張振良，黃小蘭*，薛 林,2，陳國清,2，郝德榮，陸虎華，冒宇翔，周廣飛，石明亮**

(1.江蘇沿江地區(qū)農業(yè)科學研究所，江蘇 南通 226541；2.江蘇省現(xiàn)代作物生產協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210095)

甜糯玉米既能鮮食還可以加工成罐頭速凍產品，具有適口性好、風味獨特、富含人體所必需的多種營養(yǎng)成分等諸多優(yōu)良特性，并且具有多種醫(yī)療保健功效。近年來，我國多家科研單位已相繼培育出一系列甜糯玉米雜交種，如蘇玉糯10號、蘇科糯3號、蘇科糯5號、神玉糯1號、美玉7號、渝甜糯1號、京科糯2010等。針對消費者對甜糯玉米不同花色類型的需求，育成了紅色甜糯玉米新品種西星紅糯4號、彩色甜糯玉米新品種晶彩花糯5號等，大大豐富了甜糯玉米品種類型。隨著人民生活水平的不斷提高，對甜糯玉米的需求量急劇增加，同時也對其食用品質、產量、類型提出了更多、更高的要求，需要選擇育香甜可口、糯性較好、色澤好看、穗型漂亮、產量較高等綜合性狀好的甜糯玉米新品種。在甜糯玉米選育中，為了選育高產、優(yōu)質等綜合性狀兼顧的甜糯玉米雜交種，往往需要進行品種比較試驗，篩選優(yōu)異雜交組合。在鑒定篩選過程中，不僅要分析各雜交組合的產量性狀的表現(xiàn)，還要結合育種目標考慮感官品質、蒸煮品質方面的表現(xiàn)，才能對參試的組合做出較全面的綜合評價。由于產量和品質相關性狀大部分為數(shù)量性狀，且涉及的性狀較多，單從個別性狀進行選擇，往往出現(xiàn)顧此失彼的現(xiàn)象，給甜糯玉米新組合綜合性狀的選擇帶來一定困難。

主成分分析是把多個指標轉化為少數(shù)幾個綜合指標的一種統(tǒng)計分析方法，通過降維找出幾個綜合因子來代表原本眾多的變量，使這些綜合因子盡可能地反映原來變量的信息量[1-2]。聚類分析是一種多元統(tǒng)計方法，主要用來研究各種事物或現(xiàn)象的分類，對試驗品種進行綜合分析，得出較為全面的綜合評價結果[2-6]。目前，主成分分析和聚類分析在甜糯玉米新組合產量和品質性狀綜合評價方面的研究還未見報道。

本研究對50個甜糯玉米新組合(品種)的產量和品質性狀進行了系統(tǒng)鑒定與綜合評價，以期鑒定和綜合評價出優(yōu)質、高產、綜合性狀優(yōu)良的甜糯玉米新品種。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試甜糯玉米組合來源于江蘇沿江地區(qū)農業(yè)科學研究所選配的49個雜交組合及1個生產上大面積應用的自育玉米品種蘇玉糯5號，共計50個，其中49個雜交組合是從組配的1000個雜交組合中篩選出的株形和外觀較優(yōu)且抗病性較好的甜糯玉米組合，參試組合及品種名稱見表1。

表1 參試組合及品種名稱

1.2 試驗設計

2015年冬在海南配制49個甜糯玉米雜交組合，2016年、2017年將49個雜交組合和對照(蘇玉糯5號)在江蘇沿江地區(qū)農業(yè)科學研究所如皋試驗基地春播(4月5日)和秋播(7月28日)種植。隨機區(qū)組設計，2次重復，6行區(qū)，等行距，行距為0.6 m，密度為3500株/667 m2，試驗周邊設置保護行。試驗地沙壤土，肥力水平較高，田間管理按大田常規(guī)管理方法進行，春播和秋播試驗設計一致。

