貴州省30份地方玉米種質的產量與品質性狀分析

摘要：為探究玉米種質的產量與品質性狀之間的關聯，以貴州地區的30份玉米種質資源的產量和品質性狀（如籽粒大小、容重、水分、穗行數、行粒數、單穗穗重、單穗粒重、出籽率、千粒重、蛋白質和淀粉含量）為研究對象，通過篩選優秀的資源，采用描述性分析和相關分析等方法，探討籽粒大小、容重、水分等品質性狀與產量之間的關系。研究結果顯示，在描述性分析中，品質性狀的變異系數范圍在2.45%～25.58%之間，而產量性狀的變異系數范圍在 4.41%～22.83%之間。品質性狀與產量性狀的變異系數排序為淀粉含量>單穗穗重>籽粒粒厚>產量>單穗粒重>千粒重>穗行數>籽粒性狀>籽粒粒長>水分含量>行粒數>籽粒粒寬>容重>出籽率>脂肪含量>蛋白質含量。在相關性分析中，粒寬、粒長與產量呈顯著正相關，而行粒數、穗重、粒重、千粒重與產量之間呈極顯著正相關。本研究結果可為后續玉米產量和品質性狀的改良提供理論數據，同時也為玉米育種、食品加工和飼料行業提供了有價值的種質和理論依據。

關鍵詞：玉米；種質；產量性狀；品質性狀；關聯分析

中圖分類號：S513.02 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）15-0092-08

收稿日期：2024-01-07

基金項目：茅臺學院高層次人才啟動經費項目（編號：mygccrc［2022］088）；貴州省玉米現代農業產業技術體系項目（編號：GZCYTX2023）；2022年度貴州省科技支撐計劃（編號：黔科合支撐［2022］重點025、黔科合支撐［2022］重點029）；2023年畢節市揭榜掛帥項目（編號：畢科合重大專項［2023］5號）；貴州省高層次創新型人才項目（編號：畢科人才合字［2021］04）；遵義市科技計劃（編號：遵市科合HZ字［2021］332號）。

作者簡介：張 豐（1986—），男，貴州畢節人，博士，講師，主要從事作物分子生物學研究。E-mail：nkzahngfeng@163.com。

通信作者：李清超，碩士，副研究員，主要從事作物遺傳育種研究。E-mail：382735695@qq.com。

玉米（Zea mays L.），屬于禾本科玉蜀黍植物，民間常稱為棒子、玉茭、苞米、苞谷。它最早起源于拉丁美洲的墨西哥和秘魯沿安第斯山麓地區［1］。玉米是重要的食品、飼料和生物燃料資源，也被廣泛用于各種工業應用［2］。在我國，玉米是第一大糧食作物，對保障國家糧食安全起著至關重要的作用。根據統計數據，2021年全國谷物產量約為 6 327.5億kg，其中玉米產量約為2 725.5億kg，占全國糧食產量的42.8%，同比增長4.6%［3］。隨著時代的發展，越來越多的玉米育種者開始重視提高玉米的產量和品質［4］。目前，提高玉米籽粒品質是全球玉米育種領域高度關注的問題［5］。玉米育種的重點在于選擇種質資源，其中包括野生資源、地方品種資源、綜合品種資源、合成群體、自交系和遺傳材料等。玉米種質資源是一個豐富的基因庫，具有廣泛的遺傳基礎，蘊含多種可利用的性狀和潛在的雜交優勢群和雜交優勢模式，具有巨大的利用潛力［6］。種質資源是國家糧食安全和重要農產品供給的戰略性資源，也是建設生態文明和支持農業可持續發展的物質基礎，是推動農業科技原始創新和發展現代種業的核心［7］。

玉米產量是一個非常復雜的農藝性狀，受到基因間、基因與環境之間相互作用的共同影響 ［8］。對于玉米育種實踐來說，明確各性狀對玉米產量影響的主次關系非常重要。不同性狀之間存在互相聯系又相互制約的關系，改變某一性狀會引起其他性狀的改變［9］。玉米的產量、品質性狀和穗部農藝性狀是多個因素共同作用的結果。研究不同性狀對產量影響的主次關系對于改良和選育玉米品種至關重要［10］。穗行數、行粒數、千粒重等是構成玉米產量的性狀，它們之間存在不同程度的相關性，并且可以分析它們在產量構成中的作用［11］。產量相關性狀是育種及種質改良的重要目標［12-14］。然而，在我國，玉米生產和育種所依賴的種質基礎相對狹窄，這對培育綠色優質適宜機械化生產的新品種十分不利。

