基于主成分分析的甜玉米品质综合评价

魏常敏，宋万友，周文伟，许卫猛，邢永锋，张传量，李桂芝

(周口市农业科学院，河南 周口 466000)

甜玉米因其乳熟期果穗糖含量高，营养丰富，口感好而深受消费者青睐，有“水果玉米”“蔬菜玉米”之称[1]。甜玉米的利用方式主要以鲜食果穗为主，也可以加工成速冻籽粒或罐头玉米[2]。品质是甜玉米品种选育的重要指标，目前甜玉米品种的选育主要依据理化性质和蒸煮品质等十多个指标进行，然而这些性状指标多为数量性状，在育种过程中不易把握，简化筛选指标显得尤为重要。主成分分析将多个具有一定相关性的指标，重新组合成一组新的、互相无关的或者相关度较小的因子来代替原来的指标，这少数的几个因子可以代表全部指标的遗传信息。张振良等[3]以49份甜糯玉米杂交新组合和苏玉糯5号为试验材料，通过主成分分析将16个性状降维为5个主成分，这5个主成分能解释表型变异的89.42%，并筛选到9个优异甜糯玉米杂交组合。潘天遵等[4]对玉米的21个测定指标进行主成分分析，提取了7个主成分，从21个品种中筛选出9份优良杂交组合。褚能明等[5]对鲜食甜糯玉米挥发性风味物质进行主成分分析，结果表明，不同品种的鲜食甜糯玉米均含有独特的挥发性风味物质组合，挥发性风味成分的差异在一定程度上反映了不同品种鲜食甜糯玉米之间的风味差异。和凤美等[6]等以30个超甜玉米自交系为试验材料，对12个性状进行主成分分析，提取了前7个主成分，主要包括产量因子、穗行数因子、穗粗因子、粒重因子、株高因子、茎粗因子和秃尖长因子。目前，甜玉米研究主要集中在农艺性状和产量，作为首要指标的品质却研究较少，本研究采用主成分分析法，对参加黄淮海鲜食甜玉米区域试验的13个玉米品种的皮渣率、水溶性多糖、还原糖、气味、风味、色泽、甜度、柔嫩性、皮厚薄和专家总评分进行综合评价，找到影响甜玉米品质的主要因素，筛选出品质优良的品种，以期为甜玉米品质的综合评价和目标性状筛选提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

本试验所用甜玉米品种为参加2018年黄淮海鲜食甜玉米区域试验的13个品种：斯达甜221(T1)、洛单甜2号(T2)、郑甜177(T3)、沪甜2号(T4)、斯达甜222(T5)、双甜2018(T6)、郑甜186(T7)、晶甜9号(T8)、BM380(T9)、京白甜452(T10)、高原王子(T11)、高原丽人(T12)和中农大甜413(T13，CK)。13个试验点分布在8个省(市)：安徽、北京、山东、天津、陕西、陕西、江苏、河南和河北。

1.2 处理设计

田间试验采用间比法排列，以品种为处理，小区面积为24 m2，6行区，行长6.7 m，行距0.6 m，种植密度为5.25万株·hm-2。在甜玉米果穗吐丝前将每个品种套袋20穗，自交授粉后继续隔离21 d至最佳采收期后取样分析。

1.3 品质检测与数据统计

品质检测在河南农业大学国家玉米改良分中心进行，测定索取样品的皮渣率(X1)、水溶性多糖(X2)和还原糖(X3)。将所取甜玉米样品按照国标甜玉米(NY/T 523—2002)进行品尝鉴定，鉴定项目包括气味(X4)、风味(X5)、色泽(X6)、甜度(X7)、柔嫩性(X8)、皮厚薄(X9)和专家总评分(X10)。

数据分析采用统计分析软件Excel 2010和DPS 9.5。

2 结果与分析

2.1 性状变异

参试的13个甜玉米品种的品质测定、品尝鉴定结果如表1。从表1可知，品质测定试验中，高原丽人的皮渣率最低，中农大甜413的水溶性多糖最高，洛单甜2号的还原糖最高；品尝鉴定试验中，中农大甜413的综合评分为85分，其余12个品种中，只有洛单甜2号、斯达甜222号、双甜2018和高原王子综合得分高于85。

