張培風(fēng) 任帥 孫佩 王蕊 張瑞平 王文潔 馬朝陽(yáng) 李合順 王學(xué)軍 周聯(lián)東
摘要:以河南各地收集的玉米種質(zhì)資源為研究材料,成熟脫粒后用近紅外儀測(cè)定其蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸含量。結(jié)果表明,在4個(gè)品質(zhì)性狀中,平均蛋白質(zhì)含量為10.22%,變異系數(shù)達(dá)23.39%;平均淀粉含量為70.49%,變異系數(shù)達(dá)3.86%;平均脂肪含量為5.91%,變異系數(shù)達(dá)15.06%;平均氨基酸含量為11.05%,變異系數(shù)達(dá)10.22%,說(shuō)明所分析的102份玉米地方品種資源的品質(zhì)成分中蛋白質(zhì)含量比較豐富,其次是脂肪、氨基酸含量較豐富,淀粉含量的變化較小。對(duì)4個(gè)品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析,并按類平均法進(jìn)行系統(tǒng)聚類,共篩選出37個(gè)品質(zhì)較優(yōu)的地方品種,占供試品種的36.3%。在所研究的102份玉米地方種質(zhì)資源中,地方種質(zhì)資源的脂肪含量普遍較高,其中地方種質(zhì)花里虎的脂肪含量達(dá)7.94%。地方資源品質(zhì)性狀評(píng)價(jià)結(jié)果表明,部分地方種質(zhì)資源蘊(yùn)含特定的優(yōu)異品質(zhì)遺傳基因,可為下一步優(yōu)異品質(zhì)基因的挖掘和品質(zhì)育種提供參考依據(jù)。
關(guān)鍵詞:玉米;種質(zhì)資源;品質(zhì)分析;評(píng)價(jià)
中圖分類號(hào):S513.037 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A
文章編號(hào):1002-1302(2023)15-0049-07
基金項(xiàng)目:河南省科技攻關(guān)項(xiàng)目(編號(hào):212102110283)。
作者簡(jiǎn)介:張培風(fēng)(1993—),女,河南新鄉(xiāng)人,碩士,研究實(shí)習(xí)員,主要從事玉米育種及種質(zhì)資源研究。E-mail:727971972@qq.com。
通信作者:周聯(lián)東,碩士,研究員,主要從事玉米育種研究。E-mail:604757307@qq.com。
玉米作為當(dāng)今世界第一大糧食作物,其總產(chǎn)量位居農(nóng)作物第一,在我國(guó)的農(nóng)作物中占據(jù)關(guān)鍵地位[1]。玉米種質(zhì)資源具有豐富的基因庫(kù),遺傳基礎(chǔ)較廣泛,可利用潛力較大,種質(zhì)資源的豐富性決定了新品種選育并能對(duì)未來(lái)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展產(chǎn)生關(guān)鍵影響。因此,發(fā)掘好的種質(zhì)資源,已經(jīng)成為選育品種的重要因素。我國(guó)地理分布廣泛,生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多樣,經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的自然選擇及人工選擇,我國(guó)已形成廣泛的地域特色,玉米地方種質(zhì)資源能在一定程度上積累豐富的遺傳多樣性且適應(yīng)性較強(qiáng),對(duì)地方種質(zhì)資源的有效利用能夠提高我國(guó)玉米產(chǎn)量[2-4]。
河南省地域遼闊,玉米地方種質(zhì)豐富。從雜交種的4次更新?lián)Q代來(lái)看,河南省地方種質(zhì)資源豐富,但在相當(dāng)長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi),科研工作者對(duì)地方種質(zhì)的利用不夠重視,相關(guān)研究工作開展得較少。近幾年來(lái),國(guó)家對(duì)各地種質(zhì)資源的保護(hù)工作日益提上日程,開始加大力度對(duì)各地種質(zhì)資源進(jìn)行保護(hù),河南省也相繼出臺(tái)相關(guān)政策,進(jìn)行地方種質(zhì)普查、收集和保護(hù)工作。育種者也認(rèn)識(shí)到地方種質(zhì)蘊(yùn)含的特有遺傳基因在種質(zhì)創(chuàng)新中的作用,開始重視對(duì)地方種質(zhì)資源的評(píng)價(jià)和利用。唐保軍等對(duì)河南省部分玉米地方種質(zhì)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行了精確評(píng)價(jià),并利用表型性狀進(jìn)行了聚類分析[5],王利鋒等利用SSR分子標(biāo)記對(duì)河南省部分玉米地方種質(zhì)進(jìn)行了類群劃分[5-7]。