基于主成分分析的玉米雜交組合脫水性綜合評價

doi：10.6048/j.issn.1001-4330.2024.02.007

摘" 要：【目的】綜合評價36份玉米雜交組合產(chǎn)量性狀與收獲時籽粒脫水速率快慢，篩選出籽粒脫水性快的品種，為選育高代群體育種材料提供依據(jù)。

【方法】以4份玉米自交系為測驗種，9份玉米高代系為待測系，采用 NCII不完全雙列雜交組配設(shè)計，對其籽粒脫水速率及產(chǎn)量性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分、隸屬函數(shù)、聚類分析等進(jìn)行綜合評價。

【結(jié)果】玉米雜交組合各性狀的變異系數(shù)從小到大排序依次為生育期lt;株高lt;穗粗lt;穗行數(shù)lt;軸粗lt;百粒重lt;行粒數(shù)lt;穗長lt;穗高lt;穗軸含水率lt;單株粒重lt;籽粒脫水速率lt;收獲時籽粒含水率lt;苞葉含水率lt;籽粒脫水含水率lt;禿尖長，禿尖長為64.63%、籽粒脫水含水率27.31%，生育期僅為1.39%。收獲時籽粒含水率與株高、穗粗、行粒數(shù)和生育期呈極顯著正相關(guān)。籽粒脫水速率與株高、穗粗和行粒數(shù)均呈顯著負(fù)相關(guān)，與生育期和穗軸含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)。前8個主成分的特征向量值和貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.39%。

【結(jié)論】篩選出7個脫水快利于機械收獲的玉米雜交組合。

關(guān)鍵詞：玉米；主成分；雜交組合；脫水性；綜合評價

中圖分類號：S513""" 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A"" "文章編號：1001-4330（2024）02-0318-08

收稿日期（Received）：

2023-06-29

基金項目：

新疆維吾爾自治區(qū)天山青年基金項目（2019Q097）；伊犁哈薩克自治州科技攻關(guān)項目“制種玉米肥水調(diào)節(jié)關(guān)鍵技術(shù)研究與應(yīng)用”（YZ2022B008）

作者簡介：

楊明花（1983-），女，四川威遠(yuǎn)人，副研究員， 碩士，研究方向為玉米遺傳育種及栽培，（E-mail）xjymh123@163.com

通訊作者：

彭云承（1965-），男，安徽臨泉人，推廣研究員，研究方向為玉米育種及栽培，（E-mail）382262338@qq.com

0" 引 言

【研究意義】玉米是我國播種面積和總產(chǎn)量較高的糧食作物［1-3］，但玉米生產(chǎn)全程機械化程度較低，制約了玉米產(chǎn)業(yè)化發(fā)展［4］，影響玉米機收籽粒主要因素是玉米收獲時籽粒含水量［5］，玉米莖稈嚴(yán)重倒伏和籽粒含水量高是目前主要阻礙因子［6］。與玉米籽粒脫水相關(guān)農(nóng)藝性狀中，直接影響籽粒脫水速率的是穗部性狀［7］?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】玉米籽粒脫水速率與苞葉數(shù)量［8］、苞葉厚度［9］、苞葉長度［10］、穗粗［11］、軸粗、含水量［12］、生育期［13］、穗位［11，14］等性狀關(guān)系密切?！颈狙芯壳腥朦c】收獲期籽粒含水量是影響籽粒機收的重要因素，前人研究主要以親本及雜交組合作為供試材料，各研究的玉米穗部指標(biāo)不盡相同，多集中于測產(chǎn)考種指標(biāo)，沒有較一致的結(jié)論。機械化直接收獲玉米籽粒是目前亟待解決的難題，玉米果穗脫水特性成為研究重點。【擬解決的關(guān)鍵問題】試驗以4份玉米自交系為測驗種，9份玉米高代系為待測系，采用NCII不完全雙列雜交組配設(shè)計，對其36個雜交組合的籽粒脫水速率及產(chǎn)量性狀進(jìn)行相關(guān)性、主成分、聚類分析，并進(jìn)行綜合評價，為篩選脫水速率快的玉米雜交種資源和新品種選育提供理論依據(jù)。

1" 材料與方法

1.1" 材 料

試驗于2020～2021年在新疆伊犁哈薩克自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所試驗地（43°93′N，81°38′E）進(jìn)行。9份經(jīng)群體混粉選育的S7高代選系，分別為S7-1、S7-2、S7-3、S7-4、S7-5、S7-6、S7-7、S7-8和S7-9，4份測驗種，分別1、2、3和4。

1.2" 方 法

1.2.1" 試驗設(shè)計

采用不完全雙列雜交設(shè)計，母本為測驗種，父本為被測系，2020年在雜交組配得到36份組合，2021年4月將36份雜交組合種植于試驗基地。采用隨機區(qū)組設(shè)計，2 行區(qū)，3 次重復(fù)，行長5 m，株距16 cm，田間管理同大田管理。

