晉南雨養(yǎng)旱田不同玉米品種耐旱性聚類分析

張 虎 ，張鵬華 ，張久剛 ，崔愛民 ，單 皓

（1.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西 臨汾 041000；2.蒲縣農(nóng)業(yè)資源開發(fā)中心，山西 蒲縣 041200）

山西省南北狹長的地理環(huán)境適合播種不同生態(tài)型玉米[1-2]，作為省內(nèi)種植面積第一大經(jīng)濟(jì)作物，玉米在山西省畜牧業(yè)、種植業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位[3-4]。良種良法是玉米增產(chǎn)的關(guān)鍵[5-8]。旱地農(nóng)業(yè)是山西農(nóng)業(yè)的主體，玉米70%以上種植在旱地上[9-11]。借助現(xiàn)代育種技術(shù)和品種篩選手段，選育、引進(jìn)抗旱性強(qiáng)的玉米新品種是山西省玉米相關(guān)產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑[12-13]。聚類分析可以按照遺傳距離的遠(yuǎn)近將目標(biāo)群體性質(zhì)相近的個體劃分為不同類型，在作物遺傳改良及性狀分類上應(yīng)用較多[14-17]。

筆者以晉南雨養(yǎng)旱地種植的不同玉米品種為研究對象，通過聚類分析研究各品種的耐旱性變化規(guī)律，為山西省旱地玉米新品種選育和適地栽培提供理論參考。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)于安澤縣春播玉米雨養(yǎng)旱地試驗(yàn)基地進(jìn)行，該地海拔843 m，全年無霜期172 d，年平均日照2246.1h，平均氣溫為9.4℃，平均降水量為539.1mm，降水年度分布不均，80%以上集中在6—9月，容易形成季節(jié)性干旱，故利用外界自然干旱條件分析不同玉米品種耐旱性的性狀表現(xiàn)差異規(guī)律。

1.2 試驗(yàn)材料

參試42份玉米品種列于表1。

表1 供試品種材料

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)于2017年4月17日播種，播種密度為4.95萬株/hm2，等行距種植，行距為0.5 m，株距為0.35 m。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，每品種3個重復(fù)，共126個小區(qū)，每小區(qū)4行，行長10 m，面積為20 m2左右。玉米生育期內(nèi)除草、病害管理等參照當(dāng)?shù)睾档赜衩赘弋a(chǎn)田進(jìn)行。

1.4 調(diào)查項(xiàng)目及方法

性狀調(diào)查參照國家玉米區(qū)域試驗(yàn)記載標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。在玉米成熟期，田間調(diào)查株高（cm）、穗位高（cm）。收獲時，每小區(qū)收獲1行，按照面積比例折合計產(chǎn)（kg/hm2）。每行內(nèi)選取均勻一致的6穗玉米，調(diào)查穗長（cm）、穗粗（cm）、穗行數(shù)、行粒數(shù)、禿尖長（cm）、單穗質(zhì)量（g）、單穗粒質(zhì)量（g）、百粒質(zhì)量（g）、出籽率（%）。并對上述12個性狀指標(biāo)進(jìn)行統(tǒng)計分析。

1.5 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2010和SPSS 24.0軟件對測定數(shù)據(jù)進(jìn)行整理和統(tǒng)計分析。

對于調(diào)查性狀的逆向、適度指標(biāo)要將其正向化，然后和正向指標(biāo)一起無量綱化，再作數(shù)據(jù)統(tǒng)計。具體方法如下。

逆向指標(biāo)（禿尖長）采取負(fù)值法。

適度指標(biāo)（株高、穗位高）采取平均值負(fù)值法。

所有指標(biāo)采取標(biāo)準(zhǔn)化無量綱化。

以歐式平方距離（dij）定義遺傳距離。

其中，xij為性狀值；k為平均值；為性狀平均值；S為標(biāo)準(zhǔn)差值；xit，xjt分別表示各性狀在數(shù)據(jù)矩陣中x，y軸值，完成聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種各性狀間的總方差分析

在比較、分析品種間方差時，因各性狀的單位值不同，需將數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化再分析。在不同品種和性狀之間差異均達(dá)到極顯著水平（P＜0.01）（表2），總體方差的大部分變異發(fā)生在各性狀間，達(dá)到65.84%，而品種間僅為19.42%。

表2 總方差分析

2.2 不同玉米品種各性狀耐旱性聚類分析

將標(biāo)準(zhǔn)化后數(shù)據(jù)按照離差平方和法進(jìn)行聚類，當(dāng)定義距離閾值為3.00時，可將42份玉米材料分為7類（表3、圖1）。按主要性狀產(chǎn)量高低將品種材料依次劃分為類群Ⅰ～Ⅶ，類群Ⅰ比類群Ⅶ平均產(chǎn)量提高了15.61%，類群Ⅰ品種最多，為11份，其余依次為Ⅴ，Ⅲ，Ⅱ，Ⅶ，Ⅳ，Ⅵ。在本試驗(yàn)中，對照品種先玉335屬類群Ⅴ，產(chǎn)量中等，這可能與所處旱地栽培環(huán)境有關(guān)。在最高產(chǎn)量群Ⅰ中，其他性狀表現(xiàn)為：株高中等、禿尖長最小、百粒質(zhì)量中等、出籽率最高，這與本研究在指標(biāo)分析時選取的逆向、適度指標(biāo)參考依據(jù)相符合。除類群Ⅶ外，其余各類群內(nèi)品種的產(chǎn)量也有相似取值，說明綜合性狀分析比單一因素產(chǎn)量分析更準(zhǔn)確。類群Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ平均產(chǎn)量僅相差1.31%，另外，多性狀綜合表現(xiàn)也優(yōu)于其余類群，可將這22個品種作為耐旱性較強(qiáng)的候選品種，推薦給當(dāng)?shù)胤N植。

