陳志剛 支金虎 孫會(huì)東

摘要：玉米在糧食生產(chǎn)中占有極為重要的地位。為進(jìn)一步研究玉米品種（系）的適應(yīng)性，篩選出適應(yīng)大面積種植的玉米品種（系），在90 000株/hm2的種植密度下，運(yùn)用聚類分析、相關(guān)性分析等方法對13個(gè)玉米品種（系）的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量構(gòu)成要素進(jìn)行了分析。結(jié)果表明，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院正在選育研究中的玉米品種T7穗葉夾角和葉面積低于平均值19.24%、3.93%，表現(xiàn)株型緊湊。T7、T6的產(chǎn)量高于平均值8.25%、7.85%，這2個(gè)品種（系）群體增產(chǎn)效果明顯，可在該區(qū)域作為主導(dǎo)玉米品種種植。

關(guān)鍵詞：玉米;品種（系）;主要性狀;產(chǎn)量

中圖分類號：S513? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1001-1463（2022）09-0028-06

doi：10.3969/j.issn.1001-1463.2022.09.007

Study on the Analysis of Main Traits in Maize Varieties （Lines）

CHEN Zhigang 1， 2， 3， 4， ZHI Jinhu 1， 2， 3， SUN Huidong 4

（1. College of Agonomy， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China; 2. Collaborative Innovation? Centre of Eco-agriculture Around Tarim Basin， Alar Xinjiang 843300， China; 3. The Research Centre of Oasis Agriculurces and Environment in Sourthern Xinjiang， Tarim University， Alar Xinjiang 843300， China; 4. Agronomy College， Gansu Agricultural University， Lanzhou Gansu 730070， China）

Abstract： Maize occupies a crucial position in grain production. To further study the adaptability of maize varieties （lines） and to screen maize varieties（lines） suitable for large-scale planting， under the planting density of 90 000 plant/ha， cluster analysis and correlation analysis were applied to analyze the agronomic traits and yield components of 13 maize varieties（lines）. Results showed that ear leaf angle and leaf area in T7， which is carrently under the breeding progress of College of Applied Technology， Gansu Agricrltural University，? were 19.24% and 3.93% lowed compared with the mean values， respectively， indicating a compact plant type. Yield data in T7 and T6 were 8.25% and 7.85% higher compared with the mean values， respectively indicating significant increases in yield， which are regarded as the suitable varieties （lines） in this area.

Key words： Maize; Variety （line）; Main trait; Yield

玉米（Zea mays L.）起源于美洲，兼有糧食、飼料和經(jīng)濟(jì)作物于一體的特點(diǎn)，在我國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國民經(jīng)濟(jì)中占有重要地位[1 ]。玉米作為我國糧食戰(zhàn)略儲(chǔ)備的重要資源，播種面積已超過小麥和水稻，成為我國第一大糧食作物，在我國糧食生產(chǎn)中發(fā)揮著十分重要的作用[2 ]。據(jù)預(yù)測，到2050年，全球范圍內(nèi)谷物產(chǎn)量增加56%以上才能滿足社會(huì)需要，其中45%將依靠玉米增產(chǎn)實(shí)現(xiàn)[3 - 4 ]，因此有效提高玉米產(chǎn)量對我國糧食安全生產(chǎn)具有重要意義[5 ]。

玉米的單位面積籽粒產(chǎn)量是株數(shù)與單株產(chǎn)量之積，其中穗數(shù)、穗粒數(shù)及百粒重是產(chǎn)量構(gòu)成主要因素。依據(jù)區(qū)域氣候特點(diǎn)選擇適宜品種，使群體和個(gè)體協(xié)調(diào)發(fā)展，優(yōu)化產(chǎn)量構(gòu)成三要素配比，實(shí)現(xiàn)協(xié)調(diào)生長以提高單位產(chǎn)量，是玉米育種的目標(biāo)[6 - 7 ]。生物技術(shù)的發(fā)展使玉米新品種越來越多，不同品種對生長環(huán)境要求不同，品種選擇、密植、田間管理影響玉米產(chǎn)量和品質(zhì)，其中品種選擇尤為重要[8 - 9 ]。實(shí)際農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，受傳統(tǒng)思想及玉米品種推廣者的影響，農(nóng)戶常忽略區(qū)域氣候特征，出現(xiàn)品種選擇與區(qū)域氣候條件不匹配現(xiàn)象，嚴(yán)重影響著玉米產(chǎn)量。我們采用主成分及相關(guān)性分析方法，對13個(gè)玉米品種（系）的農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量形成進(jìn)行綜合分析，以期篩選出高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的玉米品種。

