特早熟玉米主要农艺性状与产量灰色关联分析

冯 伟，李卫东

（山西农业大学农学院，山西太谷030801）

玉米又名玉蜀黍、棒子、苞米、苞谷、玉菱、玉麦、六谷、芦黍和珍珠米等，属禾本科玉米属。全世界玉米播种面积仅次于小麦、水稻而居第3位。在我国，玉米的种植面积和产量仅次于水稻而居第2位，播种面积很大，分布也很广，是我国北方和西南山区人们的主要粮食作物之一，是山西省的第一大粮食作物[1]。在我国现有1.25亿hm2的耕地中，玉米种植面积约为0.288亿hm2，占总耕地面积的1/5。2008年我国粮食总产量为51 150万t，玉米总产量为16 650万t，占粮食总产量的32.5%。其次，玉米是重要的传统食品，玉米籽粒中含有丰富的蛋白质、脂肪及淀粉等。同时，玉米还是“饲料之王”和重要的工业原料。玉米籽粒中的淀粉含量达70%以上，是医药、化工等行业必不可少的原料，玉米秸秆和穗轴糠醛的含量在18%左右，而糠醛是制造尼龙的主要原料。综上所述，玉米的用途已广泛渗透到工、农业的各个方面。

近年来，工、农业生产对玉米的需求不断扩大，相应地玉米的种植面积也不断增加，但由于种种原因，玉米产量却没有明显的提高，因此，提高玉米的产量已经成为当前开展玉米科学研究的重要课题[2-3]。

玉米产量是由环境因素、栽培管理水平、品种等多个因素共同决定的，对育种工作者来说，弄清玉米主要农艺性状对产量的影响，可以为新品种的选育提供科学依据[4-5]。而灰色关联系统自创立以来，已在小麦、大豆和水稻等作物品种的综合评判方面得到了应用，并且取得了与实践相一致的结果[6-20]。但用灰色关联度研究玉米品种产量与主要农艺性状的关系比较少。

本研究应用灰色关联分析方法对山西农业大学农作站2008年9个玉米品种试验结果进行了分析，探讨了产量与主要农艺性状之间及主要农艺性状之间的关联度，旨在选育出产量高、综合性状优良、特早熟的玉米新品种。

1 材料和方法

1.1 材料

供试玉米品种包括：A1（新4-1×070163），A2（新 4-1×071065），A3（新 4-1×071069），A4（新 4-1×071072），A5（新 4-1×071073），A6（新4-1×072210），A7 （新 4-3×农 1），A8 （新4-2-1×黄早四），A9（新 4-2-2×黄早四）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 于2008年在山西农业大学农作站试验基地进行试验。采用随机区组设计，3次重复，小区面积4.5 m2，四周有保护行，地势平坦，肥力中等。所选试验地具有一定的代表性，管理水平略高于当地水平。试验地前茬作物为大豆，计算的数据取平均值（保留整数）。种植密度为60 615株/hm2。收获时，去掉两侧边行，收中间数行计产。在成穗期进行田间调查，收获后进行室内考种。选取各试验点产量与生育期、株高、穗位高、茎粗、穗长、穗粗、穗行数、行粒数、穗质量、穗粒质量、百粒质量11个主要农艺性状的平均值，用DPS软件对其数据进行灰色关联度分析[21]。

1.2.2 灰色关联分析方法

1.2.2.1 确定参考数列和比较数列 按照灰色系统理论[22]，在分析各性状对产量影响时，将9个品种的性状视为一个灰色系统，以单株产量为参考数列，记作X0，其他各性状为比较数列，记作Xi（i=1，2，3…，n）。

1.2.2.2 数据标准化处理 由于各性状因素量纲不一致，需按均值化方法进行处理，即所有性状值分别除以相应的均值，即

式中，X（ik）表示第i个性状第k点的原始数据，Xi表示第i个性状原始序列的平均值，X′（ik）表示第i个性状第k点均值化后的新数据。

1.2.2.3 计算关联系数和关联度 计算公式为：

式中，ξ（ik）表示Xi对X0在k点的关联系数，γi表示比较数列对参考数列的关联度 ， X0′（k）-Xi′（k） 表示X0与Xi在k点的绝对差值，p表示分辨系数（取值范围在0～1之间，一般取 0.5，本研究的分辨系数取 0.5）。

2 结果与分析

2.1 供试品种各性状的平均值

从表1可以看出，在9个品种中，A7（新4-3×农 1）产量最高，A9（新 4-2-2×黄早四）产量其次，然后是A3（新4-1×071069）。

表1 供试材料主要性状平均值

2.2 玉米主要农艺性状对产量的影响

按照灰色分析原则，关联度大的数列与参考数列关系最为密切，关联度小的数列与参考数列的关系较为疏远。以玉米产量为参考数列，其他农艺性状为比较数列，所得关联系数和关联度列于表2。

从表2可以看出，玉米产量与其他各性状的关联度大小依次为：穗粒质量＞穗质量＞株高＞穗粗＞行粒数＞茎粗＞百粒质量＞穗长＞穗行数＞生育期＞穗位高。这说明，在构成产量的11个因素中，穗粒质量、穗质量、株高、穗粗是主要因素，行粒数、茎粗、百粒质量、穗长、穗行数为辅助因素，而生育期和穗位高对产量影响较小。因此，只有在保证植株穗粒质量、穗质量、株高、穗粗的条件下，选择行粒数较多、茎较粗、百粒质量较大、穗长较长的材料，才有利于选育出高产、综合性状好的品种。

