王怡，劉守渠，郭峰，任小燕

（山西農(nóng)業(yè)大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，山西 晉中 030801）

玉米是山西省第一大糧食作物，其總產(chǎn)以及單產(chǎn)均呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，然而山西省地形較為復(fù)雜、氣候環(huán)境多樣，為了能夠有效促進山西省玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，就需要對現(xiàn)有玉米資源的多樣性進行研究，從而有效改良種質(zhì)資源的遺傳物質(zhì)，進而促進玉米產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。然而近些年來玉米育種工作受到高產(chǎn)定向選擇以及近親雜交的制約，導(dǎo)致我國玉米品種的遺傳力趨于一致，長此以往就會喪失優(yōu)良的基因，最終無法提高玉米產(chǎn)量［1-3］。通過對農(nóng)藝性狀的多樣性進行綜合評價，能夠了解到不同玉米品種間的遺傳差異，最終挖掘出品質(zhì)更好、產(chǎn)量更高、抗性更強的優(yōu)良基因［4-7］。李帥等［8］通過對30 個玉米雜交組合的產(chǎn)量、株高、穗位、籽粒含水量等指標(biāo)進行了綜合分析，最終根據(jù)綜合性評價D 值篩選出12 個綜合性指數(shù)優(yōu)秀的雜交組合。張雪婷等［9］對8 個玉米品種的12 個農(nóng)藝性狀以及11 個生理指標(biāo)進行了聚類分析、因子分析以及灰色關(guān)聯(lián)分析，最終建立節(jié)水抗旱玉米品種綜合評價體系，結(jié)果表明諸多考察指標(biāo)能夠轉(zhuǎn)化為5 個相互獨立的綜合指標(biāo)，并根據(jù)節(jié)水抗旱綜合評價D 值選出優(yōu)良玉米品種甘玉801。隆文杰等［10］將48 份來自云南不同地市玉米品種的31 個農(nóng)藝性狀進行了相關(guān)性分析、遺傳多樣性、聚類分析以及主成分分析，結(jié)果表明：變異系數(shù)較大的農(nóng)藝性狀為蛋白含量、穗長、出苗至抽雄日數(shù)、穗粗、軸粗、行粒數(shù)等，且生育期與穗位高、株高以及子粒大小間呈極顯著正相關(guān)，最終根據(jù)聚類分析結(jié)果篩選出11 份優(yōu)質(zhì)糯玉米資源。王茜茜等［11］對38 個來自不同生態(tài)區(qū)青貯玉米材料的9 個性狀進行測定和分析，同時用聚類分析法將供試品種分成5 個類群，最終對9 個品種的農(nóng)藝性狀及品質(zhì)性狀進行綜合評價，研究發(fā)現(xiàn)農(nóng)華101 和新玉31號品種在青島地區(qū)具有更高的推廣價值，為日后的青貯玉米品種的篩選、推廣和選育提供理論參考。王英成［12］對引進的16 個青貯玉米品種的13 個農(nóng)藝性狀進行方差分析、相關(guān)性分析和主成分分析，最終依托農(nóng)藝性狀和含水量2 大因素進行綜合評價，認為鐵研53、高玉2300、五谷703、優(yōu)迪919、翔玉998、翔玉198 在田間表現(xiàn)優(yōu)良，適宜作為全株青貯玉米品種在西寧地區(qū)推廣種植。中國玉米種質(zhì)資源較為豐富，只有深度挖掘不同玉米資源農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性，才能夠極大降低親本選配的盲目性，進而有效提升玉米育種工作的效率和預(yù)見性［13-16］。本研究主要通過變異系數(shù)、聚類分析、相關(guān)分析、主成分分析和逐步回歸分析等多種方式來對123 份玉米品種進行農(nóng)藝性狀綜合評價，從而明晰玉米品種農(nóng)藝性狀的多樣性指標(biāo)，并構(gòu)建綜合農(nóng)藝性狀評價方程，為提升玉米育種質(zhì)量，創(chuàng)新玉米種質(zhì)提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

將收集到的123 份山西省不同生態(tài)區(qū)玉米資源作為試驗材料，其中山西春播特早熟生態(tài)區(qū)玉米材料32 份，山西春播早熟生態(tài)區(qū)玉米材料33 份，山西春播中晚熟生態(tài)區(qū)玉米材料30 份，山西南部復(fù)播生態(tài)區(qū)玉米材料28份，具體信息如表1所示。

表1 供試玉米資源的名稱Table 1 Name of the test corn resources

表2 123 份玉米資源中不同表型性狀的遺傳變異Table 2 Genetic variations of different phenotypic traits in the 123 maize resources

