玉米收獲期籽粒含水量與穗部性狀的關(guān)聯(lián)分析

鄧 杰， 孫麗芳， 王 霞， 于 洋2， 侯立龍， 裴童童， 高樹仁

(1.黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)農(nóng)學(xué)院/黑龍江省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)與作物種質(zhì)改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 黑龍江 大慶 163319; 2.黑龍江省農(nóng)業(yè)科學(xué)院耕作栽培研究所， 哈爾濱 150086)

玉米是我國的第一大糧食作物，其營養(yǎng)豐富，市場容量大，是重要的食物來源之一，其價(jià)值和發(fā)展前景難以估計(jì)。黑龍江省作為我國北方春玉米種植區(qū)，2017年玉米種植面積達(dá)到全國的10.54%，總產(chǎn)量為6 018.8 萬t。在黑龍江省，尤其是機(jī)械化種植模式的黑龍江墾區(qū)，因氣候寒冷，全年無霜期短，籽粒水分和產(chǎn)量相矛盾的問題表現(xiàn)最為突出。未來大規(guī)模機(jī)械化是收獲方式的趨勢[1]，機(jī)械收獲一般要求籽粒含水量低于25%，玉米籽粒完全成熟收獲期最適含水量為23%～24%，而北方春玉米收獲籽粒的含水量一般在30%～40%[2]，玉米籽粒含水量過高會給玉米機(jī)械化收獲、干燥、儲存、運(yùn)輸及加工帶來困難、增加成本[3-5]，籽粒收獲含水量高已成為限制我國北方春玉米可持續(xù)發(fā)展的重要障礙因素之一。研究表明，玉米收獲籽粒含水率主要由生理成熟前后籽粒的脫水速率控制，該性狀是可遺傳的，并且品種間具有明顯差異，脫水速率與苞葉、穗軸、軸粗、籽粒特征及果穗大小等農(nóng)藝性狀相關(guān)[6-9]，弄清籽粒含水量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系對選育收獲期籽粒含水量低或脫水速度快的品種具有指導(dǎo)作用。

前人在研究對籽粒含水量影響的因素時(shí)，多集中在種植時(shí)期、種植密度、苞葉大小(數(shù)量)及籽粒大小上，如馮鵬等研究結(jié)果表明，多數(shù)品種收獲籽粒含水量受種植密度影響[10]；張林等認(rèn)為，苞葉長和粒寬對籽粒含水量影響較大[11]；李璐璐等研究表明，適當(dāng)減少苞葉層數(shù)有利于籽粒脫水[12]；劉思奇等認(rèn)為，籽粒含水量與苞葉含水量達(dá)極顯著正相關(guān)[13]；李鳳海等研究表明，穗位較高有助于籽粒快速脫水[14]。對于果穗性狀與籽粒含水量關(guān)系的研究少有報(bào)道。本研究采用相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析2種方法，利用黑龍江龍科種業(yè)集團(tuán)有限公司提供的35份國外玉米品系為試驗(yàn)材料，對收獲籽粒含水量與穗部性狀的關(guān)系進(jìn)行分析，旨在找出影響籽粒含水量的主要穗部性狀，為改良和選育適合本地種植的、收獲期籽粒含水量低的優(yōu)良品種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)材料為35份生育期一致的國外玉米品系，由黑龍江龍科種業(yè)集團(tuán)有限公司提供，具體見表1。

1.2 試驗(yàn)基地

試驗(yàn)于2017年在黑龍江八一農(nóng)墾大學(xué)實(shí)習(xí)基地(大慶綠豐園)進(jìn)行，前茬作物為玉米，常規(guī)壟作種植。海拔146 m，該區(qū)屬于典型的北溫帶亞干旱季風(fēng)氣候區(qū)，降水400～500 mm。土壤為鹽化草甸區(qū)，pH=8.1。

