糯玉米種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀分析

劉新月 代 亮 付菁英 李 嬌 王亞飛 段會軍

（1.河北農(nóng)業(yè)大學(xué) 保定071001；2.保定大農(nóng)種子有限公司 河北保定071000；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué) 北京100083）

糯玉米 （Zea mays L. sinensis Kulesh） 是玉米屬（Zea mays L.）的一個亞種，最早起源于中國的西雙版納[1-2]。 因其在胚乳中的淀粉都是支鏈淀粉，遇碘會變色，質(zhì)地黏稠，所以也叫做黏玉米；糯玉米籽粒是硬粒或半馬齒形的，成熟干燥后胚乳蠟質(zhì)狀，角質(zhì)不透明、暗淡，因此又被稱為蠟質(zhì)玉米[3]。 糯玉米的糯性是受位于第九號染色體上的隱性突變基因（wx）控制，該基因功能可將直鏈淀粉全部由淀粉分支酶轉(zhuǎn)換為支鏈淀粉積累在胚乳中[4-6]。 目前，糯玉米在我國主要以消費鮮穗為主， 因此其食用品質(zhì)和營養(yǎng)品質(zhì)成為衡量糯玉米品質(zhì)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。 近年來，隨著我國飲食觀念和膳食結(jié)構(gòu)的改變， 人們對糯玉米品質(zhì)要求越來越嚴(yán)格，培育高品質(zhì)、高價值及高營養(yǎng)的優(yōu)質(zhì)高效糯玉米品種，成為糯玉米產(chǎn)業(yè)發(fā)展的迫切需要。

在糯玉米品質(zhì)性狀研究方面， 前人做了大量研究。 控制籽粒糯性的wx隱性基因具有特異效應(yīng)，基因的純合或基因間互作效應(yīng)均能引起胚乳中碳水化合物組成的改變[7]。 張勝恒等研究發(fā)現(xiàn)糯玉米包含的多種氨基酸、脂肪、蛋白質(zhì)等物質(zhì)含量顯著高于普通玉米[8]。 種皮厚度也是糯玉米重要的一項品質(zhì)性狀，影響著人們的食用口感， 種皮厚則糯玉米的口感降低[9-10]。 因此，在選擇糯玉米育種材料時，應(yīng)綜合考慮各營養(yǎng)成分，找到不同品質(zhì)性狀間的平衡點。

為選育優(yōu)質(zhì)糯玉米種質(zhì)資源， 加快糯玉米育種改良進(jìn)程， 本研究以52 份糯玉米自交系為供試材料，分別測定其蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和種皮厚度品質(zhì)指標(biāo)， 利用SPSS 軟件對52 份供試糯玉米自交系品質(zhì)性狀的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，了解這些自交系在品質(zhì)性狀上的親緣關(guān)系，以期得到優(yōu)質(zhì)糯玉米自交系類群， 為糯玉米品質(zhì)育種提供理論依據(jù)，對挖掘利用優(yōu)質(zhì)糯玉米育種材料、拓寬糯玉米種質(zhì)資源具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 材料

供試的52 份糯玉米自交系材料（表1）均由國家玉米改良中心河北分中心提供。 于2018 年5 月在保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)試驗基地種植52 份糯玉米自交系，該試驗基地位于北緯38.79°、東經(jīng) 115.56°，地塊整齊、肥力均勻、排灌便利，施入復(fù)合肥512 kg/hm2。于2018 年7～8 月將鮮食糯玉米進(jìn)行分收，脫粒后根據(jù)測定所需備用。

表1 52 份糯玉米自交系的名稱及編號

1.2 方法

1.2.1 樣品制備 將鮮食糯玉米分收、 人工脫粒后每份自交系留若干粒新鮮籽粒凍存于-20℃冰箱內(nèi)，用于種皮厚度的測定。 剩下的新鮮籽粒用電子天平稱量后放入108℃的干燥箱中殺青，之后在80℃下烘干至恒重備用，用于測定蛋白質(zhì)、淀粉和氨基酸的干籽粒在微型粉碎機(jī)中充分粉碎成粉末樣品后備用。

1.2.2 測定方法 ①蛋白質(zhì)、淀粉和氨基酸含量。 采用近紅外谷物分析儀對蛋白質(zhì)、 淀粉和氨基酸含量進(jìn)行測定。 取適量烘干后糯玉米干籽粒的粉末于50 mm 的樣品杯中， 對樣品進(jìn)行近紅外光譜掃描，3 次重復(fù)，統(tǒng)計數(shù)據(jù)。在測定過程中，每天均需用指定的標(biāo)準(zhǔn)樣品校準(zhǔn)儀器， 以保證測定結(jié)果的準(zhǔn)確性和真實性。 近紅外谷物分析儀器操作環(huán)境要求為工作溫度 2～40℃、相對濕度（RH）0～85%，開機(jī)后必須進(jìn)行充分預(yù)熱，一般要求在25℃下預(yù)熱至少30 min。②脂肪含量。采用核磁共振儀對脂肪含量進(jìn)行測定。參照李然等[11]的NMR 試驗方法，每個樣品3 次重復(fù)。③含水量。采用烘干法對樣品含水量進(jìn)行測定。參照張憲政[12]的試驗方法，每個樣品3 次重復(fù)。④種皮厚度。采用顯微測微尺法對種皮厚度進(jìn)行測定。 取凍存于-20℃冰箱內(nèi)的糯玉米籽粒， 每個自交系選5 粒大小一致的籽粒，用小刀將其縱向切開，置于顯微鏡下選取種皮厚度均勻一致部分用測微尺測量其種皮厚度，每個樣品3 次重復(fù)，取平均值。

