黃淮海區域玉米收獲期籽粒含水量與主要農藝性狀的相關分析和通徑分析

張瑩瑩， 盧道文， 孫海潮， 牛永鋒， 董文恒， 李永江， 張 盼， 史麗麗， 張曉輝，龐文喜， 張 君， 唐保軍

(1.河南省安陽市農業科學院，河南安陽 455000； 2.河南省農業科學院糧食作物研究所，河南鄭州 450002)

玉米是我國第一大糧食作物，同時也是重要的畜牧業飼料和工業原料。近年來，我國糧食安全問題尤為突出，玉米已成為我國最主要的戰略物資，發展玉米產業至關重要。近年來，隨著城鎮化和全程機械化步伐的加快，籽粒機收已經成為玉米生產發展的主攻方向，但目前籽粒機收面積只占我國玉米種植面積的5%～6%。收獲期籽粒含水量偏高是影響玉米籽粒機收的關鍵因素之一，含水量過高容易使破碎率、雜質率增加，給玉米的收獲、干燥、貯藏、運輸及加工帶來一系列困難。黃淮海夏玉米生產區是世界上獨一無二的玉米生態區，籽粒機收技術還不成熟，大部分玉米品種收獲期籽粒含水量偏高，嚴重制約了玉米產業的高效可持續發展。篩選與選育適宜籽粒機收的玉米品種是當務之急，品種的選育與農藝性狀的表現密切相關，弄清籽粒含水量與主要農藝性狀的關系可為黃淮海區選育收獲期含水量低或脫水快的品種提供指導作用。

相關研究表明，玉米收獲期籽粒含水量主要由生理成熟前后的籽粒脫水速率決定的，該性狀是可遺傳的，品種間差異顯著，籽粒脫水速率與苞葉、穗軸、籽粒特征及果穗大小等農藝性狀相關。前人對籽粒含水量的相關研究主要集中在種植時期、密度、苞葉層數、籽粒大小及穗位高低等方面，馮鵬等研究發現，收獲期籽粒含水量受種植密度影響較大；張林等研究認為，粒寬、苞葉長等與籽粒含水量呈極顯著正相關；李璐璐等研究發現，減少苞葉層數更有利于籽粒脫水；李鳳海等認為，粒長、穗位高與籽粒脫水速率呈顯著負相關關系。關于生育期、產量性狀等其他農藝性狀與籽粒含水量關系的研究報道很少。筆者所在課題組前期對80個玉米品種的含水量進行了初篩，最終篩選出有代表性的8個玉米品種為研究對象，采用相關分析、逐步回歸分析、通徑分析3種方法，探討收獲期籽粒含水量與主要農藝性狀的關系，為機收品種的選育提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

選用前期篩選出的收獲期籽粒含水量差異較大且生產上主推的玉米品種8種，分別為鄭單958、聯創808、先玉335、安玉308、宇玉30、迪卡516、華美1號、迪卡517。

試驗于2019年在安陽市農業科學院試驗基地(地理位置36°1′N、114°5′E)、河南省農業科學院現代農業科技試驗示范基地(地理位置35°10′N，113°47′E)進行(表1)，播種時間分別為6月9日、6月10日。采用隨機區組設計，設8個品種處理，重復3次，每個品種8行區，行長5 m，密度為75 000株/hm。中間2行收獲測產，其他6行用于田間調查和取樣。

表1 試驗地概況

1.2 測定項目與方法

1.2.1 生育期 田間性狀調查記載生育期(出苗期、吐絲期、授粉期、生理成熟期)，并計算出苗至授粉天數和生理成熟時間。

1.2.2 含水量與脫水速率 每小區雌穗套袋后統一授粉。授粉后35 d開始取樣，每7 d取樣1次，直至授粉后63 d收獲，共5次，每次取2穗，用烘干法測含水量。

各器官(籽粒、苞葉、穗軸)含水量(%)=(各器官鮮質量-各器官干質量)/各器官鮮質量×100；

籽粒脫水速率(%/d)=(授粉后35 d籽粒含水量-授粉后63 d籽粒含水量)/間隔天數。

1.2.3 產量及其構成因素 所有品種收獲時(授粉后63 d)測產，自然晾曬后測穗長、禿尖長、穗粗、軸粗、穗行數、行粒數、百粒質量，計算產量。

1.3 數據處理與分析

用Excel 2010進行數據處理，利用SPSS 18.10軟件對試驗數據進行多重比較、相關分析、回歸分析、通徑分析，其中處理間差異顯著性采用法進行檢驗(=0.05)。

