新疆近20年來審定玉米品種主要性狀的演變分析

田慧娟 胡夢婷 楊凱智 張丹

摘要：為初步探明多年來新疆審定玉米品種的演變更替規律，將近20年審定的玉米品種數據進行分析，對未來的育種工作方向以及預測提供一定的參考。從1998—2022年間新疆審定的341份玉米品種信息中整理出普通玉米282份，對其15個主要性狀進行方差分析、線性回歸分析、相關性分析及因子分析。結果表明，不同品種生育期、株高、穗位高等10個性狀在年際間差異顯著或極顯著。隨著年份更替，年均株高、百粒質量、產量、容重、粗淀粉含量顯著上升，年均穗行數、行粒數、粗蛋白含量、粗脂肪含量顯著下降，年均生育期、穗位高、總葉片數、穗長、穗粗、出籽率變化不顯著。相關性分析結果表明，產量與大部分性狀呈正相關，各性狀間存在復雜的相關性，生產中需合理利用各性狀間的相互關系進行協同改良。因子分析結果表明，株高、行粒數、穗長、粗蛋白含量、容重、穗行數、出籽率和粗脂肪含量是新疆審定玉米品種的主要參考要素。新疆審定玉米品種在20年間向高植株、高容重、高粗淀粉含量、少穗粒數、低蛋白含量、低脂肪含量的趨勢發展，整體產量上升但營養品質性狀中粗蛋白含量、粗脂肪含量呈現下降趨勢。未來品種選育中，建議合理控制株高，適當延長生育期，充分結合現代生物技術手段以協調品質性狀組成成分間的關系，進而選育高產、優質、籽粒高營養的玉米品種。

關鍵詞：新疆；玉米品種；演變；相關性分析；因子分析

中圖分類號：S513.02 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）16-0054-08

收稿日期：2022-11-18

基金項目：國家自然科學基金（編號：31760388）；塔里木大學-華中農業大學聯合基金（編號：TDHNLH201603）。

作者簡介：田慧娟（2000—），女，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向為作物遺傳育種。E-mail：wmzthj@163.com。

通信作者：張 丹，博士，副教授，研究方向為玉米種質資源的研究與利用。E-mail：zdzkytd@163.com。

玉米（Zea mays L.）營養價值較高，是世界上重要的糧食作物之一。玉米作為我國高產糧食作物，同時是畜牧業、養殖業、化工業等不可或缺的原料，在保障國家糧食安全方面有著重要的戰略地位^［1］。新疆作為我國農業大省，有著得天獨厚的自然環境，南北疆氣候差異大、光熱資源豐富，是西北灌溉玉米的主產區^［2-3］。2021年新疆玉米播種面積達到105.11萬hm²，單位面積產量為13 250.1 kg/hm²，較2020年單產增加了337.95 kg/hm^2［4］。新疆自1998年起至2022年先后共選育并審定玉米品種341份（不包括2022年引進品種），其中普通玉米282份、飼料玉米21份、特種玉米38份。這些新品種的審定為新疆玉米提質增產奠定了良好的基礎。

品種改良對玉米生產潛力和單產提高有著重要作用，對已審定的玉米品種進行分析有助于判斷未來玉米育種的趨勢^［5］。對部分省份的玉米審定品種進行分析并提出育種建議的分析已有所報道^［6-8］，而新疆歷年來審定玉米品種的農藝、產量、品質性狀演變規律分析還未見報道。因不同省份地理位置不同，氣候、地域等存在差異，審定的品種代表性狀有所不同，因此很有必要對新疆已審定玉米品種進行分析。

本研究收集了1998—2022年新疆341份審定玉米的品種信息，對282份普通玉米15個性狀進行分析，初步探明多年來新疆審定玉米品種的演變更替規律，并對未來的育種工作方向以及預測提供一定的參考。

1 數據來源與處理方法

1.1 數據來源

通過中國種業大數據平臺（http：//202.127.42.47：6010/SDSite/Home/Index）、中國玉米品種系譜數據庫（http：//maizedata.cn/）、中國種業商務網（https：//www.chinaseed114.com/seed/pzdq/）、國家統計局（stats.gov.cn）等網站收集新疆1998—2022年間公布的審定玉米品種的數據信息。

1.2 數據處理

使用Office 2021對收集到的341份審定玉米品種信息進行整理，使用IBM SPSS Statistics 25.0判斷341份材料的分類以及趨勢，并利用Origin 2022繪圖。從中選取282個普通玉米品種，對其生育期、株高、穗位高等15個性狀進行整理分析。對給定范圍的數據取其中值；對產量性狀取生產試驗（若無生產試驗則取區域試驗）數據；對于缺失數據，線性回歸與方差分析時以缺失表示，相關性分析和因子分析時以均值填充^［9］。

