生短我行 大豆地方品种种质保持中 适宜样本容量的研究 章元明盖钧锚 (南京农业大学大豆研究所，南京210095) 提要将大豆的绿种皮品种作为标记蒸因型与黄种皮品种合成具有不同凭率的混合群体，以 模仿大豆科体种质，通过田同试验和蒙特卡罗计第机模拟，研究标记基四型频率的抽样变异和群体 种质保持的适宜样本容量。所用统计指标为稀少基因型频率的标准差、95%置信下限及丢失频率 大豆播种样本容量264一330粒，种植行长3.33m,4一5行，相应田同株数150一200，可以权衡凭保 持大豆群体种质又节省繁殖工作量。群体种质紫殖次数增加或持续发生混杂均药增加稀少基因型 丢失的可能，因而改着贮存条件、减少紫殖次数、避完混杂也是群体种质保持的重要措施。 关健词大豆：种质资潭保特：适宜样本容量，蒙特卡罗横拟 种质保持指种质资源连续多代的长期保持，包括动态繁衍与静态贮存两方面，单一基 因型的种质保持主要是防止机械混杂及由之引起的生物学混杂。多种基因型群体种质如 大豆地方品种群体的保持，还要使亲子代种质群体内各纯合基因型频率维持最大程度的 相似性。以往种质保持过程中适宜样本容量的讨论基本上是经验性的 Cr (1989))指出群体种质保持样本容量主要与稀少基因型颗率有关。为此，本文从田间试验 和计算机棋拟两方面研究大豆群体种质中稀少基因型频率的抽样变异和适宜样本容量。 1材料与方法 1.1田间试验 于1990年进行预备试验，1991年正规试验。用绿种皮品种为标记基因型与黄种皮品 种合成具有不同率的混合群体以模仿大豆群体种质，品种组为南农88-1与南农87℃39 (代号A)、南农86-62与南农88C-19(代号B),每组中的后者为绿种皮品种。播前各组均 按绿种皮种子（即标记基因型）基因型频率0.50,0.30,0.10、0.05和0.01构成群体，每群 体种植70行，每行66粒，不间苗。行长3.33m,行距0.5m, 每群体中，各行分别统计播前种子，田间成株和收获后种子标记基因型数及总数 按 合并行数（即样本容量）不同，在计算机上随机抽取1000个样本，形成三时期（播前、成株 期、收获后)标记基因型频率分布。其中，合并行数分别为1,2,3、…、10，即播前样本容量 为66、132、198、·，660粒，所用统计指标为标记基因型频率标准差、标记基因型丢失领率 与标记基因型频率95%置信下限 有关统计方法参见文献4。 1.2蒙特卡罗计算机模拟 为与田间试验结果相互印证，进行了蒙特卡罗计算机模拟们(1)不同因素对基因型 收稿日期1993-0308 1-009 China Academic Joumal Electronic Publishing HosAll ights reserved:/e
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增刊 章元明等：大豆地方品种种质保持中适宜样本容量的研究 71 颜率变异性影响的模拟，基因型频率仍为5水平，试验因素包括成株率，繁殖力、样本容量 等，鉴于不同基因型颖室下各模拟方案且有相同规律，因而确定仅对蟹殖力平均数50， 殖力标准差15，成株事0.5以及样本容量264粒一种模拟方案进行分析。(2)不同混杂 率种质群 本结构经若干世代后变化的模拟，混杂频率 0.05和0.01，世代数为1,5、10 15和20，繁殖力平均数100，繁殖力标准差20以及成株率0.5。 2结果与分析 2.1大豆地方品种种质繁殖各时期标记基因型频率的变化及适宜样本容量 从标记基因型频率标准差变化的转折点探讨适宜样本容量（表1）。在各播前种子群 品种维 198粒，而频率为0.01的为264粒，各情况 综合的分界线样本容量为264粒。在模拟结果中，其综合分界线为330粒，综合两方面结 果，样本容量264一330粒，是播前种子群体标记基因型赖率标准差由显著下降到缓慢降 低的综合分界线。 表1不同时期种质群体标记基因型频率的标准差 Table I ndard deviation of marker genotype frequency (MGF)in germplasm population during variou 收获后 526433065066254333860663643108 0540220.0116.0940.067a2640.01310.0120.g786.03650.0174.0150.0112 0.01 Q0102a.0490.0045Q.031a01320.0640.0600.042a01320.6070.067c.048 0.50 Q05600.02800.2450.0174007720.03910.03540.02450.6416004220.04010.0273 0.30 0.054 (B) .262.024.0165719.0350.03020202.0826a27.023 0.0161.01400.00964540.02260.02080.01420.04170.0209Q01850.013 0200.07.07a707.01200的10.22.029010.00 n 5n 00g9.076015L.0875a046083850.02710.007.0472a6a.0284 0.30 