1、中國農業科學 2005,38(5:916-921 Scientia Agricultura Sinica收稿日期：2004-08-18 基金項目： 高等學校博士學科點專項科研基金（20040434008）、國家自然科學基金（30100108、30370832）、山東省優秀中青年科學家獎勵基金（02BS028）和國家“十五”科技攻關項目（2004BA520A12、08）資助作者簡介：王空軍（1968-），男，山東濟南人，博士，教授，主要從事玉米生理生態學研究。Tel: E-mail：kjwang玉米不同品種粗蛋白質含量與產量的研究王空軍1，2，張吉旺1，劉 鵬1，胡昌

2、浩1，董樹亭1，蔣高明2（1山東農業大學農學院，泰安 271018；2中國科學院植物研究所植被數量生態學開放研究實驗室，北京 100093）摘要：采用大田試驗，對中國北方1990s 以來種植面積較大的50個玉米品種粗蛋白質含量（CPC）進行了研究。通過探測分析和正態分布測試檢測表明，秸稈CPC、籽粒CPC 和整株粗蛋白產量（CPY）分別符合正態分布N （5.48，0.532）、N （9.42，0.792）和N （530.67，64.632），三者的變化范圍分別為4.38%7.09%、7.03%11.00%和417.43726.72 g/plant。籽粒CPC 與秸稈CPC 相關性不顯著（P 0

3、.05）。對籽粒和秸稈的CPC 進行分層聚類，將北方玉米品種劃分為籽粒高秸稈低型（HGLS）、籽粒與秸稈雙低型（LGLS）和籽粒與秸稈雙高型（HGHS）。目前CPC 雙高的HGHS 型品種相對較少，僅占20%，應當加強該類型品種的選育工作。關鍵詞：玉米；粗蛋白質含量；分層聚類分析Crude Protein Content and Yield of Fifty Maize (Zea mays L.Varieties Widely Planted in the North of ChinaWANG Kong-jun1,2, ZHANG Ji-wang1, LIU Peng1, HU Chang-h

4、ao1, DONG Shu-ting1, JIANG Gao-ming2(1 College of Agronomy, Shandong Agricultural University, Taian 271018；2Laboratory of Quantitative Vegetation Ecology,Institute of Botany, The Chinese Academy of Science, Beijing 100093Abstract ：In field experiments，crude protein content (CPCand yield of fifty mai

5、ze varieties widely planted in the north of China since 1990s were studied. By exploring analysis and testing of normality for stalk CPC，gain CPC，and whole-plant CP yield (CPY，each of which accorded with normal distribution N （5.48，0.532），N （9.42，0.792），and N （530.67，64.632），respectively. The ranges

6、 of stalk CPC were 4.38%-7.09%，grain CPC were 7.03%-11.00%，whole-plant CPY were 417.43-726.72 g/plant. The stalk CPC was not significantly correlated with grain CPC (P 0.05. Through hierarchical cluster analysis for stalk CPC and grain CPC of the fifty maize varieties，the maize varieties could be cl

7、assified into 3 types：high-grain CPC with low-stalk CPC type（HGLS ），low- grain CPC with low-stalk CPC type（LGLS ），and high-grain CPC with high-stalk CPC type（HGHS ）. Currently, maize varieties in the north of China were short of HGHS type hybrids which was only 20 percent，it is suggested that breedi

8、ng and selection for this type of maize should be strengthened.Key words：Zea mays L.; Crude protein content; Hierarchical cluster analysis玉米是中國的主要飼料和糧食作物，約75%的玉米籽粒用于飼料工業，隨著玉米市場需求的變化，玉米生產將進入一個提高單產改善品質的階段1。玉米秸稈是中國北方農區草食家畜的主要粗飼料資源，2 kg 玉米秸稈對草食動物的增重凈能相當于1 kg籽粒2，但玉米秸稈中粗蛋白質含量低，僅為禾本科牧草的60%左右，且含有較高的結構性碳水化合物

