子笑荔枝营养诊断的最佳时期;妃子笑叶片盛花期适宜的元素含量范围为N 16.0~
期刊
摘 要 为探讨巴西橡胶树野生速生种质在橡胶树新品种选育中的应用前景,2003~2005年连续采用优选的3份1981’IRRDB野生种质XJA05583、XJA05664和XJA05164作为父本与我国自主选育高产无性系热研88-13进行人工杂交授粉,于2006年进行橡胶树有性系比试验。2010年对参试3个组合的287个子代进行茎围增粗、试割产量鉴定。结果表明,所有杂交组合的子代年平均茎围增粗均较快
期刊