0.05580.02770.02570.0183Q.0793Q04090.03630.02490.821Q.0425038002 0.0378 &.10.0120.0600.00530.039.017446.070.0560.0134.846010.008 田间植株群体及收获后种子群体标记基因型频率标准差变化趋势与指的种子群体 致，不过它们均 前种 子群体相应的标准差，尤其前者 鉴于与前样本 茧26 330粒相对应的平均田间株数为130一170株，若考虑置信限，其95%置信上限为150 14-2009 Chima Academic Joumal Electronic Publishing House All rights reserved hup/Aw.cnkine
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72 中国农业科学 28金 200株。因而，播前样本容量为264一330粒，相应田间株数为150一200株，可作为种质紫 殖更新三时期标记基因型频率标准差由显著降低到缓慢 下降的综合分界线 从标记基因型丢失颗率探讨适宜样本容量（表2）。在各播前种子群体中，标记基因型 频率为0.10一0.50时，标记基因型即稀少基因型均未丢失。当其频率为0.05，样本容量 为66粒时，其丢失频率在5%以下，然而，当其颗率为0.01，样本容量为66粒时，其丢失 频率为43.2%一51.0%，不能忽视，不过，当样本容量增加到264粒后，其丢失频率均在 5以以下，越拟结果，样本容量为330拉时，丢失频率也小于5%，因此，标记基因型领率不 小于0.01，样本容量为264~330粒时，稀少基因型在播前种子抽样丢失属小概率事件。 type (EFMG)inempasm population during varous 桶前BP 意株期GU播就BP 或楼期GU 播榆BP 成校期GU 0.050.010.050.010.050.010.100.050.010.050.010,050,01 660.0230.4320.0950.7180.0470.4570.0140.2950.7110.0330.5100.2000.725 1320.0010.2020.0090.5170.0030.2020,0010.0710.5040.0010.2700.0370.510 0.0000.1110.002a,3990.000a.0980,000a.0190.3720.0000.1350.0050.371 0.co00.0290.c000.2700.000.044a.0000.003a.248a.000a.060a.000a.281 s0 0.0o0a0160.0000.2190.000.024a0004001Q.1740.000a.0390.000.192 596 0.000000000000.0670.0000.00100000.000 a.055a.0000.0020.0000.05 660 0.c00000 4000a0420.0000.000.0000.0000.0240.0000.0010.0000.029 未列出的标记基因丢失狮半均为0 The EFMGs for the other MGF3 were all zerc 在田间植株群体中，标记基因型频率不小于0.10的群体其丢失频率均小于5%。当 其频率为0.05，样本容量为66粒时，其丢失频率为9.5%一29.5%；若样本容量增加到 198粒，其丢失叛率小于5%。当其频率为0.01、样本容量为66粒时，其丢失颗率为71% 左右，相当大：样本容量为330粒，其丢失频率也为20%左右，还很大：只有当样本容量为 660粒时，其丢失频率才小于5%，但是，这种低基因型频率在大豆地方品种中基因不出 现，可忽略这 ,因此 在田间保持频率不小于0.05的基因型是可行的。收获后种于 群体标记基因型丢失频率的变化与田间植株群体 致因此，种 紫殖 三个时期的综合情 况，播前样本容量为264~330粒基本可控制稀少基因型不丢失。以标记基因型频肃的 95%置信下限为统计指标的分析结果与丢失频率分析结果一致。 2.2繁殖世代数对大豆地方品种种质群体保持的影响 样本容量为播前264粒的计算机模拟表明，在标记基因型频率大于0.03时，随着世 代的增加，群体标记基因型频率基本不变，均维持在原有的0.3和0.5水平上.但是，随着 基因型频率降低，增加紫殖世代时，其率偏离相对增 ,如20代后从0.1变为0.087。 0.01变为0.0085，减少紫殖世代数对保持种质是有利的 鉴于种质群体每繁殖一次其标记基因型颍率即收获后种子群体结构发生变异，每增 加一次繁殖就增加一次变异，因而，可由试验结果推算出播前样本容量为264粒时，不同
