玉米雜交種耐低溫評價及指標(biāo)篩選

摘 要：【目的】選用大田玉米雜交種，研究耐低溫能力，篩選關(guān)鍵鑒定指標(biāo)及耐低溫能力強(qiáng)的雜交種，為玉米精準(zhǔn)早播提供品種及評價和鑒定耐低溫能力提供方法參考。

【方法】選用36份玉米雜交種為試材，在大田環(huán)境下，設(shè)置1個常溫和2個低溫試驗，調(diào)查測定田間低溫和常溫條件下出苗勢、出苗率、出苗指數(shù)及平均出苗時間，共獲取8個耐低溫鑒定指標(biāo)。應(yīng)用主成分分析、聚類分析和逐步回歸分析等統(tǒng)計方法，篩選耐低溫出苗能力評價指標(biāo)，引入綜合得分值評價玉米雜交種耐低溫出苗能力。

【結(jié)果】隨著溫度的降低，出苗率、出苗勢及出苗指數(shù)隨之降低，出苗時間隨之延長。獲得2個綜合指標(biāo)累計貢獻(xiàn)率為77.965%，逐步回歸分析建立方程并篩選出5個關(guān)鍵指標(biāo)可以決定綜合得分D值的大部分變異，最后基于D值聚類分析，將36個雜交種分為4類，篩選出耐低溫出苗能力強(qiáng)的品種有6份。

【結(jié)論】篩選出可推廣種植的耐低溫能力強(qiáng)的雜交種6個，分別是航研58、和育187、新引KWS9384、新引KWS3376、華美1號、豐田14；篩選出常溫出苗勢、低溫出苗勢、低溫出苗率、常溫出苗指數(shù)和低溫出苗指數(shù)5個關(guān)鍵指標(biāo)，可用于玉米雜交種耐低溫出苗能力的高效預(yù)測評價。

關(guān)鍵詞：玉米；雜交種；耐低溫出苗；關(guān)鍵指標(biāo)；綜合得分

中圖分類號：S512 ""文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ""文章編號：1001-4330（2025）01-0110-08

收稿日期（Received）：

2024-06-21

基金項目：

新疆維吾爾自治區(qū)重點研發(fā)計劃項目（2022B02001-4）; 國家重點研發(fā)計劃項目（2021YFD1200703）;新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院青年科技骨干創(chuàng)新能力培養(yǎng)項目（xjnkq-2020010）

