云南地方糯玉米品种主要农艺性状遗传多样性

隆文杰 周国雁 武晓阳 陈丹 伍少云 蔡青

(云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所/云南省农业生物技术重点实验室/农业农村部西南作物基因资源与种质创制重点实验室 云南昆明 650205)

随着人们生活水平的不断提高，相对于普通玉米，糯玉米因其适口性良好，营养丰富，用途广泛，经济价值更高而成为深受欢迎的食品和工业原料，糯玉米产业也得到了极大的推动和发展［1-2］。糯玉米种质扩增、改良和创新已成为玉米育种研究的重要发展方向［3］。目前糯玉米种质资源遗传基础狭窄，糯基因的遗传脆弱性已成为制约糯玉米育种发展的瓶颈。优异地方种质的挖掘与利用对拓宽糯玉米遗传基础、快速提升糯玉米的育种技术和材料水平具有重要意义［3］。云南是糯玉米的遗传多样性中心和起源中心［4］，拥有极为丰富的地方种质资源，因此根据农艺性状和遗传成分对地方种质进行种族划分，筛选出符合育种目标的优良种质，综合评价其利用价值，可为其在育种上的应用提供科学依据。

在种质资源研究中，通常采用相关性分析、主成分分析、聚类分析等方法来分析资源的多样性和遗传关系。相关性分析主要用来考察各性状间的相关关系。钟开珍［5］对270 个大豆种质资源的农艺性状与倒伏级别进行相关分析，揭示了与倒伏级别相关的农艺性状。张振臣［6］对铁皮石斛种质资源的10 个表型性状进行了相关分析，发现各性状之间的相关关系较为复杂。周亚东［7］对105份亚麻材料的脂肪酸各组分含量进行了相关性分析，研究了各组分含量间的相关性。

性状的变异系数和多样性指数可以用来描述性状的变异情况，它们反映的角度不同。变异系数主要反映的是某一性状变异的范围，而多样性指数则是某一性状的不同表现等级和数量分布，亦即多样性的丰度和均匀度［8］。张丛卓［9］采用变异系数对45 份山西糯玉米地方品种的表型特征进行了分析，发现经济性状的变异程度较农艺性状的变异程度高。刘新龙等［10］在对甘蔗品种表型遗传多样性研究中，采用变异系数分析研究了数量性状，采用Shannon-Wiener 多样性指数分析了质量性状，揭示了各甘蔗各品种群体间的遗传变异和遗传多样性情况。董昕等［11］对129 份重庆玉米地方品种的31 个农艺性状进行两年田间鉴定，并对其表型多样性进行分析，为重庆玉米地方品种资源的保护以及优异资源的进一步开发利用提供了参考。胡德分等［12］利用SSR 分子标记技术和UPMGA方法对84个云南玉米杂交种遗传多样性进行分析，发现云南玉米杂交种遗传基础较狭窄，杂交种间具有同质化趋势。

由于糯玉米各农艺性状多为数量性状，玉米品种的综合评价工作困难。应用主成分分析法，可以将多个相互关联性状指标转换成较少的独立的新指标［13-15］。这一方法有助于理解各性状指标对优异品种的贡献，有助于糯玉米育种过程中对目标性状的选择。任丽娟等［16］利用主成分分析方法将33 个不同品种的全株玉米青贮饲料的13 个指标综合为4个独立因子，筛选出综合品质排名前五的品种，为东北地区种植和制作青贮饲料提供理论指导。王英成等［17］以引进的16个青贮玉米品种为材料，通过对13 个农艺性状进行主成分分析，筛选出综合得分在10 以上的品种6 个，为当地高产的青贮玉米提供技术支撑。

本研究从400 余份云南地方品种糯玉米材料中，筛选出来自于云南全部16 个地州市的共48 份材料，对其31 个农艺性状的相关性分析、主成分分析和聚类分析和综合评价，以期为我国糯玉米种质资源创新和育种利用提供参考。

1 材料与方法

1.1 材料

400 余份云南地方品种糯玉米材料由云南省作物种质资源保存库提供，从中筛选出来自于云南全部16 个地州市的共48 份材料用于本研究（表1）。

表1 参试的云南省糯玉米地方种质资源及来源地

1.2 方法

1.2.1 试验设计

试验在云南省农科院昆明嵩明试验基地进行，该地海拔为1 896 m，103.11E，25.35N。每份种质种植3 个重复，每个重复种植1 个小区，重复间采用随机区组设计，小区面积4.2 m2，采用宽窄行种植，行长3 m，窄行距0.4 m，宽行距1 m，塘距0.4 m，每塘种植2 株，28 株/小区，种植密度为5 000 株/hm2，9 月上旬至10 月下旬不同种质成熟时进行收获。

