中国作物种质资源信息网络（CGRIS)-植物遗传资源科学

云南稻种资源核心种质库构建及其利用前景

曾亚文¹ 王象坤² 杨忠义¹ 李自超² 申时全¹ 张洪亮² 李华俊³

(1云南省农业科学院农作物品种资源站,昆明 650205；2 中国农业大学作物学院，北京 100094；

3新平县种籽公司，玉溪 653400）

摘要以6121份云南地方稻种资源为研究对象，开展了云南稻种核心种质的取样策略及技术体系研究，以及云南稻种资源多样性、籼粳6大生态群、地理分布系统及图集、优异种质系统发生规律等研究。初步建立了云南稻种资源核心种质构建体系，筛选出998份初级核心样品，表型上约代表了云南稻种资源98%的多样性，并论述了该体系的利用前景。

关键词核心种质；利用；云南稻种资源

云南省不仅是中国最大的稻种遗传多样性和生态多样性中心，也是优异种质最富集的地区^[1，2，3]。云南农科院作物品种资源站已收集保存了云南稻种中的优异种质600余份，尤其是孕穗开花期耐冷性水稻品种、持久抗稻瘟病陆稻、抗白叶枯病新基因、紫香软米、广亲和性光壳稻、矮秆和野生稻等优异种质，成为云南稻种资源的优势和特色^[4]。核心种质是指以最少量的种质材料代表一个物种及其近缘野生种最大限度的遗传多样性，核心种质研究已成为作物种质资源研究的热点。核心种质库的构建不仅可以提高种质库的利用效率，而且有利于种质库管理、新种质收集、种质创新及种质资源的深层次研究。云南稻种资源核心种质库的构建将在云南稻种资源、稻作育种与生物工程、栽培、生态、民族植物学和生物多样性研究等方面具有广阔的利用前景。

1 材料与方法

1.1 材料与数据

本研究所用云南地方稻种资源共6121份，基础数据主要来自《云南省稻种资源目录》，包括丁颖分类前4级的4个性状及第5级分类中20个质量性状和11个数量性状，6个抗病虫性状，4个抗逆性状，9个品质性状。多数质量性状按《稻种资源观察调查项目及记载标准》进行了整理与规范，核心种质取样方法及遗传多样性研究中数量性状质量化以0.5个标准差为间距分为10级；地理分布图集制作及优异种质系统发生规律研究中数量性状质量化则以标准差等距离分为5级，形成了320多个分析结果数据库。

1.2 研究方法

1.2.1核心种质取样方法详见李自超等（1999）发表的“云南稻种资源核心种质的取样方案研究”^[5]一文，整个取样方法分3个层次，即6种分组原则、4种组内取样比例的确定和2种取样方法共计36种取样方案，并选择8个遗传多样性参数作为检验36种取样方案优劣的指标。其中遗传多样性指数（Genetic Diversity Index,I）计算公式为：I=-ΣiΣjPijLogPij/N

Pij为第i个性状第j个表现型的频率，N为计算过程中所涉及的性状总数。

1.2.2 生态群分类方法以5285份云南稻种资源在元江（海拔400m）1980年晚稻（6月29日播种）的抽穗期，以及1979年全国稻种资源南京光温鉴定和1999年新平（海拔550m）云南稻种资源初选核心样品鉴定结果为主要依据认定：9月1日前抽穗的属于早籼，9月1～10日抽穗属于中籼，9月10日作为早中稻（早中籼群）与晚稻（晚籼群）的分界，9月5～12日抽穗和海拔低于800m的11份籼稻初步定为冬籼群：把海拔低于1000m的有颖毛而非光壳稻的粳稻初步定为爪哇稻^[6]。

1.2.3 变种分类方法按俞履圻的变种分类方法对6121份云南地方稻种进行变种分类。其方法是根据籼粳（籼、粳），颖毛有无（颖有毛、颖无毛），粘糯性（粘稻、糯稻），芒性（小穗无芒、小穗有芒），米色（米粒白色、米粒红色、米粒紫色）和米味（普通米、香米）等6个性状区分变种。

1.2.4 地理分布图的研制及系统发生规律以6121份云南地方稻种为研究对象，综合应用丁颖4级（即籼粳、早中晚、水陆和粘糯）、程王2级（即籼粳和籼粳下的6大生态群）分类体系及其50多个性状进行多样性分析，各性状多样性大小采用以下公式：I=-ΣijPijLogPij（其中Pij表示某性状在第j个县中第i个表现型的分布频率；各分类体系的多样性大小为28个性状的平均多样性指数）。应用农业数据处理软件对50多个性状和300多个级别进行系统的统计分析，形成了320多个分析结果数据库。将分析结果数据库与GIS有机连接，使分析结果直观、清晰地在云南省县级地图上显示，形成云南稻种资源地理分布系统。

