102份玉米地方种质资源品质分析与评价

张培风 任帅 孙佩 王蕊 张瑞平 王文洁 马朝阳 李合顺 王学军 周联东

摘要：以河南各地收集的玉米种质资源为研究材料，成熟脱粒后用近红外仪测定其蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸含量。结果表明，在4个品质性状中，平均蛋白质含量为10.22%，变异系数达23.39%；平均淀粉含量为70.49%，变异系数达3.86%；平均脂肪含量为5.91%，变异系数达15.06%；平均氨基酸含量为11.05%，变异系数达10.22%，说明所分析的102份玉米地方品种资源的品质成分中蛋白质含量比较丰富，其次是脂肪、氨基酸含量较丰富，淀粉含量的变化较小。对4个品质性状进行综合分析，并按类平均法进行系统聚类，共筛选出37个品质较优的地方品种，占供试品种的36.3%。在所研究的102份玉米地方种质资源中，地方种质资源的脂肪含量普遍较高，其中地方种质花里虎的脂肪含量达7.94%。地方资源品质性状评价结果表明，部分地方种质资源蕴含特定的优异品质遗传基因，可为下一步优异品质基因的挖掘和品质育种提供参考依据。

关键词：玉米；种质资源；品质分析；评价

中图分类号：S513.037 文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）15-0049-07

基金项目：河南省科技攻关项目（编号：212102110283）。

作者简介：张培风（1993—），女，河南新乡人，硕士，研究实习员，主要从事玉米育种及种质资源研究。E-mail：727971972@qq.com。

通信作者：周联东，硕士，研究员，主要从事玉米育种研究。E-mail：604757307@qq.com。

玉米作为当今世界第一大粮食作物，其总产量位居农作物第一，在我国的农作物中占据关键地位［1］。玉米种质资源具有丰富的基因库，遗传基础较广泛，可利用潜力较大，种质资源的丰富性决定了新品种选育并能对未来农业生产发展产生关键影响。因此，发掘好的种质资源，已经成为选育品种的重要因素。我国地理分布广泛，生态环境复杂多样，经过长期的自然选择及人工选择，我国已形成广泛的地域特色，玉米地方种质资源能在一定程度上积累丰富的遗传多样性且适应性较强，对地方种质资源的有效利用能够提高我国玉米产量［2-4］。

河南省地域辽阔，玉米地方种质丰富。从杂交种的4次更新换代来看，河南省地方种质资源丰富，但在相当长一段时间内，科研工作者对地方种质的利用不够重视，相关研究工作开展得较少。近几年来，国家对各地种质资源的保护工作日益提上日程，开始加大力度对各地种质资源进行保护，河南省也相继出台相关政策，进行地方种质普查、收集和保护工作。育种者也认识到地方种质蕴含的特有遗传基因在种质创新中的作用，开始重视对地方种质资源的评价和利用。唐保军等对河南省部分玉米地方种质的农艺性状进行了精确评价，并利用表型性状进行了聚类分析［5］，王利锋等利用SSR分子标记对河南省部分玉米地方种质进行了类群划分［5-7］。有关河南省玉米地方种质品质如蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量等方面的分析评价未见报道。本研究中的供试材料均为河南省各地收集的玉米种质资源，通过对各材料的蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸等品质分析，对部分地方种质品质性状进行全面评价，以期能发现个别品质或综合品质优异的地方种质，为河南省玉米地方种质创新与利用发展提供物质基础与参考价值［8-12］。

1 材料与方法

1.1 材料与设计

供试材料为河南省内各地收集的玉米地方种质资源，共102份，详见表1。田间试验于2021年在新乡市辉县试验基地进行，分别设置2行区，行长 5 m，行距0.6 m，种植密度为60 000株/hm2。各小区内采用套袋授粉，待成熟后，将各小区收获的果穗进行晾晒。待果穗脱粒后分别测定籽粒在14%标准水分下的蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量等品质指标［13-16］。

1.2 品质测定

采用瑞典波通公司（Perten）生产的近红外分析仪（DA7250型）对102份玉米地方种质资源蛋白质的含量、淀粉的含量、脂肪的含量、氨基酸的含量进行测定，每个测定值均调节到含水量14%標准，重复3次，求平均值。

1.3 数据统计分析

用SPSS 24.0分别对102份地方种质进行方差分析，用Excel 2017计算平均数、变异系数，用SPSS 24.0对数据进行主成分分析、系统聚类分析，用Excel 2017对数据进行隶属函数值计算。

2 结果与分析

2.1 102份玉米地方种质资源的品质分析

2.1.1 蛋白质含量 由表2可以看出，在进行品质检测的102份河南玉米地方品种资源中，平均蛋白质含量为10.22%，变异系数为23.39%，含量变幅为5.77%～14.53%。洋白玉米的蛋白质含量最高，达13.45%，显著高于其他地方品种。

