镰刀菌（Fusarium sp.）的致病严重程度及农艺特性对爆米花爆裂效果的影响

《Agronomy Journal》：Impact of Fusarium sp. severity and agronomic traits on popcorn popping expansion

玉米爆米花膨胀度（PE）受农艺性状和尖孢镰刀菌耳腐烂（SFER）显著影响，粒宽（KW）和SFER的遗传负相关最高达-0.71，而产量（GY）的正直接效应在多数试验中存在。建议结合粒形和抗病性选育提升PE。

　　### 解读：农业性状与 Fusarium 感染对爆米花膨胀率的影响研究

爆米花（Zea mays L. var. everta (Sturtev) L.H. Bailey）作为一种独特的玉米品种，主要用作人类食品，其重要性体现在其独特的爆裂特性上。爆裂膨胀率（popping expansion, PE）是衡量爆米花质量的核心指标，直接影响其商业价值和食用体验。然而，PE与产量（grain yield, GY）之间通常表现出负相关，这种关系在农业研究和育种实践中备受关注。此外，Fusarium 耳腐病（Fusarium ear rot, FER）作为一种重要的病害，不仅降低了产量，还可能影响爆米花的品质和安全。因此，研究这些性状与PE之间的关系对于提升爆米花的品质和产量具有重要意义。

本研究通过四个田间试验，评估了127个S₇爆米花品系，收集了14个相关变量的数据，包括农业性状和病害严重程度。采用随机区组设计，确保试验的可靠性与代表性。所有试验均在巴西里约热内卢州的Campos dos Goytacazes地区进行，试验期间的气候条件相对稳定，为研究提供了良好的实验环境。通过统计分析，研究者对每个试验中的变量进行了相关性分析，并利用路径分析（path analysis）来区分直接和间接效应，从而更深入地理解这些变量如何影响PE。

#### 农业性状与PE的关系

在四个试验中，研究者发现多个农业性状与PE之间存在显著的负相关。其中，最显著的负相关出现在玉米粒宽（kernel width, KW）与PE之间。KW的负相关系数在不同试验中表现出较强的稳定性，且其遗传相关性也显示出较高的负值。这一发现表明，玉米粒的宽度可能是影响爆裂膨胀率的重要因素之一。此外，Fusarium 耳腐病的严重程度（severity of Fusarium ear rot, SFER）也与PE表现出显著的负相关，这可能是因为该病害破坏了玉米粒内部的结构，尤其是淀粉等关键成分，从而影响爆裂膨胀的能力。

值得注意的是，尽管KW和SFER对PE具有显著的负影响，但其他性状如玉米粒数（number of leaves, NL）与PE之间也存在一定的关联。在某些试验中，NL与PE之间的相关性虽不显著，但其在路径分析中表现出一定的间接效应，表明在某些情况下，NL可能通过其他性状间接影响PE。同样，玉米的叶长（leaf length, LL）和叶宽（leaf width, LW）虽然与PE相关性较低，但在部分试验中显示出一定的影响。这些结果提示我们，玉米的形态特征在影响PE方面具有潜在价值，但需要进一步研究以明确其作用机制。

#### 病害对PE的影响

Fusarium 耳腐病是玉米种植过程中最常见且最具破坏性的病害之一，其对玉米粒的破坏不仅影响产量，还可能导致玉米粒质量下降和安全问题。该病害通过破坏玉米粒的角质层（pericarp）和胚乳（endosperm），影响爆裂过程中的水分保留和淀粉胶化。此外，病原体还能产生毒素，如黄曲霉毒素（fumonisins），这些毒素对人体健康构成威胁，尤其是对肝脏和神经系统。因此，提高玉米对Fusarium 耳腐病的抗性，不仅有助于保护玉米产量，还可能间接提升PE。

研究发现，SFER在所有试验中都表现出与PE的显著负相关，这与之前的研究结果一致。这意味着，SFER是一个重要的影响因素，其严重程度越高，PE越低。这种关系可能源于病原体对玉米粒内部结构的破坏，从而降低了爆裂膨胀的效率。此外，研究还发现，某些玉米粒的物理特性，如粒宽和粒长，与SFER之间存在复杂的相互作用，这可能解释了为什么一些玉米粒在遭受病害后仍能表现出较高的PE。

#### 路径分析揭示的直接与间接效应

路径分析作为一种有效的工具，能够帮助研究者区分变量之间的直接和间接效应，从而更清晰地理解它们之间的因果关系。在本研究中，路径分析结果显示，KW和SFER对PE的直接影响最为显著。此外，一些变量如NL和NLAE虽然与PE相关性较低，但通过间接路径对PE产生了影响。例如，在某些试验中，NL可能通过影响其他性状，如叶长和叶宽，间接影响PE。

值得注意的是，尽管某些变量如GY与PE表现出负相关，但在路径分析中，GY的直接效应却是正的，这表明GY与PE之间的关系可能受到其他变量的间接影响。这种现象在农业研究中较为常见，即两个变量之间可能存在复杂的相互作用。例如，在某些试验中，GY的正向直接效应可能与PR（繁殖力）有关，PR通过增加玉米粒的产量，间接提高了PE。因此，研究者建议在育种过程中，结合多种性状进行综合选择，以实现PE和GY的同步提升。

#### 田间试验的稳定性与可靠性

为了确保研究结果的可靠性，研究者在不同试验中排除了一些具有高多重共线性（multicollinearity）的变量，如LL、PR和W100。这不仅提高了路径分析的准确性，也减少了因变量间相互影响而导致的误判。经过调整后，试验中各变量的路径系数表现出较好的一致性，平均系数的决定系数（R²）达到了0.845，表明模型具有较高的解释能力。

此外，研究者还发现，某些变量如EL和LW虽然在个别试验中表现出显著的直接效应，但其相关性在不同试验中表现出较大的波动。这种不稳定性可能源于环境因素或遗传变异的影响，提示我们在育种过程中需要考虑这些变量的环境适应性。

#### 对未来育种工作的启示

本研究的结果对爆米花育种工作具有重要的指导意义。首先，KW和SFER被证实为影响PE的关键性状，因此在育种过程中应优先考虑这些性状的改良。其次，提高玉米对Fusarium 耳腐病的抗性，不仅可以减少产量损失，还可能提升PE，从而实现质量与产量的双重提升。最后，研究者建议在育种中采用综合选择策略，结合多种性状进行评估，以提高选择效率。

总体而言，本研究通过系统的田间试验和统计分析，揭示了农业性状与Fusarium 感染对爆米花PE的影响。这些发现不仅有助于理解爆米花的生长特性，还为未来育种提供了科学依据。通过优化这些性状，爆米花的品质和产量有望得到进一步提升，从而满足市场需求并保障食品安全。