玉米自交系穗部性狀耐瘠性指標(biāo)篩選及評(píng)價(jià)

潘中濤， 唐 谷， 陳 瑾， 趙艷花， 汪朝明

(安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 貴州 安順561000)

玉米是貴州省的主要糧食作物，種植面積和產(chǎn)量?jī)H次于水稻。全省有近80%的玉米種植在土壤瘠薄、有機(jī)質(zhì)含量低、保水保肥能力差、有效磷鉀供給缺乏的中下等肥力土壤上。因此，選育和利用耐瘠能力強(qiáng)的玉米品種是保證貴州省中下等肥力土壤玉米產(chǎn)量提高的根本。不同玉米品種的耐瘠性不同，篩選耐瘠型玉米自交系是選育耐瘠型玉米品種的前提條件。反映玉米耐瘠性的因子很多，穗部性狀是體現(xiàn)耐瘠性的主要因子之一，其穗粒重、穗重、穗行數(shù)、百粒重等是玉米產(chǎn)量的構(gòu)成因素[1]，在肥力脅迫下，各個(gè)因素都會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化。研究通過(guò)測(cè)定玉米自交系在正常施肥與肥力脅迫下幾個(gè)穗部性狀指標(biāo)變化，篩選出穗部指標(biāo)的主成分，探討穗部主成分在玉米自交系耐瘠鑒定中的應(yīng)用，比較10個(gè)玉米自交系的耐瘠性差異，旨在為耐瘠型玉米自交系及品種的選育工作提供參考。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

1.1.1 玉米自交系 10份玉米自交系分別為1043、SU65、1441、D902、異78、丹混、78599、K508、77和引-10，供試材料均由安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院玉米研究所提供。

1.1.2 試驗(yàn)土壤 試驗(yàn)在安順市農(nóng)業(yè)科學(xué)院盆栽試驗(yàn)場(chǎng)進(jìn)行，試驗(yàn)盆栽土壤有機(jī)質(zhì)0.712 5%(極缺乏)、堿解氮26.2 mg/kg(極缺乏)、有效磷5.68 mg/kg(缺乏)、速效鉀44.4 mg/kg(極缺乏)。土壤養(yǎng)分三要素呈缺乏或極缺乏狀態(tài)，有機(jī)質(zhì)含量低，屬貧瘠土壤。

1.2試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018年4—10月進(jìn)行，采用盆栽試驗(yàn)設(shè)計(jì)，每盆播3粒種子，單株留苗。以施肥后土壤的肥力狀況為處理對(duì)象，設(shè)2個(gè)處理。B1處理為高施肥區(qū)，底肥施用25 kg/667m2撒可富復(fù)合肥，追肥11.5 kg/667m2純氮(完全施肥量參照貴州省玉米區(qū)域試驗(yàn)的施肥量),施肥后土壤肥力中等；B2處理為低施肥區(qū)，施肥量為B1處理的50%，即底肥為12.5 kg/667m2撒可富復(fù)合肥，追肥5.7 kg/667m2純氮，施肥后仍為下等肥力土壤。每處理2次重復(fù)。底肥一次性施用，追肥分2次進(jìn)行，每次追肥量為設(shè)計(jì)追肥總量的50%，第1次于玉米5～6葉齡期、第2次于大喇叭口期用。

1.3測(cè)定指標(biāo)及分析

于玉米自交系成熟期測(cè)定穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單穗粒重、單穗重8個(gè)穗部性狀，通過(guò)DPS軟件進(jìn)行10份自交系的8個(gè)穗部指標(biāo)進(jìn)行主成分分析及聚類。

2結(jié)果與分析

2.1玉米自交系的穗部性狀差異及肥力對(duì)指標(biāo)的影響程度

從表1看出，相同玉米自交系在中等肥力及下等肥力土壤種植，其穗部性狀表現(xiàn)較大差異。土壤肥力對(duì)玉米穗部性狀指標(biāo)的影響程度因品種不同而異。