表2 产量与主要农艺性状的关联系数

2.3 玉米穗部性状之间的相互关系

穗粒质量与穗质量是影响产量的主导因素，穗长、穗粗、穗行数、行粒数、百粒质量及生育期这6个性状同样影响玉米果穗的性状和产量，研究它们的相互关系，对于选育理想的玉米品种有重要意义。当这8个性状分别作为参考数列，再以这8个穗部性状中的一个性状为比较数列求得的关联度如表3所示。

表3 玉米穗部各性状间的关联系数

在穗部性状的相互关系中，与生育期关系最密切的是穗行数，其次是行粒数、穗粗和百粒质量；与穗长关系最密切的是百粒质量，其次是生育期与穗粗；与穗粗关系最密切的是穗行数，其次是生育期与穗长；与穗行数最密切的是穗粗，其次是百粒质量与穗粒质量；与行粒数关系最密切的是生育期，其次是穗长和穗粗；与穗质量关系最密切的是穗粒质量，其次是生育期与百粒质量；与百粒质量关系最密切的是生育期，其次是穗长与穗粒质量。生育期、百粒质量、穗粗在穗部性状的相互关系中，与其他性状的关联度最大，在对其他性状进行改良时，可以通过生育期、穗粗、百粒质量的调整来实现。

生育期与其他性状之间关系最为密切（关联系数平均为0.781 9），行粒数与其他性状的关系比较疏远（关联系数平均为0.586 2）。百粒质量（关联系数平均为0.732 2）和穗粗（关联系数平均为0.712 3）对其他性状的影响仅次于生育期。在选择品种上，应选择生育期较长的品种，产量的提高可以通过选择穗粗与百粒质量而达到目的。由分析可得出，关联度大小顺序为：生育期＞百粒质量＞穗粗＞穗质量＞穗行数＞穗长＞穗粒质量＞行粒数。因此，在选育新品种时，生育期较长，百粒质量、穗质量较大，穗较粗，穗长较长，穗行数较多的品种是最佳选择。

2.4 其他农艺性状对穗部性状的影响

本研究表明，玉米穗部性状之间有密切的关系。除此之外，玉米穗部性状与株高、穗位高、茎粗、雄花分枝数等其他农艺性状也存在着相互关系。加强对这些关系的研究，可以从各农艺性状着手，为植株农艺性状的选择和穗部的改良奠定理论基础。以其他农艺性状为参考数列，玉米穗部性状为比较数列，得到的关联度情况如表4所示。

由表4可知，株高与穗部性状的关联度大小为：百粒质量＞穗粗＞穗长＞穗行数＞行粒数＞生育期＞穗粒质量＞穗质量；穗位高与穗部性状的关联度大小为：穗粗＞穗行数＞行粒数＞百粒质量＞穗粒质量＞生育期＞穗质量＞穗长；茎粗与穗部性状的关联度大小为：穗粗＞穗长＞行粒数＞生育期＞百粒质量＞穗行数＞穗粒质量＞穗质量；雄花分枝与穗部性状的关联度大小为：穗质量＞生育期＞穗粒质量＞百粒质量＞穗行数＞穗粗＞穗长＞行粒数，对植株性状影响最大的是穗粗、百粒质量、生育期，穗部性状与植株性状关联度大小依次是株高、穗位高、茎粗、雄花分枝。由此可得，植株性状与穗部性状间互相关系有差异，每个性状与其他性状的关系疏密也不一样，在选择性状时，要考虑其综合性。

表4 穗部性状与其他农艺性状的关联系数

3 结果与讨论

3.1 农艺性状对产量的影响

玉米优质高产育种是一个永恒的主题。前人研究指出，直接影响产量的性状是穗部性状，植株性状在产量积累上也起重要作用。本研究分析得出，影响玉米产量的主要因素是穗粒质量和穗质量。以穗长较长、穗粒较重、行粒数较多、百粒质量较大、生育期较长的综合穗部性状为主要选择指标，与前人研究是一致的[20]。这些性状是影响玉米产量的主要因素，为正确评价新品种，探讨玉米高产育种的最佳途径提供依据。在育种的选择上，产量高、性状优良的品种才有利于新品种的推广。新4-3×农1产量最高，新4-2-2×黄早四产量其次，然后是新4-1×071069。它们穗部性状中的生育期、穗位高、穗粗、行粒数、穗质量、穗粒质量、百粒质量与其他品种相比有明显优势，而其他品种有些性状较为优良，但综合性状没有明显的优势，产量较低。9个特早熟品种中，品种新4-3×农1是最佳的组合。

3.2 农艺性状间相互关系

在农艺性状对产量的影响分析中，得出穗粒质量、穗质量、株高、穗粗4个主要因素，通过性状间相互关系的分析，说明各性状不是独立存在，而是相互影响，不同性状间的影响又存在差异，如影响穗粒质量的依次是穗质量、生育期、百粒质量，而影响生育期的依次是穗行数、行粒数、穗粗；株高、穗位高、茎粗对穗部性状的影响也有差异。所以，玉米产量的构成是穗部性状和其他农艺性状综合作用的结果。由于性状间的相互关系，在新品种选育的过程中，以高产为目的，以穗部综合性状较好为主导因素的品种，对株型也有一定的要求。综合分析农艺性状间关系，有利于提高产量和进行性状的改良。

3.3 灰色关联分析方法的选择

灰色关联分析方法在农业科学研究中正开始被广泛应用，它是对一个发展变化系统进行发展动态量化比较的一种分析方法，不同时间、地点、环境和品种都可能使影响产量的主要性状改变。因此，应用灰色关联分析法对不同育种材料的产量与性状间以及不同性状间进行具体分析，以便采用相应的措施，对不同环境和不同育种材料进行具体分析，从而选育出产量高、综合性状优良的特早熟玉米新品种。

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