利用IBM SPSS Statistics 25.0對表型數據進行標準化處理后，進行線性回歸與方差分析、變異系數分析、相關性分析、因子分析。利用Origin 2022繪制線性回歸與方差分析圖、變異系數圖、相關性熱圖；方差分析與回歸分析，置信區間以P<0.05為顯著、P<0.01為極顯著；相關性分析使用皮爾遜檢測法。

2 結果與分析

2.1 審定品種來源、類型及數量分析

審定品種統計分析結果表明，1998—2022年間新疆共計審定玉米品種341份，參與選育的單位達133家，各審定品種名稱及選育單位見表1（僅列出選育品種數量大于10的選育單位及其審定品種名稱）。其中，新疆農墾科學院審定的品種為22份，新疆農業科學院糧食作物研究所和新疆新實良種股份有限公司選育品種各為13份，新疆廣宇科技發展有限公司選育品種為12份，新疆華西種業有限公司和昌吉州登海種業有限公司選育品種各為11份，可見新疆審定的玉米品種來源多為本地選育公司或科研院所。

由圖1可知，341份審定品種中，普通玉米品種數量為282份，占82.7%；青貯玉米21份，占6.2%；特種玉米（甜玉米、糯玉米、甜糯玉米和爆裂玉米）38份，占11.1%。因近年審定普通玉米品種所占比例較高，所以選取282份普通玉米品種進行后續分析。24年間，1999年、2001年、2019年與2020年未審定品種，審定品種最少的年份為2000年和2002年，分別僅有1份；2022年最多，審定品種111份。2002—2006年、2009—2011年、2015—2017年、2013—2014年呈緩慢上升趨勢，2021—2022年呈現大幅度上升。而2006—2009年、2014—2016年與2017—2021年則呈緩慢下降趨勢。近年來審定品種數量的不斷上升與本地的玉米機械化發展呈現良好的發展態勢密不可分^［10］。

2.2 農藝、產量、品質性狀表現及其演變分析

2.2.1 農藝性狀隨年份更替的變化 對審定的282份普通玉米的農藝性狀進行分析，結果（圖2）表明，生育期在不同年份間差異極顯著（P<0.01），年均生育期隨年份迭變基本不變，所有品種平均生育期為112.8 d，其中生育期最長的品種為美聯102

（133.6 d），最短的為新玉82號（81.8 d）。株高在年際間差異極顯著（P<0.01），年均株高隨年份迭變顯著增長（P<0.05），品種間平均株高為 274.46 cm，最低的為新玉9號（175 cm），最高的為新玉102（362 cm）。穗位高在不同年份間存在顯著差異（P<0.05），年均穗位高隨年份迭變基本不變，品種間平均穗位高為111.31 cm，穗位高最高的品種是新玉44號（175 cm），最低的是新玉10號（60 cm）。穗位比（穗位高占株高的比例）在不同年份間差異極顯著（P<0.01），年均穗位比隨年份迭變顯著降低（P<0.05）。總葉片數在年際間差異顯著（P<0.05），年均總葉片數隨年份更迭基本不變。生育期、株高、穗位高、總葉片數4個性狀在不同年份間存在不同的表型變異；平均變異系數最大的是穗位高（15.02%），其次是生育期（12.79%）、株高（8.54%）、總葉片數（7.75%）。

2.2.2 產量性狀隨年份更替的變化 282份審定玉米品種7個產量性狀分析結果見圖3。 穗粗、穗行數、行粒數與出籽率在不同年份差異均未達到顯著水平，其中年均穗粗與年均出籽率隨年份更替基本保持不變。穗長在不同年份間差異顯著（P<0.05），年均穗長隨年份迭變基本不變，年均穗長最長的是新玉44號（25 cm），最短的為新玉87號（13.6 cm）。百粒質量在不同年份間差異極顯著（P<0.01），年均百粒質量隨年份更替顯著上升，年均百粒質量最小的是新玉87號（19.445 g），最大的是杰農628（45.6 g）。產量在不同年份間差異極顯著（P<0.01），且隨年份迭變呈極顯著增長（P<0.01），最低的品種是新玉82號（6 514.5 kg/hm²），最高的是天育108（21 163.5 kg/hm²），年際間平均產量最高的是2022年，其104個品種平均產量為 15 315.26 kg/hm²。以上7個性狀中，以產量的變異程度最高，平均變異系數達22.98%，其他性狀變異程度均較小。