玉米品質是一個綜合概念，可以從狹義和廣義2個方面來考慮。狹義的品質主要指的是玉米的營養品質，而廣義的品質除了營養品質外，還包括加工、食用、外觀和安全品質等。外觀品質涵蓋了籽粒大小、形狀和容重等方面［15］。在玉米選育過程中，籽粒的長、寬、厚等性狀對產量和品質的重要性逐漸被認識到，成為育種中關注的關鍵特性之一。了解這些性狀之間的相互關系，將為育種家提供更有效的育種思路。籽粒大小和產量、品質有著密切的關系，粒長、粒寬、粒厚等因素對籽粒大小起著決定性的影響［16］。玉米籽粒作為貯藏器官和收獲部位，與產量和品質密切相關。籽粒大小對產量具有重要影響，粒長、粒寬、粒厚是決定籽粒大小的因素。因此，研究和開發玉米籽粒對于培育高產玉米品種至關重要，也對保障國家糧食安全具有重要意義［17］。容重可以反映玉米的完整度、均勻度、成熟度以及潛在的營養價值。它是衡量玉米質量的重要指標，代表1 L容積玉米的重量［3］。容重越高，玉米的等級和經濟價值就越高。同時，容重也是國際上評價玉米商品品質的標準之一，用于對玉米進行等級劃分［18］。除了外觀品質，玉米的營養品質也非常重要，包括蛋白質、脂肪等營養成分。此外，玉米還含有多種生物活性物質，具有抗氧化、抗腫瘤、降血糖、提高免疫力和抑菌等功能［19］。

為了解決玉米育種面臨的問題，如遺傳基礎狹窄、缺乏優異種質資源和資源利用效率低下，需要對玉米種質資源的產量相關性狀進行精確分析和評價。這對于加快玉米種質資源在育種中的應用至關重要，而種質資源的產量性狀和籽粒品質評估則是資源鑒定的重要任務。本研究利用描述性統計和相關性分析方法，對收集到的30份貴州玉米種質進行了研究，包括籽粒大小、性狀、容重、水分、蛋白質、脂肪、淀粉、千粒重、穗重、粒重、穗行數和行粒數等。通過對這些性狀的評估和鑒定，為農民和加工商購買玉米提供參考，并為食品研究人員提供數據參考，以研發更加營養、美味和健康的玉米深加工產品。同時，這也為玉米育種者提供了種質材料和理論支持。

1 材料與方法

1.1 材料

本研究使用的玉米種質詳細信息見表1，由畢節市農業科學研究所收集并鑒定。

1.2 田間試驗設計

試驗于2022—2023年在畢節市農業科學研究所海南實驗基地進行。其田間試驗設計為隨機區組，5 m行長，2次重復，3行區，每行17株。從植株的第3株開始，連續測定3株玉米雌穗籽粒相關性狀數據，記載原始數據按照《玉米種質資源描述性規范和數據標準》進行。

1.3 測定項目及測定方法

1.3.1 籽粒大小測定

粒長：隨機選取10粒玉米籽粒，按照籽粒長度排成一排，用游標卡尺測量，除以10，得到粒長；單粒寬：隨機取10粒，按照籽粒寬度排成一排，用游標卡尺量取，除以10，得到粒寬；單粒厚：隨機選取10粒，用游標卡尺量其厚度，除以10，得到單粒厚。

1.3.2 籽粒性狀

籽粒的長寬比：籽粒長度與寬度的比值［8］。

1.3.3 水分含量及容重測定

用LDA-1G（中文版）谷物水分測定儀測定玉米的含水量以及容重。

1.3.4 蛋白質、脂肪、淀粉含量的測定

根據GB 5009.5—2016《食品安全國家標準 食品中蛋白質的測定》、GB 5009.9—2016《食品安全國家標準 食品中淀粉的測定》、GB 5009.6—2016《食品安全國家標準 食品中脂肪的測定》。