有關(guān)河南省玉米地方種質(zhì)品質(zhì)如蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量等方面的分析評(píng)價(jià)未見報(bào)道。本研究中的供試材料均為河南省各地收集的玉米種質(zhì)資源,通過(guò)對(duì)各材料的蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸等品質(zhì)分析,對(duì)部分地方種質(zhì)品質(zhì)性狀進(jìn)行全面評(píng)價(jià),以期能發(fā)現(xiàn)個(gè)別品質(zhì)或綜合品質(zhì)優(yōu)異的地方種質(zhì),為河南省玉米地方種質(zhì)創(chuàng)新與利用發(fā)展提供物質(zhì)基礎(chǔ)與參考價(jià)值[8-12]。
1 材料與方法
1.1 材料與設(shè)計(jì)
供試材料為河南省內(nèi)各地收集的玉米地方種質(zhì)資源,共102份,詳見表1。田間試驗(yàn)于2021年在新鄉(xiāng)市輝縣試驗(yàn)基地進(jìn)行,分別設(shè)置2行區(qū),行長(zhǎng) 5 m,行距0.6 m,種植密度為60 000株/hm2。各小區(qū)內(nèi)采用套袋授粉,待成熟后,將各小區(qū)收獲的果穗進(jìn)行晾曬。待果穗脫粒后分別測(cè)定籽粒在14%標(biāo)準(zhǔn)水分下的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量等品質(zhì)指標(biāo)[13-16]。
1.2 品質(zhì)測(cè)定
采用瑞典波通公司(Perten)生產(chǎn)的近紅外分析儀(DA7250型)對(duì)102份玉米地方種質(zhì)資源蛋白質(zhì)的含量、淀粉的含量、脂肪的含量、氨基酸的含量進(jìn)行測(cè)定,每個(gè)測(cè)定值均調(diào)節(jié)到含水量14%標(biāo)準(zhǔn),重復(fù)3次,求平均值。
1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析
用SPSS 24.0分別對(duì)102份地方種質(zhì)進(jìn)行方差分析,用Excel 2017計(jì)算平均數(shù)、變異系數(shù),用SPSS 24.0對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、系統(tǒng)聚類分析,用Excel 2017對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算。
2 結(jié)果與分析
2.1 102份玉米地方種質(zhì)資源的品質(zhì)分析
2.1.1 蛋白質(zhì)含量 由表2可以看出,在進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的102份河南玉米地方品種資源中,平均蛋白質(zhì)含量為10.22%,變異系數(shù)為23.39%,含量變幅為5.77%~14.53%。洋白玉米的蛋白質(zhì)含量最高,達(dá)13.45%,顯著高于其他地方品種。
2.1.2 淀粉含量 由表2還可以看出,在進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的102份河南玉米地方品種資源中,平均淀粉含量為70.49%,變異系數(shù)為3.86%,含量為64.64%~75.72%。朝鮮白馬牙的淀粉含量最高,達(dá)75.72%,顯著高于其他地方品種。
2.1.3 脂肪含量 由表2還可以看出,在進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的102份河南玉米地方品種資源中,平均脂肪含量為5.91%,變異系數(shù)為15.06%,含量變幅為4.03%~7.94%。花里虎的脂肪含量最高,達(dá)7.94%,顯著高于其他地方品種;白金籽的脂肪含量也達(dá)7.68%,顯著高于除花里虎外的當(dāng)?shù)仄渌衩灼贩N。
2.1.4 氨基酸含量 由表2還可知,在進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的102份河南玉米地方品種資源中,平均氨基酸含量為11.05%,變異系數(shù)為10.22%,含量變幅為8.46%~13.43%。螃蟹蓋的氨基酸含量最高,達(dá)13.43%,顯著高于其他地方品種。
由此可見,在檢測(cè)的102份資源中,變異系數(shù)排序?yàn)榈鞍踪|(zhì)含量、脂肪含量、氨基酸含量、淀粉含量,說(shuō)明在河南省玉米地方品種資源中,蛋白質(zhì)含量比較豐富,脂肪、氨基酸含量次之,需要進(jìn)一步發(fā)掘高淀粉含量種質(zhì)資源。
