玉米穗部性状的遗传基础与综合评价分析

梁黔云+李清超+先新等

摘 要：为了对观察实验中玉米新组合穗部性状进行综合评价与遗传基础研究，通过对9个玉米新组合及对照的12个穗部性状进行主成分分析，结果表明：轴重与含水量可能受到相同基因的调节，轴粗具有独立的遗传机制，而其余穗部性状间可能存在一因多效的情况，具有相似的遗传基础；B6、B13和B34组合在试验中综合表现最好，ck排在第7位。研究明确了穗部性状间的相互关系，筛选了穗部表现优良的新组合，为玉米育种中穗部性状的改良提供参考。

关键词：玉米；穗部性状；综合评价；品种筛选

中图分类号 S513 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2015）15-36-03

玉米穗部性状是玉米育种改良的重要组成部分，对其穗部性状进行遗传机制研究，同时进行综合评价，对于性状改良及相关研究具有重要意义。前人对玉米穗部性状已经进行了较多的相关研究，如陈岭等[1]对玉米穗部性状的基因效应进行了分析，王新勤等[2]对玉米穗部性状整齐度与产量进行了相关性研究，胡利宗等[3]利用BC2F2群体对穗部性状进行了QTL分析，刘宗华等[4]对氮胁迫和正常条件下玉米穗部性状的QTL分析进行了研究，而单独对玉米穗部性状进行主成分分析的研究则相对较少。为此，本研究利用9个玉米新组合的12个穗部性状进行相关分析及主成分分析，探讨穗部性状间的相互关系及遗传机制，筛选穗部性状表现优良的玉米新组合，为玉米穗部性状的改良及相关育种研究提供依据。

1 材料与方法

1.1 供试材料 9个参试组合、对照种及其相关数据来源于2013年毕节市农科所玉米杂交组合观察筛选试验，9个参试材料代号分别为：B35、B2、B24、B13、B34、B6、B152、B19和B33，另设毕单17号为对照（ck）。

1.2 试验设计 9个新配组合及对照种采用间比法排列，不设重复，每组合种1行，行长5m，行距0.8m，穴距0.5m，每穴2株，密度49 970株/hm2。参试组合前后分别设一对照，对照为毕单17号，并计算2个对照行的性状平均值。穗部测量性状：穗长、穗粗、出籽率、穗行数、行粒数、秃尖、轴粗、轴重、百粒重、含水量、穗粒重和穗重。

1.3 分析方法 采用主成分分析法，按照累积贡献率>85%以及特征值>1的原则提取主成分因子，进行相关分析，同时计算特征向量矩阵和因子综合得分矩阵。该分析由SPSS18.0软件完成。

2 结果与分析

2.1 穗部性状遗传基础研究 对9个组合及对照种的12个穗部性状进行相关分析（表1），发现除轴重和含水量呈极显著正相关外，轴重和含水量以及轴粗与其余性状均未达显著水平，可能源于其不一致的遗传机制，其余性状间存在较为复杂的相关性，且相关系数均较大，例如穗重同时与穗长、穗粗、穗行数、行粒数以及穗粒重均达显著或极显著正相关；同时发现，在所有性状间，达显著及以上水平的相关性均是正相关，可见穗部性状间的关系较为密切，其可能存在相似的遗传基础。

表1 穗部性状相关分析

[ 性状＼&穗长＼&穗粗＼&出籽率＼&穗行数＼&行粒数＼&秃尖＼&轴粗＼&轴重＼&百粒重＼&含水量＼&穗粒重＼&穗粗＼&0.801**＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&出籽率＼&0.721*＼&0.62＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&穗行数＼&0.628＼&0.872**＼&0.584＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&行粒数＼&0.887**＼&0.795**＼&0.709*＼&0.583＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&秃尖＼&0.704*＼&0.52＼&0.814**＼&0.433＼&0.503＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&轴粗＼&-0.033＼&0.157＼&-0.065＼&0.17＼&0.148＼&-0.155＼& ＼& ＼& ＼& ＼& ＼&轴重＼&0.293＼&0.491＼&-0.239＼&0.222＼&0.335＼&-0.232＼&0.057＼& ＼& ＼& ＼& ＼&百粒重＼&0.753*＼&0.446＼&0.437＼&0.169＼&0.656*＼&0.466＼&0.249＼&0.311＼& ＼& ＼& ＼&含水量＼&0.117＼&0.357＼&-0.334＼&0.139＼&0.273＼&-0.416＼&0.493＼&0.788**＼&0.237＼& ＼& ＼&穗粒重＼&0.833**＼&0.888**＼&0.743*＼&0.666*＼&0.869**＼&0.561＼&-0.041＼&0.47＼&0.586＼&0.228＼& ＼&穗重＼&0.800**＼&0.889**＼&0.613＼&0.637*＼&0.840**＼&0.453＼&-0.025＼&0.619＼&0.584＼&0.361＼&0.984**＼&]