2.2.3 品質性狀隨年份更替的變化 由圖4可見，粗蛋白含量在年際間差異不顯著，年均粗蛋白含量隨年份更迭有下降趨勢。容重在年際間差異極顯著（P<0.01），年均容重隨年份迭變極顯著增加。粗脂肪含量在年際間差異顯著（P<0.05），年均粗脂肪含量隨年份迭變顯著下降。粗淀粉含量在年際間差異極顯著（P<0.01），年均粗淀粉含量極顯著上升。容重、粗蛋白含量、粗淀粉含量、粗脂肪含量這4個性狀在不同年份間變異程度各不相同，平均變異系數最大的是粗脂肪含量（11.82%），其次依次為粗蛋白含量（9.27%）、粗淀粉含量（3.26%）、容重（3.02%）。

2.3 各個性狀的相關分析

對282份審定玉米品種的15個性狀進行相關性分析，結果（圖5）表明，玉米生育期與株高、穗位高、總葉片數、穗長、穗粗、穗行數、行粒數、百粒質量、容重、粗淀粉含量、產量呈極顯著正相關；與粗脂肪含量呈極顯著負相關。表明生育期延長，會使株高、穗位高、穗長、穗粗、總葉片數、穗行數、行粒數、百粒質量、容重、粗淀粉含量、產量增加，而粗脂肪含量會降低。株高與穗位高、總葉片數、穗長、產量等9個性狀均呈極顯著正相關；與粗脂肪含量呈極顯著負相關。穗位高與總葉片數、穗長等10個性狀呈極顯著正相關；與粗脂肪含量呈極顯著負相關。穗位高影響玉米抗倒伏性、植株形態、穗部形態等進一步影響性狀表現。在穗部性狀中，穗粗、穗行數、百粒質量均與產量呈正相關。在品質性狀中，容重與粗淀粉含量呈正相關但與粗脂肪含量呈負相關；粗蛋白含量與粗脂肪含量呈正相關但與粗淀粉含量呈負相關；粗脂肪含量與粗淀粉含量呈負相關。可見容重、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗淀粉含量之間關系復雜，可利用正向相關進行協同改良，也可利用其負向相關控制某些性狀。

2.4 審定玉米品種各性狀的因子分析

對282個審定玉米品種的15個性狀進行KMO和Bartlett檢驗，結果顯示，KMO=0.843，大于0.6；Bartlett檢驗P<0.05，表明數據適合進行因子分析。根據玉米性狀的特征值、貢獻率（表2）以及旋轉后因子載荷矩陣（表3），提取出7個因子，這7個因子旋轉后的方差解釋率分別是25.219%、9.962%、9.768%、8.772%、8.586%、7.184%、7.162%，旋轉后累計方差解釋率為76.653%，信息提取量分布較均勻。因子1的特征值為3.783，株高載荷值最大，稱為株高因子。因子2的特征值為1.494，其中載荷值較大的是行粒數和穗長，但玉米穗長近年來隨年份變化不大，表明新疆選育玉米在向符合機收的中穗品種方面有很大空間。因子3的特征值為1.465，其中載荷值較大且為正的是粗淀粉含量，載荷值為負絕對值較大的是粗蛋白含量，這二者為品質性狀的一部分，提高粗蛋白含量粗淀粉含量會減少，提高粗淀粉含量粗蛋白含量會減少，因此需根據育種目標來協調二者關系。因子4的特征值為1.316，容重和產量的載荷值較大，容重愈大，質量愈高，籽粒成熟度、飽滿度愈好，因此品種選育時要在提高產量的同時注重容重，進一步提高玉米品質。

因子5的特征值為1.288，穗行數與穗粗的載荷值較大，稱為穗行數與穗粗因子。因子6的特征值為1.078，其中載荷值最大的是出籽率，稱為出籽率因子。因子7的特征值為1.074，粗脂肪含量載荷值最大，稱為粗脂肪因子。

3 討論

3.1 玉米品種應用和選育趨勢

玉米作為全球重要的糧食作物，國外玉米育種經歷了混合選擇改良階段、雜交育種階段、轉基因育種3個階段，我國近年來育種經歷了啟蒙與創建時期、品種間雜交種選育與應用時期、雙交種的選育與應用時期、單交種的選育與應用時期，相較國外，我國玉米種業起步較晚^［9］。目前新疆地區在玉米新品種選育過程中，不僅要研究新品種的遺傳規律和性狀特點，還需深入研究其適應性和抗逆性^［11］。在育種過程中發現品種中存在的一些品質性狀差異。新疆產區的玉米品種相對集中，其品種類型和結構較為豐富，選育與推廣新品種數量和種類較多，但是存在品種結構不合理和品種同質化嚴重、品種更新慢等問題^［11］。

