糯玉米种质资源的品质性状分析

刘新月 代 亮 付菁英 李 娇 王亚飞 段会军

（1.河北农业大学 保定071001；2.保定大农种子有限公司 河北保定071000；3.中国农业大学 北京100083）

糯玉米 （Zea mays L. sinensis Kulesh） 是玉米属（Zea mays L.）的一个亚种，最早起源于中国的西双版纳[1-2]。 因其在胚乳中的淀粉都是支链淀粉，遇碘会变色，质地黏稠，所以也叫做黏玉米；糯玉米籽粒是硬粒或半马齿形的，成熟干燥后胚乳蜡质状，角质不透明、暗淡，因此又被称为蜡质玉米[3]。 糯玉米的糯性是受位于第九号染色体上的隐性突变基因（wx）控制，该基因功能可将直链淀粉全部由淀粉分支酶转换为支链淀粉积累在胚乳中[4-6]。 目前，糯玉米在我国主要以消费鲜穗为主， 因此其食用品质和营养品质成为衡量糯玉米品质优劣的关键因素。 近年来，随着我国饮食观念和膳食结构的改变， 人们对糯玉米品质要求越来越严格，培育高品质、高价值及高营养的优质高效糯玉米品种，成为糯玉米产业发展的迫切需要。

在糯玉米品质性状研究方面， 前人做了大量研究。 控制籽粒糯性的wx隐性基因具有特异效应，基因的纯合或基因间互作效应均能引起胚乳中碳水化合物组成的改变[7]。 张胜恒等研究发现糯玉米包含的多种氨基酸、脂肪、蛋白质等物质含量显著高于普通玉米[8]。 种皮厚度也是糯玉米重要的一项品质性状，影响着人们的食用口感， 种皮厚则糯玉米的口感降低[9-10]。 因此，在选择糯玉米育种材料时，应综合考虑各营养成分，找到不同品质性状间的平衡点。

为选育优质糯玉米种质资源， 加快糯玉米育种改良进程， 本研究以52 份糯玉米自交系为供试材料，分别测定其蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和种皮厚度品质指标， 利用SPSS 软件对52 份供试糯玉米自交系品质性状的相关数据进行系统聚类分析，了解这些自交系在品质性状上的亲缘关系，以期得到优质糯玉米自交系类群， 为糯玉米品质育种提供理论依据，对挖掘利用优质糯玉米育种材料、拓宽糯玉米种质资源具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 材料

供试的52 份糯玉米自交系材料（表1）均由国家玉米改良中心河北分中心提供。 于2018 年5 月在保定市河北农业大学试验基地种植52 份糯玉米自交系，该试验基地位于北纬38.79°、东经 115.56°，地块整齐、肥力均匀、排灌便利，施入复合肥512 kg/hm2。于2018 年7～8 月将鲜食糯玉米进行分收，脱粒后根据测定所需备用。

表1 52 份糯玉米自交系的名称及编号

1.2 方法

1.2.1 样品制备 将鲜食糯玉米分收、 人工脱粒后每份自交系留若干粒新鲜籽粒冻存于-20℃冰箱内，用于种皮厚度的测定。 剩下的新鲜籽粒用电子天平称量后放入108℃的干燥箱中杀青，之后在80℃下烘干至恒重备用，用于测定蛋白质、淀粉和氨基酸的干籽粒在微型粉碎机中充分粉碎成粉末样品后备用。

1.2.2 测定方法 ①蛋白质、淀粉和氨基酸含量。 采用近红外谷物分析仪对蛋白质、 淀粉和氨基酸含量进行测定。 取适量烘干后糯玉米干籽粒的粉末于50 mm 的样品杯中， 对样品进行近红外光谱扫描，3 次重复，统计数据。在测定过程中，每天均需用指定的标准样品校准仪器， 以保证测定结果的准确性和真实性。 近红外谷物分析仪器操作环境要求为工作温度 2～40℃、相对湿度（RH）0～85%，开机后必须进行充分预热，一般要求在25℃下预热至少30 min。②脂肪含量。采用核磁共振仪对脂肪含量进行测定。参照李然等[11]的NMR 试验方法，每个样品3 次重复。③含水量。采用烘干法对样品含水量进行测定。参照张宪政[12]的试验方法，每个样品3 次重复。④种皮厚度。采用显微测微尺法对种皮厚度进行测定。 取冻存于-20℃冰箱内的糯玉米籽粒， 每个自交系选5 粒大小一致的籽粒，用小刀将其纵向切开，置于显微镜下选取种皮厚度均匀一致部分用测微尺测量其种皮厚度，每个样品3 次重复，取平均值。