對36份玉米雜交組合的株高、穗高、穗長、禿尖長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、軸粗、百粒重、生育期、單株粒重、苞葉含水率、穗軸含水率、籽粒脫水含水率、籽粒脫水速率和收獲時籽粒含水率等16個性狀進(jìn)行主成分分析。

1.2.2" 測定指標(biāo)

1.2.2.1" 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

測定指標(biāo)：玉米收獲期測量穗長、穗粗（中間位置）、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒重等產(chǎn)量性狀。

1.2.2.2" 果穗水分性狀

果穗測定參考趙寬厚［15］。

計算參考王平［16］公式。

1.3" 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel2003進(jìn)行數(shù)據(jù)整理，采用DPS7.05和SPSS22.0進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

2" 結(jié)果與分析

2.1" S7高代選系雜交組合成熟后籽粒脫水速率與農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)

研究表明，雜交組合的主要農(nóng)藝性狀和果穗含水率的變化均存在豐富的變異，各指標(biāo)變異較大。其中禿尖長和籽粒脫水含水率的變異系數(shù)分別為64.63%和27.31%，變異系數(shù)較大，生育期的變異系數(shù)最小的，僅為1.39%。玉米雜交組合各性狀的變異系數(shù)從小到大排序依次為生育期lt;株高lt;穗粗lt;穗行數(shù)lt;軸粗lt;百粒重lt;行粒數(shù)lt;穗長lt;穗高lt;穗軸含水率lt;單株粒重lt;籽粒脫水速率lt;收獲時籽粒含水率lt;苞葉含水率lt;籽粒脫水含水率lt;禿尖長。表1

2.2" S7高代選系雜交組合后代成熟后籽粒含水率與農(nóng)藝性狀的相關(guān)性

研究表明，收獲時籽粒含水率與株高（0.524**）、生育期（0.502**）、穗粗（0.401*）、行粒數(shù)（0.376*）呈顯著正相關(guān)。籽粒脫水速率與株高（-0.349*）、穗粗（-0.375*）和行粒數(shù)（-0.302*）均呈顯著負(fù)相關(guān)，與生育期（-0.607**）和穗軸含水率（-0.429**）呈極顯著負(fù)相關(guān)。單株粒重與穗長（0.458**）、行粒數(shù)（0.459**）呈極顯著正相關(guān)，百粒重與穗長（0.465**）、穗粗（0.457**）、行粒數(shù)（0.641**）呈極顯著正相關(guān)，行粒數(shù)與株高（0.329*）、穗粗（0.352*）均呈顯著正相關(guān)，行粒數(shù)與穗長（0.571**）呈極顯著正相關(guān)，株高與穗高（0.536**）呈極顯著正相關(guān)。表2

2.3" S7高代選系雜交后代成熟后籽粒含水率與農(nóng)藝性狀的主成分

研究表明，提取了前8個主成分的特征向量值和貢獻(xiàn)率，累計貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.39%，其中第1主成分貢獻(xiàn)率最大，為23.19%。其次為第2主成分貢獻(xiàn)率為15.45%，第3主成分貢獻(xiàn)率為12.77%，第4主成分貢獻(xiàn)率為11.11%，第5主成分貢獻(xiàn)率為6.98%，第6主成分貢獻(xiàn)率為6.26%，第7主成分貢獻(xiàn)率為5.79%，第8主成分貢獻(xiàn)率為4.84%，特征值分別為3.71、2.47、2.04、1.78、1.12、1、0.93和0.78。第1主成分貢獻(xiàn)包括行粒數(shù)，第2主成分貢獻(xiàn)主要是軸粗，第3主成分貢獻(xiàn)主要是穗行數(shù)，第4主成分貢獻(xiàn)主要是穗軸含水率，第5主成分貢獻(xiàn)主要是穗長，第6主成分貢獻(xiàn)主要是成熟時穗軸含水率，第7主成分貢獻(xiàn)包括禿尖長，第8主成分貢獻(xiàn)主要是籽粒脫水含水率。表3

2.4" 不同玉米品種綜合指標(biāo)權(quán)重及綜合評價

研究表明，16個性狀綜合指標(biāo)的權(quán)重分析值分別為：0.27、0.18、0.15、0.13、0.08、0.07、0.07和0.06，采用公式D =∑nj = 1［U（X1）× W1］計算，36個雜交組合的綜合性評價指數(shù)D值，并對各性狀的綜合性強弱進(jìn)行排序。其中組合3×S7-9的D值最大，為0.78，綜合指標(biāo)最強，組合1×S7-6的D值最小，為0.25，其綜合指標(biāo)最差。遺傳距離為10.0時，可將36個組合供試材料分為3類， 11、16、20、23、27、31和32為脫水性快的7個組合；雜交組合4、5、6、10、12、15、17、28、29和35為脫水性慢的10個組合；組合1、2、3、7、8、9、13、14、18、19、21、22、24、25、26、30、33、34和36為脫水性中等的19個組合。表3，表4，圖1