表1 参试品种的性状指标

13个品种的性状变异分析见表2，由表2可知，参试品种的性状差异较大，变异系数范围为1.4%～11.0%。品尝鉴定指标的变异系数差别较小，其中变异系数最小的性状是皮厚薄，其变异系数为1.8%；变异系数最大的性状是色泽，其变异系数为4.0%；专家总评分变异系数为2.3%。品质测定指标的变异系数差别较大，水溶性多糖的变异系数仅为1.4%，而皮渣率达到11.0%，这说明参试品种的皮渣率波动范围较大，结合前面皮厚薄的变异系数仅为1.8%，说明甜玉米品种中，不仅仅是皮厚薄影响皮渣率。

表2 参试品种的性状变异分析

2.2 主成分分析

对13个参试品种的10个性状指标进行主成分分析，根据累计贡献率≥85%具代表性原则，提取了前3个主成分(表3)，累计贡献率达到85.20%，可以代表10个品质性状所反应的遗传信息。第1主成分，贡献率为58.08%，主成分特征值为5.807 8，对应的特征向量为专家总评分、气味、风味和色泽，这些性状与风味有关，称为风味因子；第2主成分特征值为1.555 2，贡献率为15.56%，主要为水溶性多糖和还原糖，这些性状与含糖量相关，称为糖分因子；第3主成分的特征值为1.156 7，贡献率为11.57%，对应的特征向量为甜度和柔嫩性，这些性状与口感有关，称为口感因子。前3个主成分的函数表达式如下：

Y1=0.045 6X1-0.007 1X2-0.071 7X3+0.386 9X4+0.388 3X5+0.386 1X6+0.361 3X7+0.331 1X8+0.354 9X9+0.402 7X10；

Y2=0.484 6X1-0.689 9X2-0.509 0X3+0.046 1X4+0.071 1X5-0.043 8X6-0.038 2X7+0.053 7X8-0.110 6X9+0.066 7X10；

Y3=-0.503 8X1+0.050 2X2+0.578 5X3-0.118 8X4+0.037 6X5-0.157 8X6+0.201 2X7+0.293 7X8-0.006 2X9-0.013 8X10。

表3 入选的3个主成分及其特征向量

2.3 参试品种的综合评价

计算各品种的主成分得分，得到Z1、Z2和Z3，以3个主成分的贡献率为权重，其权重分别为0.581、0.156和0.116，构建主成分综合评价模型公式：F=0.581Z1+0.156Z2+0.116Z3，得到13个参试品种的综合得分(表4)。从表中可以看出，各品种间存在较大的差异，对照中农大甜413得分为1.107，排在第3位，其余的12个品种中，只有斯达甜222和高原丽人的综合得分超过对照，说明这2个品种的综合品质较好，其余品种均低于对照。

表4 参试品种的主成分因子综合得分

3 小结与讨论

品质优，口感好一直是鲜食玉米育种追求的首要目标之一，品质口感受到品种的甜度、糯度、皮厚薄、柔嫩性和个人偏好等多种因素影响[7-8]，给甜玉米的综合品质评价带来了一定的困难。主成分分析法将复杂的数据集简化，将多个相互关联的性状指标换成较少的独立或相关性较小的指标，这种降维思路为综合评价提供了有力的理论依据和技术支持[9]。主成分综合评价也被广泛应用于玉米[10]、高粱[11]等农作物新品种的筛选方面。王俊花等[12]从26个超甜玉米杂交组合中，筛选出8个产量高、品质好、综合性状好的优良组合。董海合等[13]利用主成分分析对普通甜玉米品种进行了分析，得到生育期因子、糖分因子、赖氨酸因子、口感因子和鲜果穗产量因子5个主成分，累计贡献率达85.51%。本研究通过对黄淮海甜玉米品质相关性状进行主成分分析，得到3个主成分(风味因子、糖分因子和口感因子)，3个主成分的累计贡献率达85.20%，两者分析中，风味和口感都是影响甜玉米品质的重要因子，这些结果表明风味和口感是影响品质的关键因素，因此，在甜玉米选育过程中，品质方面应加强对风味和口感的选择。

本研究通过对黄淮海甜玉米品质性状进行主成分分析，得到可以代表10个品质性状所反映遗传信息的3个主成分：第1主成分风味因子主要包括专家总评分、气味、风味和色泽，第2主成分为糖分因子，主要为水溶性多糖和还原糖，第3主成分为口感因子，包括甜度和柔嫩性。基于主成分的综合评价分析，筛选出2个优质的甜玉米品种，分别为斯达甜222和高原丽人，可以进一步进行综合评价利用。