玉米品種（系）的主要性狀分析

陳志剛 支金虎 孫會東

摘要：玉米在糧食生產中占有極為重要的地位。為進一步研究玉米品種（系）的適應性，篩選出適應大面積種植的玉米品種（系），在90 000株/hm2的種植密度下，運用聚類分析、相關性分析等方法對13個玉米品種（系）的農藝性狀及產量構成要素進行了分析。結果表明，甘肅農業大學應用技術學院正在選育研究中的玉米品種T7穗葉夾角和葉面積低于平均值19.24%、3.93%，表現株型緊湊。T7、T6的產量高于平均值8.25%、7.85%，這2個品種（系）群體增產效果明顯，可在該區域作為主導玉米品種種植。

關鍵詞：玉米;品種（系）;主要性狀;產量

中圖分類號：S513? ? ? ? ? ? ?文獻標志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）09-0028-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.09.007

Study on the Analysis of Main Traits in Maize Varieties （Lines）

CHEN Zhigang 1， 2， 3， 4， ZHI Jinhu 1， 2， 3， SUN Huidong 4

（1. College of Agonomy， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China; 2. Collaborative Innovation? Centre of Eco-agriculture Around Tarim Basin， Alar Xinjiang 843300， China; 3. The Research Centre of Oasis Agriculurces and Environment in Sourthern Xinjiang， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China; 4. Agronomy College， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Maize occupies a crucial position in grain production. To further study the adaptability of maize varieties （lines） and to screen maize varieties（lines） suitable for large-scale planting， under the planting density of 90 000 plant/ha， cluster analysis and correlation analysis were applied to analyze the agronomic traits and yield components of 13 maize varieties（lines）. Results showed that ear leaf angle and leaf area in T7， which is carrently under the breeding progress of College of Applied Technology， Gansu Agricrltural University，? were 19.24% and 3.93% lowed compared with the mean values， respectively， indicating a compact plant type. Yield data in T7 and T6 were 8.25% and 7.85% higher compared with the mean values， respectively indicating significant increases in yield， which are regarded as the suitable varieties （lines） in this area.

Key words： Maize; Variety （line）; Main trait; Yield

玉米（Zea mays L.）起源于美洲，兼有糧食、飼料和經濟作物于一體的特點，在我國農業生產和國民經濟中占有重要地位[1 ]。玉米作為我國糧食戰略儲備的重要資源，播種面積已超過小麥和水稻，成為我國第一大糧食作物，在我國糧食生產中發揮著十分重要的作用[2 ]。據預測，到2050年，全球范圍內谷物產量增加56%以上才能滿足社會需要，其中45%將依靠玉米增產實現[3 - 4 ]，因此有效提高玉米產量對我國糧食安全生產具有重要意義[5 ]。

玉米的單位面積籽粒產量是株數與單株產量之積，其中穗數、穗粒數及百粒重是產量構成主要因素。依據區域氣候特點選擇適宜品種，使群體和個體協調發展，優化產量構成三要素配比，實現協調生長以提高單位產量，是玉米育種的目標[6 - 7 ]。生物技術的發展使玉米新品種越來越多，不同品種對生長環境要求不同，品種選擇、密植、田間管理影響玉米產量和品質，其中品種選擇尤為重要[8 - 9 ]。實際農業生產中，受傳統思想及玉米品種推廣者的影響，農戶常忽略區域氣候特征，出現品種選擇與區域氣候條件不匹配現象，嚴重影響著玉米產量。我們采用主成分及相關性分析方法，對13個玉米品種（系）的農藝性狀及產量形成進行綜合分析，以期篩選出高產優質的玉米品種。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗材料

供試材料為甘肅農業大學應用技術學院正在選育研究中的13個玉米品種（系），分別記為T1、T2……T12、T13。

1.2? ?試驗地概況

試驗在甘肅農業大學應用技術學院試驗田進行。當地海拔1 895 m，年平均氣溫7.5 ℃，平均降水量493.9 mm，70%以上的降水集中在7 — 9月，平均日照時數2 477.2 h，在甘肅中部干旱地區具有代表性。

1.3? ?試驗方法

采用隨機區組設計，重復3次，小區面積35 m2（5 m×7 m）。行距60 cm，常規覆膜等行距種植，密度90 000株/hm2。播種前施入尿素（含N 46%）450 kg/hm2、磷酸二銨（含N 18%，P2O5 40%）300 kg/hm2、硫酸鉀（K2O）225 kg/hm2，其中磷酸二銨、硫酸鉀作為基肥一次性施入，基肥施用與翻地、整地同步進行。尿素60%作為基肥施入，剩余40%的尿素在大喇叭口期作為追肥施入。試驗于2021年4月中下旬播種，10月份收獲，田間管理同當地大田。