注：*.在0.05 水平上显著相关；**.在0.01 水平上显著相关。

2.2 参试组合穗部性状的主成分分析 按照累积贡献率>85%以及特征值>1的原则，提取前3个主成分（表2），其累积贡献率达到85.52%，3个主成分的贡献率分别为55.047%、21.177%和9.296%。可见，用3个主成分因子即可代替原来的12个穗部性状，能够解释原有性状的绝大部分信息。

表2 解释的总方差

[成分＼&特征值＼&贡献率（%）＼&累积贡献率（%）＼&1＼&6.606＼&55.047＼&55.047＼&2＼&2.541＼&21.177＼&76.224＼&3＼&1.116＼&9.296＼&85.52＼&4＼&0.964＼&8.036＼&93.556＼&5＼&0.325＼&2.709＼&96.266＼&6＼&0.218＼&1.82＼&98.085＼&7＼&0.151＼&1.255＼&99.341＼&8＼&0.067＼&0.562＼&99.903＼&9＼&0.012＼&0.097＼&100＼&10＼&1.96E-16＼&1.63E-15＼&100＼&11＼&1.11E-16＼&9.28E-16＼&100＼&12＼&-2.25E-16＼&-1.88E-15＼&100＼&]

提取的3个主成分因子的载荷矩阵列于表3，主要反映每个主成分与所有性状间的相关关系，第1主成分与各个性状的相关系数中，与穗粒重、穗重、穗长、穗粗、行粒数、出籽率、穗行数、百粒重和秃尖的权重系数最大，主要反映上述性状的相关信息，可命名为穗部综合因子；主成分2主要解释含水量与轴重的相关信息，为水分与轴重因子；主成分3主要解释轴粗的相关信息，为轴粗因子。

表3 主成分载荷矩阵

[性状＼&成分＼&1＼&2＼&3＼&穗长＼&0.933＼&-0.129＼&0.009＼&穗粗＼&0.93＼&0.14＼&-0.042＼&出籽率＼&0.759＼&-0.58＼&0.128＼&穗行数＼&0.739＼&-0.023＼&0.033＼&行粒数＼&0.917＼&0.035＼&0.095＼&秃尖＼&0.644＼&-0.647＼&0.095＼&轴粗＼&0.085＼&0.445＼&0.864＼&轴重＼&0.412＼&0.799＼&-0.382＼&百粒重＼&0.676＼&0.081＼&0.307＼&含水量＼&0.242＼&0.934＼&0.085＼&穗粒重＼&0.96＼&0.019＼&-0.174＼&穗重＼&0.937＼&0.177＼&-0.231＼&]

表4的特征向量表实际上即是3个主成分的表达式系数表，可以得出3个主成分相应的表达式：Z1=0.36X1+0.36X2+0.3X3+0.29X4+0.36X5+0.25X6+0.03X7+0.16X8+0.26X9+0.09X10+0.37X11+0.36X12，单独解释所有信息的55.047%；Z2=-0.08X1+0.09X2-0.36X3-0.01X4+0.02X5 -0.41X6+0.28X7+0.5X8+0.05X9+0.59X10+0.01X11+0.11X12，单独解释所有信息的21.177%；Z3=0.01X1-0.04X2+0.12X3+0.03X4+0.09X5+0.09X6+0.82X7-0.36X8+0.29X9+0.08X10-0.16X11-0.22X12，单独解释所有信息的9.296%。

