不同玉米种质材料植株与穗粒性状的灰色关联度分析

纪 坤，王 彬，赵博文，薛 浩，吴建民，朱晓建，王依欣，赵海军，韩赞平

（1河南科技大学，河南 洛阳 471023；2洛宁县农业技术批广中心，河南 洛阳 471700）

0 引言

玉米是中国重要的粮食作物，种植范围很大，产量和经济效益也比较可观。玉米本身不仅具有良好的营养价值，其秸秆也可加以利用，作为工业原料、动物饲料等，因此，玉米的产量及质量密切联系着畜牧业和农业的发展[1-2]。多年来，已有众多学者选用不同材料，培育了具有不同特色的玉米种质，对玉米的育种潜力及改良利用途径进行了研究[3-6]。玉米新品种的选育过程繁杂，且选育过程中的品种评价均把产量作为基础，搭配一些其他性状指标为参考，然后进行综合评估。玉米的产量与营养品质是由多个因素共同作用的结果，弄清楚各因素对产量与营养品质影响的主次关系，对于改良和选育玉米自交系有重要意义。灰色关联度分析法与传统的方差分析、回归分析及通径分析等方法相比，具有计算简单，不会出现量化结果与定性分析不相符的现象，且有良好的稳定性等优点[7]。因此，采用灰色关联度分析法，对生产上大面积推广的12个玉米单交种进行相关性状的分析，以研究产量、植株性状、穗粒性状间的关系，为玉米种质创制和品种推广提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验材料选用在生产上大面积推广的12个单交种（表1）。

表1 供试材料代号及名称

1.2 试验方法

试验于2020—2021年河南省荥阳市县后王村，海拔53 m，试验田地力中等，田间采用随机区组设计，以‘郑单958’为对照，3次重复，5行区，行长6.7 m，小区面积20 m2，密度67500株/hm2，小区中间3行计产，并调查其小区中间3行全部植株株高、穗位高等田间性状和室内考种性状，以3次重复的平均值作为分析数椐，用于分析的指标涉及到主要植株和穗粒性状有株高、穗位高、穗长、穗行数、行粒数、穗粒重、穗重、轴粗、穗粗、百粒重、秃尖长、出籽率，依次用X1、X2、X3、X4、X5、X6、X7、X8、X9、X10、X11、X12表示，产量记为Y1；利 用MATRUX-I傅立叶变换近红外光谱仪进行营养品值分析，包括粗蛋白、粗淀粉、粗脂肪和赖氨酸的含量，分别记为Z1、Z2、Z3和Z4。

1.3 数据处理

根据灰色系统理论[8]，将12个品种的12个植株与穗粒性状、产量和品质性状看作一个系统，每个性状为该系统的一个因素，根据因素数列的几何形状的相似程度来判断因素间关联度的大小，曲线越接近，说明相应序列之间相互关系密切；反之，则说明相互关系疏远。

1.3.1 设定参考数列 将小区产量设为参考数列，植株与穗粒性状为比较数列；将营养品质性状设为参考数列，植株与穗粒性状为比较数列；植株与穗粒性状分别作参考数列，其余植株与穗粒性状为比较数列。