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增刊 章元明等：大豆地方品种种质保持中适宜样本容最的研究 73 世代种质群体标记基因型频率的标准差（表3）。在二个品种组成的各种标记基因型频率 种质群体中，随着繁殖世代增加，大豆地方品种种质群体标记基因型频率标准差不断增 加。模拟结果与此相仿。因而，进一步说明在种质保持过程中，减少紫殖次数意义重大。 世代 品种组(A)CG 0.500.300.10 0.05 0.010.500.300.10 0.05 0.01 0.0482003910.03080.01770.00700.04420.03860.02090.01290.0076 0.10780.08740.05890.039g0.01570.09440.08180.0457 0.0289 0.0170 0.15240.12370.03740.05600.02210.13350.1157 0.0661 0.04080.0240 5 0.18670.15140.11930.06860.02710.16340.14180.08100.05000.0294 200.2156Q.1749Q.13770.07920.03130.18870.16370.093500570.0340 表4为播前种子样本容量为264粒时计算机模拟的丢失频率结果随着世代增加，标 记基因型丢失频率增大，须率小于或等于0.1的群体尤为突出。如基因型频率为0.05 0.1,繁殖 后，基因型丢失率很 ,可以忽略 但是，经过5一10代 殖后，其基因型 丢失频奉则很大 为128财 34.2%,决不能忽略 苦经过20代，频 为0.05和0 基因型，其丢失频率分别是56.0%和30.2%，不过，当频率为0.1的基因型经种质群体紧 殖5次后，其丢失频率小于5%，因而，减少繁殖次数对于保持稀少基因型频率为0.1左 右的种质群体是十分重要的。至于频率为0.3一0.5的基因型，则一般不易丢失。以标记 基因型频事的95%置信下限为统计指标的分析结果与上述情况相似 tion frequeney of r f certain generations 世代 e t 0.01 0.05 0.10 0.30 0.50 0.264 0.002 0.000 0.000 0,000 0.535 0.128 0.025 0.000 0.000 10 0.75 0.342 0115 0.001 0.00g 0.83 0.45 0.22 0.004 0.00q 20 0.880 0.560 0.302 0.024 0.000 2.3混杂对种质群体保持的影响 表5为潘前种子样本容量为264粒时每次繁殖均保持有一定频率混杂的计算机模拟 结果。随着繁殖世代增加，群体混杂频率增大。若混杂频率为0.01，则10代后就有11% 的混杂，改变了原有种质结构.若混杂频率为0.05，经10代将有54.1%混杂，比前者大得 多，说明混杂率稍一增大，随着世代增加，混杂频率急剧增加。因而，种质保持过程中减 少混杂频率也是十分重要的 194-2009 Chima Academic Journal Electronic Publishing House All rights reserved.hup:/wwcnkne
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74 中国农业科学 28卷 plasm after reproduction of certain generation with various continuous migration frequencies 世代 0.0 0.05 标准误5文 标在误5 0.019 0.000 0.099】 0.0008 0.0601 0.0013 0.2949 0.0024 0.11 0.002 0.5t09 0.004g 0.16t8 0.003 0.787 0.0046 0 0.2103 0.0010 0.9515 0.0029 3讨论 31本研究从基因型频书标准差变化的转折点，基因型丢失频率和基因型顿率的95% 置信下三方面分析，得出种质保持的话官样本容量的共同结论究数据与计算机蕴龙 结果相互能印证。高楷等(1990)，0 e（1971)是以 产量为指标得出的 论。相比之下，本文的方法似更切实，通用些。但是，本文仅对抽样过程进行研究，尚未考 虑天然异交等因素的影响，因而还有待于进一步研究。 3.2研究结果表明：行长3.33m,4-5行，播前粒数264~330，相应的株数150~-200是 保持单份材料的适宜样本容量。通常应保持不止1份，若保存20份时，就需要保持5000 6000粒种子，Hawkes则认为至少要保存2500~5000粒种子， 本研究仅涉及群体中只含2种基因型情况。若有3种纯合基因型AA,BBCC,假定频 率低的因即其因刑为C扣AA和B△起率看作 一个整体，这就成为本研究 2种基因型的情况。因此，具有多种基因型的大豆地方品种种质群体的保持可参考本研究 33随着繁殖次数增多，基因型频率变异增大，特别是具有一定混杂频率时更为严重这 与Basilicata大学和IBPGR等发现的两份异质小麦种质经6代繁殖后其群体结构发生 了大的变化以及Sigh等(1984))发现种质繁殖更新后有50%失去原有的种质特性的结 果举似因此，在种质保持过程中，一方面采用适宜的样本容量整殖种质群体，另一方面 用高技术的保存推施，增加保存的年限，达到减少紫殖次数的目的。 参考文献 3黎将种库种质更新和紫种的理论和本方法，件，191,217678 4马育堡。试验症计，农最出折挂，12 5徐钟济，蒙特卡罗方法，上海科学技术出版杜，1985 the sample sire required foe of ou G6n.1989.77:15161
