基于主成分和灰色關(guān)聯(lián)度分析的鮮食糯玉米組合綜合評價

魏常敏， 周文偉， 許衛(wèi)猛， 邢永鋒， 宋萬友， 張傳量， 李桂芝

(河南省周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院， 河南 周口 466000)

糯玉米(ZeamaysL. certaina Kulesh)又稱蠟質(zhì)玉米、黏玉米，是普通玉米在栽培種植中產(chǎn)生的一種自然變異類型[1]。糯玉米籽粒中的胚乳淀粉幾乎全由支鏈淀粉組成，且富含多種維生素和賴氨酸等氨基酸，具有較高的營養(yǎng)價值及工業(yè)利用開發(fā)價值[2-3]。糯玉米作為一種重要的特用玉米，其用途、性質(zhì)與普通玉米明顯不同，在糯玉米育種中，不僅要具有高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、多抗廣適等普通玉米的優(yōu)良性狀，更要兼具營養(yǎng)品質(zhì)高、口感風(fēng)味好的特點[4]。鮮食糯玉米的研究主要集中在產(chǎn)量和品質(zhì)，強(qiáng)調(diào)高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)。作物產(chǎn)量由多個微效基因控制，與多個農(nóng)藝性狀相關(guān)[5]。目前作物雜交組合綜合評價主要有主成分分析法和灰色關(guān)聯(lián)度分析法。魏常敏等[6]對18個糯玉米中的15個性狀進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析發(fā)現(xiàn)，與鮮穗產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度較大的性狀是鮮籽粒產(chǎn)量、鮮百粒重、穗長和禿尖長；王俊花等[7]通過主成分分析和聚類分析方法，篩選出8個產(chǎn)量高、品質(zhì)優(yōu)、綜合性狀好的甜玉米雜交組合；陳冰潔等[8]以5個優(yōu)良鮮食型糯玉米品種為試材，對13個農(nóng)藝性狀進(jìn)行主成分分析，顯示前3個主成分為鮮穗產(chǎn)量因子、雄穗因子和禿尖長因子；張振良等[9]通過主成分分析將甜糯玉米16 個性狀降為5 個主成分，并篩選到9 個優(yōu)異甜糯玉米雜交組合。河南地處中原，雨熱同期，是我國夏玉米的主產(chǎn)區(qū)之一，但糯玉米育種發(fā)展較慢，自育的優(yōu)良品種較少，因此，篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)的鮮食糯玉米雜交組合進(jìn)行評價應(yīng)用顯得尤為重要。鑒于此，采用主成分和灰色關(guān)聯(lián)度分析法對23個鮮食糯玉米雜交組合的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行評價，探究影響糯玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的性狀因子，以期為糯玉米雜交組合的目標(biāo)性狀選擇及綜合評價提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料為河南省周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院于2018年冬季在海南組配的23個鮮食糯玉米組合，編號為N1～N23；對照(CK)品種為蘇玉糯2號(N24)，由江蘇沿江地區(qū)農(nóng)科所提供。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于2019年在周口市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗基地(114.65E，33.62N)進(jìn)行，試驗地前茬作物小麥。以23個鮮食糯玉米組合及對照品種蘇玉糯2號為試驗對象，采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計。每個糯玉米組合種植6行，行長6.7 m，行距0.6 m，種植密度為 5.25萬株/hm2，小區(qū)面積24 m2。收獲中間4行計產(chǎn)。6月10日播種，播前施復(fù)合肥750 kg/hm2，小喇叭口期追施尿素300 kg/hm2，其他管理同常規(guī)鮮食玉米。

1.2.2 測定指標(biāo)及方法 在鮮糯玉米的最佳采收期(授粉后23 d左右)，每個小區(qū)隨機(jī)挑取10株進(jìn)行考種，按《國家玉米品種試驗調(diào)查標(biāo)準(zhǔn)》調(diào)查穗長、禿尖長、穗行數(shù)、行粒數(shù)、穗粗、軸粗、產(chǎn)量、株高和穗位高；品質(zhì)性狀包括感官品質(zhì)和蒸煮品質(zhì)，按國標(biāo)糯玉米(NY/T524-2002)進(jìn)行評價。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Excel對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，利用DPS進(jìn)行各性狀的主成分分析和灰色關(guān)聯(lián)度分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 鮮食糯玉米的性狀變異