1? ?材料與方法

1.1? ?試驗(yàn)材料

供試材料為甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院正在選育研究中的13個(gè)玉米品種（系），分別記為T1、T2……T12、T13。

1.2? ?試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院試驗(yàn)田進(jìn)行。當(dāng)?shù)睾０? 895 m，年平均氣溫7.5 ℃，平均降水量493.9 mm，70%以上的降水集中在7 — 9月，平均日照時(shí)數(shù)2 477.2 h，在甘肅中部干旱地區(qū)具有代表性。

1.3? ?試驗(yàn)方法

采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，小區(qū)面積35 m2（5 m×7 m）。行距60 cm，常規(guī)覆膜等行距種植，密度90 000株/hm2。播種前施入尿素（含N 46%）450 kg/hm2、磷酸二銨（含N 18%，P2O5 40%）300 kg/hm2、硫酸鉀（K2O）225 kg/hm2，其中磷酸二銨、硫酸鉀作為基肥一次性施入，基肥施用與翻地、整地同步進(jìn)行。尿素60%作為基肥施入，剩余40%的尿素在大喇叭口期作為追肥施入。試驗(yàn)于2021年4月中下旬播種，10月份收獲，田間管理同當(dāng)?shù)卮筇铩?/p>

1.4? ?指標(biāo)測定

參照Zhao等[10 ]、Yang等[11 ]、Wu等[12 ]的方法，在玉米散粉結(jié)束后，每小區(qū)選取代表性植株10株，測定株高、莖粗、穗位高、穗葉夾角（LA）、葉長（LL）、葉寬（LW）及高點(diǎn)長（LF），計(jì)算葉向值（LOV）、葉面積（LS）。10月初玉米成熟后，每小區(qū)去掉兩頭植株果穗后全部收獲，自然風(fēng)干至安全水分后參照李永祥等[4 ]方法進(jìn)行考種，統(tǒng)計(jì)測量單穗重、百粒重、穗行數(shù)、行粒數(shù)。

葉向值（LOV）=（90-LA）×（LF/LL）

葉面積（LS）=LL×LW×0.75

1.5? ?數(shù)據(jù)處理及分析

采用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、圖表制作，應(yīng)用DPS9.01對數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析及相關(guān)性分析。

2? ?結(jié)果與分析

2.1? ?植株性狀

由表1可知，13個(gè)參試品種（系）株高為332.7～366.7 cm。T4最高，高于平均值20.4 cm;T12最低，低于平均值13.6 cm。穗位高107.2～141.2 cm，T4最高，高于平均值17.3 cm;T13最低，低于平均值16.7 cm。莖稈粗22.7～33.8 mm，T7最粗，高于平均值6.2 mm;T3最細(xì)且低于平均值4.9 mm。雄穗分枝數(shù)4.7～12.3個(gè)，T10最多，高于平均值4.8個(gè);T12最少，低于平均值2.8個(gè)。就13個(gè)參試品種（系）總體而言，T7株高適中、莖稈最粗、穗位較高且3個(gè)農(nóng)藝性狀誤差較小，表明T7田間生長整齊度、抗倒伏能力優(yōu)于其他品種（系）。T6、T5僅次于T7，而優(yōu)于其他品種（系）。

2.2? ?穗位葉性狀

葉片是植物進(jìn)行光合作用的重要器官之一，可通過調(diào)節(jié)葉片夾角、葉長、葉寬及葉面積達(dá)到調(diào)節(jié)株型、實(shí)現(xiàn)適度密植效應(yīng)。從表2可以看出，在90 000株/hm2的密植條件下，13個(gè)參試品種（系）的穗位葉性狀中穗葉夾角變異系數(shù)最大，為15.5;其中T10穗葉夾角（37.2°）最大，高于平均值8.1°;T7（23.5°）最小，低于平均值5.6°。葉長變異系數(shù)最小，為4.4;T10葉長（96.2 cm）最長，高于平均值5.7 cm;T7葉長（82.4 cm）最小，低于平均值8.1 cm。綜合分析，T7株型緊湊、葉長最短、葉面積較小，T10株型平展、葉長最大、葉面積較大，在適度增加密植的條件下，T7植株群體優(yōu)于T10。

