基于主成分分析法的玉米品种的抗病性评价
2022-03-21郗小倩王瑞军张旭丽
郗小倩，李 洪，王瑞军，张旭丽
（山西农业大学高寒区作物研究所，山西 大同 037000）
玉米（Zea maysL.）是全世界种植最广泛的谷物作物之一，总产量位居三大谷物（水稻、小麦、玉米）之首。在食品、医药和工业等方面应用广泛［1］。由于中国地域距离和海拔跨度大，气候条件复杂，各种病虫草害均有发生［2］。病害是影响品种鲜穗产量的重要因素，相关分析表明病害是限制玉米产量的关键因子［3］。
对玉米主要病害进行抗病性鉴定不仅可以为玉米育种提供理论依据［4］，还是玉米新品种跨区域引种和推广的一个重要环节，是确保新品种生产安全性的基础［5，6］。
主成分分析是利用多个农艺性状降维后得到前几个主成分，分析其特征表现。通过多变量的主成分分析，能够显示各因素在性状多样性构成中的重要性［7］。李洪等［8］认为在表型性状对产量贡献的分析中，主成分分析法是最行之有效的方法。目前，主要的研究是利用主成分分析玉米农艺性状与产量［9］和营养品质［10］的关系，而对玉米的抗病性进行主成分分析还较少。
因此，本研究对2020 年晋玉科企联合体的10 份区试玉米品种进行丝黑穗病、茎基腐病、穗腐病、大斑病、矮花叶病的抗性评价；利用主成分分析方法对玉米的主要农艺性状和抗病性进行分析，以期为玉米优良品种的选育和育种效率提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试的10 个玉米品种为玉农215、RF1810、太育184、中博314、龙田809、RF1804、RF1915、太玉189、龙田811、太玉919，均由晋玉科企联合体提供。
1.2 试验设计及方法
1.2.1 抗病性鉴定 抗病性鉴定试验报告由山西农业大学植物保护学院提供。
1.2.2 农艺性状测定 试验于2020 年在山西农业大学高寒区作物研究所试验田内进行，采用随机区组设计，3 次重复，小区面积20 m2（5 m×4 m）。生育期内调查株高、穗位，收获后进行考种，确定穗粗、穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重、出子率等。
1.3 数据处理
数据采用Excel 2017 和SPSS 17.0 软件进行数据整理与统计分析。
2 结果与分析
2.1 不同玉米品种的抗病性评价
由表1 可知，丝黑穗病只有1 个中抗品种（玉农215），其余均为易感品种；茎基腐病有4 个高抗品种（玉农215、太育184、中博314、RF1804），2 个抗性品种（龙田809、太玉189），4 个中抗品种（RF1810、RF1915、龙田811、太玉919）；穗腐病有6 个抗性品种（玉农215、太育184、龙田809、RF1804、RF1915、太玉919），4 个中抗品种（RF1810、中博314、太玉189、龙田811）；大斑病有1 个高抗品种（RF1810），3个抗性品种（龙田809、RF1915、龙田811），4 个中抗品种（玉农215、太育184、中博314、太玉189），2 个易感品种（RF1804、太玉919）；矮花叶病有2 个中抗品种（中博314、RF1915），其余均为易感品种。
表1 参试品种抗病鉴定结果
2.2 不同玉米品种的农艺性状
由表2 可知，玉米折合单产排名表现为RF1915＞中博314＞太玉919＞RF1810＞龙田811＞RF1804＞玉农215＞太育184＞龙田809＞太玉189。
表2 参试品种农艺性状
2.3 不同玉米品种的主成分分析
对参试10 个玉米品种的11 个农艺性状和5 个抗病性评价数据标准化后进行主成分分析，结果如表3 所示。以特征值大于1.0 为标准提取主成分，提取前5 个主成分进行综合分析，结果累计贡献率达86.574%。其中，第一主成分特征值为5.052，方差贡献率为31.578%，赋有较高载荷的特征向量是穗柄长度（0.871）、矮花叶病（-0.845）、穗位（0.814）、株高（0.782）；第二主成分特征值为3.816，方差贡献率为23.852%，赋有较高载荷的特征向量是行粒数（0.957）和穗行数（-0.815）；第三主成分特征值为2.216，方差贡献率为13.851%，较高载荷特征向量值的性状是穗腐病（0.683）、丝黑穗病（-0.670）和大斑病（-0.499）；第四主成分特征值为1.622，方差贡献率为10.139%，赋有较高载荷特征向量值的是大斑病（0.606）、秃尖长（-0.599）、茎基腐病（-0.480）；第五主成分特征值为1.145，方差贡献率为7.154%，赋有较高载荷特征向量值的是穗粗（0.561）、秃尖长（0.499）。第一主成分为植株性状因子，第二和第五主成分是穗部性状因子，第三和第四主成分是抗病性因子。
表3 主成分载荷矩阵和得分系数矩阵
基于主成分分析模型的构建［11］，计算出F1、F2、F3、F4、F5 综合得分，具体见表4。品种综合排名表现为太育184＞RF1915＞RF1810＞RF1804＞中博314＞玉农215＞太玉919 ＞龙田811＞龙田809＞太玉189。
表4 各主成分得分及综合排名
3 小结与讨论
抗病性鉴定表明10 个玉米品种对茎基腐病和穗腐病的抗性总体都强，对丝黑穗病和矮花叶病的抗性总体都弱；主成分综合排名第一的太育184 对茎基腐病为高抗，对穗腐病为抗性，对大斑病为中抗，因此其综合抗病性好；综合排名第二的RF1915的玉米折合单产最高；综合排名最后的太玉189 的玉米折合单产最低。因此，利用主成分分析法进行综合排名有所侧重，也间接说明产量高的未必抗病性好，抗病性好的未必产量高，在玉米选育时要结合各种条件综合考量，选育出适合地域种植的最佳玉米品种。