1.2 試驗方法

試驗材料于2022 年種植于山西農(nóng)業(yè)大學(xué)東陽試驗基地。每份材料以單株種植4 行，每行17 株，小區(qū)面積20 m2，密度67 500 株·hm-2，3 次重復(fù)，田間管理措施與當(dāng)?shù)氐纳a(chǎn)田保持一致。

1.3 數(shù)據(jù)處理

調(diào)查了123 份玉米資源的8 個農(nóng)藝性狀，分別為：X1生育期、X2株高、X3穗位、X4穗長、X5行粒數(shù)、X6百粒重、X7出籽率、X8產(chǎn)量。用Excel 2017 軟件對原始數(shù)據(jù)進行匯總整理，并計算出不同表型性狀的標(biāo)準差、平均值以及變異系數(shù)。用SPSSAU 13.0 軟件對123 份玉米資源的農(nóng)藝性狀進行相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析以及回歸分析，最終根據(jù)主成分結(jié)果來進一步計算綜合評價D 值，從而深度評估123份玉米資源的優(yōu)劣性。

2 結(jié)果與分析

2.1 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的遺傳變異

如下表所示，123份玉米種質(zhì)中8個表型性狀的變異系數(shù)介于1.87%（出籽率）至16.53%（穗位），其中穗位、產(chǎn)量、生育期以及株高的變異系數(shù)較大，這說明穗位、產(chǎn)量、生育期以及株高在參試材料中有著較高的變異，選擇空間更大，育種學(xué)者可利用這4個指標(biāo)來開展種質(zhì)創(chuàng)新活動。

2.2 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的聚類分析

對來自山西省不同生態(tài)區(qū)的123 份玉米資源進行聚類分析，聚類結(jié)果如圖1 所示，在遺傳距離為0.005 0 處，可以將123 份玉米材料劃分為4 個類群，具體如表3所示。

圖1 123 份玉米資源聚類分析圖Fig. 1 Cluster analysis of 123 maize resources

表3 123 份玉米資源中4 個類群農(nóng)藝性狀的均值Table 3 Means values of different agronomic traits of four groups from 123 maize resources

第Ⅰ類群包含了1 份玉米材料，是來自山西春播特早熟玉米生態(tài)區(qū)的梅亞8099，編號為22，占所有參試資源的0.81%。該類群生育期（124 d）、行粒數(shù)（39.30 粒）、百粒重（36.90 g）以及出籽率（87.80%）的平均數(shù)值在4 個類群中最高，株高（195.00 cm）以及穗長（18.40 cm）的平均數(shù)值在4個類群中最低，其它農(nóng)藝性狀的平均數(shù)值在4 個類群中居中。綜合各農(nóng)藝性狀的特征能夠發(fā)現(xiàn)，第Ⅰ類群生育期較長，百粒重較高，具有一定高產(chǎn)潛力。

第Ⅱ類群包含了23 份玉米材料，分別為：HN518、先玉1756、谷瑞669、DK205、DF880、威卡738、A20、精航503、澔博703、福盛園391、先玉1719、龍生603、福盛園98、晉生686、強盛288、崞豐338、科豐3 號、北青1602、德育豐568、K33、福盛園192、輝玉7391、雙惠88，其中山西春播早熟玉米生態(tài)區(qū)2 份，山西南部復(fù)播玉米生態(tài)區(qū)13 份，山西春播中晚熟玉米生態(tài)區(qū)8 份。該類群株高（285.10 cm）、穗位（107.70 cm）、穗長（19.71 cm）的平均數(shù)值在4 個類群中最高，生育期（113.91 d）以及行粒數(shù)（36.91 粒）的平均數(shù)值在4 個類群中最低，其它農(nóng)藝性狀的平均數(shù)值在4 個類群中居中。綜合各農(nóng)藝性狀的特征能夠發(fā)現(xiàn)，第Ⅱ類群玉米資源株高較高，穗長，生育期短，綜合性狀較差。

第Ⅲ類群包含了14 份玉米材料，分別為：利合228、冠誠598、并單1610、利合328、瑋玉3 號、賽德6 號、賽德5 號、兆早1 號、賽德13、晉陽5 號、并單61、天育101、天育101、利合325，這些材料均為山西春播特早熟玉米生態(tài)區(qū)材料。該類群穗位（107.70 cm）、穗長（71.14 cm）、百粒重（32.63 g）、出籽率（84.96%）以及產(chǎn)量（583.76 kg）的平均數(shù)值在4 個類群中最低，其它農(nóng)藝性狀的平均數(shù)值在4個類群中居中。綜合各農(nóng)藝性狀的特征能夠發(fā)現(xiàn)，第Ⅲ類群玉米資源穗位較低，育種學(xué)者可利用這個特性來開展相關(guān)種質(zhì)創(chuàng)新活動。