表2 穗部性狀平均值及F值

品系X1/cmX2/cmX3/cmX4/cmX5X6X7/gX8/gX9/(g·L-1)X0/%LK704-13.174.5121.842.7116.2736.0038.5035.63675.0028.07LK705-22.804.5618.871.9317.7339.0740.1722.06665.0025.81LK709-32.415.0319.181.2415.9343.0344.6033.24630.3329.02LK710-42.475.0218.891.0517.2042.1345.8330.74622.6731.99LK713-52.705.0718.321.7218.9338.7351.5030.79674.0030.59LK715-62.374.8519.081.2218.4037.3748.6736.67646.3331.68LK717-73.644.6819.571.1815.8737.9043.2334.57625.0032.54LK721-82.734.9519.351.0217.3339.7350.8334.57596.0032.78LK722-92.755.0417.851.4316.4737.1354.6730.87623.6732.74LK727-102.544.9418.040.9116.8038.1047.1734.26628.3332.93LK735-112.735.0319.700.7716.3339.7355.8338.17651.0033.82LK736-122.915.1518.951.3619.1337.9762.0030.89627.3332.32LK7132.694.7319.681.7916.8737.4736.2033.00632.0029.49LK7142.715.0218.591.7516.4736.2037.3335.14693.3328.74LK7152.744.6319.781.4215.6738.6352.8329.07636.0029.61LK7162.524.7820.081.3313.5340.2052.1738.32650.3328.03LK7172.444.6719.291.1214.7342.3335.6730.06646.6724.49LK7182.564.8819.781.8715.5336.6043.0036.76646.3330.90LK7202.314.5818.330.8615.1339.9331.5029.50629.6726.87LK7212.874.7419.671.9420.0738.8341.8322.01628.6726.28LK7222.634.3119.061.7215.7335.0735.6723.07664.3325.94LK7232.714.3719.351.7316.6036.1031.8325.86662.0025.28LK7242.624.6220.261.2617.6736.2349.8334.66650.3333.08LK7262.664.3421.231.5817.1039.6732.3323.42653.3323.97LK7272.284.7119.701.1215.6741.7735.6730.31610.0029.19LK7282.404.7318.940.9615.4738.7341.5033.49632.6729.73LK7292.674.9318.941.4217.4736.9035.1733.24616.3329.99LK7302.724.9518.821.5815.6036.9759.3734.06612.0030.48LK7313.424.8220.071.7516.0035.5751.8336.47645.6731.63LK7332.414.5518.271.0517.4734.1038.2333.12635.0034.47LK7342.845.1018.501.2219.2036.1356.8733.04610.0034.11LK7352.725.0218.081.0716.6736.5353.3336.46635.0032.23LK7362.624.5319.881.0115.9336.0045.9033.76629.0033.20LK7372.814.8417.461.1817.0032.7059.1731.53595.6735.24LK7392.714.8519.781.5317.7336.6359.8336.07647.6735.77F值1.015.15**2.03**2.44**3.94**1.73*5.98**7.09**1.215.43**

注：“**”為0.01水平上極顯著差異，“*”為0.05水平上極顯著差異，下同。

表1 供試玉米品種

編號 測試品種 編號 測試品種 編號 測試品種 1LK704-113LK71325LK7272LK705-214LK71426LK7283LK709-315LK71527LK7294LK710-416LK71628LK7305LK713-517LK71729LK7316LK715-618LK71830LK7337LK717-719LK72031LK7348LK721-820LK72132LK7359LK722-921LK72233LK73610LK727-1022LK72334LK73711LK735-1123LK72435LK73912LK736-1224LK726

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積13 m2，4行區(qū)，3次重復(fù)，行長5 m，行距0.65 m，株距0.25 m，每行20穴，每穴保苗1株。播種時(shí)使用玉米專用復(fù)合肥作為底肥一次性施入450 kg·hm-2，在玉米拔節(jié)期中耕培壟時(shí)追施尿素225 kg·hm-2，其他田間管理均同當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)。

1.4 測定項(xiàng)目

成熟后統(tǒng)一收獲，每個(gè)品種隨機(jī)選取10個(gè)果穗，測定穗部性狀軸粗(X1)、穗粗(X2)、穗長(X3)、禿尖(X4)、穗行數(shù)(X5)、行粒數(shù)(X6)、軸重(X7)、百粒重(X8)、容重(X9)，收獲期籽粒含水量(g)用日本KETT谷物水分測定儀PM-8818 A測定。

1.5 分析方法

利用SPSS 20.0軟件進(jìn)行方差分析及多元相關(guān)分析，利用DPS 7.05軟件進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析。

ξi(k)= (Δmin+ζΔmax)/(Δi(k)+ζΔmax)

(1)

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 參試品種各性狀的表現(xiàn)及方差分析

各供試材料考種數(shù)據(jù)的平均值見表2。由表2可知，含水量最高的品系是LK 739，為35.77%，含水量最低的是LK 726，為23.97%。軸粗的差異區(qū)間為2.28～3.64 cm，穗粗為4.31～5.10 cm，穗長為17.85～21.84 cm，禿尖為0.77～2.71 cm，穗行數(shù)為13.53～20.07，行粒數(shù)為32.70～43.03，軸重為31.50～62.00 g，百粒重為22.01～38.32 g，容重為596.00～693.33 g·L-1。

對供試材料穗部性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析，由F值可得，穗粗、穗長、禿尖、穗行數(shù)、軸重、百粒重及籽粒含水量在不同品系間達(dá)到極顯著差異水平，行粒數(shù)達(dá)到顯著差異水平，說明這7個(gè)性狀在不同品系間真實(shí)存在差異。軸粗和容重沒有顯著差異。進(jìn)一步對上述7個(gè)性狀與收獲期籽粒含水量進(jìn)行相關(guān)分析。

