150份玉米自交系籽粒及其品质性状的综合评价

赵海军，史佳晴，王 彬，郭益洋，胡小丽，韩赞平

（1.河南科技大学 农学院，河南 洛阳 471023；2.唐河县农业农村局，河南 南阳 473400）

玉米（Zea maysL.）是我国重要的粮食作物和饲料作物，具有开发高营养、高生物学功能食品的巨大潜力[1‐2]。随着人们生活水平日益提高，玉米育种目标也由过去的高产转变为高品质[3]。玉米粒形始终是玉米改良育种中的重要参考指标，高粒长、粒宽的大体积玉米籽粒可积累更多的营养物质[2]。贾晓艳等[4]研究发现，玉米籽粒的粒质量同营养物质组分之间有显著相关关系，同时各品质性状间也存在明显相关性。因此，研究玉米籽粒性状对于高品质育种具有重要价值，深入研究玉米籽粒及品质性状是推进高品质玉米育种工作的必由之路。

在玉米种质资源创新方面，随着育种技术的不断提升，以及国际农作物种质市场的开放，大量的国外优质杂交种和突变体被引进，玉米遗传变异多样性得到了极大的丰富，对我国玉米育种起到了巨大的推进作用[5]。玉米自交系是配制玉米杂交种的基础材料，对不同玉米自交系进行综合评价分析，从而筛选出综合性状优良的自交系材料，是玉米育种中的关键步骤。建立一个客观、综合、区分度高的综合评价体系意义重大[6]。张正等[7]采用相关性分析方法对玉米产量与穗部性状进行相关性分析，从而分析不同耐密型玉米品种农艺性状与产量间的关系。齐欣等[8]对东欧来源的309 份自交系材料进行聚类分析，将材料划分为了六大类群，为种质资源的利用提供了参考。胡树平等[9]利用主成分分析方法对51 份玉米自交系在正常生长和干旱胁迫下的主要农艺性状进行分析，从而对自交系材料的抗旱性进行综合评价。目前，对玉米自交系（品种）的综合评价研究方法比较单一[7‐9]，同时利用相关性分析、聚类分析、主成分分析等多种方法的综合评价研究鲜见报道。为此，对国外种质资源与知名品种自交系亲本构成的150份改良玉米自交系的籽粒（粒长、粒宽、百粒质量、容重）及其品质性状（籽粒含水量，油脂、蛋白质、淀粉、赖氨酸含量）进行分析，采用相关性分析、聚类分析和主成分分析方法进行综合评价，以筛选出优良自交系用于高品质玉米育种工作。

1 材料和方法

1.1 试验材料

供试材料为150 份籽粒外观良好、颗粒规则均一且病虫害程度极低的玉米自交系材料，分别为美国孟山都引进改良父本、先玉335母本PH6WC与隆平206母本L239杂交改良母本、国外资源融入昌7-2基因改良父本的重组自交系和先玉335 父本PH4CV 改良群体的自交系，详见表1。对照为自交系B73。所有试验材料均来自河南科技大学农学院杂粮研究实验室。

表1 试验材料编号及来源Tab.1 Serial number and source of maize inbred lines

1.2 测定项目及方法

收获后，使用DA7250 近红外分析仪（瑞典波通仪器公司）测定150 份自交系和B73 的籽粒含水量，油脂、蛋白质、淀粉、赖氨酸含量和容重，每份材料重复3 次，计算平均值[10‐11]。同时，每份材料随机选取20粒籽粒，人工测量粒长、粒宽和百粒质量[12]。

1.3 数据分析

采用Excel 2020 对试验数据进行初步整理，使用DPS 7.05 软件进行聚类分析，基于聚类分析遗传距离结果使用MEGA 11 软件进行作图。使用SPSS 27软件进行相关性分析和主成分分析，根据主成分分析结果建立模型公式，计算各自交系综合得分[13‐16]。

150 份玉米自交系的籽粒（粒长、粒宽、百粒质量、容重）及品质性状（含水量，油脂、蛋白质、淀粉、赖氨酸含量）详见表2。相同种植生长条件下的自交系B73 表现为籽粒含水量13.28%、油脂含量3.49%、蛋白质含量13.46%、淀粉含量64.34%、容重766.53 g/L、赖氨酸含量0.46%、粒长1.22 cm、粒宽0.97 cm、百粒质量33.64 g。150 份自交系上述9 个性状的变异系数介于0.03～0.21。其中，赖氨酸含量变异系数最大，含水量变异系数最小。150 份自交系上述9 个性状的平均值表现为含水量11.67%、油脂含量4.50%、蛋白质含量11.35%、淀粉含量72.06%、容重701.93 g/L、赖氨酸含量0.42%、粒长0.95 cm、粒宽0.77 cm、百粒质量28.13 g。