2 結果與分析

2.1 參試玉米品種的農藝性狀和收獲期籽粒含水量的比較分析

由表2可以看出，苞葉含水量的變化范圍為18.96%～30.12%，穗軸含水量范圍為42.46%～60.71%，生理成熟時間范圍為102.0～110.0 d，出苗至授粉時間范圍為52.0～55.0 d，穗長范圍為15.7～19.5 cm，禿尖長范圍為1.2～3.3 cm，穗粗范圍為4.4～5.0 cm，軸粗范圍為2.2～2.7 cm，穗行范圍為16.0～18.0，行粒數范圍為27.5～35.7粒，百粒質量范圍為26.9～32.2 g，產量范圍為9 631～10 818 kg/hm，籽粒脫水速率范圍為0.47%/d～0.88%/d，收獲期籽粒含水量的變化范圍為 19.00%～30.69%。

表2 參試玉米品種的農藝性狀和收獲期籽粒含水量

對參試品種主要性狀數值進行多重比較，由顯著水平可以看出，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數、出苗至授粉天數、穗長、禿尖長、穗粗、軸粗、穗行數、百粒質量、產量、籽粒脫水速率及籽粒含水量在不同品種間達到顯著性水平，說明參試品種在這13個性狀之間存在真實差異。行粒數沒有達到顯著性水平。可以對上述13個達到顯著性水平的性狀與收獲期籽粒含水量進行相關性分析和回歸分析。

2.2 收獲期籽粒含水量與主要性狀的相關分析

由表3可知，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數、出苗至授粉時間、穗粗、百粒質量、產量與收獲期籽粒含水量存在顯著或極顯著正相關關系，簡單相關系數變化范圍為0.46～0.79，籽粒脫水速率與籽粒含水量呈極顯著負相關關系(=-0.91)。

表3 對收獲期籽粒含水量有顯著影響的主要農藝性狀簡單相關分析

2.3 收獲期籽粒含水量與主要性狀的回歸分析

進行收獲期籽粒含水量與主要性狀的逐步回歸，會自動剔除無顯著性的變量，以篩選出影響收獲期籽粒含水量的重要性狀，得到農藝性狀與收獲期籽粒含水量的回歸模型(即回歸方程)為=2761+033+539-084-038-1554。其中方差比為5206，相關系數為097，確定系數=0.95。由回歸方程可知，苞葉含水量、穗粗、穗行數、百粒質量、籽粒脫水速率這5個農藝性狀可以解釋95%的因變量變異，苞葉含水量、穗粗對收獲期籽粒含水量的作用為正，穗行數、百粒質量、籽粒脫水速率對收獲期籽粒含水量的作用為負(表4)。

表4 收獲期籽粒含水量(y)與主要性狀(x)回歸模型系數

2.4 收獲期籽粒含水量與主要性狀的通徑分析

通徑分析結果(表5)表明，由簡單相關系數可知對收獲期含水量起正向貢獻的為苞葉含水量>穗粗>百粒質量>穗行數；籽粒脫水速率起負向貢獻作用。

表5 收獲期籽粒含水量與主要性狀的通徑系數

各性狀對收獲期籽粒含水量直接貢獻的大小依次為籽粒脫水速率(-0.60)>穗粗(0.34)>苞葉含水量(0.33)>穗行數(-0.20)>百粒質量(-0.19)。

2.4.1 苞葉含水量() 苞葉含水量通過穗粗、籽粒脫水速率對收獲期籽粒含水量的間接作用均為正值， 分別為0.16、0.42； 通過穗行數、百粒質量對收獲期籽粒含水量的作用為負值，但是數值僅為-0.04、-0.08，相比正效應可以忽略不計，與直接作用互作使苞葉含水量對收獲期籽粒含水量的效應提高到0.79，由此推斷出降低苞葉含水量，收獲期籽粒含水量也隨之下降。

