基于主成分和灰色關聯度分析的鮮食糯玉米組合綜合評價

魏常敏， 周文偉， 許衛猛， 邢永鋒， 宋萬友， 張傳量， 李桂芝

(河南省周口市農業科學院， 河南 周口 466000)

糯玉米(ZeamaysL. certaina Kulesh)又稱蠟質玉米、黏玉米，是普通玉米在栽培種植中產生的一種自然變異類型[1]。糯玉米籽粒中的胚乳淀粉幾乎全由支鏈淀粉組成，且富含多種維生素和賴氨酸等氨基酸，具有較高的營養價值及工業利用開發價值[2-3]。糯玉米作為一種重要的特用玉米，其用途、性質與普通玉米明顯不同，在糯玉米育種中，不僅要具有高產穩產、多抗廣適等普通玉米的優良性狀，更要兼具營養品質高、口感風味好的特點[4]。鮮食糯玉米的研究主要集中在產量和品質，強調高產優質。作物產量由多個微效基因控制，與多個農藝性狀相關[5]。目前作物雜交組合綜合評價主要有主成分分析法和灰色關聯度分析法。魏常敏等[6]對18個糯玉米中的15個性狀進行灰色關聯度分析發現，與鮮穗產量關聯度較大的性狀是鮮籽粒產量、鮮百粒重、穗長和禿尖長；王俊花等[7]通過主成分分析和聚類分析方法，篩選出8個產量高、品質優、綜合性狀好的甜玉米雜交組合；陳冰潔等[8]以5個優良鮮食型糯玉米品種為試材，對13個農藝性狀進行主成分分析，顯示前3個主成分為鮮穗產量因子、雄穗因子和禿尖長因子；張振良等[9]通過主成分分析將甜糯玉米16 個性狀降為5 個主成分，并篩選到9 個優異甜糯玉米雜交組合。河南地處中原，雨熱同期，是我國夏玉米的主產區之一，但糯玉米育種發展較慢，自育的優良品種較少，因此，篩選高產優質的鮮食糯玉米雜交組合進行評價應用顯得尤為重要。鑒于此，采用主成分和灰色關聯度分析法對23個鮮食糯玉米雜交組合的農藝性狀、產量性狀及品質性狀進行評價，探究影響糯玉米產量及品質的性狀因子，以期為糯玉米雜交組合的目標性狀選擇及綜合評價提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為河南省周口市農業科學院于2018年冬季在海南組配的23個鮮食糯玉米組合，編號為N1～N23；對照(CK)品種為蘇玉糯2號(N24)，由江蘇沿江地區農科所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 試驗于2019年在周口市農業科學院試驗基地(114.65E，33.62N)進行，試驗地前茬作物小麥。以23個鮮食糯玉米組合及對照品種蘇玉糯2號為試驗對象，采用隨機區組設計。每個糯玉米組合種植6行，行長6.7 m，行距0.6 m，種植密度為 5.25萬株/hm2，小區面積24 m2。收獲中間4行計產。6月10日播種，播前施復合肥750 kg/hm2，小喇叭口期追施尿素300 kg/hm2，其他管理同常規鮮食玉米。

1.2.2 測定指標及方法 在鮮糯玉米的最佳采收期(授粉后23 d左右)，每個小區隨機挑取10株進行考種，按《國家玉米品種試驗調查標準》調查穗長、禿尖長、穗行數、行粒數、穗粗、軸粗、產量、株高和穗位高；品質性狀包括感官品質和蒸煮品質，按國標糯玉米(NY/T524-2002)進行評價。

1.3 數據統計

采用Excel對數據進行統計分析，利用DPS進行各性狀的主成分分析和灰色關聯度分析。

2 結果與分析

2.1 鮮食糯玉米的性狀變異

從表1看出，參試組合的穗長在13.92～19.22 cm，禿尖長在0～2.06 cm，穗行數在10.0～16.0行，行粒數在25.8～38.6粒，穗粗3.60～5.18 cm，軸粗在2.40～3.40 cm，株高在168.00～255.00 cm，穗位高在74.40～122.20 cm，產量在4 620.46～7 851.14 kg/hm2，品質評分在75.00～90.00分。表明鮮食糯玉米雜交組合的性狀差異較大。各性狀的變異系數為4.60%～47.11%，其中，禿尖長的變異系數最大，品質變異系數最小；穗長和穗粗的異系數低于10%，其余處于10.09%～13.47%。可見，禿尖長選育潛力較大。