1.3.5 穗行數及行粒數測定

雌穗每穗的籽粒行數范圍，為雙數；雌穗每行籽粒的粒數，單位為粒。

1.3.6 千粒重、籽粒產量測定

隨機取樣1 000個測定完整籽粒的重量，單位為g；取樣測定小區籽粒干重，折合公頃產量，單位為kg/hm2。

1.3.7 穗重、粒重及出籽率測定

取1株有效雌穗的干重，單位為g；單株籽粒的干重，單位為g；籽粒干重占穗干重的百分比，以%表示。

1.4 數據處理

對30份玉米種質資源的產量性狀和數據進行平均值、標準差、變異系數的比較分析，利用SPSS 19.0軟件進行相關性、描述性分析。

通過公式（1）計算各性狀的皮爾遜相關系數：

r=∑ni=1（xi-x）（yi-y）∑ni=1（xi-x）2∑ni=1（yi-y）2。（1）

式中：x、y為樣本平均值；n為樣本的數量；r為計算所得出的變量x和y的相關系數，取值為-1.0～1.0。

Pearson相關系數越接近0，表明相關性越弱，越接近1或者-1說明相關性越強。

根據公式（2）可計算出各性狀變異系數。

CV=σx×100%。（2）

式中：CV為變異系數；σ為標準偏差；x為平均值。

2 結果與分析

2.1 不同玉米的粒長、粒寬、粒厚、籽粒長寬比分析

在對30份玉米進行性狀分析后，發現它們在粒長、粒寬、粒厚、籽粒長寬比等方面存在明顯差異（圖1）。具體而言，包谷的粒長最長（13.22 mm），而黑玉米的粒長最短（5.93 mm）；黃糯玉米的粒寬最小（7.54 mm），本地包谷的粒寬最大（10.79 mm）；白糯玉米的粒厚最小（3.69 mm），本地包谷2的粒厚最大（9.74 mm）；籽粒長寬比最小的是黑玉米（0.74），最大的為黃糯玉米（1.55）。

2.2 玉米品種間容重和水分含量分析

研究玉米品種間容重和水分含量之間的關系對于優化品種選擇、提高產量和品質具有重要意義。本研究容重和水分含量之間存在差異。分析顯示，小黃苞谷的容重含量最小（579 g/L），而本地糯包谷的容重含量最大（773 g/L）；白粘玉米2的水分含量最低（11.23%），而小黃苞谷的水分含量最高（19.37%）（圖2）。

需要注意的是，根據國家玉米標準（GB 1353—2018），玉米標準容重應在600～720 g/L之間，水分含量標準應為14%及以下。在本研究中，容重大于720 g/L的比例占56.7%，容重小于600 g/L的比例占3.3%，而在600～720 g/L范圍內的比例占40%。對于水分含量，低于或等于14%的比例占90%，而高于14%的比例占10%。這些結果表明不同玉米品種之間在容重和水分含量上存在明顯的差異。為優化品種選擇、提高產量和品質提供了重要理論依據。

2.3 玉米種質之間的穗行數、行粒數、單穗穗重和單穗粒重分析

穗行數、行粒數、單穗穗重和單穗粒重是評估玉米品種優劣的重要指標。其中，穗行數和行粒數直接決定了玉米的產量，而單穗穗重和單穗粒重則對玉米的品質和食用價值產生影響。通過對不同品種之間這些指標的研究和比較，可以選擇適應不同環境和需求的優質品種，提高玉米的產量和品質，滿足人們對食物的需求，推動農業的發展。分析結果顯示，楊梅小苞谷的穗行數最小（10行），而永樂二黃早的穗行數最大（18行）。這說明不同玉米品種在穗行數上存在明顯差異。此外，白糯玉米的行粒數最小（25粒），而白包谷和本地包谷的行粒數最大（39粒），這表明不同品種之間在行粒數上也存在差異（圖3）。進一步觀察可知，糯包谷的單穗穗重和單穗粒重最小（72.43 g和62.59 g），而本地包谷3的單穗穗重和單穗粒重最大（259.39 g和206.33 g），這表明不同品種之間在單穗穗重和單穗粒重上存在明顯差異。糯包谷在這2個指標上表現較差，而本地包谷則顯示出較高的單穗穗重和單穗粒重（圖4）。