表3 各玉米類群性狀均值

2.3 不同玉米品種各性狀對產(chǎn)量的通徑分析

表4 不同玉米品種各性狀對產(chǎn)量通徑分析結(jié)果

將42個品種當(dāng)作一個抽樣總體，分析各性狀對關(guān)鍵產(chǎn)量因素的通徑作用（表4）。對產(chǎn)量直接通徑作用最大的性狀是單穗質(zhì)量（q＝0.60），而穗位高對產(chǎn)量有較大地負(fù)向直接通徑作用（q＝-0.44）。各性狀對產(chǎn)量的間接總和通徑作用大小依次為：單穗粒質(zhì)量＞穗行數(shù)＞穗長＞穗位高＞穗粗＞百粒質(zhì)量＞出籽率＞行粒數(shù)＞株高＞禿尖長＞單穗質(zhì)量。單穗粒質(zhì)量的間接通徑系數(shù)總和大于直接系數(shù)，說明單穗粒質(zhì)量可以通過影響其他性狀來對玉米品種的最終產(chǎn)量產(chǎn)生間接作用，且這種間接作用要大于其對產(chǎn)量的直接影響。對產(chǎn)量的直接正向通徑作用較大的性狀有：單穗質(zhì)量＞單穗粒質(zhì)量＞出籽率；負(fù)向作用性狀有穗位高、穗行數(shù)、穗長；間接正向通徑系數(shù)較大的3組性狀是：單穗粒質(zhì)量-單穗質(zhì)量、百粒質(zhì)量-單穗質(zhì)量、穗粗-單穗質(zhì)量；在玉米品種（系）田間鑒定工作中，要注重對單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量、百粒質(zhì)量、穗粗、出籽率5個性狀的篩選，同時兼顧其余性狀。

3 討論與結(jié)論

玉米在旱地種植條件下，其植株各性狀會主動調(diào)整以適應(yīng)外界的輕度干旱脅迫，這與其在水地條件下性狀表現(xiàn)不一致[18-20]。研究旱地栽培條件下玉米各農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的表現(xiàn)規(guī)律，可為旱作區(qū)玉米品種篩選和抗逆栽培提供理論依據(jù)[21-22]。馮偉等[23]研究了播期對冀西山區(qū)旱地玉米產(chǎn)量的影響，結(jié)果表明，早播玉米的莖粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)和千粒質(zhì)量可明顯改善，穗位高和空稈率顯著降低，最終能有效提高玉米產(chǎn)量；杜志宏等[24]研究了在水、旱地兩類種植條件下玉米各農(nóng)藝性狀與抗旱性的相關(guān)性，水地玉米產(chǎn)量與穗粒質(zhì)量、穗長、穗粗、軸粗、百粒質(zhì)量、出籽率等6個性狀呈正相關(guān)，旱地玉米產(chǎn)量與穗粒質(zhì)量、株高、穗位、莖粗、穗長、穗粗、軸粗、百粒質(zhì)量、出籽率等9個性狀呈正相關(guān)；史向遠(yuǎn)等[25]研究了旱地玉米種植密度與產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀的相關(guān)性，結(jié)果表明，玉米穗位高和禿尖長受密度影響較大，分別與種植密度呈極顯著和顯著正相關(guān)，種植密度與產(chǎn)量盡管相關(guān)性不顯著，但灰色關(guān)聯(lián)度較大，合理密植可以提高產(chǎn)量。

本研究中，通過雨養(yǎng)旱地42個玉米品種12個農(nóng)藝、經(jīng)濟(jì)性狀的耐旱性聚類和通徑分析，將其分為7類，得出各性狀對產(chǎn)量的直接和間接通徑系數(shù)大小。通徑分析結(jié)果表明，在當(dāng)?shù)赜N實(shí)踐中，要重點(diǎn)篩選單穗質(zhì)量、單穗粒質(zhì)量和出籽率3個性狀，結(jié)合考慮禿尖長、穗長等負(fù)向指標(biāo)，按育種目標(biāo)合理規(guī)劃、統(tǒng)籌兼顧，選出產(chǎn)量高、耐旱性強(qiáng)的玉米新品種。與對照先玉335相比，類群Ⅰ～Ⅲ內(nèi)的22個玉米品種綜合耐旱性更強(qiáng)，具備增產(chǎn)潛力，可作為下一步在當(dāng)?shù)赝茝V種植的候選品種。