3" 討 論

3.1

籽粒脫水是指玉米生理成熟后籽粒含水量逐漸下降的過程［5］，在生理成熟后期，籽粒脫水速率較快的玉米更益于機械化收割，因此籽粒脫水較快也是適宜機械化收獲玉米品種應(yīng)具備的特征之一。在玉米育種工作中，應(yīng)用了較多數(shù)量性狀［17］，有關(guān)生理成熟后籽粒脫水速率與產(chǎn)量性狀的研究較多，但觀點各異，李璐璐等［18］指出果穗粒數(shù)與脫水速率呈顯著負(fù)相關(guān)。Purdy等［19］提出果穗較小有利于籽?？焖倜撍?，研究結(jié)果表明行粒數(shù)與生理成熟后籽粒脫水速率呈極顯著負(fù)相關(guān)，與前人結(jié)果基本一致。較少的籽粒有利于籽粒脫水，與大穗高產(chǎn)并不矛盾。同時也具有穗粒數(shù)少、籽粒小的特點。

3.2

張樹光等［20］研究表明，不同熟期的600余份玉米，顯示穗粗和軸粗的增加，籽粒含水量也隨之增加。呂香玲［21］和閆淑琴等［12］研究顯示玉米籽粒脫水速率與穗粗負(fù)相關(guān)，而楊村［22］指出，穗粗與生理成熟時籽粒脫水速率呈正相關(guān)。張立國等［23］研究表明，穗粗與玉米生理成熟后籽粒脫水速率之間均表現(xiàn)為顯著或極顯著正向相關(guān)。張采波等［24］研究表明育種策略上應(yīng)選擇苞葉層數(shù)較少，苞葉、穗軸含水量較低。研究收獲時籽粒含水率與穗粗呈極顯著正相關(guān)。成熟后籽粒脫水速率與穗粗均呈顯著負(fù)相關(guān)，與張樹光［20］、呂香玲［21］、閆淑琴等［12］研究結(jié)果一致，與楊村［22］、張立國等［23］結(jié)果不一致，與選擇的玉米雜交組合不一樣有關(guān)。

4" 結(jié) 論

籽粒脫水速率與穗軸含水率呈極顯著負(fù)相關(guān)，脫水快、易脫粒的品種可選擇穗軸較細(xì)、粒數(shù)相對少、穗軸含水率相對較低的材料。前8個主成分的特征向量值和貢獻(xiàn)率達(dá)到了86.39%。

根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率大小，篩選出11、16、20、23、27、31和32為脫水性較快的7個組合。

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Comprehensive evaluation of dehydration of maize hybrid combinations based on principal component analysis

YANG Minghua，LIAO Biyong，LIU Qiang，F(xiàn)ENG Guorui，Dawulai Jiekeshan，Buayixiamu Namanti，LIU Qi，Aierjuma Tuluhan，PENG Yuncheng

（Institute of Agricultural Sciences of Ili Prefecture， Yining" Xinjiang 835000，China）

Abstract：【Objective】 To study the yield traits of 36 maize hybrid combinations and do a comprehensive evaluation of the rate of grain dehydration at harvest in the hope of selecting the varieties with fast grain dehydration，for the breeding of sports materials of high generation group.

【Methods】 Using 4 maize inbred lines as test species and 9 maize high generation lines as pending test lines， NCII incomplete double-diallel hybrid group was adopted to comprehensively evaluate the correlation， principal component， membership function and cluster analysis of grain dehydration rate and yield characters.

【Results】" The results showed that the order of variation coefficients of various characters in the hybrid combination was as follows：growth period lt; plant height lt; ear diameterlt;number of rows per ear lt; shaft diameter lt;hundred-grain weight lt; number of grains per row lt; ear length lt; ear height lt; corncob water content lt; single grain weight lt; grain dehydration rate lt; grain water content at harvest lt; bract water content lt; grain dehydration water content lt; bald tip length; and the bald tip length was 64.63% and grain dehydration water content was 27.31%，the growth period was only 1.39%.The grain water content at harvest was positively correlated with plant height， ear diameter， grain number per row and growth period.The grain dehydration rate after maturity is significantly negatively correlated with plant height， ear diameter， grain number per row and growth period was extremely significantly negatively correlated with the corncob water content at maturity.The characteristic vector-value and contribution rate of the first eight principal components reached 86.39%.

【Conclusion】" According to the contribution rate of each comprehensive index， based on the comprehensive index of cluster analysis， 7 hybrid combinations with fast dehydration have been selected， which is conducive to mechanical harvest.These excellent combinations have utilization value in breeding.

Key words：corn; principal component; hybrid combination; dehydration property; comprehensive evaluation

Fund projects： The Tianshan Youth Fund Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region（2019Q097）；The S amp; T Research Project of Yili Kazak Prefecture \"Research and Application of Key Technology of Fertilizer and Water Regulation in Seed Maize\" （YZ2022B008）

Correspondence author：PENG Yuncheng（1965-），male， from Linquan， Anhui， extension researcher，research direction：maize breeding and cultivation，（E-mail）382262338@qq.com