表1 供試糯玉米組合的性狀指標與變異系數

2.2 基于主成分分析的鮮食糯玉米組合評價

2.2.1 性狀指標主成分貢獻率 對糯玉米組合的10個性狀進行主成分分析，根據累計貢獻率≥85%具有代表性原則，提取出6個主成分因子，累計貢獻率達87.08%(表2)。第1主成分特征值為2.283 5，貢獻率達22.83%，權重系數最大，主要包括穗行數、穗粗和軸粗，均反映穗部粗細，因此第1主成分可以綜合為穗粗因子。第2主成分特征值為2.169 7，貢獻率達21.70%，行粒數權重系數最大，為0.558 1，因此第2主成分為行粒數因子。第3主成分特征值為1.635 2，貢獻率為16.35%，穗位高權重系數最大，因此第3主成分為穗位高因子。第4主成分特征值為1.062 9，貢獻率為10.63%，品質權重系數最大，因此第4主成分為品質因子，品質是鮮食玉米重要的指標，育種中品質與產量處于重要位置。第5主成分特征值為0.876 9，貢獻率為8.77%，穗長權重系數最大，因此第5主成分為穗長因子。第6主成分特征值為0.679 9，貢獻率為6.80%，株高權重系數最大，因此第6主成分為株高因子。

表2 供試糯玉米組合性狀指標在各主成分中的權重系數及各主成分的貢獻率

2.2.2 組合評價 以6個主成分的貢獻率為權重，構建主成分綜合評價模型：F=0.228Z1+0.217Z2+0.165Z3+0.106Z4+0.088Z5+0.068Z6(F為綜合得分，Z1～Z6為第1至第6主成分貢獻率)。從表3可知，N5的綜合得分最高，為1.828 7，綜合性狀最好；其次是N16和N6，綜合得分分別為1.1840和1.146 0。表明，N5、N6和N16糯玉米組合綜合性狀好，產量與品質俱佳。

表3 基于主成分分析的糯玉米組合的綜合得分及排序

2.3 基于灰色關聯度分析的鮮食糯玉米組合評價

2.3.1 產量和品質與農藝性狀的關聯性 從表4 看出，產量與9個農藝性狀的關聯系數為0.392 7～0.651 4，關聯系數依次為穗粗>株高>穗長>品質>行粒數>穗行數>穗位高>軸粗>禿尖長，說明穗粗和株高對產量的影響較大，軸粗和禿尖長對產量的影響較小。品質與其他9個農藝性狀的關聯系數為0.336 9～0.622 7，排序依次為產量>軸粗>穗粗>行粒數>穗長>穗位高>株高>穗行數>禿尖長，說明產量和軸粗對品質的影響較大，而穗行數和禿尖長對品質的影響較小。

表4 供試組合的產量和品質與其他農藝性狀的關聯系數

2.3.2 組合評價 以10個性狀的最大值建立參考品種，參考品種的基本特征為穗長19.22 cm，禿尖長2.06 cm，穗行數16.00行，行粒數38.60粒，穗粗5.18 cm，軸粗3.40 cm，產量7 851.14 kg/hm2，株高255.00 cm，穗位高122.20 cm，品質90.00分。指標數據經無量綱化處理后用加權平均法獲得品種的加權關聯度[10-11]，關聯度越大，表示與參考品種越接近。從表5可知，N6與參考品種的加權灰色關聯度最大，為0.897 8，其次是N5和N11，關聯度分別為0.888 1和N0.882 8。表明，N6、N5和N11糯玉米組合田間表現與參考品種接近，綜合性狀優良。

表5 供試組合與參考品種的關聯度及位次

3 結論與討論

高產優質是作物育種追求的目標，而產量和品質受到多種因素的影響，是復雜的數量性狀。主成分分析法將多個相互關聯的指標轉化為較少數量的獨立或者關聯度小的指標，簡化選擇指標，這種降維思想為綜合評價提供了有力的理論依據和技術支持[12]。灰色關聯度分析是對發展變化系統進行發展動態量化比較的分析方法，具有所需樣本小、方法簡便、信息量大等優點，在作物品種選育中廣泛應用[13]。研究采用主成分及灰色關聯度分析法對24個鮮食糯玉米組合的農藝性狀、產量性狀及品質性狀進行分析，探究影響鮮食糯玉米產量及品質的指標，并篩選優良鮮食糯玉米新組合。

研究表明，鮮食糯玉米雜交組合的性狀差異較大，各性狀的變異系數為4.60%～47.11%，變異系數最大的是禿尖長，品質變異系數最小。通過主成分分析提取鮮食糯玉米指標的6個主成分因子，依次是穗粗因子、行粒數因子、穗位高因子、品質因子、穗長因子和株高因子，每個主成分均可客觀反映所控制的性狀，累計貢獻率達87.08%。表明鮮食糯玉米產量受穗粗、株高和穗長的影響較大，與莫云錦等[14]研究結果相似。穗位高、軸粗和禿尖長對鮮食糯玉米產量的影響較小，產量、軸粗和穗粗對品質的影響較大，而株高、穗行數和禿尖長對品質的影響較小。其中，禿尖長對產量和品質的影響均較小，穗粗對2者的影響均較大，與王俊花等[7]研究結果相似。

通過主成分分析法篩選出N5、 N6和N163個綜合性狀優良的鮮食糯玉米組合，利用加權灰色關聯度分析法篩選出N6、N5和N113個優良組合。綜合主成分和灰色關聯度分析結果，最終篩選出N5和N62個綜合性狀好、產量高且品質優的鮮食糯玉米新組合。