61份玉米雜交組合農藝性狀遺傳多樣性分析及優異組合篩選

摘要：為篩選適宜甘肅省推廣種植的宜機收、耐密、糧飼兼用、豐產穩產性好的優良玉米新品種，對61份玉米新配雜交組合的18個農藝性狀及產量進行調查，通過遺傳多樣性分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析，快速準確地將參試雜交組合分成多個類型進行篩選并推薦參加區域試驗，以期為有效提高玉米育種效率和精確性提供理論參考。結果表明，參試的雜交組合數量性狀差異性大，變異系數為4.38%～70.73%，其中生育期離散程度最小，禿尖長和產量離散程度較大；主成分分析最終提取出5個主成分，累積貢獻率為64.354%，單穗重、單穗粒重、株高、穗位高、生育期具有較大的載荷值，是玉米雜交組合數量性狀的綜合反映；聚類分析表明61份玉米雜交組合遺傳多樣性較為豐富，品系類型多樣，可將其分為21份豐產中熟糧飼兼用型品系、27份豐產穩產型中晚熟品系、11份早熟品系、2份宜機收早熟品系推薦參加下一輪試驗。

關鍵詞：玉米；雜交組合；農藝性狀；遺傳多樣性；主成分分析；聚類分析

Genetic Diversity Analysis of Agronomic Traits and Selection of

Superior Combinations in 61 Maize Hybrid Combinations

TAN Cuirong1，LEI Yahong1，CHEN Degong1，QIAN Wei1，MA Junguang1，

FAN Taiwei2，ZHOU Qiang3，HAN Bingcheng3

（1Xigu District Seed Management Station，Lanzhou 730060；2Xigu District Agricultural Technology Extension Station，

Lanzhou 730060；3College of Pastoral Agricultural Science and Technology，Lanzhou University，Lanzhou 730060）

玉米是全球種植面積最大和產量最高的糧食作物，在我國經濟發展中的重要地位在不斷凸顯[1]，具有糧食、飼料、工業原料等多種用途，種植面積常年保持在4000萬hm2以上。選育與推廣宜機收、糧飼兼用、耐密、高產穩產、廣適、抗逆性強的新品種是促進玉米產業發展的重要路徑。玉米是甘肅地區第一大糧食作物，年播種面積100萬hm2左右，主要分為河西走廊及沿黃灌溉玉米區、中部及隴東雨養玉米區和隴南山地玉米區，其中河西走廊已成為全國最大的雜交玉米種子生產基地，因此帶動了全省玉米育種企業的迅速發展。目前甘肅省玉米育種仍以傳統育種技術為主要手段，種質資源的研究與利用仍然是玉米育種的關鍵，提高對雜交組合的快速、精準篩選也是提高育種效率的關鍵環節之一。目前，對玉米種質資源的分析研究已有較多報道。李淑芳等[2]對205份玉米種質資源進行調查研究，利用變異系數、遺傳多樣性指數等多種分析方法進行分析，篩選出了10份優異玉米種質。王藝煊等[3]對34份玉米種質資源的抗旱性進行評價，利用數學分析法與耐旱性分級法進行評價，篩選出了2份自交系可用于育種。王婷等[4]以73份玉米自交系為試驗材料，對瘤黑粉病的抗性進行了研究，采用遺傳多樣性分析和聚類分析快速準確地篩選出了5份高抗材料。因此，對玉米雜交組合進行針對性篩選可為提高育種效率奠定材料基礎。

本研究于2023年和2024年連續2年在甘肅省蘭州市和平涼市種植了配制的61份玉米雜交組合，測定了18個主要農藝性狀及產量，通過對所得數據進行遺傳多樣性分析、聚類分析和主成分分析，以期篩選出宜機收、豐產、耐密、耐旱寒、耐鹽堿、產量高、抗性強等優勢突出、適宜本地區及全國同類型生態區域推廣種植的優良新組合。

1 材料與方法

1.1 供試材料 試驗材料為新組配的61份玉米雜交組合，均由甘肅和恒農業技術有限公司提供，包含中熟糧飼兼用型、豐產穩產晚熟型、豐產早熟型等多種類型組合（表1）。

1.2 試驗設計 試驗地點為甘肅省蘭州市西固區達川鎮（36°5′40″N，103°37′31″E，海拔1697m）和甘肅省平涼市崆峒區草峰鎮（35°54′26″N，106°67′48″E，海拔1350m）。試驗設計按西北春玉米區域試驗方案進行，采用完全隨機區組排列，2行區，行長5.0m，行距0.6m，株距0.2m，3次重復。前茬為玉米，選擇大型機器秋季翻地、起壟、施肥。4月1日采用小區播種機播種，田間管理同當地大田。

