中国水稻科学 ›› 2024, Vol. 38 ›› Issue (4): 447-455.DOI: 10.16819/j.1001-7216.2024.231011
吴玥1, 梁铖玮1, 赵辰妃1, 孙健1,*(), 马殿荣2,*()
收稿日期:
2023-10-27
修回日期:
2024-03-06
出版日期:
2024-07-10
发布日期:
2024-07-12
通讯作者:
*email: sunjian811119@syau.edu.cn; madianrong@syau.edu.cn
基金资助:
WU Yue1, LIANG Chengwei1, ZHAO Chenfei1, SUN Jian1,*(), MA Dianrong2,*()
Received:
2023-10-27
Revised:
2024-03-06
Online:
2024-07-10
Published:
2024-07-12
Contact:
*email: sunjian811119@syau.edu.cn; madianrong@syau.edu.cn
摘要:
【目的】 杂草稻造成直播稻田水稻产量损失严重。对直播稻田中杂草稻种群的发生规律、多样性变化和遗传演变的解析,对农田生态系统管理和杂草稻灾害的防控具有重要意义。【方法】 连续三年对新开直播稻田生态系统中杂草稻种群进行追踪调查。通过定点追踪取样、特征表型鉴定和基于液相芯片的群体遗传结构鉴定,分析杂草稻群体的危害规模、生态类型及其遗传多样性演变。【结果】 水稻直播生产方式下杂草稻数量逐年增加,分别为345.6株/m2、512.4株/m2、600.1株/m2。表型多样性也呈逐年上升趋势,香农指数分别为0.530、0.762、0.852;辛普森指数分别为0.340、0.227、0.164。杂草稻群体的基因多样性(Pi)在三年间呈现先升高后降低的趋势,分别为0.2097、0.2530、0.1493。在群体遗传结构层面,主成分分析与进化树分析结果均显示杂草稻与当地种植的栽培稻没有直接的亲缘关系。不同年度间采集的杂草稻样品在各大聚类分支上均有分布。不同类型杂草稻在高纬度冷凉环境以及与直播稻竞争的双重选择压力下优胜劣汰,导致群体遗传多样性增加后迅速收敛,群体遗传结构随之改变,适应性类型崛起。【结论】 在直播稻新开田生态系统中,杂草稻入侵后群体规模与多样性迅速上升,导致灾害指数迅速增加。基因多样性与群体遗传结构对选择压力高度敏感,产生危害的适应类型杂草稻在入侵直播稻田生态系统伊始就已经奠定。
吴玥, 梁铖玮, 赵辰妃, 孙健, 马殿荣. 直播稻田杂草稻灾害发生及生态型的演变特征[J]. 中国水稻科学, 2024, 38(4): 447-455.
WU Yue, LIANG Chengwei, ZHAO Chenfei, SUN Jian, MA Dianrong. Occurrence of Weedy Rice Disaster and Ecotype Evolution in Direct-Seeded Rice Fields[J]. Chinese Journal OF Rice Science, 2024, 38(4): 447-455.
灾害指数范围 Hazard index range | 级别 Degree |
---|---|
<50 | 轻度灾害 Light |
[50, 100) | 中等偏轻灾害 Moderately light |
[100, 200) | 中度灾害 Moderate |
[200, 400) | 中等偏重灾害 Moderately severe |
≥400 | 重度灾害 Severe |
表1 杂草稻灾害程度分级
Table 1. Grading of weedy rice disaster severity
灾害指数范围 Hazard index range | 级别 Degree |
---|---|
<50 | 轻度灾害 Light |
[50, 100) | 中等偏轻灾害 Moderately light |
[100, 200) | 中度灾害 Moderate |
[200, 400) | 中等偏重灾害 Moderately severe |
≥400 | 重度灾害 Severe |
图1 杂草稻发生密度年度间动态变化 **和***分别表示在0.01和0.001水平上差异显著(t-检验)。
Fig. 1. Dynamics of weedy rice occurrence density across years ** and *** indicate significant difference at the levels of 0.01 and 0.001, respectively(t-test).