2.1.5 河南省玉米地方品種資源品質(zhì)指標(biāo)的分布情況 在所檢測(cè)的102份地方資源中,按照品質(zhì)指標(biāo)由低到高進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。由表3可知,3個(gè)蛋白質(zhì)含量范圍內(nèi)的資源數(shù)分別為42、48、12份,占比分別為41.17%、47.05%、11.76%,表現(xiàn)為中值范圍>低值范圍>高值范圍,說(shuō)明高蛋白含量的地方種質(zhì)資源分布較少。3個(gè)淀粉含量范圍內(nèi)的資源數(shù)分別為61、15、26份,占比分別為59.80%、14.70%、25.49%,說(shuō)明所測(cè)地方資源中,低淀粉含量資源較多。
由表4可知,3個(gè)脂肪含量范圍的資源數(shù)分別為36、33、33份,占比分別為35.30%、32.36%、32.35%,說(shuō)明所測(cè)地方資源中,高脂肪含量資源較多,與普通品種比,所測(cè)地方種質(zhì)的脂肪含量普遍較高。3個(gè)氨基酸含量范圍的資源數(shù)分別為20、60、22份,占比分別為19.61%、58.82%、21.57%,表現(xiàn)為中值范圍>高值范圍>低值范圍,說(shuō)明高氨基酸含量的資源較多,絕大多數(shù)資源集中在中高值范圍。
2.2 102份玉米地方種質(zhì)資源品質(zhì)的綜合評(píng)價(jià)
2.2.1 主成分分析 為了對(duì)102份玉米地方種質(zhì)資源的品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),對(duì)所測(cè)的102份地方種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量進(jìn)行主成分分析,在主成分分析中,特征值、方差貢獻(xiàn)率2個(gè)因素是選取主成分的關(guān)鍵。
對(duì)供試102個(gè)地方品種的4個(gè)與綜合品質(zhì)有關(guān)的指標(biāo)(蛋白質(zhì)含量、淀粉含量、脂肪含量、氨基酸含量)進(jìn)行主成分分析。由表5可以看出,根據(jù)方差累積貢獻(xiàn)率≥85%的原則提取主成分,共提取了3個(gè)主成分P1、P2、P3,其對(duì)應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率分別為60.324%、26.855%、11.039%,這3個(gè)主成分的方差累積貢獻(xiàn)率達(dá)到了98.219%,基本包含所測(cè)品質(zhì)的綜合指標(biāo),各主成分的基本表達(dá)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個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)。
由表6可知,在以上3個(gè)主成分表達(dá)式中,貢獻(xiàn)率最大的因子依次是第1主成分中的蛋白質(zhì)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 隸屬函數(shù)法 結(jié)合上述主成分分析結(jié)果,對(duì)提取的3個(gè)貢獻(xiàn)率較大的品質(zhì)指標(biāo)(蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、氨基酸含量)進(jìn)行隸屬函數(shù)值計(jì)算,結(jié)果見表7。根據(jù)平均隸屬函數(shù)值對(duì)供試的102份玉米地方種質(zhì)的品質(zhì)進(jìn)行綜合排名,其優(yōu)劣程度排序見表7,表現(xiàn)最優(yōu)的為九月寒,總體表現(xiàn)為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 綜合4個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的相關(guān)性分析 對(duì)102份玉米地方種質(zhì)資源的4個(gè)品質(zhì)性狀指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析[17],由表8可以看出,蛋白質(zhì)含量與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.121**),與脂肪、淀粉含量均呈極顯著負(fù)相關(guān)(r=-0.730**、-0.801**)。脂肪含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.558**),與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.122**)。淀粉含量與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)(r=0.270**)。