1.3 指標測定 田間記載和室內測量指標均按照西北春玉米區域試驗記載標準進行。測定的主要指標有生育期、株高、穗位高、莖粗、葉片數、穗長、穗粗、軸粗、禿尖長、穗行數、行粒數、單穗重、單穗粒重、百粒重、容重、含水量、粒型、粒色、產量。具體方法：小區≥50%穴數幼苗出土高達2～3cm時記載出苗期；小區≥90%植株乳線消失時記載成熟期；吐絲后10～30d連續取小區內正常植株10株，用卷尺測量株高和穗位高，用游標卡尺測量莖粗，統計葉片數；收獲后取計產樣本穗10穗，用直尺測量穗長、禿尖長，用游標卡尺測量穗粗、軸粗等果穗性狀，統計穗行數、行粒數、粒型和粒色，用天平稱取單穗重和單穗粒重；每小區隨機取100粒，稱取百粒重，重復3次取平均值；用谷物容重水分測量儀每小區隨機測量容重和含水量，重復3次取平均值。產量是將計產樣本的果穗風干后脫粒，稱其籽粒干重，按標準含水量（14%）計算折合每667m2產量。參試組合各性狀均取2年試驗的平均值。

1.4 數據處理 利用Microsoft Excel 2007對參試的61份玉米雜交組合的18個主要性狀及產量進行整理，利用SPSS 27.0數據統計分析軟件和Origin軟件分別對其進行遺傳多樣性分析、聚類分析和主成分分析。

2 結果與分析

2.1 遺傳多樣性分析 由表2可知，玉米雜交組合各性狀指標變異系數范圍為4.38%～70.73%，生育期、葉片數、穗粗、軸粗、容重、含水量的變異系數較小，在10.00%以下；生育期離散程度最小，變幅范圍為144.00～170.00d；禿尖長離散程度最大，變幅范圍為0～4.11cm，說明參試組合的禿尖長性狀遺傳多樣性較高，可作為品種改良的重點。每667m2產量的變幅范圍為102.60～1515.15kg，穗位高的變幅范圍為50.00～161.00cm，單穗粒重的變幅范圍為74.10～251.40g，單穗重的變幅范圍為94.50～328.50g，這4個指標的變異系數在18.95%～33.20%之間，相對較高，也可作為品種選育的重點指標。

由圖1可知，61份玉米組合的粒型可分為硬粒型、半馬齒型和馬齒型。其中馬齒型的雜交組合份數占比最多，為83.61%；其次為半馬齒型，占比14.75%；硬粒型占比最小，為1.64%。粒色可分為黃色、橙色和紅色，黃色占比最大，為90.16%；其次為橙色，占比8.20%；紅色占比最小，為1.64%。說明此次供試雜交組合籽粒以馬齒型、黃色為主。

2.2 主成分分析 由表3、表4可知，當特征值gt;1時，主成分分析最終提取出5個主成分，其累積貢獻率為65.354%。不同主成分中各性狀的載荷值表明了該指標在不同主成分下的衡量程度，在第1主成分中，單穗重、單穗粒重、株高、穗位高、生育期具有較大的載荷值，是玉米雜交組合數量性狀的綜合反映；第2主成分中，穗行數、葉片數、生育期具有較大的載荷值，這一主成分可稱為生育期、穗行數和葉片數因子；第3主成分中，容重、含水量具有較大的載荷值，可稱第3主成分為容重與含水量因子；第4主成分中，穗行數、產量具有較高的載荷值，這一主成分可稱為穗行數與產量因子；第5主成分中，禿尖長、百粒重、含水量具有較高的載荷值，這一主成分可稱為禿尖長、百粒重和含水量因子。

2.3 聚類分析 如圖2所示，當歐氏距離等于10時，61份玉米雜交組合可分為4大類。第1類包括Y05、Y06，這一類雜交組合生育期較短，株高和穗位高較低，株型緊湊，穗較短而禿尖較長，產量低，可以作為宜機收早熟品系，也可在進一步測定其籽粒品質后，決定是否作為鮮食玉米，或在冷涼地區進行試驗后利用。第2類包括Y01、Y08、Y24、Y09、Y11、Y02、Y04、Y56、Y07、Y22、Y03，這一類雜交組合生育期短，株高和穗位高低，單穗粒重和容重小，穗較短、較細，行粒數偏小，豐產性較差，可作為早熟品系在多雨冷涼地區進行試驗后利用。第3類包括Y29、Y39、Y47、Y12、Y51、Y43、Y59、Y60、Y20、Y52、Y16、Y45、Y49、Y13、Y23、Y28、Y40、Y31、Y58、Y19、Y50，這一類雜交組合生育期適中，株高和穗位高較高，莖較粗，單穗粒重較重，行粒數較多，穗較長，可作豐產性中熟品系，同時從株高、穗位高、莖粗等指標來看，也可作青貯品系，所以第3類雜交組合可作為豐產中熟糧飼兼用型玉米品系。第4類包括Y33、Y36、Y32、Y48、Y53、Y54、Y34、Y41、Y37、Y10、Y15、Y27、Y17、Y44、Y55、Y46、Y61、Y25、Y35、Y26、Y57、Y38、Y14、Y30、Y42、Y21、Y18，這一類雜交組合生育期較長，株高較高，百粒重較重，穗長、穗粗和單穗粒重適中，容重較重，行粒數適中，可作為有潛力的豐產穩產型中晚熟玉米品系。