1.3.2 数据的标准化处理 由于各种因素纲量不一致，

首先应该对原始数据进行无量纲化处理，见公式(1)。

其中Xi(k)为数据标准化后的结果，Xi1(k)为第i个性状第k个品种的表现值，Xi为同一因素平均值，Si为同一因素标准差[9]，如表2。

表2 各性状数据的标准化处理

续表2

1.3.3 灰色关联度分析 根据邓聚龙[10]灰色系统理论，按照设定不同的参考数列与比较数列，以分辨系数为0.5进行灰色关联度分析，具体计算运用DPS软件进行。

2 结果与分析

2.1 玉米主要植株、穗粒、产量以及品质性状表现

在出籽率的表现上，较优的品种是‘神舟30’和‘艺玉1958’，其次是‘郑单958’。在行粒数的表现上，较优的品种是‘神舟30’，其次是‘郑单958’。在穗粗的表现上，较优的品种是‘豫金黄100’，其次是‘神舟27’。在穗粒重的表现上，较优的品种是‘神舟38’，其次是‘兆丰626’。在百粒重的表现上，较优的品种是‘神舟38’，其次是‘艺玉1966’。在株高的表现上，较优的品种是‘赛德玉1988’，其次是‘赛德玉301’。在穗位高的表现上，较优的品种是‘赛德玉1988’，其次是‘豫金黄100’。在穗长的表现上，较优的品种是‘兆丰626’，其次是‘神舟38’。在穗重的表现上，较优的品种是‘神舟38’，其次是‘兆丰626’。在穗行数的表现上，较优的品种是‘淦玉2号’，其次是‘神舟27’。在秃尖长的表现上，较优的品种是‘艺玉1966’，其次是‘淦玉2号’。在轴粗的表现上，较优的品种是‘豫金黄100’，其次是‘兆丰626’。

在产量的表现上，较优的品种是‘艺玉1958’，其次是‘新玉20’。在粗蛋白含量的表现上，较优的品种是‘淦玉2号’，其次是‘艺玉1958’。在粗淀粉含量的表现上，较优的品种是‘兆丰626’，其次是‘郑单958’。在粗脂肪含量的表现上，较优的品种是‘艺玉1958’，其次是‘神舟38’。在赖氨酸含量的表现上，较优的品种是‘艺玉1958’，其次是‘淦玉2号’。

综合所有性状表现，在整体上表现较好的品种是‘艺玉1958’，‘神舟38’，‘兆丰626’。

计算结果如表3。

表3 供试材料各性状平均值

续表3

2.2 玉米主要植株、穗粒性状对营养品质的影响

以产量性状为参考数列，其他植株与穗粒性状为比较数列。从表4可以看出玉米产量主要植株与穗粒性状的关联度依次为：出籽率、行粒数、穗粗、穗粒重、百粒重、穗位高、穗长、株高、穗重、穗行数、秃尖长和轴粗。根据关联分析原理，关联度大的数列与参考数列的关系密切，关联度小的数列与参考数列关系疏远。因此玉米主要植株、穗粒性状对产量的影响以出籽率最大，行粒数、穗粗、穗粒重、百粒重和穗位高次之，穗长、株高、穗重、穗行数、秃尖长和轴粗对产量的影响较小。

表4 各性状关联矩阵及排序

以营养品质为参考数列，其他植株、穗粒性状为比较数列。从表4可以看出，玉米各植株和穗粒性状与粗蛋白含量的关联度高低顺序为：穗行数、穗长、秃尖长、出籽率、株高、轴粗、穗粗、百粒重、行粒数、穗位高、穗重和穗粒重。与粗淀粉含量的关联度高低顺序为：百粒重、穗位高、穗重、株高、行粒数、出籽率、穗粒重、秃尖长、穗行数、穗长、穗粗和轴粗。与粗脂肪含量的关联度高低顺序分别为：出籽率、穗长、轴粗、穗行数、穗粗、秃尖长、百粒重、穗粒重、行粒数、穗重、株高和穗位高。与赖氨酸含量的关联度高低顺序为：穗行数、穗长、株高、秃尖长、穗粗、轴粗、出籽率、穗重、行粒数、穗粒重、穗位高和百粒重。总的来说，各植株与穗粒性状对营养品质影响较大的性状（各关联序列前5位）分别为出籽率、株高、穗长、轴粗、行粒数等，而穗粒重、穗重与穗位高影响较小。计算结果见表4。

2.3 玉米主要植株、穗粒性状间的相互关系

分别以玉米主要植株、穗粒性状为参考数列，其他性状为比较数列，计算各性状之间的关联系数与关联度，构成关联度矩阵，计算结果见表5。与株高、穗粗和百粒重关系最密切的性状是出籽率，较为密切的性状是行粒数、轴粗和穗粒重。与穗长和穗粒重关系最为密切的性状是穗重，较为密切的性状是穗粒重和穗长。与轴粗和出籽率关系最为密切的性状是穗粗，较为密切的性状是穗长和株高。与穗行数和行粒数关系最为密切的性状是株高，较为密切的性状是出籽率。与穗位高关系最为密切的性状是行粒数，较为密切的性状是株高。与穗重关系最为密切的性状是穗粒重，较为密切的性状是穗长。与秃尖长关系最为密切的性状是穗行数，较为密切的是株高。总体上秃尖长和穗位高与这些性状关系最弱。