9、，C N 比值高，因而降低了飼用價值2,3。提高秸稈中粗蛋白含量，能增加秸稈的飼用營養價值2,3。陳素英等2曾對中國北方112個玉米自交系秸稈粗蛋白質含量的背景值進行了研究，并認為自交系秸稈和籽粒的粗蛋白質含量呈極顯著的正相關關系，而對中國玉米雜交種秸稈粗蛋白質含量的研究相對較少。通過研究雜交種粗蛋白質含量，可依據生產需求進行玉米品種選育和選擇使用，是玉米高產優質高效的重要措施。長期以來中國玉米育種以提高籽粒產量為目標，忽略了對秸稈5期王空軍等：玉米不同品種粗蛋白質含量與產量的研究917產量和秸稈與籽粒品質改良以及整株利用的研究。因此，提高玉米籽粒、秸稈的粗蛋白含量，提高整株利用率，在北方農區

10、發展畜牧業都具有重要意義。一些研究表明，不同基因型玉米品種的飼用營養價值存在差異48，尤其玉米秸稈的飼用營養價值品種間差別更大6,8，秸稈與整株的品質相關8,9。目前全國種植的玉米品種繁多，其中1998年全國共推廣了235個雜交種10，但不同玉米品種籽粒、秸稈的粗蛋白質含量如何，尚未見報道。本試驗旨在通過對中國北方玉米主產區1990s 以來主栽品種籽粒與秸稈粗蛋白質含量分布狀況及其相關性的研究，為高產優質玉米品種選育和依據生產需求選用品種提供理論依據。1 材料與方法1.1試驗材料試驗選用1990s 以來中國北方玉米生產中種植面積較大的50個單交種，有較為廣泛的代表性。分別為：掖單13號、登海2

11、號、掖單2號、登海1號、掖單22號、掖單20號、泰單94、泰單95、丹玉13號、沈單7號、唐抗5號、西玉3號、冀豐58、吉單159、吉單180、中單2號、農大108、冀單17、吉單141、吉單156、吉單306（新本玉6號）、丹玉15、丹玉703、錦單6號、吉引704、四單19、四單48、鐵單4號、鐵單10號、聊93-1、萊玉3634、招玉2號、招玉3號、掖單12號、農大60、中單8號、聊玉5號、魯原單14、掖單4號、掖單11號、掖單19號、掖單51號、魯玉10號、魯玉16號、萊農14號、魯玉13號、魯玉15號、京早10號、魯單50、本玉9號。1.2 試驗處理試驗在山東農業大學玉米科技園進行，

12、試驗地為中壤土，020 cm土層有機質15.96 g·kg-1，全氮1.53 g·kg-1，速效氮110.25 µg·g-1，速效磷87.57 µg·g-1。6月10日播種，種植密度為1.5株·m-2（行距0.667 m，株距1.00 m）。基施磷酸二銨600 kg·ha-1，大喇叭口期追施尿素450 kg·ha-1，生長期間給予良好管理。小區面積為13.33 m2，每小區種20株，隨機排列，3次重復。1.3分析測定與數據處理玉米籽粒乳線消失、基部黑層出現時取樣，每處理取3株，按籽粒和秸稈（stalk ，

13、除籽粒以外的地上部其余部分，包括葉片、葉鞘、莖、雄穗、苞葉、穗軸等）分成兩部分，105殺青0.5 h后在80的烘箱中烘干48 h至恒重，分別稱重、測定產量，并測千粒 重，樣品經粉粹機磨成粉末后過60目篩，用于測定粗蛋白含量。參照Nelson 等11的方法，用凱氏定氮法測定秸稈和籽粒氮素百分含量（N%），粗蛋白質含量（CPC%）= N%×6.25。籽粒與秸稈中粗蛋白質產量（CPY ）分別為其干物重與其CPC 的乘積。整株CPY 為籽粒與秸稈中CPY 之和。試驗數據的計算處理、相關分析、分層聚類分析等均采用統計軟件SPSS 11.0 for windows。2 結果與分析2.1蛋白質含量

14、（CPC）的變化利用SPSS 11.0 for windows探測分析（Explore ）功能對50個玉米品種秸稈與籽粒CPC 的分布特征進行考察，探測過程形成的箱圖（Boxplots ）見圖1，經Kolmogorov-Smirnov 正態分布測試檢測（Test of normality ），兩指標的觀測量與預期積累分布之間不存在顯著差異，均符合正態分布（圖2）。 圖1 秸稈(a 與籽粒(b 粗蛋白質含量分布的探測分析箱 Fig.1 Boxplots of exploring analysis for crude protein content (CPC of stalks (a and gr