2 结果与分析

2.1 150份玉米自交系籽粒及其品质性状分析

职业化培养模式下的软件行业人才应该具备软件、硬件、网络等各学科综合知识的复合型人才。软件行业人才不仅应该具备这些学科的理论知识，也应具备将这些学科的理论和实际结合起来的能力。然而，现有的教学模式则侧重于理论教学，而忽略了职业化的软件行业人才的培养应该是以理论和实践的有机统一为目的。这种模式过于侧重理论知识的学习，而忽略了理论和实际的融合，影响了职业化的发展。

表2 150份玉米自交系籽粒及其品质性状分析Tab.2 Analysis of grain and its quality traits of 150 maize inbred lines

2.2 150份玉米自交系籽粒及其品质性状的相关性分析

相关性分析方法具有操作简便、各性状关联信息明确等特点，可初步反映试验材料各性状间关联情况，在遗传育种研究中广泛应用于探究农作物各性状间的关联情况[18]。本研究的相关性分析结果表明，籽粒含水量与蛋白质、淀粉、赖氨酸含量均呈显著或极显著正相关，与容重呈显著负相关。张采波等[19]研究表明，玉米籽粒含水量与容重及出籽率间呈负相关，可初步推测低籽粒含水量可能有利于提升产量，但不利于蛋白质、油脂和赖氨酸的积累。本研究同时发现，籽粒油脂含量与淀粉含量、粒长、粒宽、百粒质量均呈极显著负相关；蛋白质含量与淀粉含量、容重分别呈极显著、显著负相关；淀粉含量与容重呈极显著负相关，与粒长呈极显著正相关；赖氨酸含量与粒宽、百粒质量均呈极显著负相关；百粒质量与粒长、粒宽均呈极显著正相关。综合分析相关性结果可得出以下规律：高籽粒含水量往往同时具有高蛋白质、油脂和赖氨酸含量的特性，但籽粒的粒质量会降低。籽粒的淀粉含量与蛋白质、油脂含量间呈极显著负相关关系，在有限的籽粒容量中双方积累可能存在一定的拮抗关系。同时高淀粉含量会明显降低籽粒的容重，可能是由于淀粉密度低于油脂与蛋白质密度的物理学特性；粒宽和粒长始终是提升籽粒质量的重要因素，这与前人[20‐21]研究结果相似。

由图1 和表4 可知，150 份玉米自交系材料分为6 个类群，1 类群仅包括17N0358 一份自交系，其含水量、蛋白质含量、淀粉含量、赖氨酸含量和百粒质量均最高，同时具备低容重的特点；2 类群仅有17N0443 一份自交系，具有低含水量、蛋白质含量、百粒质量，高油脂的特点；3 类群包括47 份自交系，具有低百粒质量的特点；4 类群包括14 份自交系，具有高容重的特点；5 类群包括34 份自交系，具有较大的粒长和粒宽；6 类群包括52 份自交系，具有低淀粉含量、高赖氨酸含量的特点。

表3 玉米自交系籽粒及其品质性状的相关性分析Tab.3 Correlation analysis of grain and its quality traits of maize inbred lines

2.3 150份玉米自交系籽粒及其品质性状的聚类分析

我国著名教育学家叶圣陶先生说过：“教学有法，教无定法，贵在得法。”所谓“有法”，是指不同学科的教学有一定规律可循；所谓“无定法”，是指在具体的教学中并不存在“放之四海而皆准”的固定不变的万能方法，一切都因人、因境而定。所以，教师想要上好一堂课，无论教学方法如何变化，最终还是要“贵在得法”。

图1 150份玉米自交系的聚类分析Fig.1 Cluster analysis of 150 maize inbred lines

表4 6个类群籽粒及其品质性状分析Tab.4 Analysis of grain and its quality traits of six groups

2.4 150份玉米自交系籽粒及其品质性状的主成分分析

以4 个主成分的贡献率为权数，构建综合得分（F）评价模型公式：F=0.269X1+0.207X2+0.147X3+0.114X4。计算各自交系的综合得分，所得结果如表6。由表6 可知，有8 份玉米自交系综合得分高于B73，分 别 为 17N0536、17N0560、17N0544、17N0358、17N0373、17N0470、17N0556和17N0540。

表5 玉米自交系籽粒及其品质性状主成分分析Tab.5 Analysis of principal component of maize inbred grain and quality traits