從表1看出，參試組合的穗長在13.92～19.22 cm，禿尖長在0～2.06 cm，穗行數(shù)在10.0～16.0行，行粒數(shù)在25.8～38.6粒，穗粗3.60～5.18 cm，軸粗在2.40～3.40 cm，株高在168.00～255.00 cm，穗位高在74.40～122.20 cm，產(chǎn)量在4 620.46～7 851.14 kg/hm2，品質(zhì)評分在75.00～90.00分。表明鮮食糯玉米雜交組合的性狀差異較大。各性狀的變異系數(shù)為4.60%～47.11%，其中，禿尖長的變異系數(shù)最大，品質(zhì)變異系數(shù)最??；穗長和穗粗的異系數(shù)低于10%，其余處于10.09%～13.47%。可見，禿尖長選育潛力較大。

表1 供試糯玉米組合的性狀指標(biāo)與變異系數(shù)

2.2 基于主成分分析的鮮食糯玉米組合評價

2.2.1 性狀指標(biāo)主成分貢獻(xiàn)率 對糯玉米組合的10個性狀進(jìn)行主成分分析，根據(jù)累計貢獻(xiàn)率≥85%具有代表性原則，提取出6個主成分因子，累計貢獻(xiàn)率達(dá)87.08%(表2)。第1主成分特征值為2.283 5，貢獻(xiàn)率達(dá)22.83%，權(quán)重系數(shù)最大，主要包括穗行數(shù)、穗粗和軸粗，均反映穗部粗細(xì)，因此第1主成分可以綜合為穗粗因子。第2主成分特征值為2.169 7，貢獻(xiàn)率達(dá)21.70%，行粒數(shù)權(quán)重系數(shù)最大，為0.558 1，因此第2主成分為行粒數(shù)因子。第3主成分特征值為1.635 2，貢獻(xiàn)率為16.35%，穗位高權(quán)重系數(shù)最大，因此第3主成分為穗位高因子。第4主成分特征值為1.062 9，貢獻(xiàn)率為10.63%，品質(zhì)權(quán)重系數(shù)最大，因此第4主成分為品質(zhì)因子，品質(zhì)是鮮食玉米重要的指標(biāo)，育種中品質(zhì)與產(chǎn)量處于重要位置。第5主成分特征值為0.876 9，貢獻(xiàn)率為8.77%，穗長權(quán)重系數(shù)最大，因此第5主成分為穗長因子。第6主成分特征值為0.679 9，貢獻(xiàn)率為6.80%，株高權(quán)重系數(shù)最大，因此第6主成分為株高因子。

表2 供試糯玉米組合性狀指標(biāo)在各主成分中的權(quán)重系數(shù)及各主成分的貢獻(xiàn)率

2.2.2 組合評價 以6個主成分的貢獻(xiàn)率為權(quán)重，構(gòu)建主成分綜合評價模型：F=0.228Z1+0.217Z2+0.165Z3+0.106Z4+0.088Z5+0.068Z6(F為綜合得分，Z1～Z6為第1至第6主成分貢獻(xiàn)率)。從表3可知，N5的綜合得分最高，為1.828 7，綜合性狀最好；其次是N16和N6，綜合得分分別為1.1840和1.146 0。表明，N5、N6和N16糯玉米組合綜合性狀好，產(chǎn)量與品質(zhì)俱佳。

表3 基于主成分分析的糯玉米組合的綜合得分及排序

2.3 基于灰色關(guān)聯(lián)度分析的鮮食糯玉米組合評價

2.3.1 產(chǎn)量和品質(zhì)與農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)性 從表4 看出，產(chǎn)量與9個農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.392 7～0.651 4，關(guān)聯(lián)系數(shù)依次為穗粗>株高>穗長>品質(zhì)>行粒數(shù)>穗行數(shù)>穗位高>軸粗>禿尖長，說明穗粗和株高對產(chǎn)量的影響較大，軸粗和禿尖長對產(chǎn)量的影響較小。品質(zhì)與其他9個農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)為0.336 9～0.622 7，排序依次為產(chǎn)量>軸粗>穗粗>行粒數(shù)>穗長>穗位高>株高>穗行數(shù)>禿尖長，說明產(chǎn)量和軸粗對品質(zhì)的影響較大，而穗行數(shù)和禿尖長對品質(zhì)的影響較小。