15、ain (b50個玉米單交種秸稈CPC 符合正態分布N （5.48，0.532）（圖1-a ，圖2-a ），有2個極高奇異值出現（鐵單10號和丹玉703，分別為7.09%、6.91%），正態曲線偏斜度（Skewness ）= 0.907±0.337，峭度（Kurtosis ）=1.325±0.662，最小值為4.38%，最大值為7.09%，最大值比最小值高61.9%，平均值為5.48%，變異系數（coefficient of variability，CV ）為10%。95%置信區間內秸稈CPC 為5.33%5.63 %。籽粒CPC 符合正態分布N （9.42，0.792）（

16、圖1-b ，圖2-b ），有一個極低奇異值出現（登海1號，7.03%），正態曲線偏斜度=-0.468±0.337，峭度= 0.582±0.662，最小值為7.03%，最大值為11.0%，最大值比最小值918 中國農業科學38卷 圖2 秸稈(a 與籽粒(b 粗蛋白含量的頻數分布與正態曲線Fig. 2 Frequency distribution with normal curve for crude protein content (CPC of stalks (a and grain (b高56.5%，平均值為9.42%，CV 為8%。95%置信區間內籽粒CPC 為9.20

17、%9.65 %。2.2 CPY分析經探測分析和Kolmogorov-Smirnov 正態分布測試，秸稈和籽粒的CPY 不符合正態分布，整株CPY 符合正態分布（圖3）。秸稈CPY （圖3-a ）平均值為256.10 g/plant，最小值為164.96 g/plant，最大值為383.65 g/plant，極差=218.69 g/plant，最大值比最小值高132.6%，CV 為17%。籽粒CPY （圖3-b ）平均值為274.56 g/plant，最小值為207.63 g/plant，最大值為354.25 g/plant，極差=146.62 g/plant，最大值比最小值高70.6%，CV

18、為16%。整株CPY 符合正態分布N （530.67，64.632）（圖3-C ），偏斜度= 0.590±0.337，峭度= 0.620±0.662，最小值為417.43 g/plant，最大值為726.72 g/plant，極差= 309.29 g/plant，最大值比最小值高74.1%，平均值為530.67 g/plant，CV 為12%。95%置信區間內整株CPY 為512.30549.03 g/plant。 圖3 秸稈(a 、籽粒(b 、整株(c 粗蛋白產量的頻數分布與正態曲線Fig. 3 Frequency distribution with normal cur

19、ve for CPY of stalks (a，grain (b，and whole-plant(c2.3秸稈與籽粒CPC 和CPY 的相關分析從圖4看出，籽粒CPY 與籽粒CPC 呈顯著性負相關（P 0.05 ，與秸稈CPY 相關性不顯著（P 0.05） （圖4-a ）；秸稈CPC 與籽粒CPC 相關性不顯著（P 0.05），與秸稈CPY 呈顯著正相關（P 0.05 （圖4-b ）。說明籽粒或秸稈的CPC 分別與其CPY 相關，5期 王空軍等：玉米不同品種粗蛋白質含量與產量的研究919 r , , , 與P , , , 分別表示相關系數和顯著性概率水平r , , , and P , , ,

20、shows the Pearson correlation coefficient andsignificant level, respectively圖4 籽粒CP 產量(a 、秸稈CP 含量(b 與籽粒CP 含量和秸稈CP 產量的相關性Fig. 4 The correlation of grain CPY (a or stalk CPC (b tograin CPC and stalk CPY, respectively秸稈中的CPC 與籽粒中的CPC 關系不密切。選擇品種的CPC 時，可根據品種的利用目標對秸稈或籽粒進行分別篩選。2.4 秸稈與籽粒CPC 的品種聚類分析以秸稈和籽粒CPC

