襄陽市夏玉米品種遺傳多樣性分析和綜合評價

郭 莉，馬現(xiàn)斌，李新彥，胡 飛

（襄陽市農(nóng)業(yè)科學院，湖北 襄陽 441057）

黃淮海夏播玉米（Zea maysL.）區(qū)是中國主要的夏玉米生產(chǎn)區(qū)［1，2］，襄陽市位于黃淮海夏播玉米區(qū)的最南端，麥茬后夏播玉米全生育期氣候多呈現(xiàn)持續(xù)高溫、干旱，梅雨季節(jié)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(chǎn)優(yōu)質(zhì)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(guān)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(yīng)用較好的20 個夏玉米品種的13 個農(nóng)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(yōu)良特性和綜合表現(xiàn)，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(yōu)良夏玉米品種提供參考依據(jù)。

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(yīng)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(shè)計

試驗地點設(shè)在襄陽市襄州區(qū)黃集鎮(zhèn)古驛鎮(zhèn)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(qū)面積12 m2。參試品種每個品種種植3 行，采取隨機區(qū)組排列，3 次重復(fù)。小型開溝機開溝播種，底肥施750 kg/hm2復(fù) 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(chǎn)管理。

1.3 測量性狀與方法

植株生長期間，適時調(diào)查記載各夏玉米品種穗位高（X1）、株高（X2）、穗位系數(shù)（X3）等，成熟期實收各品種各小區(qū)中間1 行，連續(xù)取20 株果穗，記錄實收果穗數(shù)和株數(shù)，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(shù)（X7）、行粒數(shù)（X8）、風干后脫粒稱量小區(qū)（12 m2，下同）果穗重（X9）、小區(qū)（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(chǎn)量，即單產(chǎn)（X13）。各性狀具體調(diào)查方法參照《國家玉米品種試驗調(diào)查標準》。

1.4 統(tǒng)計分析

采用Excel 2013 軟件錄入、整理數(shù)據(jù)；數(shù)量性狀的遺傳多樣性指數(shù)計算，先根據(jù)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(shù)，Pi表示某性狀第i等級的品種個數(shù)占總品種數(shù)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(jié)果與分析

2.1 夏玉米品種農(nóng)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(nóng)藝性狀變異和遺傳多樣性情況（表2）可知，變異系數(shù)較大的性狀是禿尖長（X6），其是夏玉米品種結(jié)實情況最直觀的反映，不同品種表現(xiàn)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(jié)實相對較好；變異系數(shù)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(jīng)濟價值都尚可；在株高、穗位高及果穗穗長、果穗直徑、穗行數(shù)、行粒數(shù)等表現(xiàn)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(shù)幅度為1.59～1.97，果穗直徑的遺傳多樣性指數(shù)最小，百粒重的遺傳多樣性指數(shù)最大。

表2 不同夏玉米品種農(nóng)藝性狀變異情況

2.2 夏玉米品種農(nóng)藝性狀的主成分分析

對參試的20 個玉米品種的13 個農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)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(jié)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(qū)果穗重（X9）、小區(qū)子粒重（X10）、單產(chǎn)（X13），主成分F1 是3 個產(chǎn)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(shù)（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(shù)（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(jīng)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(jù)5 個主成分系數(shù)，建立F1、F2、F3、F4、F5 的線性組合，并以每個主成分所對應(yīng)的方差貢獻率作為權(quán)重系數(shù)，構(gòu)建主成分綜合模型，計算品種綜合得分（F），各模型如下。

式中，F(xiàn)1、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(xiàn)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(yōu)220、沃玉3 號，這3 個品種在所測的13個性狀中綜合表現(xiàn)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(nóng)藝性狀進行聚類分析，聚類采用歐氏距離，聚類結(jié)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(chuàng)310、秋樂368、鼎優(yōu)220、鼎優(yōu)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(shù)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(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)類群，中稈，果穗中等大小，禿尖短，結(jié)實性好。

圖1 夏玉米品種的聚類結(jié)果

表6 各夏玉米組群的主要農(nóng)藝性狀

3 小結(jié)與討論

主成分分析法是利用降維將多個變量簡化成少數(shù)綜合變量的一種統(tǒng)計分析方法，提取主要因子，得到的權(quán)重可以反映各個因子在品種綜合性狀表現(xiàn)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(yīng)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(yīng)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(xiàn)，以篩選出綜合性狀表現(xiàn)較好的夏玉米品種，為襄陽市夏玉米生產(chǎn)實踐提供理論指導(dǎo)。本試驗結(jié)果顯示，20 個夏玉米品種的主要農(nóng)藝性狀存在不同變異，其中，禿尖長的變異系數(shù)最大，在禿尖變異表現(xiàn)方面同一些研究學者的研究結(jié)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(jié)實表現(xiàn)較容易獲得優(yōu)良品種；出子率的變異系數(shù)小，說明該性狀在品種性狀選擇中的相對潛力小，現(xiàn)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(shù)幅度為1.59～1.97，果穗直徑的遺傳多樣性指數(shù)最小，百粒重的遺傳多樣性指數(shù)最大，但整體來說各性狀的遺傳多樣性指數(shù)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(tài)性研究結(jié)果一致，襄陽市需在品種多樣性方面加大創(chuàng)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(yōu)220、沃玉3 號，這3 個品種綜合性狀效應(yīng)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(xù)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(fā)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(xù)將關(guān)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(xiàn)。