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(guī)律，將近20年審定的玉米品種數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對未來的育種工作方向以及預(yù)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(gè)主要性狀進(jìn)行方差分析、線性回歸分析、相關(guān)性分析及因子分析。結(jié)果表明，不同品種生育期、株高、穗位高等10個(gè)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(zhì)量、產(chǎn)量、容重、粗淀粉含量顯著上升，年均穗行數(shù)、行粒數(shù)、粗蛋白含量、粗脂肪含量顯著下降，年均生育期、穗位高、總?cè)~片數(shù)、穗長、穗粗、出籽率變化不顯著。相關(guān)性分析結(jié)果表明，產(chǎn)量與大部分性狀呈正相關(guān)，各性狀間存在復(fù)雜的相關(guān)性，生產(chǎn)中需合理利用各性狀間的相互關(guān)系進(jìn)行協(xié)同改良。因子分析結(jié)果表明，株高、行粒數(shù)、穗長、粗蛋白含量、容重、穗行數(shù)、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(shù)、低蛋白含量、低脂肪含量的趨勢發(fā)展，整體產(chǎn)量上升但營養(yǎng)品質(zhì)性狀中粗蛋白含量、粗脂肪含量呈現(xiàn)下降趨勢。未來品種選育中，建議合理控制株高，適當(dāng)延長生育期，充分結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)手段以協(xié)調(diào)品質(zhì)性狀組成成分間的關(guān)系，進(jìn)而選育高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、籽粒高營養(yǎng)的玉米品種。

關(guān)鍵詞：新疆；玉米品種；演變；相關(guān)性分析；因子分析

中圖分類號(hào)：S513.02 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2023）16-0054-08

收稿日期：2022-11-18

基金項(xiàng)目：國家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31760388）；塔里木大學(xué)-華中農(nóng)業(yè)大學(xué)聯(lián)合基金（編號(hào)：TDHNLH201603）。

作者簡介：田慧娟（2000—），女，甘肅天水人，碩士研究生，研究方向?yàn)樽魑镞z傳育種。E-mail：wmzthj@163.com。

通信作者：張 丹，博士，副教授，研究方向?yàn)橛衩追N質(zhì)資源的研究與利用。E-mail：zdzkytd@163.com。

玉米（Zea mays L.）營養(yǎng)價(jià)值較高，是世界上重要的糧食作物之一。玉米作為我國高產(chǎn)糧食作物，同時(shí)是畜牧業(yè)、養(yǎng)殖業(yè)、化工業(yè)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(zhàn)略地位^［1］。新疆作為我國農(nóng)業(yè)大省，有著得天獨(dú)厚的自然環(huán)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(chǎn)區(qū)^［2-3］。2021年新疆玉米播種面積達(dá)到105.11萬hm²，單位面積產(chǎn)量為13 250.1 kg/hm²，較2020年單產(chǎn)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(jìn)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(zhì)增產(chǎn)奠定了良好的基礎(chǔ)。

品種改良對玉米生產(chǎn)潛力和單產(chǎn)提高有著重要作用，對已審定的玉米品種進(jìn)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(jìn)行分析并提出育種建議的分析已有所報(bào)道^［6-8］，而新疆歷年來審定玉米品種的農(nóng)藝、產(chǎn)量、品質(zhì)性狀演變規(guī)律分析還未見報(bào)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(jìn)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(gè)性狀進(jìn)行分析，初步探明多年來新疆審定玉米品種的演變更替規(guī)律，并對未來的育種工作方向以及預(yù)測提供一定的參考。

1 數(shù)據(jù)來源與處理方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

通過中國種業(yè)大數(shù)據(jù)平臺(tái)（http：//202.127.42.47：6010/SDSite/Home/Index）、中國玉米品種系譜數(shù)據(jù)庫（http：//maizedata.cn/）、中國種業(yè)商務(wù)網(wǎng)（https：//www.chinaseed114.com/seed/pzdq/）、國家統(tǒng)計(jì)局（stats.gov.cn）等網(wǎng)站收集新疆1998—2022年間公布的審定玉米品種的數(shù)據(jù)信息。