作者簡介：

張磊（1992-） ，男， 甘肅張掖人，助理研究員，碩士，研究方向為糧食作物抗逆，（E-mail）125006221@qq. com

通信作者：

劉成（1968 - ），女，甘肅酒泉人，研究員，博士，碩士生導(dǎo)師，研究方向為糧食作物抗逆，（E-mail）liuchengxj@126.com

0 引 言

【研究意義】低溫脅迫是影響玉米種子萌發(fā)、出苗和生長發(fā)育的主要非生物脅迫之一。玉米作為溫度敏感型作物，其最宜生長溫度為 25～28℃，最低溫度為 5～18℃［1］。新疆北疆玉米主產(chǎn)區(qū)早春溫度偏低，地溫回升緩慢，早春播種易受低溫影響，嚴(yán)重抑制種子萌發(fā)和幼苗生長［2］。近年來，隨著玉米機(jī)械化水平的逐漸提高，大面積生產(chǎn)中對種子質(zhì)量、齊苗壯苗提出了更高的要求，而全苗、齊苗壯苗的前提是種子快速萌發(fā) ［3］。因此，選擇耐低溫能力較強(qiáng)的玉米品種適時早播，可以減小低溫傷害，進(jìn)而提高單產(chǎn)。【前人研究進(jìn)展】低溫會導(dǎo)致玉米出苗率下降、幼苗生長緩慢、生育期延遲，導(dǎo)致產(chǎn)量下降［4-5］。馬延華等［6］研究表明，低溫除了嚴(yán)重影響玉米種子的發(fā)芽時間，還會對發(fā)芽勢、發(fā)芽指數(shù)也有一定的影響。Zhang等［7］研究發(fā)現(xiàn)，低溫脅迫不僅降低了玉米種子出苗率和幼苗活力，而且增加了土壤細(xì)菌致病感染的機(jī)會，嚴(yán)重降低了玉米產(chǎn)量。李波等［8］研究表明，不同玉米自交系在苗期極易受低溫危害，低溫條件下玉米幼苗耐低溫能力存在差異。【本研究切入點】近年來，新疆北疆春玉米區(qū)氣候災(zāi)害多發(fā)，播種出苗期“倒春寒”等低溫災(zāi)害嚴(yán)重，極易造成爛種爛苗、出苗不一致的情況，影響單產(chǎn)提升。選擇合適的玉米雜交種提早播種對于生產(chǎn)是非常有必要的，迫切需要開展玉米雜交種大田耐低溫研究。【擬解決的關(guān)鍵問題】在大田環(huán)境下設(shè)置1個常溫處理試驗（T1）、2個低溫處理試驗（T2、T3），選用36份玉米雜交種為材料，測定8項耐低溫出苗相關(guān)指標(biāo)，應(yīng)用主成分分析、聚類分析和逐步回歸法等統(tǒng)計方法，引入綜合得分值開展玉米品種耐低溫能力綜合評價，篩選耐低溫玉米雜交種和耐低溫鑒定指標(biāo)，為評價和篩選耐低溫雜交種提供方法參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗于2022～2023年在新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所額敏小麥育種家基地大田種植。供試材料共計36份，2022年和2023年收集新疆市場上銷售的玉米雜交種。表1

1.2 方 法

1.2.1 試驗設(shè)計

試驗設(shè)計3個處理，每個處理3次重復(fù)，每個品種4行區(qū)，行長5 m，株距0.25 m，每行21株，行距0.55 m，分別設(shè)1個適溫處理，2個低溫處理，適溫條件下（T1）：2023年大田適溫條件下5月19日覆膜播種出苗，播種后第4 d開始統(tǒng)計田間出苗，直至全部出苗；2022年低溫條件下（T2）：2022年大田低溫條件下4月10日不覆膜播種出苗，播種后第7 d開始統(tǒng)計田間出苗，之后隔3 d統(tǒng)計1次出苗數(shù)，直至全部出苗；2023年大田低溫條件下（T3）：4月10日不覆膜播種出苗，播種后第16 d開始統(tǒng)計田間出苗，之后每隔3 d統(tǒng)計1次出苗數(shù)，直至全部出苗；

1.2.2 測定指標(biāo)

出苗勢（%）=出苗數(shù)/試驗總種子量 ×100% （T1下統(tǒng)計第5 d出苗數(shù)，T2下統(tǒng)計第10 d出苗數(shù)，T3下統(tǒng)計第22 d出苗數(shù)）。

出苗率（%）=最終出苗數(shù)/試驗總種子量 ×100%。

出苗指數(shù)=∑（每天出苗數(shù)/出苗天數(shù)）。

平均出苗時間=∑（第n d新出苗數(shù)×n）/∑第n d新出苗數(shù)。

低溫綜合性狀值=（T2測定值+T3測定值）/2。

1.3 數(shù)據(jù)處理

采用Excel2016軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計處理，每個指標(biāo)的測定值均為平均值，計算綜合得分D值。

X（μ）=X-XminXmax-Xmin. （1）

Wj=Pjnj=1Pj. （2）

D=nj=1［X（μ）×Wj］.（3）

式中，X為某一指標(biāo)的測定值，Xmax為該指標(biāo)的最大值，Xmin為最小值，再將各個測定指標(biāo)的隸屬值累加，求總平均值。Wj為第j個性狀指標(biāo)在綜合指標(biāo)中的權(quán)重，Pj為第j個公因子的貢獻(xiàn)率。

采用Excel 2016和SPSS 24.0完成主成分分析、聚類分析和逐步回歸分析，利用GraphPad Prism 8.0軟件繪制直方圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同處理下氣溫基本信息