2 结果与分析

李自超等（1999）研究认为核心种质具有异质性、多样性、实用性和动态性4大特征；核心种质研究首先利用现有的基本数据、特征数据和鉴定评价数据等进行取样策略研究，选择合理的取样策略提取核心种质初级样品；然后从形态、生化及DNA分子标记等水平上进行聚类压缩构成中国稻种资源的核心种质^[7]。在此基础上建立起云南稻种资源核心种质库构建技术体系，该体系不仅体现了核心种质构建的共同特征、研究方法和理论依据，而且着重体现了云南稻种资源优势和生态特色。

2.1 云南稻种资源核心种质取样策略及技术体系研究

以国家作物种质库编目入库清单为基础，将收集的云南地方稻种资源60多个性状近30万个基础数据输入计算机，建立了云南17个地州市109个县6121份完整的云南稻种资源原始数据库。以31个农艺性状资料较全的5285份云南稻种资源为基础数据并参考了其他20多个性状；按李自超等（1999）核心种质取样策略^[5]即6种分组原则（丁颖分类体系、程-王分类体系、云南稻作区划、云南行政地州分布、单一性状等5种分组原则和不分组的大随机），4种组内取样比例的方法（对数法、平方根法、多样性比例法和简单比例法等）与组内两种取样方法（聚类和随机）相结合，组成36种取样方案，然后对整体和各初选核心种质评价数据进行统计分析和各性状的生物多样性指数(8种多样性检测参数)的对比研究并进行差异显著性检验，以此判断核心种质初选方法的合理性，从中选择最佳的初选核心种质方案，4000余万个数据的运算获得的最佳取样方案，即以丁颖或程-王两分类体系为分组原则，以对数或平方根法决定组内取样比例，组内采用聚类取样方法为最佳取样方案；对总样本取样16%～18%、10%和5%表型上分别代表总样本的98%、97%、96%以上的遗传多样性。筛选出998份初级核心样品（占总样本数的18.9%），表型上约代表了云南稻种资源98%的多样性。2.2 云南稻种资源多样性

以云南稻种资源31个性状为主，用公式(I=-ΣiΣjPijLogPij/N)计算地区、稻区、程王生态群和籼粳分类的多样性指数，并按俞履圻稻种分类方法进行变种分类研究。

生态多样性（1）云南稻种资源地理分区多样性差异极大，滇西南（临沧、西双版纳、德宏、思茅）和滇东南（文山）平均多样性指数（1.2735～1.2036）最大；保山、玉溪、怒江、昭通、红河和大理（1.1747～1.1230）次之；楚雄、曲靖、丽江、昆明、东川和迪庆较低（1.107～0.7843）；（2）云南稻种资源稻作分区多样性差异相对较小，它们依次为南部边缘水陆稻区（1.2656）>滇南单双季籼稻区（1.2437）>滇中一季粳籼稻区（1.1970）>滇西北高寒粳稻区（1.1666）>滇东北高原粳稻区（1.1128）。

遗传多样性云南是中国稻种最大的遗传和生态多样性中心^[8]。用程-王分类体系对5285份云南地方稻种资源进行系统分类和遗传变异研究，研究结果认为：（1）5285份云南地方稻种可划分为6大生态群，其中籼亚种下的早中籼、晚籼和冬籼生态群分别占云南地方稻种的1.8%、43.9%、0.5%；粳亚种下的爪哇稻、光壳稻和普通粳生态群分别占云南地方稻种的3.6%、18.1%、32.1%^[6]。（2）云南稻种资源粳稻的多样性（1.2081）明显大于籼（1.1454）；(3)6大生态群的平均多样性指数依次为爪哇群（1.2319）>晚籼群（1.1738）>普通粳群（1.1726）>光壳群（1.1618）>早中籼群（1.1371）>冬籼群（0.9889）。按俞履圻的变种分类方法对云南地方稻种进行变种分类研究表明：5931份云南地方稻种被划分为53个变种，其中籼亚种3020份属于24个变种，粳亚种2911份属于29个变种。因此不论是遗传多样性指数还是变种分类研究均显示了粳稻的遗传多样性明显大于籼稻。

2.3 云南地方稻种资源地理分布系统及图集的研制

云南是中国最大的稻种遗传多样化中心和优异资源的富集地区，收集保存了约占中国稻种资源总数1/7的云南稻种资源及其完整数据。首次对6121份云南地方稻种资源50多个性状300多个级别进行了地理密度分布及多样性指数分布研究；将GIS技术应用到云南稻种资源分析、研究和制图，形成了300多个结果数据库，绘制了325幅云南稻种资源特征特性地理分布图。该系统由数字地理底图库、原产地基本情况数据库、作物种质资源数据库及其各功能模块组成，具有数字处理、地图生成、显示、输出和分析等功能。该图集显示了云南地方稻种资源特征特性在云南省各县的地理分布，全方位、多层次表现了云南地方稻种资源特征特性空间分布的特点。