1.2.2 数据采集整理

1.2.2.1 数据采集

田间调查播种至出苗日数、出苗至抽雄日数、抽雄至散粉日数、散粉至吐丝日数、吐丝至成熟日数、生育日数、株高、穗位高、株型、雄穗护颖颜色、花药颜色、花丝颜色、上位穗上叶叶色、雌穗包被完整性、幼苗强弱、支持根发达程度、植株整齐度。待种子风干后测定穗长、秃尖长、穗粗、行粒数、轴粗、千粒重、穗行数，同时观测子粒大小、粒色、轴色，并测定利用近红外光谱分析仪测定水分含量、蛋白含量（干基）、含油量（干基）、淀粉含量（干基）。玉米农艺性状记载标准见表2。

1.2.2.2 数据标准化处理及统计分析

对株型、护颖颜色、花药颜色、花丝颜色、穗上叶叶色、雌穗包被、幼苗强弱、支持根发达程度、植株整齐度、籽粒大小、粒色和轴色12 个质量性状分别予以赋值（表2），计算其频率分布和遗传多样性指数（I，shan-non index）。试验数据经Excel 整理后，利用SPSS 22.0 进行描述统计、相关性分析、主成分分析及聚类分析，其中聚类方法采用组间联接法，遗传距离为平方欧式距离［18］。

表2 玉米农艺性状的记载标准

2 结果与分析

2.1 数量性状遗传多样性

结果（表3）表明，19个数量性状在不同玉米种质资源间变异系数在1.6%～91.4%，其中散粉至吐丝变异系数最大，为91.4%，抽雄至散粉的为55.2%，秃尖长的为47.1%，穗位高的为26.6%，千粒重的为16.7%，穗行数的为13.9%，株高的为12.6%，吐丝至成熟的为11.7%，行粒数的为11.7%，轴粗的为11.3%，穗粗的为10.8%，出苗至抽雄的为10.7%，穗长的为10.2%，蛋白含量的为10.1%，播种至出苗的为7.8%，含油量的为6.0%，生育日数的为5.5%，水分含量的为3.1%，淀粉含量的为1.6%。一般变异系数大于10%表示样本间差异较大［19］。本研究的数量性状中，15 个田间农艺性状有13 个的变异系数均大于10%，说明该批玉米种质之间存在的差异大，资源类型丰富，有利于特异种质材料的比较和筛选。

2.2 质量性状遗传多样性

结果（表4）表明，该批种质的株型以披散型为主，比例为54.2%，其次是中间型，比例为45.8%；雄穗护颖颜色以绿带紫纹为主，比例为77.1%，其次是绿色，比例为16.7%；花药颜色以绿色为主，比例为81.3%，其次是浅紫色，比例为12.5%；花丝颜色以浅红色为主，比例为43.8%，其次是深红色，比例为29.2%；上位穗上叶叶色以绿色为主，比例为75.0%，其次是深绿色，比例为16.7%；雌穗包被完整性以包被完全为主，比例为91.7%，其次是包被不完全，比例为8.3%；幼苗强弱以强为主，比例为85.4%，其次是中，比例为10.4%；支持根发达程度以无为主，比例为81.3%，其次是弱，比例为18.8%；植株整齐度以较齐为主，比例为68.8%，其次是不齐，比例为20.8%；子粒大小以中粒型为主，比例为91.7%，其次是小粒型，比例为8.3%；粒色以白为主，比例为56.3%，其次是黄，比例为27.1%；轴色以白为主，比例为87.5%，其次是白/红，比例为12.5%。

表3 四十八份玉米种质资源的数量性状变异

该批种质12 个质量性状的遗传多样性指数为0.29～1.15，从大到小依次为：花丝颜色（1.15）、粒色（1.02）、植株整齐度（0.82）、上位穗上叶叶色（0.72）、株型（0.69）、雄穗护颖颜色（0.67）、花药颜色（0.64）、幼苗强弱（0.5）、支持根发达程度（0.48）、轴色（0.38）、雌穗包被完整性（0.29）、子粒大小（0.29）。花丝颜色遗传多样性指数最高，表明该性状遗传多样性最丰富。