表4 主成分特征向量

[性状＼&主成分1＼&主成分2＼&主成分3＼&穗长＼&0.36＼&-0.08＼&0.01＼&穗粗＼&0.36＼&0.09＼&-0.04＼&出籽率＼&0.3＼&-0.36＼&0.12＼&穗行数＼&0.29＼&-0.01＼&0.03＼&行粒数＼&0.36＼&0.02＼&0.09＼&秃尖＼&0.25＼&-0.41＼&0.09＼&轴粗＼&0.03＼&0.28＼&0.82＼&轴重＼&0.16＼&0.5＼&-0.36＼&百粒重＼&0.26＼&0.05＼&0.29＼&含水量＼&0.09＼&0.59＼&0.08＼&穗粒重＼&0.37＼&0.01＼&-0.16＼&穗重＼&0.36＼&0.11＼&-0.22＼&]

2.3 玉米观察实验新组合的综合评价 9玉米新组合及ck的3个主成分的相应得分及综合得分进行展示见表5。由表5可知，B6、B13和B34在主成分1中表现最好，ck排名第6位；B19、B6和B13在主成分2中表现最好，ck排名第9位；B24、B34和B35在主成分3中表现最好，ck排名第10位；B6、B13和B34在试验中综合表现最好，ck排名第7位。

表5 主成分因子得分矩阵

[组合＼&Z1＼&位序＼&Z2＼&位序＼&Z3＼&位序＼&Z＼&位序＼&ck＼&0.98＼&6＼&-1.44＼&9＼&-1.73＼&10＼&0.07＼&7＼&B35＼&0.13＼&8＼&-1.05＼&8＼&0.58＼&3＼&-0.1＼&8＼&B2＼&0.62＼&7＼&-0.61＼&6＼&0.01＼&5＼&0.21＼&5＼&B24＼&1＼&5＼&-0.09＼&4＼&1.64＼&1＼&0.68＼&4＼&B13＼&1.41＼&2＼&1.25＼&3＼&-0.88＼&8＼&0.96＼&2＼&B34＼&1.2＼&3＼&-0.41＼&5＼&1.39＼&2＼&0.7＼&3＼&B6＼&2.22＼&1＼&2.26＼&2＼&-0.9＼&9＼&1.62＼&1＼&B152＼&-6.5＼&10＼&-0.64＼&7＼&-0.45＼&7＼&-3.76＼&10＼&B19＼&-2.2＼&9＼&2.81＼&1＼&0.51＼&4＼&-0.57＼&9＼&B33＼&1.15＼&4＼&-2.06＼&10＼&-0.16＼&6＼&0.18＼&6＼&]

3 结论与讨论

对12个穗部性状进行相关分析发现，性状间存在较为复杂的相关关系，且所有达显著或极显著水平的相关性均呈正相关；同时，除轴重和含水量两者相关达极显著水平，二者以及轴粗与所有性状均未达显著水平。可见，轴重与含水量可能受到相同基因的调节，轴粗具有自己独立的遗传机制，而其余穗部性状间可能存在一因多效的情况，具有相似的遗传基础。

笔者对9个玉米新组合及ck穗部性状进行主成分分析，提取3个主成分因子，累积贡献率达到85.52%，3个主成分的贡献率分别为55.047%、21.177%和9.296%，同时分析参试组合及对照在每一主成分因子下的表现情况，得出B6、B13和B34组合在试验中综合表现最好，排在前3位，ck排名第7位。在玉米组合筛选中，如仅对穗部性状进行考察，则有6个组合表现超过对照，可进行进一步的选择研究。如需对玉米综合表现进行评价，则可对玉米组合所有性状进行考察，得出其综合表现情况，进而筛选优异杂交种。可见，在玉米育种中，可针对选育目标的不同，制定相应的育种方案，该方法在品种选育中具有较大的参考价值。另一方面，由于在分析过程中所有性状均是平等的，因此，在具体研究中，如需对产量等形状有所偏重，则需加大产量在所有性状中的权重，同时需加大样本容量，使结果更加准确。

参考文献

[1]陈岭，崔绍平，孙耀邦.玉米穗部性状的基因效应分析[J].华北农学报，1996，11（2）：28-32.

[2]王新勤，郭文忠，陆强.玉米穗部性状整齐度与产量的相关性研究[J].华北农学报，2002，17（S1）：167-169.

[3]胡利宗，刘均革，郭晋杰，等.基于玉米BC2F2群体的穗部性状QTL分析[J].华北农学报，2010，25（4）：73-77.

[4]刘宗华，汤继华，卫晓轶，等.氮胁迫和正常条件下玉米穗部性状的QTL分析[J].中国农业科学，2007，40（11）：2409-2417.

（责编：张宏民）