21、 為分析變量，采用Q 型（樣本）聚類，將數據在01內標準化，計算歐式距離，指定觀測量聚類為最遠鄰法（furthest neighbor），對50個玉米品種進行分層聚類分析，形成聚類樹形圖（圖5）。從圖5看出，北方玉米品種可劃分為3類：第I 類共26個品種，秸稈CPC 平均值為5.31%（變幅為4.38%5.97%），籽粒CPC 平均值為9.91%（變幅為9.16%11.00%），本類品種為CPC 籽粒高秸稈低型（HGLS ）；第II 類共14個品種，秸稈CPC 平均值為5.25%（變幅為4.91%5.84%），籽粒CPC 平均值為8.47%（變幅為7.03%8.94%），本類品種為籽粒與秸稈雙

22、低型（LGLS ）；第III 類共10個品種，秸稈CPC 平均值為6.26%(變幅為5.81%7.09%，籽粒CPC 平均值為9.50%(變幅為9.00%10.19%，本類品種為籽粒與秸稈雙高型(HGHS。由此可見，CPC 雙高的品種占樣本總數的20%，所占比例相對較小。3 討論中國農業科學院對128份玉米樣品的品質分析認為中國玉米籽粒蛋白質含量（9.6%）低于美國玉米（10.3%）1。本研究中，50個北方玉米主栽品種的籽粒粗蛋白含量平均為9.42%，也表現為較低，但品種間變化幅度較大，最高值達到11.0%，最低值為7.21%，比最低值高56.5%，相差3.79個百分點。秸稈中粗蛋白質含量的變

23、化幅度比籽粒大，50個北方玉米單交種秸稈粗蛋白質含量平均值為5.48%，最高的品種達到7.09%，最低的品種僅為4.38%，最高品種比最低品種高61.9%。本研究認為，玉米雜交種秸稈和籽粒的粗蛋白質含量雖呈正相關關系，但相關性不顯著，而陳素英等2研究認為自交系秸稈和籽粒的粗蛋白質含量呈極顯著正相關關系，說明自交系與雜交種間秸稈和籽粒中粗蛋白質含量的關系有所不同。在所研究的50個玉米單交種中秸稈和籽粒粗蛋白質含量均高的品種較少，僅占20%，這不利于玉米全株的利用，在畜牧業發達的農區應當加強本類品種的選育工作。另外，增施氮肥可以增加產量和蛋白質含量12，13，14。本研究是在高產地塊上和采用較低種

24、植密度以發揮各品種單株生產潛力的條件下，研究籽粒及秸稈粗蛋白質含量，旨在探明中國北方玉米品種本身的粗蛋白質含量狀況，所取得的研究結果可作為高產條件下根據生產需求選擇品種的參考依據，在低肥力條件下所研究的50個品種的狀況如何，尚待進一步研究。4 結論50個北方玉米主栽品種的籽粒粗蛋白質含量平均為9.42%，品種間變化幅度較大，最高值達到11.0%，最低值為7.21%。秸稈粗蛋白質含量平均值為5.48%，920 中國農業科學38卷 圖5 50個玉米品種籽粒與秸稈的CP 百分含量聚類樹形圖Fig.5 Dendrogram of hierarchical cluster analysis for CP

25、 percent of stalk and grain of fifty maize varieties最高的品種達到7.09%，最低的品種僅為4.38%，最高品種比最低品種高61.9%。北方玉米雜交種秸稈和籽粒的粗蛋白質含量呈正相關關系，但相關性不顯著。在所研究的50個玉米單5期 王空軍等:玉米不同品種粗蛋白質含量與產量的研究 921 交種中秸稈和籽粒粗蛋白質含量均高的品種較少,僅 占 20%,這不利于玉米全株的利用,在畜牧業發達的 農區應當加強本類品種的選育工作. 致謝:感謝山東農業大學韓祥銘教授在試驗統計方面 給予的指導! 7 Tomas E D, Mandebvu P, Ballard

26、 C S, Sniffen C J, Carter M P, Beck J. Comparison of corn silage hybrids for yield,nutrient composition,in vitro digestibility, and milk yield by dairy cows. Journal of Dairy Science, 2001, 84: 2 217-2 226. 8 Vattikonda M R, Hunter R B. Comparison of grain yield and whole plant silage production of

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