襄陽市夏玉米品種遺傳多樣性分析和綜合評價

郭 莉，馬現斌，李新彥，胡 飛

（襄陽市農業科學院，湖北 襄陽 441057）

黃淮海夏播玉米（Zea maysL.）區是中國主要的夏玉米生產區［1，2］，襄陽市位于黃淮海夏播玉米區的最南端，麥茬后夏播玉米全生育期氣候多呈現持續高溫、干旱，梅雨季節天氣又陰雨連綿、高溫高濕，夏播玉米氣候較為惡劣［3-5］，對夏播玉米品種極具考驗性，高產優質抗病的夏玉米品種越來越受到該地育種和推廣部門的重視。然而關于該地夏玉米品種遺傳多樣性和綜合評價的研究較少。本研究通過對襄陽市種子市場上推廣應用較好的20 個夏玉米品種的13 個農藝性狀遺傳多樣性的分析并對其進行綜合評價，以期充分了解和評價各夏玉米品種的優良特性和綜合表現，進而篩選出適宜在襄陽市種植的夏玉米品種，為該地選育、推廣優良夏玉米品種提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 材料

供試夏玉米品種20 個，為襄陽市種子市場上推廣應用較好的品種，品種及其來源詳見表1。

表1 20 個夏玉米品種及其來源

1.2 試驗設計

試驗地點設在襄陽市襄州區黃集鎮古驛鎮張坡村。各玉米品種于2022 年6 月1 日夏播，密度為67 500 株/hm2，行距0.67 m，株距0.22 m，行長6 m，小區面積12 m2。參試品種每個品種種植3 行，采取隨機區組排列，3 次重復。小型開溝機開溝播種，底肥施750 kg/hm2復 合 肥（N、P2O5、K2O 的 含 量 均 為15%），整個生育期灌水3 次，化學除草殺蟲1 次，試驗田管理水平略高于大田生產管理。

1.3 測量性狀與方法

植株生長期間，適時調查記載各夏玉米品種穗位高（X1）、株高（X2）、穗位系數（X3）等，成熟期實收各品種各小區中間1 行，連續取20 株果穗，記錄實收果穗數和株數，將各果穗樣本風干，脫粒前取10 穗考種，測定穗長（X4）、果穗直徑（X5）、禿尖長（X6）、穗行數（X7）、行粒數（X8）、風干后脫粒稱量小區（12 m2，下同）果穗重（X9）、小區（12 m2，下同）子粒重（X10）、百粒重（X11）等，計算出子率（X12），折算為公頃產量，即單產（X13）。各性狀具體調查方法參照《國家玉米品種試驗調查標準》。

1.4 統計分析

采用Excel 2013 軟件錄入、整理數據；數量性狀的遺傳多樣性指數計算，先根據各性狀的平均觀測值（G）和標準差（σ），按照G±kσ（其中k＝0、0.5、1.0、1.5、2.0）將各性狀觀測值劃分為10 個等級，再按公式H′=-∑Pi×（lnPi）計算各性狀的遺傳多樣性指數，Pi表示某性狀第i等級的品種個數占總品種數的百分比；采用SPSS 25.0 軟件進行性狀變異分析、主成分分析和聚類分析。

2 結果與分析

2.1 夏玉米品種農藝性狀變異分析和遺傳多樣性分析

由參試的20 個夏玉米品種農藝性狀變異和遺傳多樣性情況（表2）可知，變異系數較大的性狀是禿尖長（X6），其是夏玉米品種結實情況最直觀的反映，不同品種表現不一，耐高溫性狀較好的、抗逆性較好的夏玉米品種禿尖短、結實相對較好；變異系數較小的是出子率（X12），各品種都在79.0%以上，說明各品種果穗商品經濟價值都尚可；在株高、穗位高及果穗穗長、果穗直徑、穗行數、行粒數等表現上，各夏玉米品種穗位、株高較低，果穗中等大小居多，果穗各性狀的變異幅度較小；各性狀的遺傳多樣性指數幅度為1.59～1.97，果穗直徑的遺傳多樣性指數最小，百粒重的遺傳多樣性指數最大。

表2 不同夏玉米品種農藝性狀變異情況

2.2 夏玉米品種農藝性狀的主成分分析

對參試的20 個玉米品種的13 個農藝性狀數據標準化后進行主成分分析，以特征值大于1.0 為標準提取主成分，提取前5 個主成分進行綜合分析，累計貢獻率達89.897%（表3），說明提取的5 個主成分能夠代表原來13 個性狀信息的89.897%，比較充分地保留了原始變量信息，所提取的成分具有一定代表性，提取的5 個主成分分別為F1、F2、F3、F4、F5。