研究表明，T1處理下整個出苗期平均溫度20.15℃，覆膜播種保溫保濕，地下5 cm平均溫度25.8℃；T2處理下整個出苗期平均溫度12.7℃，地下5 cm平均溫度12.4℃；T3處理下整個出苗期平均溫度11.8℃，地下5 cm平均溫度13.4℃。T1處理下大氣平均溫度/地下5 cm溫度為20/25℃，可代表玉米常溫條件下出苗情況；T2、T3處理下整個出苗期平均溫度在10℃以上，均為適墑播種，無其他自然因素影響，開展玉米耐低溫能力鑒定評價試驗結(jié)果較為可靠。圖1

2.2 不同溫度處理對玉米雜交種出苗指標(biāo)的影響

研究表明，T1處理下出苗勢、出苗率最高，分別為66%、96%；T2和T3處理下出苗勢、出苗率比較來看，T2處理下溫度對于出苗更有利，出苗勢、出苗率分別為36%、92%；T3處理下出苗勢、出苗率最低，分別為27%、86%。圖2

T1、T2、T3處理下出苗時間分別為9.03、18.22和35.25 d；平均出苗時間分別為6.21、12.92和26.33 d；出苗指數(shù)分別為51.49、15.91和10.97。

田間低溫對玉米雜交種出苗存在一定的影響，隨著大氣溫度的降低，出苗率、出苗勢呈降低趨勢；出苗時間隨溫度降低呈延長趨勢，出苗指數(shù)隨溫度降低呈降低趨勢。圖3

2.3 主成分貢獻(xiàn)率及特征量變化

研究表明，共得到2個主成分因子，特征值分別為3.683、2.554，累計貢獻(xiàn)率為77.965%。主成分1（CI1）的貢獻(xiàn)率為46.035%，主要與低溫條件下出苗勢、出苗指數(shù)、出苗時間密切相關(guān)；主成分2（CI2）的貢獻(xiàn)率31.93%，主要與常溫條件下出苗勢、出苗指數(shù)、出苗時間密切相關(guān)。將8個出苗指標(biāo)轉(zhuǎn)化成2個新的綜合指標(biāo)。表2

2.4 綜合評價

研究表明，依據(jù)計算出玉米品種出苗指標(biāo)的綜合得分D值， D值越大，玉米品種種子耐低溫能力越強(qiáng)，反之，耐低溫能力越弱。主成分1（CI1）中，航研58值最大，航研58在CI1中耐低溫能力最強(qiáng)，主成分2（CI2）中，和育187值最大，和育187在CI2中耐低溫能力最強(qiáng)。D值排序前6的品種為航研58、和育187、新引KWS9384、新引KWS3376、華美1號、豐田14，D值范圍為1.27～1.81。表3

2.5 聚類分析

研究表明，將36份玉米雜交種分為4類。第I類屬于高度耐低溫型，有6份雜交種，包括航研58、和育187、新引KWS9384、新引KWS3376、華美1號、豐田14，D值范圍為1.27～1.81，占參試雜交種的16.7%；第Ⅱ類屬于耐低溫型，包括MC618、銀科8133等7份雜交種，D值范圍為0.75～1.07，占參試雜交種的19.4%；第Ⅲ類屬于普通型，包括Q1079、新玉85等18份雜交種，D值范圍為0.09～0.64，占參試雜交種的50%；第Ⅳ類屬于敏感型，包括美豫36、金和3507等5份雜交種，D值范圍為-0.56～-0.22，占參試雜交種的13.9%。圖4

除了常溫出苗率以外，其他出苗指標(biāo)在4個類群間均表現(xiàn)顯著或極顯著差異。第I類雜交種常溫條件下出苗指標(biāo)均顯著強(qiáng)于其他3類，第Ⅱ類雜交種低溫條件下出苗指標(biāo)強(qiáng)于其他3類，第Ⅲ類雜交種出苗指標(biāo)在常溫、低溫條件下均屬于平均水平，第Ⅳ類雜交種在常溫、低溫條件下均表現(xiàn)出較低水平。因此，在耐低溫雜交種選擇過程中，應(yīng)首選其常溫條件下出苗能力優(yōu)的，其次還需兼顧在低溫條件下有較好的出苗能力。圖5