第Ⅳ類群包含了85 份玉米材料，其中山西春播特早熟玉米生態(tài)區(qū)17 份，山西春播早熟玉米生態(tài)區(qū)31 份，山西南部復(fù)播玉米生態(tài)區(qū)15 份，山西春播中晚熟玉米生態(tài)區(qū)22 份。該類群產(chǎn)量（796.59 kg）的平均數(shù)值在4 個類群中最高，其它農(nóng)藝性狀的平均數(shù)值在4 個類群中居中。綜合各農(nóng)藝性狀的特征能夠發(fā)現(xiàn)，第Ⅳ類群玉米資源高稈，穗長，百粒重較高，具有一定高產(chǎn)潛力。

綜合聚類圖和表3 的信息能夠發(fā)現(xiàn)，4 個玉米資源類群的8 個農(nóng)藝性狀具有明顯差異，玉米資源并未完全按照生態(tài)區(qū)來源進行聚類，這表明試驗材料有著較為復(fù)雜的遺傳背景，即試驗材料有著豐富的遺傳多樣性。

2.3 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的綜合評價

2.3.1 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析

通過分析表4數(shù)據(jù)能夠發(fā)現(xiàn)，123份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀之間存在著較為復(fù)雜的相互關(guān)系。產(chǎn)量與生育期、株高、穗位、行粒數(shù)、百粒重以及出籽率間的相關(guān)系數(shù)均較高，存在著極顯著正相關(guān)關(guān)系，其中，株高與產(chǎn)量之間的相關(guān)系數(shù)最高，能夠達到0.715。除此之外，穗長與行粒數(shù)、百粒重間也存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為0.450、0.424；生育期與行粒數(shù)間存在極顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)能夠達到0.581。

表4 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的相關(guān)性分析Table 4 Correlation analysis of eight agronomic traits among the 123 maize resources

2.3.2 123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的主成分分析

表5顯示了123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的主成分分析結(jié)果，前2 個主成分累計貢獻率達63.29%，表明這2 個主成分能夠代表123 份玉米種質(zhì)資源8個農(nóng)藝性狀63.29%的遺傳信息。

表5 玉米農(nóng)藝性狀主成分分析的特征向量、主成分特征值、貢獻率及累計貢獻率Table 5 Characteristic vectors， principal component characteristic values， contribution rates and cumulative contribution rates of the principal componentanalysis of maize agronomic traits

第1 主成分的貢獻率為43.41%，8 個農(nóng)藝性狀中產(chǎn)量、生育期和株高的特征向量較大，說明第1 主成分為產(chǎn)量因子，增加生育期和株高，有利于提高產(chǎn)量，因此，第1 主成分應(yīng)以較大為好。第2 主成分的貢獻率為19.88%，行粒數(shù)和穗長的特征向量較大，穗長系數(shù)最大（0.606），說明第2 主成分為穗長因子，在一定范圍內(nèi)，增加穗長的長度有利于提升產(chǎn)量，所以第2主成分應(yīng)以較大為好。

2.3.3 構(gòu)建123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的綜合評價方程

根據(jù)123 份玉米資源中8 個農(nóng)藝性狀的主成分分析結(jié)果來進一步計算這些玉米種質(zhì)資源的綜合評價D 值。該數(shù)值的大小能夠表明某一玉米品種8個農(nóng)藝性狀的綜合優(yōu)劣情況，綜合性狀較好的玉米資源能夠作為優(yōu)質(zhì)玉米的親本和中間材料。表6 就是根據(jù)D 值大小對123 份玉米資源的綜合排名情況，由此能夠發(fā)現(xiàn)，綜合排名前10 位的玉米品種分別為：梅亞1604、青卓2 號、益田16 號、輝玉7321、中德999、賽博171、沃科華德3 號、力源3 號、A20、青卓1 號；綜合排名后10 位的玉米品種分別為：崞豐338、先贏1 號、天育101、邦農(nóng)220、晉陽5 號、兆早1號、G592、沃育669、運單77、福盛園86。

表6 123 份玉米資源的綜合評價D 值與排名Table 6 D values and ranking of comprehensive evaluation of 123 maize resources