3 討論

在品種選育過程中，育種者應綜合考慮市場需求、當地氣候地理條件、育種目標等多個因素，進行精準選育。由于市場需求和當地氣候地理條件不同，所以優先考慮的性狀會有所差異。如黃淮地區以抗倒、抗病、耐密為主要目標，則應注重株高適中，莖粗、富有彈性的品種。在甘肅等西北地區，目前仍以豐產、抗病為主要目標，則應選擇單穗重較高、穗粗較粗、株高較高的品種，但也要考慮農民的喜好，株高和穗位過高或過低，都會在生產中造成諸多不便。育種目標不同時，優先考慮的農藝性狀也不同。如在選育糧飼兼用、青貯、鮮食、機收、加工等類型的玉米時，除了需注重單穗重、穗粗和株高，側重點還要有所不同，宜機收應偏重株高、穗位高、抗倒伏等性狀，鮮食玉米則偏重果穗整齊度、外觀和口感等。本試驗中61份雜交玉米組合經聚類分析，可分為不同類型的玉米品系，根據其類型特點可分類推薦參加下一輪區域試驗，在今后進行針對性品種推廣。

青貯玉米是世界公認的優質飼草，具有生物產量高、汁水豐富、適口性好、營養全面等特點[5]。近兩年，隨著國際形勢急劇變化，國家對糧食安全問題又提出了新的要求，在穩定糧食播種面積和產量的基礎上，鼓勵發展青貯玉米。糧飼通用型玉米品種既可作為普通玉米品種收獲籽粒，用作口糧或作為精飼料，又可作為青貯玉米品種收獲全株，助力大規模畜牧業養殖[6]。本試驗中，H2233、H2245、H2255、H040、H2259、H2249、H2276、H2281、H2221、H2260、H2254、H2251、H2257、H043、H2224、H2232、H2246、H2235、H2272、H2270、H2258生育期適中，株高和穗位較高，莖較粗，單穗粒重較重，行粒數較多，穗較長，適合作為青貯飼料，經品種審定后可在甘肅合作、臨夏等以畜牧業發展為主的、氣候偏冷涼的地區及全國相似生態區作為糧飼兼用型玉米進行推廣種植。

隨著經濟的發展，勞動力成本日益提高，土地流轉制度的改變和生產機械化使得育種目標已由過去的晚熟稀植、高稈大穗轉變為早熟耐密、抗逆性強、脫水快、籽粒含水量低、便于機械化操作[7]。但目前甘肅省玉米的機械化收獲還處于較低水平，主要原因為品種質量參差不齊，不能完全滿足生產需要。在適宜機械化的玉米品種選育過程中，應特別注意降低籽粒含水量，玉米籽粒完全成熟收獲時的最適含水量為23%左右，機械化收獲應在籽粒含水量在15%以下時進行。研究發現，大麥籽粒含水量與破碎率、雜質率呈極顯著正相關，在一定范圍內，隨著籽粒含水量的增加，破碎率和雜質率也相應增加[8]，說明較低的籽粒含水量有利于提高機收質量。此外，玉米品種類型、倒伏情況、產量水平、種植密度、植株株高、穗位高度、株行距配置以及收獲機具、收割速度等因素均會影響籽粒機械化收獲的質量[9]。本研究中，H026、H027成熟早、株型緊湊、抗倒伏且收獲時籽粒含水量低、脫水較快，品種審定后可作為機收型玉米在甘肅及同類生態區域推廣。

甘肅省玉米品種育種過程中，還應注重葉片、花期、百粒重、容重等指標。在葉片的選擇上，應偏重父母本葉片的數量，以此判斷花期是否相遇，是否易于制種等；百粒重越高則烘干越慢；尺寸均勻的大顆粒玉米在加工時玉米糝的出品率更高；角質（硬）胚乳含量越高的玉米特色品種，其籽粒重量通常也越大。GB 1353—2018《玉米》中規定，容重和不完善粒是收購玉米過程中的定等指標，生產品質等級較高的玉米品種，較為注重容重指標。目前，甘肅省玉米育種種質資源較為匱乏，先進的育種手段尚待普及。