表3 主成分分析結果

由主成分載荷矩陣和特征向量（表4）可見，其中，第一主成分特征值為4.599，方差貢獻率為35.376%，具有較高載荷的性狀有小區果穗重（X9）、小區子粒重（X10）、單產（X13），主成分F1 是3 個產量指標的綜合反映；第二主成分特征值為2.795，方差貢獻率為21.497%，具有較高載荷的性狀有穗位高（X1）和株高（X2），主成分F2 是植株性狀因子的綜合反映；第三主成分特征值為2.129，方差貢獻率為16.374%，具有較高載荷的性狀有果穗直徑（X5）、禿尖長（X6）、穗行數（X7），主成分F3 是果穗穗部因子的綜合反映；第四主成分特征值為1.138，方差貢獻率為8.758%，具有較高載荷的性狀有行粒數（X8）、百粒重（X11），主成分F4 是單穗穗粒重因子綜合反映；第五主成分特征值為1.026，方差貢獻率為7.893%，具有較高載荷的性狀有出子率（X12），主成分F5 是品種果穗商品經濟價值的綜合反映。

表4 主成分載荷矩陣和特征向量

2.3 夏玉米品種的綜合評價

根據5 個主成分系數，建立F1、F2、F3、F4、F5 的線性組合，并以每個主成分所對應的方差貢獻率作為權重系數，構建主成分綜合模型，計算品種綜合得分（F），各模型如下。

式中，F1、F2、F3、F4、F5分別為主成分F1、F2、F3、F4、F5 的得分，Xi為性狀i的標準化值，F為綜合得分。

由表5 可知，綜合評分較高的夏玉米品種有先之源66、鼎優220、沃玉3 號，這3 個品種在所測的13個性狀中綜合表現較好。

表5 主成分得分和綜合得分

2.4 夏玉米品種的聚類分析

利用SPSS 25.0 軟件對20 個品種主要農藝性狀進行聚類分析，聚類采用歐氏距離，聚類結果如圖1所示。當閾值等于8.5 時，20 個品種可以劃分為六大類，第一類有7 個品種（中玉303、鄭單958、襄玉116、先之源3257、沃玉3 號、金海13、卓科211），第二類有3 個品種（漢單777、襄玉114、襄玉109），第三類有3 個品種（MY73、豫單888、弘展899），第四類有5 個品種（隆創310、秋樂368、鼎優220、鼎優223、先之源334），第五類有1 個品種（迪卡653），第六類有1 個品種（先之源66）。各類群性狀平均數見表6，可以看出，不同類群間性狀有一定差異，其中第六類為高產類群，中高稈，果穗長且粗，禿尖較短，百粒重較高；第四類為中高產類群，中高稈，果穗較長、較粗，禿尖較長，百粒重較高；第三類為中產類群，中稈，果穗中等大小，禿尖短，結實性好。

圖1 夏玉米品種的聚類結果

表6 各夏玉米組群的主要農藝性狀

3 小結與討論

主成分分析法是利用降維將多個變量簡化成少數綜合變量的一種統計分析方法，提取主要因子，得到的權重可以反映各個因子在品種綜合性狀表現中的貢獻率，并可計算綜合效益［5-8］。主成分分析法和聚類分析法已被廣泛應用于小麥、水稻、玉米等多種作物的綜合評價方面［9-15］。本試驗利用主成分分析法綜合評價襄陽市種子市場上推廣應用較好的20個夏玉米品種在襄陽市丘陵平原的夏播性能表現，以篩選出綜合性狀表現較好的夏玉米品種，為襄陽市夏玉米生產實踐提供理論指導。本試驗結果顯示，20 個夏玉米品種的主要農藝性狀存在不同變異，其中，禿尖長的變異系數最大，在禿尖變異表現方面同一些研究學者的研究結果一樣，禿尖是所有性狀變異程度較大的一個性狀［16-19］，在育種或引種選擇中，重視果穗結實表現較容易獲得優良品種；出子率的變異系數小，說明該性狀在品種性狀選擇中的相對潛力小，現在市面上推廣較好的品種出子率一般都在80%以上，各品種相差較小；各性狀的遺傳多樣性指數幅度為1.59～1.97，果穗直徑的遺傳多樣性指數最小，百粒重的遺傳多樣性指數最大，但整體來說各性狀的遺傳多樣性指數都較小，品種遺傳變異豐富程度一般，這與張亞菲等［20］對黃淮海夏玉米品種多態性研究結果一致，襄陽市需在品種多樣性方面加大創新力度；主成分分析法提取了前5 個主成分，其累計貢獻率達89.897%，綜合排名靠前的有先之源66、鼎優220、沃玉3 號，這3 個品種綜合性狀效應值較高，可為襄陽市夏玉米品種示范、推廣提供參考。此外，因2022 年在襄陽市夏玉米整個生育期間，襄陽市夏播氣候以持續極度高溫和干旱為主，試驗中無大風大雨，各品種均無倒伏倒折，且病害發生率較低，但蟲害較為明顯，主要是玉米螟、黏蟲等為害果穗，故后續將關注這些綜合排名靠前的夏玉米品種在襄陽市的綜合抗性表現。