1.2 數(shù)據(jù)處理

使用Office 2021對收集到的341份審定玉米品種信息進(jìn)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(gè)普通玉米品種，對其生育期、株高、穗位高等15個(gè)性狀進(jìn)行整理分析。對給定范圍的數(shù)據(jù)取其中值；對產(chǎn)量性狀取生產(chǎn)試驗(yàn)（若無生產(chǎn)試驗(yàn)則取區(qū)域試驗(yàn)）數(shù)據(jù)；對于缺失數(shù)據(jù)，線性回歸與方差分析時(shí)以缺失表示，相關(guān)性分析和因子分析時(shí)以均值填充^［9］。

利用IBM SPSS Statistics 25.0對表型數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理后，進(jìn)行線性回歸與方差分析、變異系數(shù)分析、相關(guān)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(shù)圖、相關(guān)性熱圖；方差分析與回歸分析，置信區(qū)間以P<0.05為顯著、P<0.01為極顯著；相關(guān)性分析使用皮爾遜檢測法。

2 結(jié)果與分析

2.1 審定品種來源、類型及數(shù)量分析

審定品種統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果表明，1998—2022年間新疆共計(jì)審定玉米品種341份，參與選育的單位達(dá)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(shù)量大于10的選育單位及其審定品種名稱）。其中，新疆農(nóng)墾科學(xué)院審定的品種為22份，新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所和新疆新實(shí)良種股份有限公司選育品種各為13份，新疆廣宇科技發(fā)展有限公司選育品種為12份，新疆華西種業(yè)有限公司和昌吉州登海種業(yè)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(shù)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(jìn)行后續(xù)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(xiàn)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(shù)量的不斷上升與本地的玉米機(jī)械化發(fā)展呈現(xiàn)良好的發(fā)展態(tài)勢密不可分^［10］。

2.2 農(nóng)藝、產(chǎn)量、品質(zhì)性狀表現(xiàn)及其演變分析

2.2.1 農(nóng)藝性狀隨年份更替的變化 對審定的282份普通玉米的農(nóng)藝性狀進(jìn)行分析，結(jié)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(lián)102

（133.6 d），最短的為新玉82號(hào)（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(hào)（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(hào)（175 cm），最低的是新玉10號(hào)（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?cè)~片數(shù)在年際間差異顯著（P<0.05），年均總?cè)~片數(shù)隨年份更迭基本不變。生育期、株高、穗位高、總?cè)~片數(shù)4個(gè)性狀在不同年份間存在不同的表型變異；平均變異系數(shù)最大的是穗位高（15.02%），其次是生育期（12.79%）、株高（8.54%）、總?cè)~片數(shù)（7.75%）。

2.2.2 產(chǎn)量性狀隨年份更替的變化 282份審定玉米品種7個(gè)產(chǎn)量性狀分析結(jié)果見圖3。 穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)與出籽率在不同年份差異均未達(dá)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(hào)（25 cm），最短的為新玉87號(hào)（13.6 cm）。百粒質(zhì)量在不同年份間差異極顯著（P<0.01），年均百粒質(zhì)量隨年份更替顯著上升，年均百粒質(zhì)量最小的是新玉87號(hào)（19.445 g），最大的是杰農(nóng)628（45.6 g）。產(chǎn)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(hào)（6 514.5 kg/hm²），最高的是天育108（21 163.5 kg/hm²），年際間平均產(chǎn)量最高的是2022年，其104個(gè)品種平均產(chǎn)量為 15 315.26 kg/hm²。以上7個(gè)性狀中，以產(chǎn)量的變異程度最高，平均變異系數(shù)達(dá)22.98%，其他性狀變異程度均較小。

2.2.3 品質(zhì)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(gè)性狀在不同年份間變異程度各不相同，平均變異系數(shù)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(gè)性狀的相關(guān)分析

