基于主成分和灰色关联度分析的鲜食糯玉米组合综合评价

魏常敏， 周文伟， 许卫猛， 邢永锋， 宋万友， 张传量， 李桂芝

(河南省周口市农业科学院， 河南 周口 466000)

糯玉米(ZeamaysL. certaina Kulesh)又称蜡质玉米、黏玉米，是普通玉米在栽培种植中产生的一种自然变异类型[1]。糯玉米籽粒中的胚乳淀粉几乎全由支链淀粉组成，且富含多种维生素和赖氨酸等氨基酸，具有较高的营养价值及工业利用开发价值[2-3]。糯玉米作为一种重要的特用玉米，其用途、性质与普通玉米明显不同，在糯玉米育种中，不仅要具有高产稳产、多抗广适等普通玉米的优良性状，更要兼具营养品质高、口感风味好的特点[4]。鲜食糯玉米的研究主要集中在产量和品质，强调高产优质。作物产量由多个微效基因控制，与多个农艺性状相关[5]。目前作物杂交组合综合评价主要有主成分分析法和灰色关联度分析法。魏常敏等[6]对18个糯玉米中的15个性状进行灰色关联度分析发现，与鲜穗产量关联度较大的性状是鲜籽粒产量、鲜百粒重、穗长和秃尖长；王俊花等[7]通过主成分分析和聚类分析方法，筛选出8个产量高、品质优、综合性状好的甜玉米杂交组合；陈冰洁等[8]以5个优良鲜食型糯玉米品种为试材，对13个农艺性状进行主成分分析，显示前3个主成分为鲜穗产量因子、雄穗因子和秃尖长因子；张振良等[9]通过主成分分析将甜糯玉米16 个性状降为5 个主成分，并筛选到9 个优异甜糯玉米杂交组合。河南地处中原，雨热同期，是我国夏玉米的主产区之一，但糯玉米育种发展较慢，自育的优良品种较少，因此，筛选高产优质的鲜食糯玉米杂交组合进行评价应用显得尤为重要。鉴于此，采用主成分和灰色关联度分析法对23个鲜食糯玉米杂交组合的农艺性状、产量性状及品质性状进行评价，探究影响糯玉米产量及品质的性状因子，以期为糯玉米杂交组合的目标性状选择及综合评价提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试材料为河南省周口市农业科学院于2018年冬季在海南组配的23个鲜食糯玉米组合，编号为N1～N23；对照(CK)品种为苏玉糯2号(N24)，由江苏沿江地区农科所提供。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 试验于2019年在周口市农业科学院试验基地(114.65E，33.62N)进行，试验地前茬作物小麦。以23个鲜食糯玉米组合及对照品种苏玉糯2号为试验对象，采用随机区组设计。每个糯玉米组合种植6行，行长6.7 m，行距0.6 m，种植密度为 5.25万株/hm2，小区面积24 m2。收获中间4行计产。6月10日播种，播前施复合肥750 kg/hm2，小喇叭口期追施尿素300 kg/hm2，其他管理同常规鲜食玉米。

1.2.2 测定指标及方法 在鲜糯玉米的最佳采收期(授粉后23 d左右)，每个小区随机挑取10株进行考种，按《国家玉米品种试验调查标准》调查穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、穗粗、轴粗、产量、株高和穗位高；品质性状包括感官品质和蒸煮品质，按国标糯玉米(NY/T524-2002)进行评价。

1.3 数据统计

采用Excel对数据进行统计分析，利用DPS进行各性状的主成分分析和灰色关联度分析。

2 结果与分析

2.1 鲜食糯玉米的性状变异

从表1看出，参试组合的穗长在13.92～19.22 cm，秃尖长在0～2.06 cm，穗行数在10.0～16.0行，行粒数在25.8～38.6粒，穗粗3.60～5.18 cm，轴粗在2.40～3.40 cm，株高在168.00～255.00 cm，穗位高在74.40～122.20 cm，产量在4 620.46～7 851.14 kg/hm2，品质评分在75.00～90.00分。表明鲜食糯玉米杂交组合的性状差异较大。各性状的变异系数为4.60%～47.11%，其中，秃尖长的变异系数最大，品质变异系数最小；穗长和穗粗的异系数低于10%，其余处于10.09%～13.47%。可见，秃尖长选育潜力较大。