2.6 逐步回歸

研究表明，為篩選玉米雜交種耐低溫能力的評價鑒定指標(biāo)，將綜合得分D值作為因變量，8個出苗相關(guān)性狀值作為自變量，逐步回歸分析可得最優(yōu)回歸方程：D= -5.896+0.066X5+0.075X6+1.653X1+0.729X2+0.831X4，式中 X1、X2、X4、X5和X6分別表示常溫出苗勢、低溫出苗勢、低溫出苗率、常溫出苗指數(shù)和低溫出苗指數(shù)。該方程的決定系數(shù) R2=0.997，Plt;0.000 1，5個指標(biāo)可以決定綜合得分D值的大部分變異。用該方程對雜交種綜合得分D值進(jìn)行預(yù)測，得到的預(yù)測值D’與原始值D值相關(guān)系數(shù)為0.999，因此，此方程可用于玉米雜交種耐低溫出苗能力的預(yù)測。

3 討 論

3.1 玉米雜交種大田耐低溫鑒定環(huán)境選擇

10℃是玉米生長發(fā)育的生物學(xué)溫度，但在大田真實環(huán)境下，土壤阻力、水氣溫條件等多重因素影響下，10℃并不能滿足玉米出苗的條件，研究中選擇新疆北疆4月大氣低溫環(huán)境下開展耐低溫能力鑒定試驗，2022年和2023年大田試驗整個出苗期大氣平均溫度均高于10℃，因此試驗研究中選擇的2個低溫環(huán)境用于鑒定玉米雜交種耐低溫能力較為可靠。

3.2 耐低溫雜交種綜合評價

主成分分析通過數(shù)據(jù)降維，達(dá)到用少數(shù)綜合變量表示多個變量的目的，能清除品種間固有差異，使研究結(jié)果更為準(zhǔn)確［9］。系統(tǒng)聚類分析通過將個體逐步整合，明確種間關(guān)系遠(yuǎn)近，指出品種所屬類型，得到更簡潔、直觀的評價結(jié)果［10］。近年來，主成分分析結(jié)合聚類分析用于作物表型性狀的綜合評價已廣泛應(yīng)用在各種作物上。在玉米上，麻一博等［11］以 220份玉米自交系為材料，對6個苞葉相關(guān)性狀進(jìn)行鑒定，利用主成分分析、聚類分析進(jìn)行苞葉性狀的綜合評價，將供試自交系劃分為3大

類。在耐低溫研究方面，韓登旭等［12］在大田和實驗室環(huán)境下測定了74份自交系10個耐低溫萌發(fā)能力相關(guān)指標(biāo)，運用主成分分析等多元統(tǒng)計方法綜合評價耐低溫能力，篩選出耐低溫萌發(fā)能力極強(qiáng)自交系 1 份。李波等［8］在實驗室環(huán)境下測定了91份自交系低溫發(fā)芽指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)值對自交系耐低溫能力進(jìn)行評價，篩選出耐低溫極強(qiáng)的材料6份。研究對36份玉米雜交種8個低溫出苗相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析，提取2個主成分因子，累計貢獻(xiàn)率為77.965%，利用D值綜合評價玉米雜交種耐低溫能力。結(jié)果表明，航研58、和育187、新引KWS9384、新引KWS3376、華美1號、豐田14得分值排在前列，耐低溫出苗能力強(qiáng)。利用D值聚類分析，將36份玉米雜交種分為高度耐低溫型、耐低溫型、普通型及敏感性4類，第I類雜交種常溫條件下出苗指標(biāo)最優(yōu)，第Ⅱ類雜交種低溫條件下出苗指標(biāo)最優(yōu)，因此，在大田耐低溫玉米雜交種篩選過程中，應(yīng)兼顧常溫和低溫條件下的出苗指標(biāo)綜合選擇。