对150 份玉米自交系的9 个籽粒及其品质性状（籽粒含水量、油脂含量、蛋白质含量、淀粉含量、容重、赖氨酸含量、粒长、粒宽和百粒质量依次标定为X1—X9）进行主成分分析，结果详见表5。由表5 可知，前4 个主成分（Y1—Y4）的特征值大于1，方差累计贡献率为73.703%。4个主成分分别以百粒质量、含水量、蛋白质含量和赖氨酸含量载荷值最大，可反映上述4 个性状的基本信息。4 个主成分的得分计算方程如下：

表6 玉米自交系的综合得分及排序Tab.6 Comprehensive score and rank of maize inbred lines

3 结论与讨论

种质资源创新是高品质玉米育种和玉米自交系改良的基础，挖掘利用外来及新产生种质资源有利于改变我国玉米种质资源基础相对薄弱的现状。在筛选优质亲本时，候选自交系应具备高水平的优良性状集中性强、遗传距离较远、籽粒及其品质性状间差异明显、一般配合力和特殊配合力水平高且不良性状剔除度高等特点[17]。

对150份玉米自交系的籽粒及其品质性状进行相关性分析（表3），发现籽粒含水量与蛋白质含量（0.223）、淀粉含量（0.428）均呈极显著正相关，与容重（-0.445）呈极显著负相关，与赖氨酸含量（0.176）呈显著正相关；油脂含量与淀粉含量（-0.226）、粒长（-0.228）、粒宽（-0.263）和百粒质量（-0.319）均呈极显著负相关；蛋白质含量与淀粉含量（-0.337）呈极显著负相关，与容重（-0.173）呈显著负相关；淀粉含量与容重（-0.315）呈极显著负相关，与粒长（0.269）呈极显著正相关；赖氨酸含量与粒宽（-0.221）、百粒质量（-0.289）均呈极显著负相关；粒长与粒宽（0.429）呈极显著正相关；百粒质量与粒长（0.473）、粒宽（0.629）均呈极显著正相关。

聚类分析方法可以明确区分品种间的遗传差异和遗传相似性，将类群中的多个品系进行明确分类，以便剔除劣势群体[15]。同时，聚类分析基于不同类群可灵活转变分析方法，具有分析结果精确度较高、所得结果易于解读、样本分类关系明确、利于比较筛选等特点。张振良等[15]采用系统聚类方法将50 个玉米品种分成4 类，再通过比较类群间优劣来筛选范围。本研究的聚类分析结果将材料分为了6个类群，各类群性状差异明显。其中，1、2 类群的17N0358、17N0443 特异性极强，2 个玉米自交系在品质性状方面有明显特异性，17N0358 的籽粒含水量、蛋白质含量、淀粉含量、赖氨酸含量和百粒质量均达到最高，自交系17N044 具有低籽粒含水量、蛋白质含量、百粒质量，高油脂的特点。2份特异性自交系材料可作为下一步低含水量高品质自交系改良工作的重要材料。

按实验方法测定了铅矿石标准物质GBW07236、GBW07235中的Ga、In、Tl、Cd、Ge，每个样品平行制备3份，结果取平均值，并与认定值进行比较，结果见表8。

针对沟道的水文状况、连续性和形态情况进行水文地貌调查，并按照表3的分级标准给予分类定级。具体调查因子包括水量、沟道束窄情况、横向水利工程的数量与结构、沟底状况及与地下水的联系、岸边地带结构等。水文地貌在沟道工程建设前后各监测一次，可直接反映建设效果。实际调查中，将沟道分为若干段，逐段调查和记录水文、连续性、形态等各方面特征。根据表1所示分级标准确定每个沟段水文地貌等级与分值（见表4）。

主成分分析方法在较少损失原有遗传信息的情况下，将测定样本的多个相关联的性状转为少数独立且关联性小的指标，避免干扰，从而对材料进行科学评分[22]。本研究将150 份玉米自交系的9 个性状综合为4 个主成分（赖氨酸含量、百粒质量、籽粒含水量、蛋白质含量），累计贡献率为73.703%。进一步建立模型公式计算出所有自交系的综合得分，获得了17N0536、17N0560、17N0544、17N0358、17N0373、17N0470、17N0556和17N0540共8份综合得分高于B73 的自交系。结合聚类分析结果，最终共 筛 选 出 了9 份（17N0358、17N0443、17N0536、17N0560、17N0544、17N0373、17N0470、17N0556 和17N0540）自交系，这9 份自交系材料在籽粒及品质性状平均表现水平上明显优于同类群体，同时其中的部分材料具有明显的特异性，可进行下一步的杂交组配或自交系改良工作，为玉米育种工作奠定基础。