1.2.3 聚類分析 利用SPSS 軟件對52 份供試糯玉米自交系品質(zhì)性狀的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析， 對不同品質(zhì)指標(biāo)的數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化， 采用歐氏距離對供試糯玉米自交系進(jìn)行組內(nèi)聯(lián)接聚類分析的聚類方法，得到系統(tǒng)聚類分析的譜系圖，并通過多重比較對聚類分析結(jié)果在5%水平下進(jìn)行差異顯著性檢驗。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel 2007 數(shù)據(jù)處理軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和繪制表格，采用SPSS 25.0 軟件對不同品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行聚類分析和不同類別間的差異顯著性檢驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 供試糯玉米自交系聚類分析

對52 份糯玉米自交系相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，當(dāng)閾值在19～21 時將52 份糯玉米自交系聚成4 類（附圖），Ⅰ類糯玉米自交系有 19 份：Wx231-2、白糯3、 彩甜糯 HN、 石白糯-2、 石白 406、 白甜糯 602、WxBN、E2-3、E5、WxQY、 彩糯 1、IE100976、WxCBS-1、ST5-1、鄭黃糯 04、鄭黃糯 03、G 黃糯、Wx5A-K2 和Wx5A-K3； Ⅱ類糯玉米自交系有 11 份：IE100325、H533-72-2、Wx231-1、 白糯 6、WxLX、 石白糯-1、W68、Wx5b、BS 黃糯、YF 紫黑糯和 D 甘糯 2 號；Ⅲ類糯玉米自交系有 19 份： 白糯 2、 白糯 G、 白糯 8、白糯 7、白糯 1-1、GBX、WxLD、WxZJH、京糯 31、Wx3、糯 2、黃糯-1、黃糯-2、IE100322、IE100324、WxCBS-2、甘黑 Wx、D 甘糯 3 號和 D 甘糯 4 號； Ⅳ類糯玉米自交系有 3 個：Wx8-2-1、Wx8-2-2 和 JKN968。

2.2 糯玉米自交系的品質(zhì)性狀

附圖 52 份糯玉米自交系的系統(tǒng)聚類分析譜系

由表2 可知， 在供試的52 份糯玉米自交系中，蛋白質(zhì)含量排在前12 位的均為Ⅲ類，其中WxZJH 蛋白質(zhì)含量最高，為16.23%；淀粉含量排在前11 位的為Ⅰ類、Ⅱ類和Ⅲ類，淀粉含量均在71.00%以上，其中Ⅱ類中的H533-72-2 淀粉含量最高， 為74.58%，Ⅰ類和Ⅱ類在前11 位中所占比例相近；脂肪含量排在前11 位的為Ⅰ類、 Ⅲ類和Ⅳ類， 脂肪含量均在4.00%以上， 其中Ⅳ類的JKN968 脂肪含量最高，為6.08%，Ⅲ類在前11 位中所占比例最高；氨基酸含量排在前10 位的為Ⅱ類、Ⅲ類和Ⅳ類，其中Ⅳ類中的JKN968 氨基酸含量最高， 為 21.92%， 且Ⅳ類中的Wx8-2-1、Wx8-2-2 氨基酸含量分別位于第2 位和第3 位，Ⅲ類在前10 位中所占比例最高；含水量排在前5 位的為Ⅱ類和Ⅳ類，其中Ⅳ類中的JKN968 的含水量最高， 為67.29%； 種皮厚度Ⅰ類較薄， 其中ST5-1 種皮厚度最薄，為48.56 μm，Ⅱ類的種皮厚度較厚，其中YF 紫黑糯的種皮厚度最厚，為87.61 μm。

2.3 糯玉米自交系類別間的差異顯著性

由表3 可知，蛋白質(zhì)含量位居第1 位的是Ⅲ類，Ⅳ類次之，Ⅲ類與其他3 類差異顯著，Ⅰ類與Ⅱ類差異不顯著；淀粉含量位居前2 位的是Ⅰ類和Ⅱ類，二者之間差異不顯著， Ⅱ類與Ⅲ類、 Ⅳ類差異顯著，Ⅰ類與Ⅲ類差異不顯著； 脂肪含量位居第1 位的是Ⅳ類，與其他3 類差異顯著；氨基酸含量最多的為Ⅳ類，與其他3 類差異顯著，Ⅱ類、Ⅲ類次之，二者之間差異不顯著；含水量最高的為Ⅳ類，Ⅱ類其次，二者之間差異顯著，Ⅰ類和Ⅲ類含水量較低，二者之間差異不顯著；種皮厚度最厚的是Ⅱ類，其次是Ⅲ類，二者之間差異不顯著，Ⅳ類最薄。