编号 Number | 粒长 Grain length(cm) | 粒宽 Grain width(cm) | 颖壳颜色 Husk colour | 果皮颜色 Pericarp colour | 芒 Awn | 采集年份 Year |
---|---|---|---|---|---|---|
A2 | 0.717 | 0.321 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A3 | 0.767 | 0.284 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A4 | 0.766 | 0.259 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A5 | 0.686 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A6 | 0.777 | 0.260 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
B1 | 0.730 | 0.273 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2020 |
B2 | 0.743 | 0.272 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
C | 0.778 | 0.247 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2020 |
D | 0.660 | 0.347 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
E | 0.778 | 0.285 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
X1 | 0.739 | 0.291 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X2 | 0.882 | 0.328 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X3 | 0.806 | 0.318 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X4 | 0.783 | 0.330 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X5 | 0.745 | 0.350 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X6 | 0.849 | 0.308 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X7 | 0.766 | 0.301 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X8 | 0.754 | 0.341 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X9 | 0.721 | 0.279 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X10 | 0.851 | 0.330 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X11 | 0.763 | 0.312 | 黑色或棕色 Black or brown | 绿色 Green | 长芒 Long | 2021 |
X12 | 0.801 | 0.333 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X13 | 0.774 | 0.340 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X14 | 0.875 | 0.300 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X15 | 0.772 | 0.301 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2021 |
X16 | 0.864 | 0.301 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
DW1 | 0.776 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW2 | 0.738 | 0.321 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW3 | 0.741 | 0.276 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW4 | 0.736 | 0.320 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW5 | 0.759 | 0.318 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW6 | 0.791 | 0.283 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW7 | 0.688 | 0.326 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW8 | 0.740 | 0.272 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW9 | 0.741 | 0.261 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW10 | 0.718 | 0.262 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW11 | 0.727 | 0.263 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW12 | 0.718 | 0.304 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW13 | 0.698 | 0.316 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW14 | 0.697 | 0.315 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW15 | 0.796 | 0.287 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW16 | 0.700 | 0.317 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW17 | 0.687 | 0.317 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW18 | 0.653 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW19 | 0.754 | 0.295 | 黑色或棕色 Black or brown | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW20 | 0.689 | 0.328 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW21 | 0.710 | 0.266 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW22 | 0.669 | 0.306 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW23 | 0.712 | 0.278 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW24 | 0.668 | 0.312 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW25 | 0.745 | 0.285 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW26 | 0.658 | 0.303 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW27 | 0.745 | 0.307 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW28 | 0.715 | 0.285 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW29 | 0.697 | 0.310 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW30 | 0.691 | 0.266 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
表2 杂草稻种子形态特征
Table 2. Seed morphological characters of weedy rice
编号 Number | 粒长 Grain length(cm) | 粒宽 Grain width(cm) | 颖壳颜色 Husk colour | 果皮颜色 Pericarp colour | 芒 Awn | 采集年份 Year |
---|---|---|---|---|---|---|
A2 | 0.717 | 0.321 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A3 | 0.767 | 0.284 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A4 | 0.766 | 0.259 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A5 | 0.686 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
A6 | 0.777 | 0.260 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
B1 | 0.730 | 0.273 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2020 |
B2 | 0.743 | 0.272 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
C | 0.778 | 0.247 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2020 |
D | 0.660 | 0.347 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
E | 0.778 | 0.285 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2020 |
X1 | 0.739 | 0.291 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X2 | 0.882 | 0.328 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X3 | 0.806 | 0.318 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X4 | 0.783 | 0.330 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X5 | 0.745 | 0.350 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X6 | 0.849 | 0.308 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X7 | 0.766 | 0.301 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X8 | 0.754 | 0.341 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
X9 | 0.721 | 0.279 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X10 | 0.851 | 0.330 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X11 | 0.763 | 0.312 | 黑色或棕色 Black or brown | 绿色 Green | 长芒 Long | 2021 |
X12 | 0.801 | 0.333 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X13 | 0.774 | 0.340 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X14 | 0.875 | 0.300 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2021 |
X15 | 0.772 | 0.301 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2021 |
X16 | 0.864 | 0.301 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2021 |
DW1 | 0.776 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW2 | 0.738 | 0.321 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW3 | 0.741 | 0.276 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW4 | 0.736 | 0.320 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW5 | 0.759 | 0.318 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW6 | 0.791 | 0.283 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW7 | 0.688 | 0.326 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW8 | 0.740 | 0.272 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW9 | 0.741 | 0.261 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW10 | 0.718 | 0.262 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW11 | 0.727 | 0.263 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW12 | 0.718 | 0.304 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW13 | 0.698 | 0.316 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW14 | 0.697 | 0.315 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 长芒 Long | 2022 |
DW15 | 0.796 | 0.287 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW16 | 0.700 | 0.317 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW17 | 0.687 | 0.317 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW18 | 0.653 | 0.309 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW19 | 0.754 | 0.295 | 黑色或棕色 Black or brown | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW20 | 0.689 | 0.328 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW21 | 0.710 | 0.266 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW22 | 0.669 | 0.306 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW23 | 0.712 | 0.278 | 黄色 Yellow | 绿色 Green | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW24 | 0.668 | 0.312 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW25 | 0.745 | 0.285 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW26 | 0.658 | 0.303 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
DW27 | 0.745 | 0.307 | 黄色 Yellow | 红色 Red | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW28 | 0.715 | 0.285 | 黄色 Yellow | 白色 White | 长芒 Long | 2022 |
DW29 | 0.697 | 0.310 | 黄色 Yellow | 白色 White | 无芒或短芒 No or short | 2022 |
DW30 | 0.691 | 0.266 | 黑色或棕色 Black or brown | 红色 Red | 长芒 Long | 2022 |
年份 Year | 粒长 Grain length | 粒宽 Grain width |
---|---|---|
2020 | 5.6 | 10.9 |
2021 | 6.5 | 6.4 |
2022 | 5.1 | 7.2 |
表3 杂草稻粒长和粒宽的变异系数
Table 3. Coefficients of variation of grain length and width of weedy rice %
年份 Year | 粒长 Grain length | 粒宽 Grain width |
---|---|---|
2020 | 5.6 | 10.9 |
2021 | 6.5 | 6.4 |
2022 | 5.1 | 7.2 |
年份 Year | 表型丰富度 Phenotypic abundance | 香农指数 Shannon-Wiener index(H') | 多样性指数 Simpson index (D) |
---|---|---|---|
2020 | 4 | 0.530 | 0.340 |
2021 | 8 | 0.762 | 0.227 |
2022 | 9 | 0.852 | 0.164 |
表4 杂草稻种子表型多样性
Table 4. Phenotypic diversity of weedy rice seed
年份 Year | 表型丰富度 Phenotypic abundance | 香农指数 Shannon-Wiener index(H') | 多样性指数 Simpson index (D) |
---|---|---|---|
2020 | 4 | 0.530 | 0.340 |
2021 | 8 | 0.762 | 0.227 |
2022 | 9 | 0.852 | 0.164 |
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