1.4? ?指標測定

參照Zhao等[10 ]、Yang等[11 ]、Wu等[12 ]的方法，在玉米散粉結束后，每小區選取代表性植株10株，測定株高、莖粗、穗位高、穗葉夾角（LA）、葉長（LL）、葉寬（LW）及高點長（LF），計算葉向值（LOV）、葉面積（LS）。10月初玉米成熟后，每小區去掉兩頭植株果穗后全部收獲，自然風干至安全水分后參照李永祥等[4 ]方法進行考種，統計測量單穗重、百粒重、穗行數、行粒數。

葉向值（LOV）=（90-LA）×（LF/LL）

葉面積（LS）=LL×LW×0.75

1.5? ?數據處理及分析

采用Excel 2010進行數據整理、圖表制作，應用DPS9.01對數據進行方差分析及相關性分析。

2? ?結果與分析

2.1? ?植株性狀

由表1可知，13個參試品種（系）株高為332.7～366.7 cm。T4最高，高于平均值20.4 cm;T12最低，低于平均值13.6 cm。穗位高107.2～141.2 cm，T4最高，高于平均值17.3 cm;T13最低，低于平均值16.7 cm。莖稈粗22.7～33.8 mm，T7最粗，高于平均值6.2 mm;T3最細且低于平均值4.9 mm。雄穗分枝數4.7～12.3個，T10最多，高于平均值4.8個;T12最少，低于平均值2.8個。就13個參試品種（系）總體而言，T7株高適中、莖稈最粗、穗位較高且3個農藝性狀誤差較小，表明T7田間生長整齊度、抗倒伏能力優于其他品種（系）。T6、T5僅次于T7，而優于其他品種（系）。

2.2? ?穗位葉性狀

葉片是植物進行光合作用的重要器官之一，可通過調節葉片夾角、葉長、葉寬及葉面積達到調節株型、實現適度密植效應。從表2可以看出，在90 000株/hm2的密植條件下，13個參試品種（系）的穗位葉性狀中穗葉夾角變異系數最大，為15.5;其中T10穗葉夾角（37.2°）最大，高于平均值8.1°;T7（23.5°）最小，低于平均值5.6°。葉長變異系數最小，為4.4;T10葉長（96.2 cm）最長，高于平均值5.7 cm;T7葉長（82.4 cm）最小，低于平均值8.1 cm。綜合分析，T7株型緊湊、葉長最短、葉面積較小，T10株型平展、葉長最大、葉面積較大，在適度增加密植的條件下，T7植株群體優于T10。

2.3? ?穗粒性狀及產量分析

從表3可知，種植密度為90 000株/hm2時，在13個參試品種（系）中，玉米產量受穗行數、行粒數、穗粒重等產量構成要素影響。穗粒重變異系數最大，為15.7。T7穗粒重最重，為367.5 g/穗，高于平均值60.6 g/穗，T1穗粒重最輕，為194.6 g/穗，低于平均值112.3 g/穗。T3和T10百粒重較高，分別高于平均值3.0、2.8 g。產量變異系數最小，為6.3。產量平均值為12 305.5 kg/hm2，T7、T6分別超出平均值1 016.0、967.1 kg/hm2;T1、T3產量較低，分別為11 128.5、11 353.5 kg/hm2，較平均產量降低1 177.0、952.0 kg/hm2。

2.4? ?綜合性狀分析

由表4可知，參試品種農藝性狀的變異系數為3.1～15.7，穗粒重、穗葉夾角變異系數較大，分別為15.7、15.5;株高、產量變異幅度較小，分別為3.1、6.3。說明穗粒重和穗葉夾角變化幅度較大，可作為品種篩選時的重要參照指標。

13個參試品種主要農藝性狀相關系數見表5。產量與穗行數、穗粒重成極顯著正相關，與株高呈負相關，適當降低株高，增加穗行數、穗粒重，有利于提高產量。穗粒重與穗行數、行粒數呈極顯著正相關，穗行數與株高、穗葉夾角呈顯著負相關。由此看出，產量的提升有賴于穗粒重的增加，穗粒重的增加又依賴于百粒重、行粒數的增加。

2.5? ?農藝性狀的主成分分析

玉米品種的形態多樣性受諸多農藝性狀的綜合影響。本試驗應用主成分分析方法將多個原有性狀簡化為少數幾個新的綜合性狀進行分析比較，以確定品種有差異的重要農藝性狀。8個主要農藝性狀的特征值和對應特征向量見表6、表7，依據特征值大于1的標準提取主成分。由表6可知，前3個特征值累計貢獻率已達88.36%，說明前3個特征值可概括8個重要農藝性狀的絕大部分信息，依據前3個主成分特征向量值可將其分別命名為穗重因子（λ1）、株高因子（λ2）及粒數因子（λ3）。