表2 52 份糯玉米自交系品質(zhì)指標(biāo)含量及種皮厚度

續(xù)表2

3 結(jié)論與討論

近紅外光譜分析法是一種在特定的光譜區(qū)有機(jī)化學(xué)物質(zhì)產(chǎn)生一定的光學(xué)特性， 以此確定物質(zhì)結(jié)構(gòu)和鑒定化合物的方法[13－14]。 近紅外光譜分析技術(shù)廣泛應(yīng)用于食品、化工、醫(yī)藥等各個領(lǐng)域[15-17]，其特點是分析速度快、分析成本低、對樣品無損傷，能夠準(zhǔn)確鑒定樣品的組成和性質(zhì)[13]。 目前，采用近紅外光譜分析同時測定玉米氨基酸、蛋白質(zhì)、淀粉等品質(zhì)性狀[18]，已構(gòu)建了相應(yīng)模型， 為糯玉米品質(zhì)性狀研究提供了有意義的參考。 核磁共振法作為新興的快速檢測樣品方法，具有簡便快速、樣品無損等優(yōu)點[19－20]。 核磁共振技術(shù)（NMR）已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、食品和高分子材料等領(lǐng)域[21－22]。 目前核磁共振技術(shù)在農(nóng)業(yè)上主要用于農(nóng)作物水分和油脂含量方面的研究[23]，基于近紅外光譜分析法和核磁共振技術(shù)測定玉米品質(zhì)性狀， 為選育玉米新品種提供技術(shù)支撐。

表3 不同類別糯玉米自交系品質(zhì)指標(biāo)的差異顯著性

本試驗通過SPSS 軟件， 對52 份供試糯玉米自交系的品質(zhì)性狀按照品質(zhì)相似性進(jìn)行組內(nèi)聯(lián)接的系統(tǒng)聚類分析， 將52 份供試糯玉米自交系分為4 類：Ⅰ類為低蛋白、較高淀粉、較低脂肪、低氨基酸、較低含水量、種皮厚度較薄的糯玉米自交系；Ⅱ類為較低蛋白、高淀粉、低脂肪、較高氨基酸、較高含水量、種皮厚度最厚的糯玉米自交系；Ⅲ類為高蛋白、較低淀粉、較高脂肪、較高氨基酸、低含水量、種皮厚度較厚的糯玉米自交系；Ⅳ類為較高蛋白、低淀粉、高脂肪、高氨基酸、 高含水量、 種皮厚度最薄的糯玉米自交系。 鮮食糯玉米更注重其商品性，在進(jìn)行育種材料選擇時，應(yīng)綜合考慮各性狀，可根據(jù)不同類別間品質(zhì)性狀的優(yōu)勢進(jìn)行合理選擇，兼顧蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和種皮厚度等優(yōu)良性狀。 各類糯玉米自交系間各品質(zhì)指標(biāo)均有顯著差異， 其中親緣關(guān)系較近的白糯 2、白糯8、白糯7、白糯1-1 和白糯 G 糯玉米自交系聚到Ⅲ類， 說明系統(tǒng)聚類分析得到的結(jié)果具有一定的準(zhǔn)確性。但像D 甘糯2 號和D 甘糯3 號、D 甘糯4 號親緣關(guān)系較近的糯玉米自交系，卻被聚到不同類別中，可能是由于環(huán)境、地點、季節(jié)、基因型及基因型互作等對糯玉米自交系品質(zhì)性狀產(chǎn)生的影響，不能很好地反映糯玉米種質(zhì)間的基因型差異，從而導(dǎo)致糯玉米自交系發(fā)生較大變化， 影響其品質(zhì)性狀[24]。系統(tǒng)聚類分析不僅可以展現(xiàn)類群間的遺傳差異性， 還可以體現(xiàn)類群內(nèi)部的性狀相似性和親緣相近性[25]。 目前，利用聚類方法對糯玉米品種進(jìn)行類群的劃分， 可以很好地反映出糯玉米資源表型性狀間真實存在的差異。

發(fā)展糯玉米產(chǎn)業(yè)對農(nóng)民增收及種植產(chǎn)業(yè)的調(diào)整有重要意義， 糯玉米品質(zhì)研究成為糯玉米育種發(fā)展的重點[26]。 糯玉米品質(zhì)由多個性狀成分決定，籽粒中的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸等性狀是重要的參考指標(biāo)。 本試驗對52 份糯玉米自交系不同品質(zhì)性狀進(jìn)行聚類分析， 有助于更好地認(rèn)識不同品系糯玉米的特征特性，不僅為糯玉米育種選擇提供理論依據(jù)，而且對拓寬糯玉米種質(zhì)資源和提高糯玉米育種效率有重要意義。