表5 主要植株、穗粒性状关联度矩阵

2.4 玉米营养品质间的相互关系

分别以各营养品质含量为参考数列，其他营养品质含量为比较数列，计算各营养品质之间的关联系数和关联度，构成关联度矩阵，计算结果见表6。与粗蛋白含量关系为密切的是赖氨酸含量，其次是粗淀粉含量；与粗淀粉含量关系最为密切的是赖氨酸含量，其次是粗脂肪含量；与粗脂肪关系最为密切的是粗淀粉含量，其次是赖氨酸含量；与赖氨酸含量关系最为密切的是粗蛋白含量，其次是粗淀粉含量。由此可见，粗蛋白含量、粗淀粉含量、赖氨酸含量之间关系较为密切，粗脂肪含量与它们的关系较弱。

表6 营养品质性状关联度矩阵

3 结论与讨论

灰色关联度分析法以方法简单、结果准确、样本数量少、不需要满足某种理论分布等优点广泛用于玉米、水稻、小麦等作物的综合评价[11,12]。研究不足之处为本研究供试材料的来源地域少，试验时间仅为一年，今后还需多从其他地域引进材料，进行观察试验，同时适当延长试验时间。另外，本研究对于空间利用、抗倒伏性、耐旱性、耐寒性、棒三叶等研究方面尚未涉及，今后还需对上述方面多进行研究，以便多方位，多层次比较[13-16]。

玉米的产量与营养品质性状是各种农艺性状综合作用的结果。张志慧[17]、安治良[18]、王美霞[19]认为，与产量关系最为密切的性状是出籽率、行粒数和穗粗，这与本研究的结论相同。也有研究认为，不同的地点、时间、环境、品种都可能成为影响产量的主要因素[20-23]。根据玉米主要性状间的关系，对产量影响最大的出籽率与穗粗、株高、穗长和行粒数关系最为密切，其关联度在0.7377 ～0.6769；对产量影响较大的行粒数与株高、出籽率、穗长和穗粒重关系密切，其关联度在0.7268 ～0.6731。以往的研究对于玉米营养品质的分析较少，因此在本研究中得出对于玉米的粗蛋白、粗脂肪、粗淀粉和赖氨酸含量等营养品质密切相关的植株与穗粒性状是穗行数、穗长、百粒重、出籽率等。根据玉米主要性状间的关系，对粗蛋白含量影响最大的穗行数与株高、出籽率和轴粗关系最为密切，其关联度在0.6571 ～0.5976；对粗淀粉含量影响最大的百粒重与出籽率、穗粒重和穗重关系最为密切，其关联度在0.6515 ～0.6307；对粗脂肪含量影响最大的出籽率与穗粗、株高和穗长关系最为密切，其关联度在0.7377 ～0.6990；对赖氨酸含量影响最大的穗行数与株高、出籽率和轴粗关系最为密切，其关联度在0.6571 ～0.5976。

总的来说，在当前玉米品种改良的过程中，在保证正常生长的前提下，要注意对株高和出籽率的选择，但植株特别高的容易倒伏，所以选育时株高不能太高，此外还应加强对果穗性状好的品种的选育，以达到提高营养品质的目的。此外，还要考虑产量的主导因素，兼顾个别性状间协调发展，最大限度发挥玉米品种自身各因素的增产潜力和品质潜力，为农业生产提供优质、高产品种[24-25]。综合考量参选的12个品种，得出结论：‘艺玉1958’，‘神舟38’和‘兆丰626’的综合成绩最高，主要因其出籽率和行粒数较高，这与灰色关联度分析结果一致。