每個雜交組合種植6行區(qū)，中間有4行，其中3行用于測產，另外1行用于品質鑒定；授粉后第25天在各小區(qū)取中間3行果穗，在室內調查小區(qū)鮮穗產量(X1)，曬干后稱得干穗重(X2)，果穗含水率為X3=(X1-X2)/X1；脫粒稱得粒重(X4)，出籽率為X5=X4/X2，百粒重為X6；脫粒之前選取10個具有代表性的干果穗，分別測量穗長(X7)、禿尖長(X8)、行數(shù)(X9)、行粒數(shù)(X10)。為防止花粉直感影響籽粒品質，用于品質鑒定的果穗套袋自交，套袋隔離直至采摘，以備品嘗。鮮食品質構成性狀標準與國家、省區(qū)試的品質評價方法相同，包括感官品質21～30(分值)(X11)、蒸煮品質[氣味、風味11～17(分值，后略)(X12)，色澤4～7(X13)，糯(甜)性10～18(X14)，柔嫩性7～10(X15)，皮薄厚10～18(X16)]。品嘗以蘇玉糯5號為對照，其感官品質23、蒸煮品質62[氣味、風味16，色澤6，糯(甜)性16，柔嫩性8，皮薄厚16]，總得分為85分。

1.3 統(tǒng)計分析

采用SPSS 16.0軟件進行描述性統(tǒng)計分析及方差分析，應用DPS軟件進行主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 50個甜糯玉米新組合(品種)表型變異分析

由表2可知，50個甜糯玉米新組合(品種)16個與產量和品質相關的性狀均表現(xiàn)出極顯著差異，其中以禿尖長(X8)的變異系數(shù)最大，為49.71%，表明禿尖長在甜糯玉米新組合選育過程中變異程度最大，選育潛力較大；其他依次為穗粒重、果穗含水量、小區(qū)鮮穗產量、小區(qū)干穗重、色澤、百粒重、糯性、皮薄厚、柔嫩性、行數(shù)、穗長、氣味風味、行粒數(shù)、感官品質；出籽率的變異系數(shù)最小，為6.61%，表明甜糯玉米組合(品種)產量和品質相關性狀間有顯著差異，這為甜糯玉米新品種的選育提供了參考依據(jù)。

表2 參試組合(品種)表型變異分析

注：**表示在P<0.01水平上的差異顯著性。

2.2 主成分分析

用DPS軟件對甜糯玉米組合(品種)16個產量和品質相關性狀進行主成分分析，解出特征根和特征向量，根據(jù)累計貢獻率≥85%具有代表性的原則，提取了前5個主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率列于表3。由表3可知，5個主成分的累計貢獻率已經達到89.42%，足以反映該數(shù)據(jù)變化規(guī)律，符合主成分分析的要求，可以作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。

從表4可以看出，第1主成分的貢獻率為28.73%，其特征向量所包含的生物學信息主要是穗粒重(X4)、出籽率(X5)、百粒重(X6)等粒重相關因素，故第1主成分為粒重構成因子。其向量間關系表明，穗粒重(X4)、出籽率(X5)、百粒重(X6)較大的組合，其果穗含水量(X3)、小區(qū)鮮穗產量(X1)、小區(qū)干穗重(X2)也相對較高，而柔嫩性(X15)、感官品質(X11)、皮薄厚(X16)、氣味風味(X12)、糯性(X14)等品質相關性狀略微降低。

第2主成分的貢獻率為20.55%，其與小區(qū)鮮穗產量(X1)、小區(qū)干穗重(X2)表現(xiàn)出相對較高程度正相關，而與禿尖長(X8)表現(xiàn)出較大程度負相關，小區(qū)鮮穗產量(X1)、小區(qū)干穗重(X2)對第2主成分的貢獻較大，因而第2主成分為果穗重量因子。其向量關系表明，當小區(qū)鮮穗產量、小區(qū)干穗重較大時，其行粒數(shù)、行數(shù)、百粒重、出籽率也相對較大，而禿尖長度則較短。

