玉米自交系穗部性狀耐瘠性指標篩選及評價

潘中濤， 唐 谷， 陳 瑾， 趙艷花， 汪朝明

(安順市農業科學院， 貴州 安順561000)

玉米是貴州省的主要糧食作物，種植面積和產量僅次于水稻。全省有近80%的玉米種植在土壤瘠薄、有機質含量低、保水保肥能力差、有效磷鉀供給缺乏的中下等肥力土壤上。因此，選育和利用耐瘠能力強的玉米品種是保證貴州省中下等肥力土壤玉米產量提高的根本。不同玉米品種的耐瘠性不同，篩選耐瘠型玉米自交系是選育耐瘠型玉米品種的前提條件。反映玉米耐瘠性的因子很多，穗部性狀是體現耐瘠性的主要因子之一，其穗粒重、穗重、穗行數、百粒重等是玉米產量的構成因素[1]，在肥力脅迫下，各個因素都會發生相應變化。研究通過測定玉米自交系在正常施肥與肥力脅迫下幾個穗部性狀指標變化，篩選出穗部指標的主成分，探討穗部主成分在玉米自交系耐瘠鑒定中的應用，比較10個玉米自交系的耐瘠性差異，旨在為耐瘠型玉米自交系及品種的選育工作提供參考。

1材料與方法

1.1試驗材料

1.1.1 玉米自交系 10份玉米自交系分別為1043、SU65、1441、D902、異78、丹混、78599、K508、77和引-10，供試材料均由安順市農業科學院玉米研究所提供。

1.1.2 試驗土壤 試驗在安順市農業科學院盆栽試驗場進行，試驗盆栽土壤有機質0.712 5%(極缺乏)、堿解氮26.2 mg/kg(極缺乏)、有效磷5.68 mg/kg(缺乏)、速效鉀44.4 mg/kg(極缺乏)。土壤養分三要素呈缺乏或極缺乏狀態，有機質含量低，屬貧瘠土壤。

1.2試驗設計

試驗于2018年4—10月進行，采用盆栽試驗設計，每盆播3粒種子，單株留苗。以施肥后土壤的肥力狀況為處理對象，設2個處理。B1處理為高施肥區，底肥施用25 kg/667m2撒可富復合肥，追肥11.5 kg/667m2純氮(完全施肥量參照貴州省玉米區域試驗的施肥量),施肥后土壤肥力中等；B2處理為低施肥區，施肥量為B1處理的50%，即底肥為12.5 kg/667m2撒可富復合肥，追肥5.7 kg/667m2純氮，施肥后仍為下等肥力土壤。每處理2次重復。底肥一次性施用，追肥分2次進行，每次追肥量為設計追肥總量的50%，第1次于玉米5～6葉齡期、第2次于大喇叭口期用。

1.3測定指標及分析

于玉米自交系成熟期測定穗長、穗粗、禿尖、穗行數、行粒數、百粒重、單穗粒重、單穗重8個穗部性狀，通過DPS軟件進行10份自交系的8個穗部指標進行主成分分析及聚類。

2結果與分析

2.1玉米自交系的穗部性狀差異及肥力對指標的影響程度

從表1看出，相同玉米自交系在中等肥力及下等肥力土壤種植，其穗部性狀表現較大差異。土壤肥力對玉米穗部性狀指標的影響程度因品種不同而異。

2.1.1 穗部性狀指標差異 單穗粒重，B1處理10個自交系穗粒重在25.0～119.4 g,其中，以異78自交系最高，引-10最低；B2處理在12.3～68.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。穗重，B1處理10個自交系穗重在37.0～141.0 g，其中，以異78自交系最高，引-10最低；B2處理在24.0～88.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。行粒數，B1處理10個自交系行粒數在12～32粒/行，其中，以K508最高，引-10最低；B2處理在8～28粒/行，其中，以K508最高，D902最低。百粒重，B1處理10個自交系百粒重在18～49 g，其中異78最高，丹混最低；B2處理百粒重在13～38 g，其中異78最高，丹混最低。穗行數，B1處理10個自交系穗行數在10～20行/穗，其中丹混最高，77最低；B2處理穗行數在10～20行/穗，其中丹混最高，77、異78最低。穗長，B1處理10個自交系穗長在9.8～17.7 cm，其中SU65最高，丹混最低；B2處理在5.4～14.5 cm，其中SU65最高，D902最低；穗粗，B1處理10個自交系穗粗在3.7～5 cm，其中丹混最高，77、引-10最低；B2處理在3.3～4.8 cm，其中K508最高，77最低。禿尖，B1處理10個自交系禿尖在0.1～1.7 cm，其中SU65最高，1043、1441、異78、77最低；B2處理在0.1～3.8 cm，其中SU65最高，1441、丹混、77最低。