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增刊 章元明等：大豆地方品种种质保持中适宜样本容量的研究 分 8 Frankel O H,E Bennett.Genetic resource in plants:their exploration and conservation.Blackwall,Oxford.1970 9 Frankel O H,J G Hawkes.Crop genetie resource for today and tomorrow.Cambridge univ.Press.1975 10 Fraser A S.Simulation of genetic system by automatic digital computers.Austranlin J.Biol.Sci.1957,10:484~491 11 Omolo E,W A Russell.Genetic effects of population size in the reproduction of two heterogeneous maize populations.lowa State J.Sci.1971,45:449-512 12 Yonezawa K.A definition of optimal allocation of effort in conservation of plant genetic resource with application to sample size determination for yield collect.Euphytica.1985,34:345~354 A STUDY ON SUITABLE SAMPLE SIZE IN THE CONSERVATION OF LANDRACE OF SOYBEANS Zhang Yuanming Gai Junyi (Soybean Reseurch Institde,Nanjing Agricultral Linersity,Nanjing 210095) ABSTRACT Mixtures of a yellow-seeded and a green-seeded (marker genotype)soybean cultivars were used to imitate soybean landraces composing of two homozygous genotypes.Five populations with frequencies of marker genotype 0.5,0.3,0.1,0.05 and 0.01,respectively for each of two cultivar pairs were formed.To confirm the results from the field experiments,the Monte Carlo computer simulation was carried out.The suitable sample size varied with the frequency of marker genotype,and a sample size with 250~330 seeds for planting,and 150~200 plants in the field could fit most of the situation of the tested frequencies of marker genotype except the frequency of rare genotype was too small,for example 0.01 or less.The variation of marker genotype frequency and the frequency of extinction of a marker genotype increased with the advance of generation.In addition,the purity of a germplasm was disturbed due to the introduction of offtypes,which was getting more serious with the advance of generation. Key words:Soybean;Germplasm conservation;Suitable sample size;Monte Carlo simulation 1994-2009 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.hup:/ww.cnkinet
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