玉米自交系穗部性状耐瘠性指标筛选及评价

潘中涛， 唐 谷， 陈 瑾， 赵艳花， 汪朝明

(安顺市农业科学院， 贵州 安顺561000)

玉米是贵州省的主要粮食作物，种植面积和产量仅次于水稻。全省有近80%的玉米种植在土壤瘠薄、有机质含量低、保水保肥能力差、有效磷钾供给缺乏的中下等肥力土壤上。因此，选育和利用耐瘠能力强的玉米品种是保证贵州省中下等肥力土壤玉米产量提高的根本。不同玉米品种的耐瘠性不同，筛选耐瘠型玉米自交系是选育耐瘠型玉米品种的前提条件。反映玉米耐瘠性的因子很多，穗部性状是体现耐瘠性的主要因子之一，其穗粒重、穗重、穗行数、百粒重等是玉米产量的构成因素[1]，在肥力胁迫下，各个因素都会发生相应变化。研究通过测定玉米自交系在正常施肥与肥力胁迫下几个穗部性状指标变化，筛选出穗部指标的主成分，探讨穗部主成分在玉米自交系耐瘠鉴定中的应用，比较10个玉米自交系的耐瘠性差异，旨在为耐瘠型玉米自交系及品种的选育工作提供参考。

1材料与方法

1.1试验材料

1.1.1 玉米自交系 10份玉米自交系分别为1043、SU65、1441、D902、异78、丹混、78599、K508、77和引-10，供试材料均由安顺市农业科学院玉米研究所提供。

1.1.2 试验土壤 试验在安顺市农业科学院盆栽试验场进行，试验盆栽土壤有机质0.712 5%(极缺乏)、碱解氮26.2 mg/kg(极缺乏)、有效磷5.68 mg/kg(缺乏)、速效钾44.4 mg/kg(极缺乏)。土壤养分三要素呈缺乏或极缺乏状态，有机质含量低，属贫瘠土壤。

1.2试验设计

试验于2018年4—10月进行，采用盆栽试验设计，每盆播3粒种子，单株留苗。以施肥后土壤的肥力状况为处理对象，设2个处理。B1处理为高施肥区，底肥施用25 kg/667m2撒可富复合肥，追肥11.5 kg/667m2纯氮(完全施肥量参照贵州省玉米区域试验的施肥量),施肥后土壤肥力中等；B2处理为低施肥区，施肥量为B1处理的50%，即底肥为12.5 kg/667m2撒可富复合肥，追肥5.7 kg/667m2纯氮，施肥后仍为下等肥力土壤。每处理2次重复。底肥一次性施用，追肥分2次进行，每次追肥量为设计追肥总量的50%，第1次于玉米5～6叶龄期、第2次于大喇叭口期用。

1.3测定指标及分析

于玉米自交系成熟期测定穗长、穗粗、秃尖、穗行数、行粒数、百粒重、单穗粒重、单穗重8个穗部性状，通过DPS软件进行10份自交系的8个穗部指标进行主成分分析及聚类。

2结果与分析

2.1玉米自交系的穗部性状差异及肥力对指标的影响程度

从表1看出，相同玉米自交系在中等肥力及下等肥力土壤种植，其穗部性状表现较大差异。土壤肥力对玉米穗部性状指标的影响程度因品种不同而异。

2.1.1 穗部性状指标差异 单穗粒重，B1处理10个自交系穗粒重在25.0～119.4 g,其中，以异78自交系最高，引-10最低；B2处理在12.3～68.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。穗重，B1处理10个自交系穗重在37.0～141.0 g，其中，以异78自交系最高，引-10最低；B2处理在24.0～88.4 g，其中，以SU65最高，D902最低。行粒数，B1处理10个自交系行粒数在12～32粒/行，其中，以K508最高，引-10最低；B2处理在8～28粒/行，其中，以K508最高，D902最低。百粒重，B1处理10个自交系百粒重在18～49 g，其中异78最高，丹混最低；B2处理百粒重在13～38 g，其中异78最高，丹混最低。穗行数，B1处理10个自交系穗行数在10～20行/穗，其中丹混最高，77最低；B2处理穗行数在10～20行/穗，其中丹混最高，77、异78最低。穗长，B1处理10个自交系穗长在9.8～17.7 cm，其中SU65最高，丹混最低；B2处理在5.4～14.5 cm，其中SU65最高，D902最低；穗粗，B1处理10个自交系穗粗在3.7～5 cm，其中丹混最高，77、引-10最低；B2处理在3.3～4.8 cm，其中K508最高，77最低。秃尖，B1处理10个自交系秃尖在0.1～1.7 cm，其中SU65最高，1043、1441、异78、77最低；B2处理在0.1～3.8 cm，其中SU65最高，1441、丹混、77最低。