2.1.2 肥力對穗部性狀指標的影響程度 標準化值(SB)為B2肥力水平與B1全施肥水平的比值，體現土壤肥力對性狀的影響程度，SB等于1時，無影響；SB小于1時，數值越大，肥力對指標影響越小，反之，則越大；SB大于1時，數值越大，影響則越大。單穗粒重，SB在0.22～0.90，其中，以K508最高，D902最低。穗重，SB在0.29～0.92，其中，以引-10最高，D902最低。行粒數，SB在0.36～1.0，其中，以引-10最高，D902最低。百粒重，SB在0.72～0.95，其中，以1441最高，丹混最低。穗行數，SB在0.83～1.0，其中，以1043、丹混、78599、K508、77、引-10最高，異78最低。穗長，SB在0.49～0.95，其中，以引-10最高，D902最低。穗粗，SB在0.8～1.0，其中，以78599、K508、引-10最高，丹混最低。禿尖，SB在0.2～10，其中，以1043、異78最高，丹混最低。

表1不同肥力水平條件10個玉米自交系的穗部性狀指標及標準化值

2.2玉米自交系穗部性狀指標的相關性

從表2看出，單穗粒重與單穗重、行粒數呈極顯著正相關，與穗長呈顯著正相關；單穗重與行粒數呈極顯著正相關，與穗長呈顯著正相關；行粒數與穗長極呈顯著正相關，穗行數與行粒數呈極顯著正相關，與單穗粒重、單穗重呈顯著性相關；百粒重、穗長、穗粗、禿尖4項指標與其他各項指標無顯著相關性，不因其余指標的變化而受影響，具有環境穩定性。

2.3主成分分析

將在肥力脅迫下8項穗部性狀指標轉成8個主成分，經DPS處理，得到樣本相關矩陣的特征向量、特征值和積累貢獻率(表3和表4)。特征值越大，所對應的主成分變量包含的信息越大；特征向量表示每個原始變量對各個主成分因子的貢獻率[2]。結果顯示，前3個主成分累計貢獻率達86%以上，反映了原始指標中包含的主要信息。第一主成分代表單穗粒重、單穗重，第二主成分代表行粒數，第三主成分代表百粒重。單穗粒重、單穗重、行粒數、穗長與(主成分特征向量Y1)有較強的正向負荷，表現在肥力脅迫下直接影響穗重相關指標，是第一主成分的主導因子；百粒重、穗粗與Y2有較強的正向負荷，行粒數、穗行數、穗長、禿尖與Y2呈較強負向負荷，表現在肥力脅迫下穗部結實性狀指標為主成分二的主導因子；穗行數、穗長、穗粗與Y3呈較強負向負荷，禿尖與Y3呈較強正向負荷，表現在肥力脅迫下玉米果穗大小指標為第三成分的主導因子。

表2玉米自交系穗部性狀指標間的相關系數

表4主成分特征向量

2.4玉米自交系耐瘠鑒定穗部指標篩選

根據耐瘠性各項穗部性狀指標的主成分分析結果可得出，單穗粒重、單穗重、行粒數、百粒重4項指標在肥力脅迫下特征值較大，可用于玉米自交系耐瘠性鑒定，評價結果可靠性較大。

2.5玉米自交系耐瘠性聚類分析

以單穗粒重、單穗重、行粒數、百粒重4項指標為篩選耐瘠型玉米自交系穗部性狀主要指標，對10份玉米自交系進行系統聚類分析，當閾值等于0.29時，可以將10份玉米自交系分為耐瘠、較耐瘠和不耐瘠3類。耐瘠型玉米自交系材料有1043、SU65、K508、引-10、1441，其中1043與SU65表現為最耐瘠；較耐瘠型材料為異78、77、78599和丹混，其中異78與77的耐瘠性較78599和丹混強；不耐瘠型材料為D902。

圖110份玉米自交系耐瘠性聚類

3結論與討論

應用主成分分析方法，可將多個指標問題轉換成較少新的指標[3]，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[4]。對10份玉米自交系的8項穗部指標(穗長、穗粗、禿尖、穗行數、行粒數、百粒重、單穗粒重、單穗重)進行耐瘠性鑒定試驗，通過主成分分析方法，篩選鑒定耐瘠性的主要指標，并對10玉米自交系的耐瘠性進行分類。結果表明，主成分一可解釋為直接與產量相關的因子，主成分二為穗部結實性狀的相關因子；第三主成分為果穗大小的影響因子。在一定程度上，這幾項穗部指標能反映玉米自交系的耐瘠性。單穗粒重、單穗重、行粒數、百粒重4項指標在肥力脅迫下特征值較大，可同時用于玉米自交系耐瘠性鑒定。根據篩選出的4項穗部指標，對10份玉米自交系材料進行系統聚類分析，將10份玉米自交系分為耐瘠、較耐瘠和不耐瘠3類，耐瘠型有1043、SU65、引-10、K508、1441；較耐瘠型為異78、77、78599、丹混；不耐瘠型為D902。玉米自交系耐瘠性鑒定結果對今后耐瘠型玉米材料與品種的選育提供基礎材料。