2.4 云南地方稻种资源的分布

2.4.1 丁颖分类体系及其多样性分布在云南各县中墨江是云南稻种资源丁颖4级分类性状最大的分布中心，即富集地区，其密度分布较高，如籼稻>8%(占云南籼粳总数，下同),粳稻>6%，早中稻>4%，水稻和陆稻均大于6%，粘稻>7%、糯稻>8%。以地区而论，临沧是云南稻种资源及其丁颖4级分类性状最大的遗传多样性中心，如临沧地区的地方稻种多样性指数为1.2735，籼和粳稻为0.7～0.9，早中稻和晚稻为1.1～1.5，水稻和陆稻为1.2～1.5，遗传多样性指数在17个地州中均为最大。

2.4.2 程王分类体系及其多样性分布

云南地方稻种资源6大生态群遗传多样性中心分别为：粳亚种内爪哇稻群的分布中心是镇康（>25%）；光壳稻群以陆稻居多,主要集中分布于滇西南，以思茅、西双版纳和临沧3地州分布最密集，尢其是勐海、澜沧、西盟、孟连4县（分别为9%～15%）；普通粳群的分布中心是墨江（>6%）。籼亚种的早中籼群的分布中心是镇雄和威信县（为9%～12%）。晚籼群、冬籼群的分布中心分别是墨江(>12%)和瑞丽(>2%)。

2.4.3 形态性状及其多样性的分布

墨江不仅是云南稻种资源丁颖4级分类性状最大的分布中心，而且是叶片性状（叶色、茸毛、弯直、大小和角度等）和穗部性状（出穗整齐度、茎集散与穗枝集散、柱头紫色外露、着粒密、长粒、颖毛、红米、早熟）的分布中心。穗部性状的多样性中心的遗传多样性指数I为0.9～1.8，穗部各性状多样性中心分布不同，如穗形（勐海）、穗长（滇西）、每穗总粒数（贡山）、着粒密度（红河）、芒长（马龙）、粒长（昆明）、颖尖色（石屏）、颖壳色（禄丰）、穗部性状分布中心的密度为8%，如小穗（澜沧）、大穗大粒（腾冲）、着粒密度（澜沧）、芒长（永德、墨江）、粒形（西双版纳州、墨江）、长粒（永德）、颖尖色（勐海、墨江）、颖壳色（墨江、澜沧）、光壳（澜沧、勐海）、小粒（孟连、江城）、大粒（景洪）、白米和紫米（景洪）。云南大穗大粒品种的米质是比较好的，是高产育种的宝贵材料，广泛分布于景洪、勐海、墨江、永德和耿马等39个县，尤其腾冲和勐海县是云南地方稻种大穗大粒优异资源的分布中心。米质性状不仅与地理生态环境密切相关，还与民族生活习惯有联系，如会泽是稻米总淀粉、直链淀粉和赖氨酸含量等米质性状的多样性中心，I为0.9～1.2；龙陵是赖氨酸、低糊化温度和总淀粉分布中心，以及勐海是低直链淀粉、高支链淀粉、低胶稠度、高糊化温度、低精米率和低糙米率的多样性中心。思茅地区和西双版纳州是稻瘟病抗源最丰富的地区；新平和腾冲是云南稻种苗期高抗稻瘟病资源的富集区。永德是稻白叶枯病的多样性病区和高抗白叶枯病资源的分布区。云南紫香软米资源的分布与生态环境及少数民族食米习惯密切相关。

3 讨论

3.1 云南初级核心稻种及其多样性的分布规律

临沧、思茅和西双版纳是云南初级核心稻种的多样性（I＝1.3～1.5）分布中心,其次是德宏、文山、保山、玉溪、怒江、昭通和红河，I＝1.1～1.3；大理、楚雄、曲靖和丽江I为0.9～1.1；昆明、迪庆和东川则低于0.9。云南初级核心稻种的多样性分布规律与云南地方稻种资源的多样性分布规律的总趋势是一致的。这表明由李自超等（1999）建立起来的云南稻种资源核心种质取样原则、方法和技术体系^[5]是可靠的。