表7數(shù)據(jù)能夠表明，綜合評價D 值僅與8 個農(nóng)藝性狀中的株高、產(chǎn)量、穗長以及生育期呈極顯著正相關(guān)，與剩余4 個性狀并無顯著相關(guān)性。通過逐步回歸分析，能夠構(gòu)建玉米種質(zhì)資源綜合評價的最優(yōu)回歸方程為：Y=6.540+0.025X1+0.014X2，其中綜合評價D 值就是方程中的Y，X1與X2分別代表生育期與株高，其中生育期的偏回歸系數(shù)最大，回歸方程的R2為0.441，意味著生育期與株高能夠解釋D 值的44.10%變化原因，且模型通過F檢驗（F=8.353，P=0.000<0.05），說明模型有效，表明該方程用于評價玉米種質(zhì)資源較為可靠。

表7 123 份玉米資源的農(nóng)藝性狀與綜合評價D 值間的相關(guān)系數(shù)Table 7 Correlation coefficients between agronomic traits and comprehensive evaluation D values of the 123 maize resources

3 討論

3.1 玉米種質(zhì)農(nóng)藝性狀的遺傳多樣性分析

豐富的種質(zhì)資源是挖掘優(yōu)良作物基因、改良作物性狀以及創(chuàng)新種質(zhì)的基礎(chǔ)，只有積極開展作物種質(zhì)資源的研究與保護工作，才能夠不斷提高作物對環(huán)境的適應(yīng)力［17-21］。因此，本研究首先對123 份玉米資源的8 個農(nóng)藝性狀進行遺傳多樣性分析，研究發(fā)現(xiàn)，8 個表型性狀的變異系數(shù)介于1.87%（出籽率）至16.53%（穗位），其中穗位、產(chǎn)量、生育期以及株高的變異系數(shù)較大，這說明穗位、產(chǎn)量、生育期以及株高在參試材料中有著較高的變異，選擇空間更大，育種學(xué)者可利用這4 個指標(biāo)來開展種質(zhì)創(chuàng)新活動，上述結(jié)果與梁萬鵬等［20］、董昕等［22］學(xué)者的研究結(jié)果一致。

3.2 玉米種質(zhì)農(nóng)藝性狀的綜合評價

當(dāng)前國內(nèi)外學(xué)者對玉米品種農(nóng)藝性狀綜合評價的研究不多。只有深度挖掘種質(zhì)資源間的性狀特征，才能夠促進育種工作的順利開展。本研究對123 份玉米品種的8 個農(nóng)藝性狀進行主成分分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：前兩個主成分累計貢獻率達63.29%，表明這兩個主成分能夠代表123 份玉米種質(zhì)資源8 個農(nóng)藝性狀63.29%的遺傳信息。根據(jù)主成分得分的D值進行資源排序時了解到，綜合得分最高的前10 名玉米品種分別為：梅亞1604、青卓2 號、益田16 號、輝玉7321、中德999、賽博171、沃科華德3 號、力源3號、A20、青卓1 號，它們可作為育種的中間材料。通過對農(nóng)藝性狀與綜合評價D 值進行相關(guān)分析了解到，D 值與株高、產(chǎn)量、穗長以及生育期呈極顯著正相關(guān)，與剩余4 個性狀并無顯著相關(guān)性，說明株高、產(chǎn)量、穗長以及生育期對玉米種質(zhì)資源評價尤為重要，在育種工作中我們需尤為關(guān)注這4 個農(nóng)藝性狀的指標(biāo)。通過逐步回歸分析，本研究構(gòu)建了玉米種質(zhì)資源綜合評價的最優(yōu)回歸方程為：Y=6.540+0.025X1+0.014X2，明確了生育期和株高對玉米種質(zhì)資源影響較大。日后我們可以根據(jù)農(nóng)藝性狀的綜合評價結(jié)果，進一步利用分子標(biāo)記檢測123 份玉米種質(zhì)的遺傳多樣性，以期在玉米育種工作中獲得更好的利用效果。

4 結(jié)論

為了能夠有效提升玉米育種選配的效率以及針對性，本研究對山西省4 個生態(tài)區(qū)的123 份玉米種質(zhì)資源的8 個農(nóng)藝性狀進行了遺傳多樣性分析，變異系數(shù)為1.87%~16.53%，根據(jù)聚類分析將123份材料劃分為4 個類群，這4 個類群差異表現(xiàn)在生育期、穗位以及產(chǎn)量等特征上。根據(jù)主成分分析和綜合評價，早熟區(qū)的梅亞1604 綜合性狀表現(xiàn)排名第1位，可作為育種中間材料。