第3主成分的貢獻率為17.71%，特征向量中感官品質(X11)、色澤(X13)貢獻較大，故稱第3主成分為外觀品質因子。特征向量關系表明，當感官品質和色澤得分較高時，其行粒數(shù)、百粒重、行數(shù)、穗長一般也較大，柔嫩性、氣味風味得分也較高，而出籽率、穗粒重、禿尖長一般較小。

第4主成分的貢獻率為8.00%，特征向量中行數(shù)(X9)、穗長(X7)、行粒數(shù)(X10)貢獻較大，故稱第4主成分為穗部性狀因子。特征向量關系表明，當行數(shù)、行粒數(shù)較多，穗長較長時，其小區(qū)鮮穗產量、禿尖長也相對較大。

第5主成分的貢獻率為7.48%，特征向量中果穗含水量(X3)、柔嫩性(X15)、糯性(X14)、氣味風味(X12)貢獻較大，因而稱第5主成分為蒸煮品質因子。特征向量關系表明，當果穗含水量較高，柔嫩性、糯性、氣味風味得分較高時，其小區(qū)鮮穗產量、穗粒重相對較低。

從產量和品質因子綜合考慮，第1主成分越大越好，因此要獲得產量較高的品種，應加強對粒重相關性狀的選擇。第2主成分為果穗重量因子，第2主成分越大，果穗越重。第3主成分為外觀品質因子，第3主成分越大，果穗的外觀品質越好。第4主成分為穗部性狀因子，第4主成分越大，其行數(shù)、穗粒數(shù)越多，穗長越長。第5主成分為蒸煮品質因子，第5主成分越大，其蒸煮品質性狀得分越高。

表3 試驗材料相關陣的特征根、貢獻率及累計貢獻率

表4 入選的5個主成分及其特征向量

2.3 二維排序分析

本研究以第2主成分(果穗重量因子)為橫坐標，分別以第1、3、4、5主成分為縱坐標做散點圖，可以更直觀地揭示甜糯玉米組合間基因型差異狀況。二維排序圖上的橫坐標和縱坐標越大，其產量和品質相關性狀越好。組合9、組合24、組合29、組合32、組合34、組合35、組合38、組合47、組合49等9個組合的第1主成分值(粒重因子)較其他組合大，是籽粒產量較高的新組合；組合4、組合5、組合7、組合8、組合9、組合16、組合17、組合19、組合35、組合38、組合39、蘇玉糯5(對照)等12個組合的第2主成分值(果穗重量因子)較其他組合大，說明其鮮果穗和干果穗均較重；組合1、組合7、組合14、組合16、組合20、組合22、組合24、組合28、組合33、組合35、組合39、組合48等12個組合的第3主成分值(外觀品質因子)較其他組合大，說明其感官品質和色澤較好；組合1、組合4、組合6、組合16、組合21、組合27、組合28、組合37、組合42、組合49等10個組合的第4主成分值(穗部性狀因子)較其他組合大，說明其穗部行數(shù)較多、穗長較長；組合13、組合19、組合11、蘇玉糯5號(對照)、組合33、組合42、組合14、組合26、組合9、組合37、組合4等11個組合的第5主成分值(蒸煮品質因子)較其他組合大，說明其鮮食柔嫩性、糯性、氣味風味較好。