2.1.2 肥力对穗部性状指标的影响程度 标准化值(SB)为B2肥力水平与B1全施肥水平的比值，体现土壤肥力对性状的影响程度，SB等于1时，无影响；SB小于1时，数值越大，肥力对指标影响越小，反之，则越大；SB大于1时，数值越大，影响则越大。单穗粒重，SB在0.22～0.90，其中，以K508最高，D902最低。穗重，SB在0.29～0.92，其中，以引-10最高，D902最低。行粒数，SB在0.36～1.0，其中，以引-10最高，D902最低。百粒重，SB在0.72～0.95，其中，以1441最高，丹混最低。穗行数，SB在0.83～1.0，其中，以1043、丹混、78599、K508、77、引-10最高，异78最低。穗长，SB在0.49～0.95，其中，以引-10最高，D902最低。穗粗，SB在0.8～1.0，其中，以78599、K508、引-10最高，丹混最低。秃尖，SB在0.2～10，其中，以1043、异78最高，丹混最低。

表1不同肥力水平条件10个玉米自交系的穗部性状指标及标准化值

2.2玉米自交系穗部性状指标的相关性

从表2看出，单穗粒重与单穗重、行粒数呈极显著正相关，与穗长呈显著正相关；单穗重与行粒数呈极显著正相关，与穗长呈显著正相关；行粒数与穗长极呈显著正相关，穗行数与行粒数呈极显著正相关，与单穗粒重、单穗重呈显著性相关；百粒重、穗长、穗粗、秃尖4项指标与其他各项指标无显著相关性，不因其余指标的变化而受影响，具有环境稳定性。

2.3主成分分析

将在肥力胁迫下8项穗部性状指标转成8个主成分，经DPS处理，得到样本相关矩阵的特征向量、特征值和积累贡献率(表3和表4)。特征值越大，所对应的主成分变量包含的信息越大；特征向量表示每个原始变量对各个主成分因子的贡献率[2]。结果显示，前3个主成分累计贡献率达86%以上，反映了原始指标中包含的主要信息。第一主成分代表单穗粒重、单穗重，第二主成分代表行粒数，第三主成分代表百粒重。单穗粒重、单穗重、行粒数、穗长与(主成分特征向量Y1)有较强的正向负荷，表现在肥力胁迫下直接影响穗重相关指标，是第一主成分的主导因子；百粒重、穗粗与Y2有较强的正向负荷，行粒数、穗行数、穗长、秃尖与Y2呈较强负向负荷，表现在肥力胁迫下穗部结实性状指标为主成分二的主导因子；穗行数、穗长、穗粗与Y3呈较强负向负荷，秃尖与Y3呈较强正向负荷，表现在肥力胁迫下玉米果穗大小指标为第三成分的主导因子。

表2玉米自交系穗部性状指标间的相关系数

表4主成分特征向量

2.4玉米自交系耐瘠鉴定穗部指标筛选

根据耐瘠性各项穗部性状指标的主成分分析结果可得出，单穗粒重、单穗重、行粒数、百粒重4项指标在肥力胁迫下特征值较大，可用于玉米自交系耐瘠性鉴定，评价结果可靠性较大。

2.5玉米自交系耐瘠性聚类分析

以单穗粒重、单穗重、行粒数、百粒重4项指标为筛选耐瘠型玉米自交系穗部性状主要指标，对10份玉米自交系进行系统聚类分析，当阈值等于0.29时，可以将10份玉米自交系分为耐瘠、较耐瘠和不耐瘠3类。耐瘠型玉米自交系材料有1043、SU65、K508、引-10、1441，其中1043与SU65表现为最耐瘠；较耐瘠型材料为异78、77、78599和丹混，其中异78与77的耐瘠性较78599和丹混强；不耐瘠型材料为D902。

图110份玉米自交系耐瘠性聚类

3结论与讨论

应用主成分分析方法，可将多个指标问题转换成较少新的指标[3]，这种降维思想为综合评价提供了有力的理论依据和技术支持[4]。对10份玉米自交系的8项穗部指标(穗长、穗粗、秃尖、穗行数、行粒数、百粒重、单穗粒重、单穗重)进行耐瘠性鉴定试验，通过主成分分析方法，筛选鉴定耐瘠性的主要指标，并对10玉米自交系的耐瘠性进行分类。结果表明，主成分一可解释为直接与产量相关的因子，主成分二为穗部结实性状的相关因子；第三主成分为果穗大小的影响因子。在一定程度上，这几项穗部指标能反映玉米自交系的耐瘠性。单穗粒重、单穗重、行粒数、百粒重4项指标在肥力胁迫下特征值较大，可同时用于玉米自交系耐瘠性鉴定。根据筛选出的4项穗部指标，对10份玉米自交系材料进行系统聚类分析，将10份玉米自交系分为耐瘠、较耐瘠和不耐瘠3类，耐瘠型有1043、SU65、引-10、K508、1441；较耐瘠型为异78、77、78599、丹混；不耐瘠型为D902。玉米自交系耐瘠性鉴定结果对今后耐瘠型玉米材料与品种的选育提供基础材料。