1.2.3 聚类分析 利用SPSS 软件对52 份供试糯玉米自交系品质性状的相关数据进行聚类分析， 对不同品质指标的数据进行标准化， 采用欧氏距离对供试糯玉米自交系进行组内联接聚类分析的聚类方法，得到系统聚类分析的谱系图，并通过多重比较对聚类分析结果在5%水平下进行差异显著性检验。

1.3 数据统计

采用Excel 2007 数据处理软件对数据进行分析和绘制表格，采用SPSS 25.0 软件对不同品质性状指标进行聚类分析和不同类别间的差异显著性检验。

2 结果与分析

2.1 供试糯玉米自交系聚类分析

对52 份糯玉米自交系相关数据进行聚类分析，当阈值在19～21 时将52 份糯玉米自交系聚成4 类（附图），Ⅰ类糯玉米自交系有 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、郑黄糯 04、郑黄糯 03、G 黄糯、Wx5A-K2 和Wx5A-K3； Ⅱ类糯玉米自交系有 11 份：IE100325、H533-72-2、Wx231-1、 白糯 6、WxLX、 石白糯-1、W68、Wx5b、BS 黄糯、YF 紫黑糯和 D 甘糯 2 号；Ⅲ类糯玉米自交系有 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、黄糯-1、黄糯-2、IE100322、IE100324、WxCBS-2、甘黑 Wx、D 甘糯 3 号和 D 甘糯 4 号； Ⅳ类糯玉米自交系有 3 个：Wx8-2-1、Wx8-2-2 和 JKN968。

2.2 糯玉米自交系的品质性状

附图 52 份糯玉米自交系的系统聚类分析谱系

由表2 可知， 在供试的52 份糯玉米自交系中，蛋白质含量排在前12 位的均为Ⅲ类，其中WxZJH 蛋白质含量最高，为16.23%；淀粉含量排在前11 位的为Ⅰ类、Ⅱ类和Ⅲ类，淀粉含量均在71.00%以上，其中Ⅱ类中的H533-72-2 淀粉含量最高， 为74.58%，Ⅰ类和Ⅱ类在前11 位中所占比例相近；脂肪含量排在前11 位的为Ⅰ类、 Ⅲ类和Ⅳ类， 脂肪含量均在4.00%以上， 其中Ⅳ类的JKN968 脂肪含量最高，为6.08%，Ⅲ类在前11 位中所占比例最高；氨基酸含量排在前10 位的为Ⅱ类、Ⅲ类和Ⅳ类，其中Ⅳ类中的JKN968 氨基酸含量最高， 为 21.92%， 且Ⅳ类中的Wx8-2-1、Wx8-2-2 氨基酸含量分别位于第2 位和第3 位，Ⅲ类在前10 位中所占比例最高；含水量排在前5 位的为Ⅱ类和Ⅳ类，其中Ⅳ类中的JKN968 的含水量最高， 为67.29%； 种皮厚度Ⅰ类较薄， 其中ST5-1 种皮厚度最薄，为48.56 μm，Ⅱ类的种皮厚度较厚，其中YF 紫黑糯的种皮厚度最厚，为87.61 μm。