2.1.1 穗部性狀指標(biāo)差異 單穗粒重，B1處理10個(gè)自交系穗粒重在25.0～119.4 g,其中，以異78自交系最高，引-10最低；B2處理在12.3～68.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。穗重，B1處理10個(gè)自交系穗重在37.0～141.0 g，其中，以異78自交系最高，引-10最低；B2處理在24.0～88.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。行粒數(shù)，B1處理10個(gè)自交系行粒數(shù)在12～32粒/行，其中，以K508最高，引-10最低；B2處理在8～28粒/行，其中，以K508最高，D902最低。百粒重，B1處理10個(gè)自交系百粒重在18～49 g，其中異78最高，丹混最低；B2處理百粒重在13～38 g，其中異78最高，丹混最低。穗行數(shù)，B1處理10個(gè)自交系穗行數(shù)在10～20行/穗，其中丹混最高，77最低；B2處理穗行數(shù)在10～20行/穗，其中丹混最高，77、異78最低。穗長(zhǎng)，B1處理10個(gè)自交系穗長(zhǎng)在9.8～17.7 cm，其中SU65最高，丹混最低；B2處理在5.4～14.5 cm，其中SU65最高，D902最低；穗粗，B1處理10個(gè)自交系穗粗在3.7～5 cm，其中丹混最高，77、引-10最低；B2處理在3.3～4.8 cm，其中K508最高，77最低。禿尖，B1處理10個(gè)自交系禿尖在0.1～1.7 cm，其中SU65最高，1043、1441、異78、77最低；B2處理在0.1～3.8 cm，其中SU65最高，1441、丹混、77最低。

2.1.2 肥力對(duì)穗部性狀指標(biāo)的影響程度 標(biāo)準(zhǔn)化值(SB)為B2肥力水平與B1全施肥水平的比值，體現(xiàn)土壤肥力對(duì)性狀的影響程度，SB等于1時(shí)，無(wú)影響；SB小于1時(shí)，數(shù)值越大，肥力對(duì)指標(biāo)影響越小，反之，則越大；SB大于1時(shí)，數(shù)值越大，影響則越大。單穗粒重，SB在0.22～0.90，其中，以K508最高，D902最低。穗重，SB在0.29～0.92，其中，以引-10最高，D902最低。行粒數(shù)，SB在0.36～1.0，其中，以引-10最高，D902最低。百粒重，SB在0.72～0.95，其中，以1441最高，丹混最低。穗行數(shù)，SB在0.83～1.0，其中，以1043、丹混、78599、K508、77、引-10最高，異78最低。穗長(zhǎng)，SB在0.49～0.95，其中，以引-10最高，D902最低。穗粗，SB在0.8～1.0，其中，以78599、K508、引-10最高，丹混最低。禿尖，SB在0.2～10，其中，以1043、異78最高，丹混最低。

表1不同肥力水平條件10個(gè)玉米自交系的穗部性狀指標(biāo)及標(biāo)準(zhǔn)化值

2.2玉米自交系穗部性狀指標(biāo)的相關(guān)性

從表2看出，單穗粒重與單穗重、行粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與穗長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)；單穗重與行粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與穗長(zhǎng)呈顯著正相關(guān)；行粒數(shù)與穗長(zhǎng)極呈顯著正相關(guān)，穗行數(shù)與行粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，與單穗粒重、單穗重呈顯著性相關(guān)；百粒重、穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖4項(xiàng)指標(biāo)與其他各項(xiàng)指標(biāo)無(wú)顯著相關(guān)性，不因其余指標(biāo)的變化而受影響，具有環(huán)境穩(wěn)定性。