從第2主成分和第1主成分二維排序圖可以看出，在供試組合中，組合9、組合35、組合38在果穗重量和籽粒產量方面兼顧得最好(圖1-A)，其中組合9在蒸煮品質方面表現(xiàn)也較好(圖1-D)，組合35在外觀品質方面也表現(xiàn)較好(圖1-B)；從第2主成分和第3主成分的二維排序圖可以看出，組合7、組合16、組合35、組合39在果穗重量和外觀品質方面表現(xiàn)較好(圖1-B)，其中組合16在穗部性狀表現(xiàn)也較好(圖1-C)；從第2主成分和第4主成分的二維排序圖可以看出，組合4、組合16在果穗重量和穗部性狀方面表現(xiàn)最好(圖1-C)，其中組合4在蒸煮品質方面表現(xiàn)也較好，組合16在外觀品質方面表現(xiàn)也較好；從第2主成分和第5主成分的二維排序圖可以看出，組合4、組合9、蘇玉糯5號、組合19在果穗重量和蒸煮品質方面表現(xiàn)最好(圖1-D)，其中組合4在穗部性狀表現(xiàn)也較好(圖1-C)。綜合以上結果可知，SW2·TH×81301F(組合4)、SS401·SW2×NF·RF(組合9)、W10·T2·361·TH·SW1×81301M(組合16)、J2F·白糯甜雙隱×W10·W361(組合35)表現(xiàn)較好，為苗頭組合。

圖1 50個甜糯玉米組合(品種)第2主成分與第1(A)、3(B)、4(C)、5(D)主成分二維排序圖

2.4 系統(tǒng)聚類分析

50個甜糯玉米新組合(品種)系統(tǒng)聚類結果如圖2。當橫切線取值D=8.78時可把50個新組合(品種)分成4類，即由組合5、組合31、組合39組成的第Ⅰ類群，由11個新組合和蘇玉糯5號(對照)組成的第Ⅱ類群，由31個組合組成的第Ⅲ類群，由組合4、組合10、組合17、組合20組成的第Ⅳ類群，顯示出組合(品種)之間的基因型差異。由圖2可以看出當橫切線取值D=7.09時，第Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ類群又可分別分為2個亞類群。

第Ⅰ類群由組合5、組合31、組合39組成，除色澤外，其他性狀均優(yōu)于對照(表5)，其中小區(qū)鮮穗產量、小區(qū)干穗重、穗粒重、百粒重、穗長、行粒數(shù)、感官品質、氣味風味、糯性、柔嫩性分別比對照高23.81%、10.85%、13.42%、14.83%、12.37%、19.26%、22.17%、6.81%、6.19%、20.25%，這一類群產量和品質綜合性狀明顯優(yōu)于其他類群，是產量和品質均較好的優(yōu)異甜糯玉米組合。第Ⅱ-1亞類群包含5個組合，與對照相比，其小區(qū)干穗重、穗粒重分別下降7.12%、4.05%，而出籽率、百粒重、糯性、柔嫩性分別增加4.29%、9.65%、6.00%、17.00%，這一亞類群產量性狀有所下降，品質有所提高；第Ⅱ-2亞類群包括7個組合，與對照相比，其小區(qū)鮮穗產量、百粒重、穗長、禿尖長、感官品質、氣味風味、色澤、糯性、柔嫩性、皮薄厚分別增加14.29%、29.97%、11.40%、19.70%、21.26%、7.94%、9.50%、7.94%、21.63%、5.69%，該亞類群的品質性狀明顯優(yōu)于其他類群。第Ⅲ-1亞類群包含17個組合，其小區(qū)干穗重、穗粒重分別下降17.79%、18.73%，而感官品質、氣味風味、色澤、糯性、柔嫩性、皮薄厚得分分別比對照增加20.70%、6.88%、5.00%、8.38%、21.88%、6.06%，說明該亞類群雖然產量性狀有所下降，但品質性狀較好；第Ⅲ-2亞類群包含14個組合，其與對照相比，小區(qū)的干穗重、穗粒重、行數(shù)分別下降11.92%、11.14%、7.57%，而百粒重、穗長、行粒數(shù)、感官品質、氣味風味、色澤、糯性、柔嫩度、皮薄厚得分分別增加11.80%、8.10%、14.08%、19.52%、6.44%、3.17%、7.38%、20.75%、5.13%，說明該亞類群雖然產量性狀有所下降，但品質性狀較好，與Ⅲ-1亞類群相似。第Ⅳ-1亞類群只包含組合10，該組合除在百粒重、行粒數(shù)、感官品質、柔嫩性方面比對照有所增加外，其他產量和品質性狀均下降，說明該組合在產量和品質綜合方面表現(xiàn)不佳；第Ⅳ-2亞類群包含3個組合，這3個組合除在果穗含水量、百粒重、穗長、禿尖長、行粒數(shù)、感官品質方面比對照增加外，其他產量和品質性狀均明顯下降，說明該亞類群產量和品質性狀表現(xiàn)較差。