表4 玉米种质资源质量性状频率

2.3 农艺性状相关性分析

48 份玉米种质的31 个农艺性状相关性分析，结果（表5）表明，出苗至抽雄日数与生育日数、株高、穗位高呈极显著正相关，与抽雄至散粉日数、蛋白含量（干基）、花药颜色、幼苗强弱呈显著负相关；抽雄至散粉日数与行粒数、幼苗强弱呈显著正相关；散粉至吐丝日数与千粒重呈极显著正相关；吐丝至成熟日数与生育日数、千粒重、子粒大小呈极显著正相关，与株高、穗粗、幼苗强弱呈显著正相关，与支持根发达程度呈显著负相关；生育日数与株高、穗位高、子粒大小呈极显著正相关，与穗长、穗粗、穗行数、轴色呈显著正相关，与蛋白含量（干基）呈极显著负相关，与株型、支持根发达程度呈显著负相关；株高与穗位高、穗长、穗粗、行粒数、轴粗、穗行数、子粒大小呈极显著正相关，与千粒重呈显著正相关，与蛋白含量（干基）、株型呈极显著负相关；穗位高与穗长、淀粉含量（干基）呈显著正相关，与蛋白含量（干基）、株型呈极显著负相关；穗长与行粒数呈极显著正相关，与秃尖长、穗粗、轴粗、穗行数、子粒大小呈显著正相关；秃尖长与行粒数、穗行数呈显著正相关，与支持根发达程度呈显著负相关；穗粗与轴粗、千粒重、穗行数、雄穗护颖颜色、幼苗强弱、子粒大小呈极显著正相关，与行粒数、上位穗上叶叶色呈显著正相关，与蛋白含量（干基）呈极显著负相关；行粒数与穗行数、呈极显著正相关，与轴粗、雄穗护颖颜色呈极显著负相关；轴粗与千粒重、穗行数、雄穗护颖颜色、子粒大小呈极显著正相关，与幼苗强弱呈显著正相关，与水分含量呈显著负相关；千粒重与子粒大小呈极显著正相关，与花药颜色、上位穗上叶叶色呈显著正相关；穗行数与幼苗强弱、子粒大小呈极显著正相关，与蛋白含量（干基）呈显著负相关；水分含量与含油量（干基）、淀粉含量（干基）呈显著正相关，与蛋白含量（干基）、幼苗强弱呈显著负相关；蛋白含量（干基）与淀粉含量（干基）呈极显著负相关，与子粒大小呈显著负相关；株型与花丝颜色呈显著正相关；花药颜色与与花丝颜色呈显著正相关；上位穗上叶叶色与子粒大小呈显著正相关；幼苗强弱与子粒大小呈显著正相关。以上分析可以说明糯玉米各农艺性状间是相互影响、相互制约的，在种质创新、利用时应综合分析。

2.4 农艺性状主成分分析

对48 份玉米的31 个农艺性状进行主成分分析，计算出各主成分的特征值和贡献率，结果（表6）表明，主要信息集中在前11 个主成分中，累计贡献率为78.56%。第1 主成分特征值为6.306，贡献率为20.341%，生育日数、株高、穗长、穗粗、行粒数、轴粗、千粒重、穗行数、子粒大小是主要指标，此类性状主要与穗部和籽粒性状有关。第2 主成分特征值为3.009，贡献率为9.707%，出苗至抽雄日数、穗位高、雄穗护颖颜色、花药颜色是主要指标，此类性状主要与雄穗有关。第3 主成分特征值为2.514，贡献率为8.108%，水分含量、蛋白含量（干基）、淀粉含量（干基）、株型、幼苗强弱、植株整齐度是主要指标，此类性状主要与品质有关。第4主成分特征值为2.054，贡献率为6.627%。第5主成分特征值为2.003，贡献率为6.462%，散粉至吐丝日数、支持根发达程度、粒色、轴色是主要指标，此类性状主要与籽粒颜色有关。第6主成分特征值为1.761，贡献率为5.681%，抽雄至散粉日数、吐丝至成熟日数、秃尖长是主要指标，此类性状主要与授粉效率有关。第7 主成分特征值为1.629，贡献率为5.256%，播种至出苗日数是主要指标。第8主成分特征值为1.454，贡献率为4.690%，雌穗包被完整性是主要指标。第9 主成分特征值为1.339，贡献率为4.320% 。第10 主成分特征值为1.264，贡献率为4.076%，含油量（干基）、花丝颜色、上位穗上叶叶色是主要指标，此类性状主要与花丝、叶色有关。第11 主成分特征值为1.019，贡献率为3.286%（详见表7）。