表4 供試組合的產(chǎn)量和品質(zhì)與其他農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)

2.3.2 組合評價 以10個性狀的最大值建立參考品種，參考品種的基本特征為穗長19.22 cm，禿尖長2.06 cm，穗行數(shù)16.00行，行粒數(shù)38.60粒，穗粗5.18 cm，軸粗3.40 cm，產(chǎn)量7 851.14 kg/hm2，株高255.00 cm，穗位高122.20 cm，品質(zhì)90.00分。指標(biāo)數(shù)據(jù)經(jīng)無量綱化處理后用加權(quán)平均法獲得品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度[10-11]，關(guān)聯(lián)度越大，表示與參考品種越接近。從表5可知，N6與參考品種的加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度最大，為0.897 8，其次是N5和N11，關(guān)聯(lián)度分別為0.888 1和N0.882 8。表明，N6、N5和N11糯玉米組合田間表現(xiàn)與參考品種接近，綜合性狀優(yōu)良。

表5 供試組合與參考品種的關(guān)聯(lián)度及位次

3 結(jié)論與討論

高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)是作物育種追求的目標(biāo)，而產(chǎn)量和品質(zhì)受到多種因素的影響，是復(fù)雜的數(shù)量性狀。主成分分析法將多個相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)轉(zhuǎn)化為較少數(shù)量的獨立或者關(guān)聯(lián)度小的指標(biāo)，簡化選擇指標(biāo)，這種降維思想為綜合評價提供了有力的理論依據(jù)和技術(shù)支持[12]?；疑P(guān)聯(lián)度分析是對發(fā)展變化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展動態(tài)量化比較的分析方法，具有所需樣本小、方法簡便、信息量大等優(yōu)點，在作物品種選育中廣泛應(yīng)用[13]。研究采用主成分及灰色關(guān)聯(lián)度分析法對24個鮮食糯玉米組合的農(nóng)藝性狀、產(chǎn)量性狀及品質(zhì)性狀進(jìn)行分析，探究影響鮮食糯玉米產(chǎn)量及品質(zhì)的指標(biāo)，并篩選優(yōu)良鮮食糯玉米新組合。

研究表明，鮮食糯玉米雜交組合的性狀差異較大，各性狀的變異系數(shù)為4.60%～47.11%，變異系數(shù)最大的是禿尖長，品質(zhì)變異系數(shù)最小。通過主成分分析提取鮮食糯玉米指標(biāo)的6個主成分因子，依次是穗粗因子、行粒數(shù)因子、穗位高因子、品質(zhì)因子、穗長因子和株高因子，每個主成分均可客觀反映所控制的性狀，累計貢獻(xiàn)率達(dá)87.08%。表明鮮食糯玉米產(chǎn)量受穗粗、株高和穗長的影響較大，與莫云錦等[14]研究結(jié)果相似。穗位高、軸粗和禿尖長對鮮食糯玉米產(chǎn)量的影響較小，產(chǎn)量、軸粗和穗粗對品質(zhì)的影響較大，而株高、穗行數(shù)和禿尖長對品質(zhì)的影響較小。其中，禿尖長對產(chǎn)量和品質(zhì)的影響均較小，穗粗對2者的影響均較大，與王俊花等[7]研究結(jié)果相似。

通過主成分分析法篩選出N5、 N6和N163個綜合性狀優(yōu)良的鮮食糯玉米組合，利用加權(quán)灰色關(guān)聯(lián)度分析法篩選出N6、N5和N113個優(yōu)良組合。綜合主成分和灰色關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果，最終篩選出N5和N62個綜合性狀好、產(chǎn)量高且品質(zhì)優(yōu)的鮮食糯玉米新組合。