3.2 云南稻种资源的遗传多样性与生态多样性密切相关云南位于北纬20°8′32″至29°15′8″和东经97°31′39″至106°11′47″之间，是由青藏高原延伸的低纬高原。山地、高原和盆地相间分布是云南地貌的重要特征并拥有中国稻作所有的气候类型，地理生态非常复杂，从海拔76m的河口县到2695m的宁蒗县永宁镇均有稻作分布，是中国较为特殊的一个稻作区。云南稻种资源的地区生态多样性差异极大，滇西南（临沧、西双版纳、德宏、思茅）和滇东南（文山）的遗传多样性指数最大，这主要取决于复杂的气候生态类型，该区位于亚洲栽培稻中国和南亚两个独立起源地之间，受两个独立起源中心的强烈影响，同时该区主要属于滇南单双季稻区和南部边缘水陆稻区，拥有热带、南亚热带、中亚热带和暖温带气候类型，因而形成了滇西南稻种资源的气候生态多样性，而水陆稻、粘糯稻、穗部和籽粒等性状的多样性占明显优势。其次是保山、玉溪、怒江、昭通、红河和大理，该区稻种籼粳的垂直分布极为明显，海拔差异较大是形成这些地区稻种资源的遗传多样性的重要原因。楚雄、曲靖、丽江、昆明、东川和迪庆稻种资源的多样性指数相对较低，主要是由水陆稻、粘糯稻和颖毛的多样性较低引起。云南地方稻种的县区之间多样性指数差异大。临沧地区的永德、镇康、沧源、耿马和双江，西双版纳的景洪、勐海，德宏州的瑞丽、陇川、盈江，思茅的墨江，文山州的文山和广南，这13个县的遗传多样性指数都高，形成了滇西南稻种资源遗传多样性中心。滇西南稻种资源多样性中心的形成不仅与云南稻种资源变异多（云南高原高能离子多诱发的突变率高），生态气候多样性与地理隔离密切相关，还与云南少数民族多、食米习惯不同的人工选择方向多有很大关系。

3.3 云南稻种资源核心种质库构建的利用前景

云南稻种资源核心种质库是在研究云南稻种资源多样性、籼粳6大生态群、地理分布系统及图集、优异种质系统发生规律和核心种质的取样策略、技术体系、优良新基因的定位及其形态、同工酶以及分子标记建立起来的。它不仅为云南乃至全国稻种资源核心种质库的构建提供样板；而且有助于其它农作物种质资源核心种质库的构建。它不仅有利于寻找和确定云南稻种优异、珍稀资源的分布区域及其系统发生规律研究，以及云南稻种优良基因分子定位克隆、转基因育种及其系统发生规律研究；而且对稻作品种的布局、稻种区域试验、推广体系建设、稻的民族植物学研究、政府决策和优质米的开发利用都将起到积极的作用。

参考文献

1 王象坤，孙传清.中国栽培稻的起源与演化研究专集.北京：中国农业大学出版社.1996，1～233

2 Zeng Yawen, Wang Jianjun, Li Xuelin et al.Genetic variation of crop resources in Yunnan Province,China.Plant Genetic Resources Newsletter.1998,114:40～42

3 Zeng Yawen, Shen Shiquan, Xu Furong et al.Ecological diversity of cold tolerant rice in Yunnan,China. Plant Genetic Resources Newsletter.1999，117:43～47

4 曾亚文，陈勇，戴陆园,等.云南紫香软米资源的研究与利用.中国稻米.1998，（2）：7～8

5 李自超，张洪亮，曾亚文，等.云南稻种资源核心种质取样方案研究。见：21世纪水稻遗传育种展望.北京：中国农业科技出版社.1999，265～273

6 曾亚文，李自超，杨忠义,等.云南地方稻种籼粳亚种与生态群分类及其地理生态分布.作物学报（已录用）

7 李自超，张洪亮，孙传清,等.植物遗传资源核心种质研究现状与展望。中国农业大学学报.1999，4（5）：51～62

8 黄燕红，孙新立，王象坤.中国栽培稻遗传多样性中心的同工酶研究.见：中国栽培稻起源与演化研究专集.北京：中国农业大学出版社.1996，85～91

Estabilish and utilization of core collection bank

of rice resources in Yunnan Province

ZENG Yawen¹, WANG Xiangkun², YANG Zhongyi¹,LI Zichao²,

SHEN Shiquan¹ ZHANG Hongliang²,LI Huajun

(1Crop Germplasm Resources Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kunming 650205;

2College of Crop Science, China Agricultural University, Beijing 100094;3Xinping County Seed Company of Yunnan Province, Xinping 653400)

Abstract The present paper carried out the studies of sampling scheme and technology system on setting up a core collection, diversity, six ecogroups of two subspecies, electronic mapping system and atlas, phylogenesis law of elite germplasm resources of Yunnan landrace rice with 6121 accessions.The system of core collection bank of rice resources in Yunnan Province, was established preliminarily. Utilization of this system is disscussed.

Key words Core collection；Utilization；Yunnan landrace rice