對282份審定玉米品種的15個(gè)性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（圖5）表明，玉米生育期與株高、穗位高、總?cè)~片數(shù)、穗長、穗粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、容重、粗淀粉含量、產(chǎn)量呈極顯著正相關(guān)；與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。表明生育期延長，會(huì)使株高、穗位高、穗長、穗粗、總?cè)~片數(shù)、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量、容重、粗淀粉含量、產(chǎn)量增加，而粗脂肪含量會(huì)降低。株高與穗位高、總?cè)~片數(shù)、穗長、產(chǎn)量等9個(gè)性狀均呈極顯著正相關(guān)；與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。穗位高與總?cè)~片數(shù)、穗長等10個(gè)性狀呈極顯著正相關(guān)；與粗脂肪含量呈極顯著負(fù)相關(guān)。穗位高影響玉米抗倒伏性、植株形態(tài)、穗部形態(tài)等進(jìn)一步影響性狀表現(xiàn)。在穗部性狀中，穗粗、穗行數(shù)、百粒質(zhì)量均與產(chǎn)量呈正相關(guān)。在品質(zhì)性狀中，容重與粗淀粉含量呈正相關(guān)但與粗脂肪含量呈負(fù)相關(guān)；粗蛋白含量與粗脂肪含量呈正相關(guān)但與粗淀粉含量呈負(fù)相關(guān)；粗脂肪含量與粗淀粉含量呈負(fù)相關(guān)?？梢娙葜?、粗蛋白含量、粗脂肪含量、粗淀粉含量之間關(guān)系復(fù)雜，可利用正向相關(guān)進(jìn)行協(xié)同改良，也可利用其負(fù)向相關(guān)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(gè)審定玉米品種的15個(gè)性狀進(jìn)行KMO和Bartlett檢驗(yàn)，結(jié)果顯示，KMO=0.843，大于0.6；Bartlett檢驗(yàn)P<0.05，表明數(shù)據(jù)適合進(jìn)行因子分析。根據(jù)玉米性狀的特征值、貢獻(xiàn)率（表2）以及旋轉(zhuǎn)后因子載荷矩陣（表3），提取出7個(gè)因子，這7個(gè)因子旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)后累計(jì)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(shù)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(jī)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(fù)絕對值較大的是粗蛋白含量，這二者為品質(zhì)性狀的一部分，提高粗蛋白含量粗淀粉含量會(huì)減少，提高粗淀粉含量粗蛋白含量會(huì)減少，因此需根據(jù)育種目標(biāo)來協(xié)調(diào)二者關(guān)系。因子4的特征值為1.316，容重和產(chǎn)量的載荷值較大，容重愈大，質(zhì)量愈高，籽粒成熟度、飽滿度愈好，因此品種選育時(shí)要在提高產(chǎn)量的同時(shí)注重容重，進(jìn)一步提高玉米品質(zhì)。

因子5的特征值為1.288，穗行數(shù)與穗粗的載荷值較大，稱為穗行數(shù)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(yīng)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(jīng)歷了混合選擇改良階段、雜交育種階段、轉(zhuǎn)基因育種3個(gè)階段，我國近年來育種經(jīng)歷了啟蒙與創(chuàng)建時(shí)期、品種間雜交種選育與應(yīng)用時(shí)期、雙交種的選育與應(yīng)用時(shí)期、單交種的選育與應(yīng)用時(shí)期，相較國外，我國玉米種業(yè)起步較晚^［9］。目前新疆地區(qū)在玉米新品種選育過程中，不僅要研究新品種的遺傳規(guī)律和性狀特點(diǎn)，還需深入研究其適應(yīng)性和抗逆性^［11］。在育種過程中發(fā)現(xiàn)品種中存在的一些品質(zhì)性狀差異。新疆產(chǎn)區(qū)的玉米品種相對集中，其品種類型和結(jié)構(gòu)較為豐富，選育與推廣新品種數(shù)量和種類較多，但是存在品種結(jié)構(gòu)不合理和品種同質(zhì)化嚴(yán)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(zhì)量、行粒數(shù)、產(chǎn)量、穗長、穗粗變化趨勢與前人的研究結(jié)果^［9］一致。穗行數(shù)與行粒數(shù)隨年份更替下降，百粒質(zhì)量、產(chǎn)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(jī)械化耕作的普及和農(nóng)藥化肥管培的增強(qiáng)，通過耕作措施對土壤結(jié)構(gòu)和質(zhì)量產(chǎn)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(chǎn)量^［13-15］。葉片數(shù)變化趨勢與王令濤等的研究結(jié)果^［16］不同，可能是因?yàn)閮傻亻g的氣候、品種、栽培環(huán)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(jié)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(jī)械化收割密不可分。穗位高較低的玉米品種是符合直接機(jī)械化收割的性狀之一^［18］。張寧等通過探究不同播期對產(chǎn)量的影響，發(fā)現(xiàn)生育期延長使果穗灌漿時(shí)間延長，籽粒持續(xù)積累更多的干物質(zhì)，玉米產(chǎn)量和品質(zhì)均得到提高^［19-21］。