特征向量值表示供試材料各農藝性狀對主成分貢獻率的大小。由表6、表7可知，第一主成分貢獻率為54.23%，對應特征向量值為正且較大的有穗粒重、產量，可命名為穗重因子，穗葉夾角、株高有較高負值，說明在品種選育中要注意株高、穗位夾角對穗粒數的影響。第二主成分貢獻率為18.73%，對應特征向量值為正且較大的有株高、穗位高，可命名為株高因子。行粒數有較高負值，說明在品種選育中要注意株高、穗位高對行粒數的影響，過度追求適應機收的株高將導致行粒數減少。第三主成分貢獻率15.40%，對應特征向量值為正且較大的有穗粒重、百粒重，可命名為粒數因子。產量和穗位高為負值，說明在品種選育中不能只注重百粒重、行粒數、穗位高對產量的影響。

2.6? ?聚類分析

應用DPS9.01數據統計軟件，采用歐氏距離類平均法對13個玉米品種（系）進行系統聚類分析，聚類結果如圖1。13個玉米品種（系）在歐式距離d=3.5的水平上可劃分為4大類群，說明13個玉米品種（系）表現出多樣性的變異。各類型的8個主要性狀特征值見表8。

第1類群包括T1、T2等2份材料，占15%，這類品種的明顯特征為行粒數、穗粒重及百粒重最小，其余指標居中，說明該類品種可主要通過提高穗粒數和百粒重增加產量。第2類群包括T3、T4等6份材料，占46%，是主要類群，這類品種明顯特征為穗葉夾角小、穗位高及產量高，說明該類品種植株緊湊，群體采光性能良好。第3類群包括T9、T10等4份材料，占38%，這類品種明顯特征為株高較高，穗位高較低，穗粒重較低，其余性狀居中，說明該類品種可通過進一步改進穗位葉夾角、穗位高來提高穗粒重增加作物產量。第4類群僅有1份材料，為T13，其明顯特征是穗葉夾角大、穗位高低，行粒數、穗粒重及百粒重高，說明該類品種可通過改良穗葉夾角和穗位高提升產量。

3? ?討論與結論

自澳大利亞學者Donald[13 ]提出作物理想株型概念后，圍繞作物理想株型的研究日益增加。玉米的理想株型擁有雄穗較小、葉面積適中、緊湊、抗倒抗病、根系較大等特點[14 ]。Duvick[15 ] 2005年研究發現，通過育種及遺傳改良玉米株型結構，使美國玉米產量在過去80年里增加了8倍。本研究中，相對高產的T7、T6、T5等3個品種（系）株高、穗位高居中，其中T7、T6株高偏差小。可見株型緊湊整齊、雄穗分枝較多是后期高產的基礎。

呂艷東等[16 ]研究發現，穗上葉片上沖的緊湊型玉米葉片兩面受光均勻，利于提高穗位葉光合效率及籽粒灌漿速率;葉夾角小、株型緊湊的玉米群體，光線能從頂部照射到棒三葉及穗下葉片，利于植物有機物積累。本研究中，甘肅農業大學應用技術學院正在選育研究中的玉米品種T7穗葉夾角和葉面積低于平均值19.24%、3.93%，T7、T6穗位夾角較小，葉長、葉寬及葉面積適中，產量高于平均值8.25%、7.85%，明顯高于其他參試品種（系）。因此，穗位葉夾角、葉向值是決定玉米株型、衡量玉米群體種植密度的關鍵指標。

穗部性狀在玉米產量形成中具有重要作用。國內外研究普遍認為，玉米產量由穗數、穗粒數、粒重三者共同作用，其中穗部性狀與產量關系最緊密[17 - 18 ]。梁曉玲等[19 ]研究認為，在其他性狀相對穩定的情況下，增加千粒重，可提高產量，但穗粗、穗行數和出籽率下降。閆海霞等[20 ]認為增加穗長、提高出籽率和百粒重是獲得高產的有效途徑。栗建枝等[21 ]研究發現，協調好穗行數、百粒重等性狀關系可以提高產量。本研究中，T3、T10百粒重較大，分別為44.6、44.4 g，2個品種（系）對應的穗行數下降且均低于平均值，T7、T6的穗行數、百粒重處于均值附近且產量高。因此，玉米籽粒產量受穗部性狀直接效應和其他性狀間接效的影響，穗行數、百粒重等穗部性狀協調生長是高產的基礎。

百粒重、穗粒數等穗部性狀協調生長是玉米高產田建設的重要指標。玉米穗部性狀的發育受株型影響，玉米株型是連接個體與群體的橋梁，良好的株型能增加群體通風透光性能，個體表現出較高的光合效率和光能利用率。

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