2.2.4 4個(gè)品質(zhì)指標(biāo)的綜合聚類結(jié)果分析 對(duì)4個(gè)品質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行綜合聚類分析,結(jié)果(圖1)表明,遺傳距離為14時(shí),將102份地方種質(zhì)資源劃分為4大類群。第Ⅰ類群共有37個(gè)品種,占36.3%,分別為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類群有15個(gè)品種,占14.7%,分別為P50、P97、P46、P102、P47、P35、P86、P32、P55、P3、P69、P26、P56、P7、P18;第Ⅲ類群有3個(gè)品種,占3.9%,分別為P87、P100、P6;第Ⅳ類群有47個(gè)品種,占47.1%,分別為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。聚類分析結(jié)果顯示,第Ⅰ類地方品種的綜合品質(zhì)較好,除蛋白質(zhì)含量外,脂肪、淀粉和氨基酸含量均為高值;第Ⅱ類品種的蛋白質(zhì)、脂肪含量高,淀粉、氨基酸含量處于中值;第Ⅲ類品種除蛋白質(zhì)含量較高外,脂肪、淀粉和氨基酸含量均為中低值;第Ⅳ類品種的蛋白質(zhì)、氨基酸含量較高,脂肪、淀粉含量均為中低值。
3 結(jié)論與討論
目前,地方種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和利用已越來(lái)越引起育種家的重視,加強(qiáng)地方種質(zhì)資源保護(hù)、評(píng)價(jià)和利用,也是解決種業(yè)卡脖子的關(guān)鍵問題之一[18-21]。目前,河南省相繼開展了地方種質(zhì)普查、收集和保護(hù)工作。目前,關(guān)于河南省地方種質(zhì)品質(zhì)如蛋白質(zhì)、淀粉、脂肪、氨基酸含量等的分析評(píng)價(jià)未見報(bào)道[22]。本試驗(yàn)結(jié)果表明,102份玉米地方種質(zhì)資源的蛋白質(zhì)含量與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān),與脂肪含量、淀粉含量?jī)烧咧g均呈極顯著負(fù)相關(guān);脂肪含量與淀粉含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系,與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān);淀粉含量與氨基酸含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系。
在進(jìn)行品質(zhì)檢測(cè)的102份河南玉米地方種質(zhì)資源中,平均蛋白質(zhì)含量為10.22%,變異系數(shù)為23.39%,含量變幅為5.77%~14.53%;平均淀粉含量為70.49%,變異系數(shù)為3.86%,含量變幅為64.64%~75.72%;平均脂肪含量為5.91%,變異系數(shù)為15.06%,含量變幅為4.03%~7.94%,脂肪含量最高的為花里虎,高達(dá)7.94%;平均氨基酸含量為11.05%,變異系數(shù)為10.22%,含量變幅為8.46%~13.43%。結(jié)果說(shuō)明,河南玉米地方品種資源的各品質(zhì)性狀遺傳基礎(chǔ)豐富,可為品質(zhì)育種提供寶貴資源。本研究通過(guò)主成分分析,從供試的102份玉米地方種質(zhì)資源中提取出3個(gè)主成分,即蛋白質(zhì)含量、脂肪含量、氨基酸含量,貢獻(xiàn)率逐漸減少,說(shuō)明其對(duì)地方種質(zhì)資源品質(zhì)綜合表現(xiàn)的影響也依次遞減。結(jié)合隸屬函數(shù)值的分析,對(duì)102份種質(zhì)資源品質(zhì)優(yōu)劣進(jìn)行排序,發(fā)現(xiàn)其中九月寒品質(zhì)最優(yōu)。結(jié)合聚類分析結(jié)果,篩選出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個(gè)品質(zhì)優(yōu)良的地方品種。上述分析結(jié)果說(shuō)明,河南省地方品種資源品質(zhì)性狀遺傳基礎(chǔ)豐富,有廣闊的應(yīng)用空間。部分種質(zhì)個(gè)別品質(zhì)指標(biāo)較高,如花里虎的脂肪含量達(dá)7.94%,白石榴籽的蛋白質(zhì)含量達(dá)14.53%,朝鮮白馬牙的淀粉含量達(dá)75.72%,說(shuō)明這些資源蘊(yùn)含有特異的品質(zhì)基因,為下一步優(yōu)異品質(zhì)基因的挖掘打下了基礎(chǔ)。同時(shí)也發(fā)現(xiàn),個(gè)別材料的綜合品質(zhì)表現(xiàn)優(yōu)異,如干白頂有較高的淀粉(74.52%)、脂肪(6.63%)和總氨基酸含量(12.32%),可為優(yōu)質(zhì)玉米育種提供寶貴的資源。
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