3.2 新疆審定玉米品種20年來的變化趨勢

株高、百粒質量、行粒數、產量、穗長、穗粗變化趨勢與前人的研究結果^［9］一致。穗行數與行粒數隨年份更替下降，百粒質量、產量卻在增加，這與種植密度的合理增加密不可分^［12］。近年來隨著機械化耕作的普及和農藥化肥管培的增強，通過耕作措施對土壤結構和質量產生影響來改良品種，也在一定程度上影響著近年來審定玉米的產量^［13-15］。葉片數變化趨勢與王令濤等的研究結果^［16］不同，可能是因為兩地間的氣候、品種、栽培環境以及栽培水平等差異造成的。容重、粗淀粉含量、粗脂肪含量、粗蛋白含量、出籽率變化與前人的研究結果^［17］一致。新疆近年審定玉米品種的穗位高隨年份迭變顯著降低，推測這與機械化收割密不可分。穗位高較低的玉米品種是符合直接機械化收割的性狀之一^［18］。張寧等通過探究不同播期對產量的影響，發現生育期延長使果穗灌漿時間延長，籽粒持續積累更多的干物質，玉米產量和品質均得到提高^［19-21］。

3.3 玉米各性狀間的相互關系及改良途徑

各性狀相關性分析結果表明，產量與株高、穗位高、總葉片數、穗長、百粒質量呈正相關，這與前人的研究結果^［9］一致。產量與穗粗、穗行數呈正相關，這與前人的研究有所不同，推測可能是因為不同品種對資源利用率不同，以及氣候差異和栽培技術不同造成的^{［16，22］}。產量與穗行數呈正相關，與種植密度合理增加有一定的關系^［23］。在品質性狀中，粗淀粉含量與粗脂肪含量和粗蛋白含量呈負相關，結合粗淀粉含量隨年份迭變顯著上升，粗脂肪含量和粗蛋白含量隨年份迭變顯著下降，可推測出新疆選育品種將選育高淀粉含量的玉米作為了品質性狀的重點。容重、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗淀粉含量間相互影響、相互制約、相互作用。應將品質性狀組成成分之間復雜關系合理協調來選育優良品種，通過提高干物質而提高產量^［24-25］。

因子分析結果顯示，株高、行粒數和穗長、粗蛋白、容重、穗行數、出籽率、粗脂肪含量這些因子是新疆選育玉米品種的主要要素。在進行玉米選育時，植株高、穗位也高的品種，玉米的抗倒伏能力會變差，近年來新疆玉米審定品種的株高與產量呈正相關，株高隨年份迭變顯著增加，故合適的植株高度和穗位高是接下來育種中要注意的^［26］。株高過高的玉米可進行蹲苗管理來增強根系生長，尤其對新疆旱區的玉米來說在增強根系生長的同時還能提高抗旱能力。粗蛋白與粗淀粉含量是第3因子主要要素，二者存在關聯性制約關系；粗脂肪含量亦作為選育品種的主要因素，三者均為品質性狀的一部分，品種選育過程中要協調好三者之間的關系，也可結合現代生物技術進行改良提高某一特定成分含量^［27-28］。

玉米在品種選育除產量和品質提升的目標外還需注意抗性和適應性的加強，如積溫、抗病性、耐瘠薄、抗倒伏等，這些因素在本質上與品種質量密切相關^［29-30］。可利用分子生物技術和常規育種結合改進育種方法、鑒定技術，提高品種的抗性和適應性。作物數量性狀的遺傳大多易受到環境的影響，故對育種條件和環境進行把控來改良品種也是新疆玉米育種中需要考慮的因素。

4 結論

綜上，新疆審定玉米品種性狀在20余年間向高植株、高容重、高粗淀粉含量、少穗粒數、低蛋白及低脂肪含量的高產量趨勢發展，整體產量上升但品質性狀中忽略了粗蛋白含量、粗脂肪含量的下降，未良好兼顧品質性狀組成成分。建議在接下來品種選育中，合理控制株高，通過進一步延長生育期以及結合現代生物技術的手段協調好品質性狀組成成分間的關系選育品種，提升籽粒品質。

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作者單位：塔里木大學農學院／南疆干旱區特色作物遺傳改良與高效生產兵團重點實驗室，新疆阿拉爾８４３３０