2.2 穗部性狀與收獲籽粒含水量的相關(guān)分析

由表3可知，軸重(0.57)、百粒重(0.54)、穗粗(0.36)、穗行數(shù)(0.149)與收獲籽粒含水量呈正相關(guān)關(guān)系，軸重、百粒重及穗粗與收獲籽粒含水量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系，說明這些性狀與收獲期籽粒含水量關(guān)系密切。穗行數(shù)、軸粗與收獲籽粒含水量未達(dá)到顯著相關(guān)關(guān)系。軸重、百粒重與收獲籽粒含水量的相關(guān)系數(shù)在0.5～0.8之間，表現(xiàn)為中度正相關(guān)。穗粗與收獲籽粒含水量的相關(guān)系數(shù)在0.3～0.5之間，表現(xiàn)為低度正相關(guān)。行粒數(shù)(-0.28)、穗長(-0.2)、禿尖(-0.16)與籽粒含水量呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，且相關(guān)程度依次減弱。僅行粒數(shù)與籽粒含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)，穗長與籽粒含水量呈顯著負(fù)相關(guān)，但相關(guān)系數(shù)均<|0.3|。

表3 穗部性狀與籽粒含水量的相關(guān)分析

性狀穗粗穗長禿尖穗行數(shù)行粒數(shù)軸重百粒重相關(guān)系數(shù)0.36**-0.2*-0.160.149-0.28**0.57**0.54**

2.3 穗部性狀與收獲籽粒含水量的灰色關(guān)聯(lián)分析

通過計(jì)算參考數(shù)列與比較數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度，系統(tǒng)中各因素關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度越大，則該因素與含水量的相關(guān)程度就越高，反之則低。籽粒含水量與各因素的關(guān)聯(lián)度及位次見表4。由表4可知：關(guān)聯(lián)度由高到低排序依次是軸重(0.81)>穗粗(0.79)>百粒重(0.78)>穗行數(shù)(0.73)>穗長(0.69)>行粒數(shù)(0.68)>禿尖(0.65)。籽粒含水量與軸重的關(guān)聯(lián)度最大，說明軸重與收獲籽粒含水量的關(guān)系最密切。穗粗、百粒重與收獲籽粒含水量的關(guān)聯(lián)度差異很小，穗長、行粒數(shù)與收獲籽粒含水量的關(guān)聯(lián)度差異不大，禿尖與收獲籽粒含水量的關(guān)聯(lián)度排在末位，說明其與籽粒含水量的關(guān)聯(lián)程度小，對籽粒含水量的影響較小。

表4 籽粒含水量與各因素的關(guān)聯(lián)度及位次

性狀穗粗穗長禿尖穗行數(shù)行粒數(shù)軸重百粒重關(guān)聯(lián)度0.790.690.650.730.680.810.78位 次2574613

3 結(jié)論與討論

在以往的農(nóng)作物性狀相關(guān)研究中，多集中于植株的各類農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量之間的關(guān)系研究[15-16]，隨著我國生產(chǎn)方式的改變，玉米育種的目標(biāo)不僅要提高玉米產(chǎn)量，還要降低收獲期籽粒含水量，使品種具備適應(yīng)籽粒直接機(jī)械化收獲的特征，收獲期籽粒含水量過高會嚴(yán)重影響機(jī)械化收獲。在對影響收獲期籽粒含水量的因素研究中，多集中在栽培模式等因素對收獲期籽粒含水量的影響方面[17]，本試驗(yàn)采用相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析2種方法研究穗部性狀與籽粒含水量的關(guān)系。

相關(guān)分析是對2個(gè)具備相關(guān)性的性狀進(jìn)行分析，衡量2個(gè)性狀間的相關(guān)密切程度。相關(guān)分析能夠判斷性狀與性狀間是正相關(guān)或負(fù)相關(guān)，這是灰色關(guān)聯(lián)分析法不能判斷的；灰色關(guān)聯(lián)分析可以在很大程度上減少由于信息不對稱帶來的損失，并且對數(shù)據(jù)要求較低，工作量較少。本試驗(yàn)采用相關(guān)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析2種方法進(jìn)行分析，克服了其各自的局限性，以便找出影響籽粒含水量的關(guān)鍵穗部性狀。

本試驗(yàn)2種分析方法的結(jié)果存在共同點(diǎn)和不同點(diǎn)。用相關(guān)分析得到對籽粒含水量影響大的性狀是軸重、百粒重及穗粗，相關(guān)系數(shù)達(dá)到極顯著水平；用灰色關(guān)聯(lián)分析得到的關(guān)聯(lián)度前三位依次是軸重、穗粗及百粒重。共同之處是軸重、穗粗及百粒重都對籽粒含水量影響較大，與籽粒含水量關(guān)系最密切的均是軸重，但是穗粗和百粒重與籽粒含水量關(guān)系位次有變化。在育種工作中，選育適宜機(jī)械粒收品種和鑒定種質(zhì)資源時(shí)，選擇果穗大小、百粒重及軸重適中的品種，減少穗部性狀對籽粒含水量的提高或削減效應(yīng)；同時(shí)還需考慮不同玉米類型的籽粒含水量與產(chǎn)量、其他性狀的關(guān)系。