2.4 不同玉米種質出籽率、千粒重和產量分析

玉米品種的出籽率、千粒重和產量之間的關系對于農業生產至關重要。出籽率直接影響著玉米的種植成功率，而千粒重則是衡量品質和食用價值的重要指標，影響著玉米的市場競爭力。產量是農民最為關注的利潤來源，與出籽率和千粒重密切相關。本研究發現，不同玉米品種在出籽率和千粒重方面存在明顯差異。其中，坦洞紅苞谷品種的出籽率最低（73.05%），千粒重最高（455.03 g），可能與其特殊的生長環境和生理特性有關；糯包谷品種的出籽率最高（86.72%），而白糯玉米的千粒重最小（186.80 g）。這表明不同品種之間在出籽率和千粒重上存在顯著差異。此外，研究還發現糯包谷的產量最低（3 003.52 kg/hm2），而本地包谷3的產量最高（9 904.00 kg/hm2），這說明不同品種之間在產量上也存在明顯差異。糯包谷的低產量可能與其生長過程中受到的環境條件或生理特性有關，而本地包谷則在產量方面表現較好（圖5）。

綜上所述，在30份資源中，不同玉米品種在穗行數、行粒數、單穗穗重、單穗粒重、出籽率和千粒重等方面存在差異，同時也存在產量上的差異。這些結果對于選擇和改良玉米品種，提高產量和品質，推動農業的發展具有重要意義。

2.5 不同玉米種質的遺傳變異分析

通過變異系數分析，發現各性狀的遺傳變異幅度在2.45%～25.58%之間。變異幅度排序為淀粉含量>單穗穗重>籽粒粒厚>產量>單穗粒重>千粒重>穗行數>籽粒性狀>籽粒粒長>水分含量>行粒數>籽粒粒寬>容重>出籽率>脂肪含量> 蛋白質含量（圖6）。其中變異系數最大的是淀粉含量，說明淀粉含量在這30份資源之間的離散程度最大，而蛋白質含量的變異系數最小，表示蛋白質的離散程度較小。另外，從變異系數排行中可以看出，穗行數的變異系數值大于行粒數和出籽率的變異系數值，這與龍舟等的研究結果［20］一致。這意味著在這些性狀中，穗行數的變異程度相對較大，可能受到更多的遺傳因素的影響。通過以上分析，可以更好地了解各性狀之間的遺傳變異情況，有助于選擇和改良玉米品種，提高產量和品質，推動農業的發展。

2.6 品質性狀與產量性狀的相關性分析

本研究用SPSS 19.0對籽粒品質與產量進行簡單相關性分析，結果（表2）表明，6個品質性狀與產量彼此之間的極顯著和顯著相關性。其中，籽粒粒長與籽粒粒寬、產量呈現顯著正相關性，與籽粒性狀呈現極顯著正相關性，而與容重呈現顯著負相關性；籽粒粒寬與籽粒粒厚、產量呈現顯著正相關性；籽粒粒厚只與籽粒粒寬呈現顯著正相關性，與其余性狀均未達到顯著相關性；容重和水分含量、粒長呈現顯著負相關性，與其余性狀均未到達顯著相關性；產量與籽粒粒長、籽粒粒厚呈現顯著正相關性。綜上分析，品質性狀與產量之間，只有籽粒粒長與籽粒粒寬呈現顯著相關水平，并且呈現上升趨勢，說明籽粒粒長、粒寬的增長會影響到產量的增加。

由表3可知，穗行數與千粒重呈顯著負相關，與其余性狀均未達到顯著相關水平；行粒數與單穗粒重、產量、單穗穗重呈顯著正相關；單穗穗重與千粒重、產量呈極顯著正相關，與單穗粒重呈極顯著正

相關，與魏鋒等的研究結果［21］一致；單穗粒重與行粒數、單穗穗重、千粒重、產量呈現極顯著正相關，甚至與產量的相關系數達到1.000的相關程度，說明單穗粒重與產量之間的相關性強；出籽率與千粒重呈極顯著負相關，與其余性狀未達到顯著相關水平；千粒重與單穗穗重、單穗粒重、產量呈極顯著正相關，與穗行數呈顯著負相關，與出籽率極顯著負相關；產量與行粒數、單穗穗重、單穗粒重、千粒重呈極顯著正相關。綜上分析，行粒數、單穗穗重、單穗粒重、千粒重存在極顯著相關性，直接影響到產量，這可為玉米后續研究及鑒定與評價提供參考，為玉米各個性狀在育種實踐中的定向選擇提供依據。