2.1.2 淀粉含量 由表2还可以看出，在进行品质检测的102份河南玉米地方品种资源中，平均淀粉含量为70.49%，变异系数为3.86%，含量为64.64%～75.72%。朝鲜白马牙的淀粉含量最高，达75.72%，显著高于其他地方品种。

2.1.3 脂肪含量 由表2还可以看出，在进行品质检测的102份河南玉米地方品种资源中，平均脂肪含量为5.91%，变异系数为15.06%，含量变幅为4.03%～7.94%。花里虎的脂肪含量最高，达7.94%，显著高于其他地方品种；白金籽的脂肪含量也达7.68%，显著高于除花里虎外的当地其他玉米品种。

2.1.4 氨基酸含量 由表2还可知，在进行品质检测的102份河南玉米地方品种资源中，平均氨基酸含量为11.05%，变异系数为10.22%，含量变幅为8.46%～13.43%。螃蟹盖的氨基酸含量最高，达13.43%，显著高于其他地方品种。

由此可见，在检测的102份资源中，变异系数排序为蛋白质含量、脂肪含量、氨基酸含量、淀粉含量，说明在河南省玉米地方品种资源中，蛋白质含量比较丰富，脂肪、氨基酸含量次之，需要进一步发掘高淀粉含量种质资源。

2.1.5 河南省玉米地方品种资源品质指标的分布情况 在所检测的102份地方资源中，按照品质指标由低到高进行统计分析。由表3可知，3个蛋白质含量范围内的资源数分别为42、48、12份，占比分别为41.17%、47.05%、11.76%，表现为中值范围＞低值范围＞高值范围，说明高蛋白含量的地方种质资源分布较少。3个淀粉含量范围内的资源数分别为61、15、26份，占比分别为59.80%、14.70%、25.49%，说明所测地方资源中，低淀粉含量资源较多。

由表4可知，3个脂肪含量范围的资源数分别为36、33、33份，占比分别为35.30%、32.36%、32.35%，说明所测地方资源中，高脂肪含量资源较多，与普通品种比，所测地方种质的脂肪含量普遍较高。3个氨基酸含量范围的资源数分别为20、60、22份，占比分别为19.61%、58.82%、21.57%，表现为中值范围＞高值范围＞低值范围，说明高氨基酸含量的资源较多，绝大多数资源集中在中高值范围。

2.2 102份玉米地方种质资源品质的综合评价

2.2.1 主成分分析 为了对102份玉米地方种质资源的品质性状进行综合评价，对所测的102份地方种质资源的蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量进行主成分分析，在主成分分析中，特征值、方差贡献率2个因素是选取主成分的关键。

对供试102个地方品种的4个与综合品质有关的指标（蛋白质含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量）进行主成分分析。由表5可以看出，根据方差累积贡献率≥85%的原则提取主成分，共提取了3个主成分P1、P2、P3，其对应的方差贡献率分别为60.324%、26.855%、11.039%，这3个主成分的方差累积贡献率达到了98.219%，基本包含所测品质的综合指标，各主成分的基本表达式如下：

P1=-0.931W1+0.894W2+0.848W3+0.165W4；

P2=-0.289W1+0.158W2-0.040W3+0.982W4；

P3=0.108W1-0.393W2+0.522W3+0.053W4。

式中：W1～W4表示地方品種中4个品质指标的标准化数据。

由表6可知，在以上3个主成分表达式中，贡献率最大的因子依次是第1主成分中的蛋白质含量（0.931）、第2主成分中的氨基酸含量（0.982）、第3主成分中的脂肪含量（0.522）。

2.2.2 隶属函数法 结合上述主成分分析结果，对提取的3个贡献率较大的品质指标（蛋白质含量、脂肪含量、氨基酸含量）进行隶属函数值计算，结果见表7。根据平均隶属函数值对供试的102份玉米地方种质的品质进行综合排名，其优劣程度排序见表7，表现最优的为九月寒，总体表现为P94>P16>P90>P51>P101>P66>P44>P22>P81>P88>P47>P25>P36>P46>P24>P20>P45>P31>P41>P91>P28>P61>P13>P48>P7>P26>P83>P77>P56>P99>P102>P4>P29>P6>P67>P60>P74>P15>P30>P78>P12>P54>P80>P79>P32>P5>P3>P85>P55>P65>P89>P23>P33>P98>P57>P18>P68>P59>P58>P82>P27>P64>P14>P21>P37>P76>P17>P95>P87>P2>P8>P63>P39>P42>P19>P23>P93>P10>P69>P84>P92>P38>P71>P96>P50>P49>P11>P97>P70>P35>P75>P6>2>P52>P1>P34>P86>P9>P43>P72>P53>P40。