2.4.2 穗粗() 穗粗通過苞葉含水量、籽粒脫水速率對收獲期籽粒含水量的間接作用均為正值，分別為0.16、0.36；通過穗行數、百粒質量對收獲期籽粒含水量的間接作用為負值，分別為-0.02、-0.16，與正向效應比，數值相對較小，加上穗粗的直接作用為0.34，最終使穗粗對收獲期籽粒含水量的效應提高到0.68，可以看出穗粗變細有利于降低籽粒含水量。

2.4.3 穗行數() 通過百粒質量的間接作用為負值，數值為-0.01，與正效應相比微乎其微。直接與間接效應數值接近，說明降低穗行數對降低收獲期籽粒含水量的作用不太明顯。

2.4.4 百粒質量() 通過苞葉含水量、穗粗、籽粒脫水速率對收獲期籽粒含水量的間接效應為正值，分別為0.14、0.28、0.26，而穗行數對收獲期籽粒含水量的作用為負值，僅為-0.01，與正效應相差太多。直接效應為負值，但與間接效應差距較大，最終使百粒質量對收獲期籽粒含水量的效應提高到0.48，說明百粒質量越大，收獲期籽粒含水量越高。

2.4.5 籽粒脫水速率() 通過苞葉含水量、穗粗對收獲期籽粒含水量的作用為負值，分為-0.23、-0.21，穗行數、百粒質量對收獲期籽粒含水量的作用為正值，為0.04、0.08，正效應與負效應相比作用較小，直接作用為-0.60，結果使籽粒脫水速率對收獲期籽粒含水量的效應提高到-0.91。

3 結論與討論

黃淮海夏玉米種植區受小麥、玉米一年兩熟種植模式的影響，玉米生長期間熱量資源緊缺，籽粒機收推廣難度很大。因此，篩選與選育收獲期籽粒含水量低、產量穩的玉米品種是育種工作者面臨的嚴峻問題。

相關研究表明，籽粒脫水速率是影響收獲期籽粒含水量的主要因素之一，該性狀是可以遺傳的，并且不同品種間呈顯著性差異，籽粒脫水速率與穗部性狀諸如穗長、穗粗、苞葉的松緊度、苞葉長短、苞葉層數、果皮透性等密切相關，弄清現階段主栽玉米品種籽粒含水量與主要農藝性狀的關系對篩選與選育收獲期籽粒含水量低或脫水快的玉米品種具有指導作用。前人對收獲期籽粒含水量的影響因素研究中，主要集中在栽培模式對收獲期籽粒含水量的影響方面，本研究采用相關性分析、逐步回歸分析、通徑分析從穗部性狀、生育期、產量性狀方面進一步研究與收獲期籽粒含水量的關系。

對8個玉米品種的14個性狀進行了多重比較，行粒數沒有達到顯著性水平，其他13個性狀直接存在真實性差異，可以進一步做相關性分析與回歸分析。相關分析是2個變數間的關系是一種共同變化特點，相關系數反映了2個性狀之間的密切程度，并測驗其顯著性。本研究結果發現，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數、散粉期、穗粗、百粒質量、產量與收獲期籽粒含水量存在顯著或極顯著的正相關關系；籽粒脫水速率起負向貢獻，速度越快，籽粒含水量越低，這與張樹光等的研究結果基本一致。

在實際應用中，回歸關系可以通過回歸分析、根據試驗數據得到一個表示隨的改變而改變的回歸方程。在自變量很多時，有的變量可能對因變量的影響不是很大，而且之間不是相互獨立的，可能存在互作關系，在這種情況下，進行因子的篩選，這樣建立的回歸模型預測效果更好。本研究通過采用逐步回歸分析，自動剔除了統計分析中的不顯著性狀，13個農藝性狀中苞葉含水量、穗粗、穗行數、百粒質量、籽粒脫水速率這5個農藝性狀可以解釋95%的因變量變異。通徑分析可用于分析多個自變量與因變量之間的線性關系，是回歸分析的拓展。本研究發現，穗行數、百粒質量的簡單相關系數與直接通徑系數差別很大，由于各個性狀之間存在相互作用，依靠單一的簡單相關系數不能客觀地評價某一個性狀對收獲期籽粒含水量的影響，通徑分析可以直觀反映各個性狀與收獲期籽粒含水量的關系，這與閆淑琴等的研究結果一致。

本研究發現，在不影響產量情況下，為獲得收獲期籽粒含水量低的品種，應重點選育田間籽粒脫水速率快、苞葉含水量低、穗粗較細及百粒質量稍低的材料。