2.3 糯玉米自交系类别间的差异显著性

由表3 可知，蛋白质含量位居第1 位的是Ⅲ类，Ⅳ类次之，Ⅲ类与其他3 类差异显著，Ⅰ类与Ⅱ类差异不显著；淀粉含量位居前2 位的是Ⅰ类和Ⅱ类，二者之间差异不显著， Ⅱ类与Ⅲ类、 Ⅳ类差异显著，Ⅰ类与Ⅲ类差异不显著； 脂肪含量位居第1 位的是Ⅳ类，与其他3 类差异显著；氨基酸含量最多的为Ⅳ类，与其他3 类差异显著，Ⅱ类、Ⅲ类次之，二者之间差异不显著；含水量最高的为Ⅳ类，Ⅱ类其次，二者之间差异显著，Ⅰ类和Ⅲ类含水量较低，二者之间差异不显著；种皮厚度最厚的是Ⅱ类，其次是Ⅲ类，二者之间差异不显著，Ⅳ类最薄。

表2 52 份糯玉米自交系品质指标含量及种皮厚度

续表2

3 结论与讨论

近红外光谱分析法是一种在特定的光谱区有机化学物质产生一定的光学特性， 以此确定物质结构和鉴定化合物的方法[13－14]。 近红外光谱分析技术广泛应用于食品、化工、医药等各个领域[15-17]，其特点是分析速度快、分析成本低、对样品无损伤，能够准确鉴定样品的组成和性质[13]。 目前，采用近红外光谱分析同时测定玉米氨基酸、蛋白质、淀粉等品质性状[18]，已构建了相应模型， 为糯玉米品质性状研究提供了有意义的参考。 核磁共振法作为新兴的快速检测样品方法，具有简便快速、样品无损等优点[19－20]。 核磁共振技术（NMR）已被广泛应用于医学、食品和高分子材料等领域[21－22]。 目前核磁共振技术在农业上主要用于农作物水分和油脂含量方面的研究[23]，基于近红外光谱分析法和核磁共振技术测定玉米品质性状， 为选育玉米新品种提供技术支撑。

表3 不同类别糯玉米自交系品质指标的差异显著性

本试验通过SPSS 软件， 对52 份供试糯玉米自交系的品质性状按照品质相似性进行组内联接的系统聚类分析， 将52 份供试糯玉米自交系分为4 类：Ⅰ类为低蛋白、较高淀粉、较低脂肪、低氨基酸、较低含水量、种皮厚度较薄的糯玉米自交系；Ⅱ类为较低蛋白、高淀粉、低脂肪、较高氨基酸、较高含水量、种皮厚度最厚的糯玉米自交系；Ⅲ类为高蛋白、较低淀粉、较高脂肪、较高氨基酸、低含水量、种皮厚度较厚的糯玉米自交系；Ⅳ类为较高蛋白、低淀粉、高脂肪、高氨基酸、 高含水量、 种皮厚度最薄的糯玉米自交系。 鲜食糯玉米更注重其商品性，在进行育种材料选择时，应综合考虑各性状，可根据不同类别间品质性状的优势进行合理选择，兼顾蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸、含水量和种皮厚度等优良性状。 各类糯玉米自交系间各品质指标均有显著差异， 其中亲缘关系较近的白糯 2、白糯8、白糯7、白糯1-1 和白糯 G 糯玉米自交系聚到Ⅲ类， 说明系统聚类分析得到的结果具有一定的准确性。但像D 甘糯2 号和D 甘糯3 号、D 甘糯4 号亲缘关系较近的糯玉米自交系，却被聚到不同类别中，可能是由于环境、地点、季节、基因型及基因型互作等对糯玉米自交系品质性状产生的影响，不能很好地反映糯玉米种质间的基因型差异，从而导致糯玉米自交系发生较大变化， 影响其品质性状[24]。系统聚类分析不仅可以展现类群间的遗传差异性， 还可以体现类群内部的性状相似性和亲缘相近性[25]。 目前，利用聚类方法对糯玉米品种进行类群的划分， 可以很好地反映出糯玉米资源表型性状间真实存在的差异。

发展糯玉米产业对农民增收及种植产业的调整有重要意义， 糯玉米品质研究成为糯玉米育种发展的重点[26]。 糯玉米品质由多个性状成分决定，籽粒中的蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸等性状是重要的参考指标。 本试验对52 份糯玉米自交系不同品质性状进行聚类分析， 有助于更好地认识不同品系糯玉米的特征特性，不仅为糯玉米育种选择提供理论依据，而且对拓宽糯玉米种质资源和提高糯玉米育种效率有重要意义。