2.3主成分分析

將在肥力脅迫下8項(xiàng)穗部性狀指標(biāo)轉(zhuǎn)成8個(gè)主成分，經(jīng)DPS處理，得到樣本相關(guān)矩陣的特征向量、特征值和積累貢獻(xiàn)率(表3和表4)。特征值越大，所對(duì)應(yīng)的主成分變量包含的信息越大；特征向量表示每個(gè)原始變量對(duì)各個(gè)主成分因子的貢獻(xiàn)率[2]。結(jié)果顯示，前3個(gè)主成分累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86%以上，反映了原始指標(biāo)中包含的主要信息。第一主成分代表單穗粒重、單穗重，第二主成分代表行粒數(shù)，第三主成分代表百粒重。單穗粒重、單穗重、行粒數(shù)、穗長(zhǎng)與(主成分特征向量Y1)有較強(qiáng)的正向負(fù)荷，表現(xiàn)在肥力脅迫下直接影響穗重相關(guān)指標(biāo)，是第一主成分的主導(dǎo)因子；百粒重、穗粗與Y2有較強(qiáng)的正向負(fù)荷，行粒數(shù)、穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、禿尖與Y2呈較強(qiáng)負(fù)向負(fù)荷，表現(xiàn)在肥力脅迫下穗部結(jié)實(shí)性狀指標(biāo)為主成分二的主導(dǎo)因子；穗行數(shù)、穗長(zhǎng)、穗粗與Y3呈較強(qiáng)負(fù)向負(fù)荷，禿尖與Y3呈較強(qiáng)正向負(fù)荷，表現(xiàn)在肥力脅迫下玉米果穗大小指標(biāo)為第三成分的主導(dǎo)因子。

表2玉米自交系穗部性狀指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)

表4主成分特征向量

2.4玉米自交系耐瘠鑒定穗部指標(biāo)篩選

根據(jù)耐瘠性各項(xiàng)穗部性狀指標(biāo)的主成分分析結(jié)果可得出，單穗粒重、單穗重、行粒數(shù)、百粒重4項(xiàng)指標(biāo)在肥力脅迫下特征值較大，可用于玉米自交系耐瘠性鑒定，評(píng)價(jià)結(jié)果可靠性較大。

2.5玉米自交系耐瘠性聚類分析

以單穗粒重、單穗重、行粒數(shù)、百粒重4項(xiàng)指標(biāo)為篩選耐瘠型玉米自交系穗部性狀主要指標(biāo)，對(duì)10份玉米自交系進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，當(dāng)閾值等于0.29時(shí)，可以將10份玉米自交系分為耐瘠、較耐瘠和不耐瘠3類。耐瘠型玉米自交系材料有1043、SU65、K508、引-10、1441，其中1043與SU65表現(xiàn)為最耐瘠；較耐瘠型材料為異78、77、78599和丹混，其中異78與77的耐瘠性較78599和丹混強(qiáng)；不耐瘠型材料為D902。

圖110份玉米自交系耐瘠性聚類

3結(jié)論與討論

應(yīng)用主成分分析方法，可將多個(gè)指標(biāo)問(wèn)題轉(zhuǎn)換成較少新的指標(biāo)[3]，這種降維思想為綜合評(píng)價(jià)提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)支持[4]。對(duì)10份玉米自交系的8項(xiàng)穗部指標(biāo)(穗長(zhǎng)、穗粗、禿尖、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重、單穗粒重、單穗重)進(jìn)行耐瘠性鑒定試驗(yàn)，通過(guò)主成分分析方法，篩選鑒定耐瘠性的主要指標(biāo)，并對(duì)10玉米自交系的耐瘠性進(jìn)行分類。結(jié)果表明，主成分一可解釋為直接與產(chǎn)量相關(guān)的因子，主成分二為穗部結(jié)實(shí)性狀的相關(guān)因子；第三主成分為果穗大小的影響因子。在一定程度上，這幾項(xiàng)穗部指標(biāo)能反映玉米自交系的耐瘠性。單穗粒重、單穗重、行粒數(shù)、百粒重4項(xiàng)指標(biāo)在肥力脅迫下特征值較大，可同時(shí)用于玉米自交系耐瘠性鑒定。根據(jù)篩選出的4項(xiàng)穗部指標(biāo)，對(duì)10份玉米自交系材料進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，將10份玉米自交系分為耐瘠、較耐瘠和不耐瘠3類，耐瘠型有1043、SU65、引-10、K508、1441；較耐瘠型為異78、77、78599、丹混；不耐瘠型為D902。玉米自交系耐瘠性鑒定結(jié)果對(duì)今后耐瘠型玉米材料與品種的選育提供基礎(chǔ)材料。