3.3 玉米各性狀間的相互關(guān)系及改良途徑

各性狀相關(guān)性分析結(jié)果表明，產(chǎn)量與株高、穗位高、總?cè)~片數(shù)、穗長、百粒質(zhì)量呈正相關(guān)，這與前人的研究結(jié)果^［9］一致。產(chǎn)量與穗粗、穗行數(shù)呈正相關(guān)，這與前人的研究有所不同，推測可能是因?yàn)椴煌贩N對資源利用率不同，以及氣候差異和栽培技術(shù)不同造成的^{［16，22］}。產(chǎn)量與穗行數(shù)呈正相關(guān)，與種植密度合理增加有一定的關(guān)系^［23］。在品質(zhì)性狀中，粗淀粉含量與粗脂肪含量和粗蛋白含量呈負(fù)相關(guān)，結(jié)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(zhì)性狀的重點(diǎn)。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(yīng)將品質(zhì)性狀組成成分之間復(fù)雜關(guān)系合理協(xié)調(diào)來選育優(yōu)良品種，通過提高干物質(zhì)而提高產(chǎn)量^［24-25］。

因子分析結(jié)果顯示，株高、行粒數(shù)和穗長、粗蛋白、容重、穗行數(shù)、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(jìn)行玉米選育時(shí)，植株高、穗位也高的品種，玉米的抗倒伏能力會(huì)變差，近年來新疆玉米審定品種的株高與產(chǎn)量呈正相關(guān)，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(jìn)行蹲苗管理來增強(qiáng)根系生長，尤其對新疆旱區(qū)的玉米來說在增強(qiáng)根系生長的同時(shí)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(guān)聯(lián)性制約關(guān)系；粗脂肪含量亦作為選育品種的主要因素，三者均為品質(zhì)性狀的一部分，品種選育過程中要協(xié)調(diào)好三者之間的關(guān)系，也可結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)進(jìn)行改良提高某一特定成分含量^［27-28］。

玉米在品種選育除產(chǎn)量和品質(zhì)提升的目標(biāo)外還需注意抗性和適應(yīng)性的加強(qiáng)，如積溫、抗病性、耐瘠薄、抗倒伏等，這些因素在本質(zhì)上與品種質(zhì)量密切相關(guān)^［29-30］?？衫梅肿由锛夹g(shù)和常規(guī)育種結(jié)合改進(jìn)育種方法、鑒定技術(shù)，提高品種的抗性和適應(yīng)性。作物數(shù)量性狀的遺傳大多易受到環(huán)境的影響，故對育種條件和環(huán)境進(jìn)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(jié)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(shù)、低蛋白及低脂肪含量的高產(chǎn)量趨勢發(fā)展，整體產(chǎn)量上升但品質(zhì)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(zhì)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(jìn)一步延長生育期以及結(jié)合現(xiàn)代生物技術(shù)的手段協(xié)調(diào)好品質(zhì)性狀組成成分間的關(guān)系選育品種，提升籽粒品質(zhì)。

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作者單位：塔里木大學(xué)農(nóng)學(xué)院／南疆干旱區(qū)特色作物遺傳改良與高效生產(chǎn)兵團(tuán)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆阿拉爾８４３３０