3 討論與結論

玉米是世界上最重要的糧食作物之一，如何提高玉米的產量和品質一直是農業科學家和農民們關注的焦點［22-23］。本研究通過對貴州地區30份玉米種質資源的產量和品質性狀進行分析，探究了這些性狀與產量之間的關聯。研究結果表明，玉米的品質性狀存在較大的變異性，而產量性狀的變異程度也相對較高。具體而言，淀粉含量、單穗穗重和籽粒粒厚是品質性狀中變異系數較高的特征，而粒寬、粒長、行粒數、穗重、粒重和千粒重與產量之間呈現出顯著或極顯著的正相關關系。這些研究結果為玉米的品質改良和產量提升提供了理論依據。

玉米的品質性狀對其在農產品市場競爭力和加工利用方面具有重要意義［9］。本研究的結果顯示，玉米品質性狀存在較大的變異程度，這意味著在品質改良方面存在著較大的潛力。在品質性狀中，淀粉、單穗穗重和籽粒粒厚的變異系數較高，這表明這些性狀在玉米品質中起著重要的作用。淀粉是玉米的主要成分之一，對玉米的食用和加工利用具有重要意義［24］。因此，進一步研究淀粉的性狀變異和與其他性狀之間的關聯，可以為玉米的淀粉含量和品質改良提供更具針對性的策略。例如，通過選擇淀粉含量高且品質優良的玉米品種進行育種，可以提高玉米的市場競爭力和加工利用價值。單穗穗重和籽粒粒厚也是影響玉米品質的重要性狀。單穗穗重直接關系到玉米的產量，而籽粒粒厚則與玉米的口感和口感有關。進一步研究這些性狀的變異程度和與其他性狀之間的關聯，可以為培育高產量和優質口感的玉米品種提供指導。除了淀粉、單穗穗重和籽粒粒厚之外，還有許多其他的品質性狀對于玉米的市場競爭力和加工利用具有重要意義。例如，玉米的顏色、口感、營養成分等都是消費者關注的重點。因此，進一步研究這些品質性狀的變異和改良，可以提高玉米的市場競爭力和消費者接受度。

玉米的產量是農民們關注的重要指標，也是玉米育種和農業生產的核心目標之一。隨著全球人口的增長和糧食需求的不斷增加，提高玉米產量對于保障糧食安全和提高農產品市場競爭力至關重要。本研究的結果顯示，玉米的產量性狀的變異程度相對較高，這意味著在品質改良方面存在著較大的潛力。具體來說，粒寬、粒長、行粒數、穗重、粒重和千粒重與產量之間呈現出顯著或極顯著的正相關關系，這些結果為玉米育種提供了重要的線索，說明在育種過程中應重點關注這些性狀的改良，以提高玉米的產量。進一步的研究可以針對這些產量性狀進行深入分析，探究其與其他性狀之間的關聯。例如，研究穗重與粒數的關系，可以探討不同穗重下單粒產量的變化情況，從而找到最佳的穗重范圍。另外，粒寬、粒長和粒重等性狀的改良也可以通過遺傳育種方法來實現，例如利用選擇育種、雜交育種和基因編輯技術等手段，選育出具有高產量潛力的優良品種。除了育種方面的研究，農業生產中的管理措施也對玉米產量具有重要影響。例如，科學施肥、合理灌溉和病蟲害防治等措施可以有效地提高玉米的產量。因此，綜合考慮育種和生產管理2個方面的因素，可以為玉米的產量提升提供更具針對性的策略。

綜上所述，本研究以貴州地區30份玉米種質資源為對象，通過相關性分析和描述性分析，探究了玉米資源中不同材料之間的品質及品質與產量之間的聯系。研究發現，粒長、粒寬、行粒數、單穗穗重、單穗粒重、千粒重與產量呈現顯著或極顯著正相關關系，其中單穗粒重的相關程度最高。另外，各性狀之間也存在相關性，如籽粒粒長與籽粒粒寬呈顯著正相關關系，與容重呈顯著負相關關系。在描述性分析中，淀粉含量的變異系數大于其他品質性狀，穗重的變異幅度大于其他產量性狀。通過以上分析，為選育高產優質的玉米種質資源提供了理論數據支持。這些結果不僅對提高玉米的育種和種質品質有重要意義，而且對食品加工和飼料行業提供了良好的種質資源。

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