2.5 农艺性状聚类分析

48 份玉米种质的11 个主成分进行系统聚类，分析结果见图1。在遗传距离为11.5 时，48 份玉米种质可以分为3 类。从图1 和表8 可以看出，第Ⅰ类群包含45份种质，这类种质主要特征为晚熟，株高较高，穗位高较高，穗粗较粗，千粒重较重，籽粒较大，其中34 号（材料编号）生育期最长，可作为晚熟种质进一步筛选，6号穗粗较粗，13号千粒重较重，可作为高产种质进一步筛选。第Ⅱ类群包含2 份种质（1.材料编号16，种质名称勐海四路玉米，2.材料编号42，种质名称漾濞黄糯玉米），这类种质主要特征为蛋白质含量较高，支持根较发达，株高较低，穗位高较低，秃尖长较短，植株较为整齐，小粒型，籽粒白色，可作为矮杆或鲜食玉米种质进一步筛选。第Ⅲ类群包含1份种质（材料编号27，种质名称：南华糯玉米），这类种质主要特征为穗长较长，秃尖长较长，行粒数较多，轴粗较粗，穗行数较多，淀粉含量较高，小粒型，籽粒白色，可作为高产种质进一步筛选。

表5 玉米主要农艺性状相关性分析

续表5 玉米主要农艺性状相关性分析

续表5 玉米主要农艺性状相关性分析

续表5 玉米主要农艺性状相关性分析

表6 玉米主要农艺性状的主要成分分析

续表6 玉米主要农艺性状的主要成分分析

表7 参试材料各主成分得分值

续表7 参试材料各主成分得分值

2.6 特异种质筛选

根据主成分分析结果，第1 主成分主要涉及生育日数、株高、穗长、穗粗、行粒数、轴粗、千粒重、穗行数、子粒大小等性状，此类性状主要包括了主要的穗部及籽粒性状，可命名为单穗产量因子。该因子得分值较高的前5 份（表7）资源材料编号分别为26、23、11、21 和34（表9），这5份资源可作为高产种质继续进行鉴定筛选。

根据田间表现、考种数据及聚类分析，初步筛选出晚熟，矮杆，穗长、秃尖长、穗粗、穗行数、行粒数、千粒重等产量相关指标较高的种质6份（表9）。其中，晚熟1 份，高产种质3 份，矮杆种质2份。

3 讨论与结论

本研究对48 份糯玉米地方品种材料的31 个性状进行了多样性、相关性、主成分和聚类分析，并对其综合评价。

多样性分析表明，该批资源的多样性丰富，可作为拓宽糯玉米育种的遗传基础的种质材料。数量性状中，15 个田间农艺性状有13 个的变异系数均大于10%，质量性状中，花丝颜色遗传多样性指数最高，子粒大小遗传多样性指数最低。

图1 参试糯玉米材料聚类图

相关分析发现株高和穗位高、穗粗成极显著正相关，穗位高和穗长成显著正相关，穗长和行粒数成极显著正相关，这与孙开利、贾晓军、陈冰洁［20-22］的研究结果基本一致。在本研究中，显著或极显著相关的性状较多，因此，在这批材料中进行优异资源筛选时，不能只关注单一性状，应考虑各性状之间的关联，进行综合筛选。

表8 聚类后3 类玉米种质的主要农艺性状统计

主成分分析表明，主要信息集中在前11 个主成分中，其中第1 主成分主要与穗部及籽粒性状有关，该主成分得分值高的种质具有果穗大、穗粒数多，千粒重较大的特点，能够在一定程度上体现材料的的单穗产量。根据第1 主成分得分值排名，筛选出5 份材料作为高产种质进行今后进一步的鉴定筛选。

表9 十一份玉米优异种质

聚类分析表明，48份材料中，42号和16号材料聚在一类，结合田间观测和室内考种数据，这2 份种质都具有原始玉米资源四路糯的特征［23］，其中，16 号材料是2007 年在勐海地区考察收集的四路糯玉米，而42 号材料是在大理市漾濞县收集到的。根据资料记载，此前四路糯主要发现于云南“勐海—孟连—瑞丽”一带，即云南与缅甸接壤地区［4，24］，42 号材料收集地并未处于上述地区，与之前发现的四路糯的遗传关系尚未确定，还需进一步研究。

聚类后各性状均值统计发现，该批地方品种在主要农艺性状，特别是产量等主要经济性状上不具优势，另外，根据测定的蛋白含量、含油量和淀粉含量来看，地方品种在品质上也不具优势。当然，由于研究材料统一是在昆明进行鉴定，而不是在来源地或与来源地有相似生态气候特点的地点进行鉴定，所以，鉴定结果不一定能全面客观地反映出材料的特性及利用潜力。本研究选取了分别在株高，熟期等指标比较突出的种质作为优异资源进行后续鉴定和利用。

由于地方品种是在其原生地长期驯化形成的，从而对一定的生态气候环境有较强的适应性［25］，因此，今后从地方品种中寻找优异资源的工作，除了关注主要经济性状外，还应更多关注适应性、抗性方面的指标，或是关注在某个单一性状具有特异性的种质，或许能发掘出更多有用的优异资源。