3.3 耐低溫出苗指標(biāo)篩選

選用合適的耐低溫評價指標(biāo)是篩選耐低溫品種的關(guān)鍵。依靠單一指標(biāo)鑒定評價玉米耐低溫能力 ［13-14］，評價結(jié)果易受環(huán)境影響不準(zhǔn)確 ［15］。研究通過測定與出苗相關(guān)的8個指標(biāo)，逐步回歸分析得到方程D= -5.896+0.066X5+0.075X6+1.653 X1+0.729X2+0.831X4（R2=0.997，Plt;0.000 1），從中篩選出X1（常溫出苗勢）、X2（低溫出苗勢）、X4（低溫出苗率）、X5（常溫出苗指數(shù)）和X6（低溫出苗指數(shù)）5個關(guān)鍵指標(biāo)，該方程可有效的對玉米雜交種耐低溫出苗能力進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測。

4 結(jié) 論

隨著溫度的降低，玉米雜交種出苗勢、出苗率和出苗指數(shù)隨之降低，出苗時間隨之延長。通過對36份玉米雜交種8個出苗指標(biāo)測定，36份玉米雜交種分為4類，第I類是高度耐低溫型，包括航研58、和育187、新引KWS9384、新引KWS3376、華美1號、豐田14，6個雜交種可為耐低溫能力強(qiáng)的品種選擇提供參考。在D值的基礎(chǔ)上進(jìn)一步逐步回歸分析，建立了回歸方程并篩選出常溫出苗勢、低溫出苗勢、低溫出苗率、常溫出苗指數(shù)和低溫出苗指數(shù)5個關(guān)鍵指標(biāo)可用于玉米雜交種耐低溫出苗能力的高效預(yù)測評價。

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Evaluation and screening of low temperature tolerance

index of maize hybrids

ZHANG Lei1， XIE Xiaoqing1， TANG Huaijun1， SUN Shiren1， WANG Zhiyuan2，

HU Jitao1， MAO Shuqi2， XUE Lihua1， SUN Baocheng1， LIU Cheng1

（1." Institute of Grain Crop Research，Xinjiang Acaclemy of Agricaltural Sciences，Urumqi 830091，China;2.Agricultural Technology Extension Center of Emin County，Tacheng District，Emin Xinjiang 834600，China）

Abstract：【Objective】 This study aims to select the field maize hybrids for the identification of low temperature resistance，and the hybrids with strong low temperature resistance in the hope of providing variety reference for accurate early sowing and for evaluation and identification of low temperature resistance.

【Methods】" 36 maize hybrids were selected as test materials.Under the real field environment， one normal temperature test and two low temperature tests were set up to investigate and measure the emergence potential， emergence rate， emergence index and average emergence time under low temperature and normal temperature conditions， and calculate the relative values.A total of 8 identification indexes of low temperature tolerance were obtained.Using the statistical methods of principal component analysis， cluster analysis and stepwise regression analysis， the evaluation indexes of low temperature seedling emergence tolerance were screened， and the comprehensive score was introduced to evaluate the low temperature seedling emergence tolerance of maize hybrids.

【Results】" With the decrease of temperature， the emergence rate， emergence potential and emergence index decreased， and the emergence time increased.Principal component analysis obtained that the cumulative contribution rate of the two comprehensive in dicators was 77.965%.Stepwise regression analysis established an equation and selected five key indicators， which could determine most of the variation of the comprehensive score D value.Finally， based on D-value cluster analysis， 36 hybrid varieties were divided into four categories， and 6 varieties with strong resistance to low temperature emergence were selected.

【Conclusion】" 6 hybrids with strong low temperature tolerance were selected， which were Hangyan 58， Heyu 187， Xinyin KWS9384， Xinyin KWS3376， Huamei 1 and Fengtian 14.Five key indexes， including NEP， LEP， LER， NEI and LEI， were selected for efficient prediction and evaluation of low temperature emergence tolerance of maize hybrids.

Key words：corn; hybrids; low temperature resistant seedling; key index; comprehensive score

Fund projects：Key Scientific R amp; D Program Project of Xinjiang Uygur Autonomous Region （2022B02001-4）; National Key R amp; D Project （2021YFD1200703）; Innovation Ability Training Project for Young Sci-Tech Backbone Talents Sponsored by Xinjiang Academy of Agricultural Sciences

（xjnkq-2020010）

Correspondence author： LIU Cheng（1968-）， female， from Jiuquan， Gansu， Ph.D.， researcher， master's supervisor， research direction： grain crop stress resistance research， （E-mail）liuchengxj@126.com