2.3? ?穗粒性狀及產(chǎn)量分析

從表3可知，種植密度為90 000株/hm2時(shí)，在13個(gè)參試品種（系）中，玉米產(chǎn)量受穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粒重等產(chǎn)量構(gòu)成要素影響。穗粒重變異系數(shù)最大，為15.7。T7穗粒重最重，為367.5 g/穗，高于平均值60.6 g/穗，T1穗粒重最輕，為194.6 g/穗，低于平均值112.3 g/穗。T3和T10百粒重較高，分別高于平均值3.0、2.8 g。產(chǎn)量變異系數(shù)最小，為6.3。產(chǎn)量平均值為12 305.5 kg/hm2，T7、T6分別超出平均值1 016.0、967.1 kg/hm2;T1、T3產(chǎn)量較低，分別為11 128.5、11 353.5 kg/hm2，較平均產(chǎn)量降低1 177.0、952.0 kg/hm2。

2.4? ?綜合性狀分析

由表4可知，參試品種農(nóng)藝性狀的變異系數(shù)為3.1～15.7，穗粒重、穗葉夾角變異系數(shù)較大，分別為15.7、15.5;株高、產(chǎn)量變異幅度較小，分別為3.1、6.3。說明穗粒重和穗葉夾角變化幅度較大，可作為品種篩選時(shí)的重要參照指標(biāo)。

13個(gè)參試品種主要農(nóng)藝性狀相關(guān)系數(shù)見表5。產(chǎn)量與穗行數(shù)、穗粒重成極顯著正相關(guān)，與株高呈負(fù)相關(guān)，適當(dāng)降低株高，增加穗行數(shù)、穗粒重，有利于提高產(chǎn)量。穗粒重與穗行數(shù)、行粒數(shù)呈極顯著正相關(guān)，穗行數(shù)與株高、穗葉夾角呈顯著負(fù)相關(guān)。由此看出，產(chǎn)量的提升有賴于穗粒重的增加，穗粒重的增加又依賴于百粒重、行粒數(shù)的增加。

2.5? ?農(nóng)藝性狀的主成分分析

玉米品種的形態(tài)多樣性受諸多農(nóng)藝性狀的綜合影響。本試驗(yàn)應(yīng)用主成分分析方法將多個(gè)原有性狀簡化為少數(shù)幾個(gè)新的綜合性狀進(jìn)行分析比較，以確定品種有差異的重要農(nóng)藝性狀。8個(gè)主要農(nóng)藝性狀的特征值和對應(yīng)特征向量見表6、表7，依據(jù)特征值大于1的標(biāo)準(zhǔn)提取主成分。由表6可知，前3個(gè)特征值累計(jì)貢獻(xiàn)率已達(dá)88.36%，說明前3個(gè)特征值可概括8個(gè)重要農(nóng)藝性狀的絕大部分信息，依據(jù)前3個(gè)主成分特征向量值可將其分別命名為穗重因子（λ1）、株高因子（λ2）及粒數(shù)因子（λ3）。

特征向量值表示供試材料各農(nóng)藝性狀對主成分貢獻(xiàn)率的大小。由表6、表7可知，第一主成分貢獻(xiàn)率為54.23%，對應(yīng)特征向量值為正且較大的有穗粒重、產(chǎn)量，可命名為穗重因子，穗葉夾角、株高有較高負(fù)值，說明在品種選育中要注意株高、穗位夾角對穗粒數(shù)的影響。第二主成分貢獻(xiàn)率為18.73%，對應(yīng)特征向量值為正且較大的有株高、穗位高，可命名為株高因子。行粒數(shù)有較高負(fù)值，說明在品種選育中要注意株高、穗位高對行粒數(shù)的影響，過度追求適應(yīng)機(jī)收的株高將導(dǎo)致行粒數(shù)減少。第三主成分貢獻(xiàn)率15.40%，對應(yīng)特征向量值為正且較大的有穗粒重、百粒重，可命名為粒數(shù)因子。產(chǎn)量和穗位高為負(fù)值，說明在品種選育中不能只注重百粒重、行粒數(shù)、穗位高對產(chǎn)量的影響。

2.6? ?聚類分析

應(yīng)用DPS9.01數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)軟件，采用歐氏距離類平均法對13個(gè)玉米品種（系）進(jìn)行系統(tǒng)聚類分析，聚類結(jié)果如圖1。13個(gè)玉米品種（系）在歐式距離d=3.5的水平上可劃分為4大類群，說明13個(gè)玉米品種（系）表現(xiàn)出多樣性的變異。各類型的8個(gè)主要性狀特征值見表8。