本研究利用遺傳多樣性分析、聚類分析、主成分分析等多種分析手段，對雜交組合連續2年在甘肅省不同試驗點種植的農藝性狀表現進行了分析，篩選出了4種類型的優勢潛力組合，為下一步推薦進入區域試驗提供了科學、準確的依據，分析方法簡單、便捷、高效，適宜目前甘肅省以傳統育種為主要手段的玉米育種實際。但是，本試驗還存在尚待完善之處。一是未進行營養品質、加工品質、商業品質的鑒定，粗蛋白、粗脂肪含量等主要指標尚不明確，需進行進一步檢測后再確定是否以加工型玉米進行推薦。二是適宜種植密度需深入探究，適宜的種植密度是調控群體結構的關鍵，合理密植是玉米優質高效生產的重要措施[10-11]，下一步應對機收類型的玉米品種的耐密性進行試驗研究。三是可針對玉米的青貯生產與利用進行研究，目前已有機械設備可實現玉米收獲時不同植株部位的分餾，讓玉米成為現今可根據植株不同部位生產多種類型青貯飼料的唯一作物[12]，下一步應針對穗上部青貯、穗下部青貯、全株青貯進行深入研究。

4 結論

本研究以61個玉米雜交組合為研究材料，對其農藝性狀進行遺傳多樣性分析、相關性分析、主成分分析和聚類分析，結果表明61份雜交組合遺傳多樣性較為豐富，品系類型多樣，可將其分為21份豐產中熟糧飼兼用型品系、27份豐產穩產型中晚熟品系、11份早熟品系、2份宜機收早熟品系推薦參加下一輪區域試驗。在實際育種過程中應根據育種目標，分別以株高、容重、穗長、穗粗、禿尖長、百粒重等其他性狀為側重點進行分類選育，可有效提高育種效率。

參考文獻

[1] 黃保．我國玉米種業發展現狀、挑戰與展望．種子科技，2022，40（21）：133-135

[2] 李淑芳，李鶴南，劉曉冬，張春宵，劉學巖，賈立輝，李曉輝．205份玉米種質資源表型性狀遺傳多樣性分析及優異種質篩選．玉米科學，2023，31（5）：1-10

[3] 王藝煊，李成，康洪彪，陳陽，王光娟，楊毅成，蘇二虎，王瑞蓮，王志剛．玉米種質資源抗旱性評價方法鑒評與抗旱資源篩選．玉米科學，2022，30（6）：19-29

[4] 王婷，王鐵兵，王鵬，馮志進，金梓浩，王芳，王威，彭去玲．玉米種質資源對瘤黑粉病的抗性鑒定與遺傳多樣性分析．玉米科學，2022，30（6）：30-38

[5] 陳威，許海良，彭星星，李豪遠，吳占清，李雪松，陳東旭，梁旭東．2022年河南省青貯玉米品種對比分析與篩選．中國種業，2024（1）：113-118

[6] 周旭梅，高旭東，高洪敏，鄭君海．8個糧飼兼用玉米新品種產量與主要農藝性狀的相關分析及綜合評價．遼寧農業科學，2024（3）：29-32

[7] 劉旭，景希強，何晶，趙文媛，劉君，劉俊，李卉．遼寧省玉米雜優模式分析及種質基礎．玉米科學，2014，22（1）：15-17，22

[8] 方伏榮，董慶國，張建平，胡艷紅，柴玉梅，張金汕，金平．新疆大麥產量及其構成因素的相關和通徑分析．新疆農業科學，2013，50（8）：1386-1391

[9] 張士龍，賀正華，黃益勤．湖北省夏玉米耐密植宜機收品種篩選與評價．種子，2021，40（7）：90-98

[10] 劉霞，李宗新，王慶成，劉開昌．種植密度對不同粒型玉米品種子粒灌漿進程、產量及品種的影響．玉米科學，2007，15（6）：75-78

[11] 馬俊峰，洪德峰，魏鋒，馬毅，衛曉軼，張學舜，王稼苜，唐振海，吳濤，張玉紅，李棟．宜機收玉米新品種新單65的特征特性．耕作與栽培，2022，42（1）：91-93

[12] 嚴旭，吳子周，左艷春，王紅林，王強鋒，李楊，寇晶，杜周和．玉米植株不同部位的青貯特征及其品質提升策略．草地學報，2023，31（8）：2275-2286

（收稿日期：2024-11-26）