表1 供试糯玉米组合的性状指标与变异系数

2.2 基于主成分分析的鲜食糯玉米组合评价

2.2.1 性状指标主成分贡献率 对糯玉米组合的10个性状进行主成分分析，根据累计贡献率≥85%具有代表性原则，提取出6个主成分因子，累计贡献率达87.08%(表2)。第1主成分特征值为2.283 5，贡献率达22.83%，权重系数最大，主要包括穗行数、穗粗和轴粗，均反映穗部粗细，因此第1主成分可以综合为穗粗因子。第2主成分特征值为2.169 7，贡献率达21.70%，行粒数权重系数最大，为0.558 1，因此第2主成分为行粒数因子。第3主成分特征值为1.635 2，贡献率为16.35%，穗位高权重系数最大，因此第3主成分为穗位高因子。第4主成分特征值为1.062 9，贡献率为10.63%，品质权重系数最大，因此第4主成分为品质因子，品质是鲜食玉米重要的指标，育种中品质与产量处于重要位置。第5主成分特征值为0.876 9，贡献率为8.77%，穗长权重系数最大，因此第5主成分为穗长因子。第6主成分特征值为0.679 9，贡献率为6.80%，株高权重系数最大，因此第6主成分为株高因子。

表2 供试糯玉米组合性状指标在各主成分中的权重系数及各主成分的贡献率

2.2.2 组合评价 以6个主成分的贡献率为权重，构建主成分综合评价模型：F=0.228Z1+0.217Z2+0.165Z3+0.106Z4+0.088Z5+0.068Z6(F为综合得分，Z1～Z6为第1至第6主成分贡献率)。从表3可知，N5的综合得分最高，为1.828 7，综合性状最好；其次是N16和N6，综合得分分别为1.1840和1.146 0。表明，N5、N6和N16糯玉米组合综合性状好，产量与品质俱佳。

表3 基于主成分分析的糯玉米组合的综合得分及排序

2.3 基于灰色关联度分析的鲜食糯玉米组合评价

2.3.1 产量和品质与农艺性状的关联性 从表4 看出，产量与9个农艺性状的关联系数为0.392 7～0.651 4，关联系数依次为穗粗>株高>穗长>品质>行粒数>穗行数>穗位高>轴粗>秃尖长，说明穗粗和株高对产量的影响较大，轴粗和秃尖长对产量的影响较小。品质与其他9个农艺性状的关联系数为0.336 9～0.622 7，排序依次为产量>轴粗>穗粗>行粒数>穗长>穗位高>株高>穗行数>秃尖长，说明产量和轴粗对品质的影响较大，而穗行数和秃尖长对品质的影响较小。

表4 供试组合的产量和品质与其他农艺性状的关联系数

2.3.2 组合评价 以10个性状的最大值建立参考品种，参考品种的基本特征为穗长19.22 cm，秃尖长2.06 cm，穗行数16.00行，行粒数38.60粒，穗粗5.18 cm，轴粗3.40 cm，产量7 851.14 kg/hm2，株高255.00 cm，穗位高122.20 cm，品质90.00分。指标数据经无量纲化处理后用加权平均法获得品种的加权关联度[10-11]，关联度越大，表示与参考品种越接近。从表5可知，N6与参考品种的加权灰色关联度最大，为0.897 8，其次是N5和N11，关联度分别为0.888 1和N0.882 8。表明，N6、N5和N11糯玉米组合田间表现与参考品种接近，综合性状优良。

表5 供试组合与参考品种的关联度及位次

3 结论与讨论

高产优质是作物育种追求的目标，而产量和品质受到多种因素的影响，是复杂的数量性状。主成分分析法将多个相互关联的指标转化为较少数量的独立或者关联度小的指标，简化选择指标，这种降维思想为综合评价提供了有力的理论依据和技术支持[12]。灰色关联度分析是对发展变化系统进行发展动态量化比较的分析方法，具有所需样本小、方法简便、信息量大等优点，在作物品种选育中广泛应用[13]。研究采用主成分及灰色关联度分析法对24个鲜食糯玉米组合的农艺性状、产量性状及品质性状进行分析，探究影响鲜食糯玉米产量及品质的指标，并筛选优良鲜食糯玉米新组合。

研究表明，鲜食糯玉米杂交组合的性状差异较大，各性状的变异系数为4.60%～47.11%，变异系数最大的是秃尖长，品质变异系数最小。通过主成分分析提取鲜食糯玉米指标的6个主成分因子，依次是穗粗因子、行粒数因子、穗位高因子、品质因子、穗长因子和株高因子，每个主成分均可客观反映所控制的性状，累计贡献率达87.08%。表明鲜食糯玉米产量受穗粗、株高和穗长的影响较大，与莫云锦等[14]研究结果相似。穗位高、轴粗和秃尖长对鲜食糯玉米产量的影响较小，产量、轴粗和穗粗对品质的影响较大，而株高、穗行数和秃尖长对品质的影响较小。其中，秃尖长对产量和品质的影响均较小，穗粗对2者的影响均较大，与王俊花等[7]研究结果相似。

通过主成分分析法筛选出N5、 N6和N163个综合性状优良的鲜食糯玉米组合，利用加权灰色关联度分析法筛选出N6、N5和N113个优良组合。综合主成分和灰色关联度分析结果，最终筛选出N5和N62个综合性状好、产量高且品质优的鲜食糯玉米新组合。