第1類群包括T1、T2等2份材料，占15%，這類品種的明顯特征為行粒數(shù)、穗粒重及百粒重最小，其余指標(biāo)居中，說明該類品種可主要通過提高穗粒數(shù)和百粒重增加產(chǎn)量。第2類群包括T3、T4等6份材料，占46%，是主要類群，這類品種明顯特征為穗葉夾角小、穗位高及產(chǎn)量高，說明該類品種植株緊湊，群體采光性能良好。第3類群包括T9、T10等4份材料，占38%，這類品種明顯特征為株高較高，穗位高較低，穗粒重較低，其余性狀居中，說明該類品種可通過進(jìn)一步改進(jìn)穗位葉夾角、穗位高來提高穗粒重增加作物產(chǎn)量。第4類群僅有1份材料，為T13，其明顯特征是穗葉夾角大、穗位高低，行粒數(shù)、穗粒重及百粒重高，說明該類品種可通過改良穗葉夾角和穗位高提升產(chǎn)量。

3? ?討論與結(jié)論

自澳大利亞學(xué)者Donald[13 ]提出作物理想株型概念后，圍繞作物理想株型的研究日益增加。玉米的理想株型擁有雄穗較小、葉面積適中、緊湊、抗倒抗病、根系較大等特點(diǎn)[14 ]。Duvick[15 ] 2005年研究發(fā)現(xiàn)，通過育種及遺傳改良玉米株型結(jié)構(gòu)，使美國玉米產(chǎn)量在過去80年里增加了8倍。本研究中，相對高產(chǎn)的T7、T6、T5等3個(gè)品種（系）株高、穗位高居中，其中T7、T6株高偏差小?？梢娭晷途o湊整齊、雄穗分枝較多是后期高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

呂艷東等[16 ]研究發(fā)現(xiàn)，穗上葉片上沖的緊湊型玉米葉片兩面受光均勻，利于提高穗位葉光合效率及籽粒灌漿速率;葉夾角小、株型緊湊的玉米群體，光線能從頂部照射到棒三葉及穗下葉片，利于植物有機(jī)物積累。本研究中，甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)應(yīng)用技術(shù)學(xué)院正在選育研究中的玉米品種T7穗葉夾角和葉面積低于平均值19.24%、3.93%，T7、T6穗位夾角較小，葉長、葉寬及葉面積適中，產(chǎn)量高于平均值8.25%、7.85%，明顯高于其他參試品種（系）。因此，穗位葉夾角、葉向值是決定玉米株型、衡量玉米群體種植密度的關(guān)鍵指標(biāo)。

穗部性狀在玉米產(chǎn)量形成中具有重要作用。國內(nèi)外研究普遍認(rèn)為，玉米產(chǎn)量由穗數(shù)、穗粒數(shù)、粒重三者共同作用，其中穗部性狀與產(chǎn)量關(guān)系最緊密[17 - 18 ]。梁曉玲等[19 ]研究認(rèn)為，在其他性狀相對穩(wěn)定的情況下，增加千粒重，可提高產(chǎn)量，但穗粗、穗行數(shù)和出籽率下降。閆海霞等[20 ]認(rèn)為增加穗長、提高出籽率和百粒重是獲得高產(chǎn)的有效途徑。栗建枝等[21 ]研究發(fā)現(xiàn)，協(xié)調(diào)好穗行數(shù)、百粒重等性狀關(guān)系可以提高產(chǎn)量。本研究中，T3、T10百粒重較大，分別為44.6、44.4 g，2個(gè)品種（系）對應(yīng)的穗行數(shù)下降且均低于平均值，T7、T6的穗行數(shù)、百粒重處于均值附近且產(chǎn)量高。因此，玉米籽粒產(chǎn)量受穗部性狀直接效應(yīng)和其他性狀間接效的影響，穗行數(shù)、百粒重等穗部性狀協(xié)調(diào)生長是高產(chǎn)的基礎(chǔ)。

百粒重、穗粒數(shù)等穗部性狀協(xié)調(diào)生長是玉米高產(chǎn)田建設(shè)的重要指標(biāo)。玉米穗部性狀的發(fā)育受株型影響，玉米株型是連接個(gè)體與群體的橋梁，良好的株型能增加群體通風(fēng)透光性能，個(gè)體表現(xiàn)出較高的光合效率和光能利用率。

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