圖2 系統(tǒng)聚類圖

表5 50份甜糯玉米組合聚類群及其性狀特征

3 結論與討論

甜糯玉米因風味獨特、含糖量高、適口性好而備受廣大消費者的青睞[2,7]，因此在玉米育種過程中如何準確鑒定品質較優(yōu)的甜糯玉米新組合顯得尤為重要。為了較為客觀準確地鑒定和評價甜糯玉米新組合(品種)，本研究選用果穗產量、粒重、穗型、感官品質、蒸煮品質5個方面共16個相關性狀進行綜合評價。在玉米育種過程中，測試了較多的數(shù)量性狀，在眾多性狀選擇時往往會考慮不周全，給綜合評價玉米育種工作帶來一定困難。多元統(tǒng)計分析方法主成分分析是指在很少損失原有信息的前提下，將原來個數(shù)較多而且彼此相關的變量轉換為新的個數(shù)較少而彼此獨立或不相關的綜合變量，這種降維的思想為綜合評價提供了有力的理論依據(jù)和技術支持[8-10]。本研究把16個性狀轉換為5個主成分(粒重因子、果穗重量因子、外觀品質因子、穗部性狀因子、蒸煮品質因子)，這5個主成分均為相互獨立的構成因子，能解釋全部變異的89.42%。通過主成分分析可以了解供試組合產量、品質性狀主成分構成因子及其特征和生物學意義，為新組合的客觀評價和新品種的選育提供科學直觀的參考依據(jù)[5]。本研究對5個主成分二維排序分析結果表明，組合9、組合35、組合38在果穗重量和籽粒產量方面兼顧最好，其中組合9在蒸煮品質方面表現(xiàn)也較好，組合35在外觀品質方面也表現(xiàn)較好；從第2主成分和第3主成分的二維排序圖可以看出，組合7、組合16、組合35、組合39在果穗重量和外觀品質上表現(xiàn)較好，其中組合16在穗部性狀上表現(xiàn)也較好；從第2主成分和第5主成分的二維排序圖可以看出，組合4、組合9、蘇玉糯5號、組合19在果穗重量和蒸煮品質方面表現(xiàn)最好，其中組合4在穗部性狀上表現(xiàn)也較好。

系統(tǒng)聚類分析既可以揭示品種類群間的遺傳差異，又可以了解類群內品種的遺傳相似性[3]。本研究表明：系統(tǒng)聚類可較客觀地根據(jù)基因型遺傳差異和相似性的特點，將供試50份甜糯玉米組合(品種)分成4個大類群，揭示出4個類群間的遺傳差異性。通過類群間的比較可知，類群I和II在產量和品質方面均優(yōu)于其他類群，具有較大的育種潛力。通過5個主成分二維排序篩選出的9個優(yōu)異組合中，大部分組合處于類群I和類群II(組合39屬于類群I，組合7、組合9、組合16、組合19、組合35、組合38、組合50屬于第II類群)，這也同時驗證了系統(tǒng)聚類分析結果的正確性。

采用主成分分析的方法研究不同甜糯玉米的產量和品質變化，可以找到引起產量和品質變化的主要性狀，這一方法有助于理解各性狀指標對優(yōu)異品種的貢獻，有助于甜糯玉米育種過程中對目標性狀的選擇。采用聚類分析的方法可以對甜糯玉米的產量和品質各組分數(shù)據(jù)進行處理，可以表征和區(qū)分不同組合，在甜糯玉米育種方面具有較大的參考價值。