糯玉米種質資源的品質性狀分析

劉新月 代 亮 付菁英 李 嬌 王亞飛 段會軍

（1.河北農業大學 保定071001；2.保定大農種子有限公司 河北保定071000；3.中國農業大學 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狀，角質不透明、暗淡，因此又被稱為蠟質玉米[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， 因此其食用品質和營養品質成為衡量糯玉米品質優劣的關鍵因素。 近年來，隨著我國飲食觀念和膳食結構的改變， 人們對糯玉米品質要求越來越嚴格，培育高品質、高價值及高營養的優質高效糯玉米品種，成為糯玉米產業發展的迫切需要。

在糯玉米品質性狀研究方面， 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，基因的純合或基因間互作效應均能引起胚乳中碳水化合物組成的改變[7]。 張勝恒等研究發現糯玉米包含的多種氨基酸、脂肪、蛋白質等物質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，應綜合考慮各營養成分，找到不同品質性狀間的平衡點。

為選育優質糯玉米種質資源， 加快糯玉米育種改良進程， 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、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和種皮厚度品質指標， 利用SPSS 軟件對52 份供試糯玉米自交系品質性狀的相關數據進行系統聚類分析，了解這些自交系在品質性狀上的親緣關系，以期得到優質糯玉米自交系類群， 為糯玉米品質育種提供理論依據，對挖掘利用優質糯玉米育種材料、拓寬糯玉米種質資源具有重要意義。

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 月在保定市河北農業大學試驗基地種植52 份糯玉米自交系，該試驗基地位于北緯38.79°、東經 115.56°，地塊整齊、肥力均勻、排灌便利，施入復合肥512 kg/hm2。于2018 年7～8 月將鮮食糯玉米進行分收，脫粒后根據測定所需備用。

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，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、淀粉和氨基酸的干籽粒在微型粉碎機中充分粉碎成粉末樣品后備用。

1.2.2 測定方法 ①蛋白質、淀粉和氨基酸含量。 采用近紅外谷物分析儀對蛋白質、 淀粉和氨基酸含量進行測定。 取適量烘干后糯玉米干籽粒的粉末于50 mm 的樣品杯中， 對樣品進行近紅外光譜掃描，3 次重復，統計數據。在測定過程中，每天均需用指定的標準樣品校準儀器， 以保證測定結果的準確性和真實性。 近紅外谷物分析儀器操作環境要求為工作溫度 2～40℃、相對濕度（RH）0～85%，開機后必須進行充分預熱，一般要求在25℃下預熱至少30 min。②脂肪含量。采用核磁共振儀對脂肪含量進行測定。參照李然等[11]的NMR 試驗方法，每個樣品3 次重復。③含水量。采用烘干法對樣品含水量進行測定。參照張憲政[12]的試驗方法，每個樣品3 次重復。④種皮厚度。采用顯微測微尺法對種皮厚度進行測定。 取凍存于-20℃冰箱內的糯玉米籽粒， 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，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性狀的相關數據進行聚類分析， 對不同品質指標的數據進行標準化， 采用歐氏距離對供試糯玉米自交系進行組內聯接聚類分析的聚類方法，得到系統聚類分析的譜系圖，并通過多重比較對聚類分析結果在5%水平下進行差異顯著性檢驗。

1.3 數據統計

采用Excel 2007 數據處理軟件對數據進行分析和繪制表格，采用SPSS 25.0 軟件對不同品質性狀指標進行聚類分析和不同類別間的差異顯著性檢驗。

2 結果與分析

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數據進行聚類分析，當閾值在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性狀

附圖 52 份糯玉米自交系的系統聚類分析譜系

由表2 可知， 在供試的52 份糯玉米自交系中，蛋白質含量排在前12 位的均為Ⅲ類，其中WxZJH 蛋白質含量最高，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指標含量及種皮厚度

續表2

3 結論與討論

近紅外光譜分析法是一種在特定的光譜區有機化學物質產生一定的光學特性， 以此確定物質結構和鑒定化合物的方法[13－14]。 近紅外光譜分析技術廣泛應用于食品、化工、醫藥等各個領域[15-17]，其特點是分析速度快、分析成本低、對樣品無損傷，能夠準確鑒定樣品的組成和性質[13]。 目前，采用近紅外光譜分析同時測定玉米氨基酸、蛋白質、淀粉等品質性狀[18]，已構建了相應模型， 為糯玉米品質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、樣品無損等優點[19－20]。 核磁共振技術（NMR）已被廣泛應用于醫學、食品和高分子材料等領域[21－22]。 目前核磁共振技術在農業上主要用于農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測定玉米品質性狀， 為選育玉米新品種提供技術支撐。

表3 不同類別糯玉米自交系品質指標的差異顯著性

本試驗通過SPSS 軟件， 對52 份供試糯玉米自交系的品質性狀按照品質相似性進行組內聯接的系統聚類分析， 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，在進行育種材料選擇時，應綜合考慮各性狀，可根據不同類別間品質性狀的優勢進行合理選擇，兼顧蛋白質、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和種皮厚度等優良性狀。 各類糯玉米自交系間各品質指標均有顯著差異， 其中親緣關系較近的白糯 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， 說明系統聚類分析得到的結果具有一定的準確性。但像D 甘糯2 號和D 甘糯3 號、D 甘糯4 號親緣關系較近的糯玉米自交系，卻被聚到不同類別中，可能是由于環境、地點、季節、基因型及基因型互作等對糯玉米自交系品質性狀產生的影響，不能很好地反映糯玉米種質間的基因型差異，從而導致糯玉米自交系發生較大變化， 影響其品質性狀[24]。系統聚類分析不僅可以展現類群間的遺傳差異性， 還可以體現類群內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。

發展糯玉米產業對農民增收及種植產業的調整有重要意義， 糯玉米品質研究成為糯玉米育種發展的重點[26]。 糯玉米品質由多個性狀成分決定，籽粒中的蛋白質、淀粉、脂肪、氨基酸等性狀是重要的參考指標。 本試驗對52 份糯玉米自交系不同品質性狀進行聚類分析， 有助于更好地認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，而且對拓寬糯玉米種質資源和提高糯玉米育種效率有重要意義。