2.2.3 综合4个品质指标的相关性分析 对102份玉米地方种质资源的4个品质性状指标进行相关性分析［17］，由表8可以看出，蛋白质含量与氨基酸含量呈极显著正相关（r=0.121**），与脂肪、淀粉含量均呈极显著负相关（r=-0.730**、-0.801**）。脂肪含量与淀粉含量呈极显著正相关（r=0.558**），与氨基酸含量呈极显著正相关（r=0.122**）。淀粉含量与氨基酸含量呈极显著正相关（r=0.270**）。

2.2.4 4个品质指标的综合聚类结果分析 对4个品质指标进行综合聚类分析，结果（图1）表明，遗传距离为14时，将102份地方种质资源划分为4大类群。第Ⅰ类群共有37个品种，占36.3%，分别为P5、P89、P78、P33、P64、P21、P23、P54、P58、P4、P67、P80、P98、P2、P49、P11、P63、P73、P93、P70、P57、P84、P40、P72、P43、P42、P96、P17、P39、P85、P22、P44、P45、P16、P101、P94、P29；第Ⅱ类群有15个品种，占14.7%，分别为P50、P97、P46、P102、P47、P35、P86、P32、P55、P3、P69、P26、P56、P7、P18；第Ⅲ类群有3个品种，占3.9%，分别为P87、P100、P6；第Ⅳ类群有47个品种，占47.1%，分别为P31、P81、P36、P41、P66、P90、P30、P74、P60、P68、P25、P61、P28、P77、P20、P48、P24、P12、P99、P79、P88、P15、P83、P13、P91、P51、P14、P76、P65、P8、P59、P27、P37、P82、P95、P52、P92、P71、P75、P1、P34、P38、P19、P9、P53、P62、P10。聚类分析结果显示，第Ⅰ类地方品种的综合品质较好，除蛋白质含量外，脂肪、淀粉和氨基酸含量均为高值；第Ⅱ类品种的蛋白质、脂肪含量高，淀粉、氨基酸含量处于中值；第Ⅲ类品种除蛋白质含量较高外，脂肪、淀粉和氨基酸含量均为中低值；第Ⅳ类品种的蛋白质、氨基酸含量较高，脂肪、淀粉含量均为中低值。

3 结论与讨论

目前，地方种质资源评价和利用已越来越引起育种家的重视，加强地方种质资源保护、评价和利用，也是解决种业卡脖子的关键问题之一［18-21］。目前，河南省相继开展了地方种质普查、收集和保护工作。目前，关于河南省地方种质品质如蛋白质、淀粉、脂肪、氨基酸含量等的分析评价未见报道［22］。本试验结果表明，102份玉米地方种质资源的蛋白质含量与氨基酸含量呈极显著正相关，与脂肪含量、淀粉含量两者之间均呈极显著负相关；脂肪含量与淀粉含量呈极显著正相关关系，与氨基酸含量呈极显著正相关；淀粉含量与氨基酸含量呈极显著正相关关系。

在进行品质检测的102份河南玉米地方种质资源中，平均蛋白质含量为10.22%，变异系数为23.39%，含量变幅为5.77%～14.53%；平均淀粉含量为70.49%，变异系数为3.86%，含量变幅为64.64%～75.72%；平均脂肪含量为5.91%，变异系数为15.06%，含量变幅为4.03%～7.94%，脂肪含量最高的为花里虎，高达7.94%；平均氨基酸含量为11.05%，变异系数为10.22%，含量变幅为8.46%～13.43%。结果说明，河南玉米地方品种资源的各品质性状遗传基础丰富，可为品质育种提供宝贵资源。本研究通过主成分分析，从供试的102份玉米地方种质资源中提取出3个主成分，即蛋白质含量、脂肪含量、氨基酸含量，贡献率逐渐减少，说明其对地方种质资源品质综合表现的影响也依次递减。结合隶属函数值的分析，对102份种质资源品质优劣进行排序，发现其中九月寒品质最优。结合聚类分析结果，筛选出P5、P89、P78、P33、P64、P21、P23、P54、P58、P4、P67、P80、P98、P2、P49、P11、P63、P73、P93、P70、P57、P84、P40、P72、P43、P42、P96、P17、P39、P85、P22、P44、P45、P16、P101、P94和P29共37个品质优良的地方品种。上述分析结果说明，河南省地方品种资源品质性状遗传基础丰富，有广阔的应用空间。部分种质个别品质指标较高，如花里虎的脂肪含量达7.94%，白石榴籽的蛋白质含量达14.53%，朝鲜白马牙的淀粉含量达75.72%，说明这些资源蕴含有特异的品质基因，为下一步优异品质基因的挖掘打下了基础。同时也发现，个别材料的综合品质表现优异，如干白顶有较高的淀粉（74.52%）、脂肪（6.63%）和总氨基酸含量（12.32%），可为优质玉米育种提供宝贵的资源。

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