山西省不同生态区玉米品种主要农艺性状遗传分析及大斑病抗性评价

王怡　 刘守渠　郭峰　任小燕

摘要：山西省不同玉米生态区的气候条件存在显著差别，这就导致这些生态区域内的玉米产量差距较大。为了能够选育出适合不同区域生长的玉米品种，以 127个玉米品种为试验材料，在山西省的4个生态区进行为期3年的种植试验，通过使用分析软件SPSS 22.0对山西省4个玉米生态区品种的产量及多个主要农艺性状进行回归分析与通径分析，并对不同生态区内玉米品种对大斑病的抗性结果进行了分析。结果表明，根据不同生态区气候条件、地理位置以及积温情况，山西省南部复播生态区在选择玉米品种方面应当考虑穗行数多、长穗、百粒质量高且行粒数多的品种，且百粒质量与产量间的相关系数最高，能够达到0.680 1；穗行数与产量间的相关系数最小，其数值为0.436 3；山西省春播特早熟玉米区在品种选育上应着重选择穗位较低，生育期偏长、穗行数偏多的品种，且穗行数与产量间的相关系数最高，能够达到0.820 0；穗位高与产量间的相关系数最低，能够达到-0.530 6；山西省春播早熟玉米区在品种选育上应着重选择高株，适当增加生育期、穗行数、封顶性好的品种，其中株高与产量间的相关系数最高，能够达到 0.746 8；秃尖长与产量间的相关系数最低，能够达到-0.072 3；山西省春播中晚熟玉米区在品种选育上应着重选择穗位低、生育期长、穗行数多的品种，且穗长与产量间的相关系数最高，能够达到0.727 1；穗行数与产量间的相关系数最低，能够达到0.319 1。系统分析了2020—2022年127个玉米品种的主要农艺性状与生物产量间的联系，以期能够为未来山西省玉米产业发展和品种选育提供依据和参考。在抗性评价的127个玉米品种中，表现为高抗、抗、中抗、感、高感玉米大斑病的玉米品种分别有1、10、71、46、0个，分别占鉴定总数的0.78%、7.87%、55.91%、35.44%、0.00%。且复播区品种的大斑病抗性明显高于特早熟区、早熟区以及中晚熟区。虽然大多数玉米品种对大斑病具有良好的抗性，但依然有35.44%的品种表现为感或高感玉米大斑病，因此，育种专家在综合评价及品种选择时需对此引起足够的重视。

关键词：农艺性状；玉米品种；山西省；通径分析；回归分析；大斑病

中图分类号：S513.037文献标志码：A

文章编号：1002-1302（2023）14-0076-07

玉米是我国山西省第一大粮食作物，玉米总产以及单产均呈现逐年增长的趋势，然而山西省地形结构较为复杂、气候环境较为多变，为了能够有效促进山西省玉米产业的发展，专家学者采用定量指标与定性指标相结合的方式将山西省分为不同的玉米种植生态区域［1-6］。由于不同区域的生态条件存在着显著差异，专家学者就需要选育出适合不同区域生长的玉米品种。大量文献资料表明，玉米的产量性状是一个数量性状，其产量性状的变化不仅会受到环境因素的影响，更是会受多基因控制。钱春荣等研究指出，哈尔滨种植的玉米品种产量会随品种熟期延长而增加，由于热量资源有限，只有早熟玉米品种与中熟玉米品种能够正常生长［7］。白氏杰等对内蒙古不同生态区玉米品种的产量性状及农艺性状进行了差异分析，并指出在积温充足的前提下，晚熟生态区的玉米品种会比早熟生态区的玉米品种具有更高的产量［8］。王茜茜等通过主成分分析與聚类分析的方式筛选出适合青岛种植的玉米品种，认为当地玉米品种的产量会受到株高与穗位高的影响［9］。近年来，虽然我国有很多学者都对玉米产量与农艺性状间的联系进行了详尽的研究，但由于采用了不同的玉米品种、不同的种植环境，导致最终得出的结论也不尽相同［10-15］。本研究主要对山西省内不同玉米生态区品种的主要农艺性状和产量进行了分析，从而为山西省不同种植区域在选择玉米品种时提供理论依据。

在玉米生长发育过程中，大斑病是主要的病害之一，发病范围基本分布在全球各个玉米栽培区内。研究发现，玉米大斑病会导致玉米产量减少15%～20%，有一些灾害地区甚至能够达到50%的减产率。大斑病的发生受到多种因素的影响，例如玉米栽培措施、栽培气候条件以及轮作制度。如今，随着抗病品种的广泛推广，玉米大斑病的危害程度虽然受到了基本控制，但若想从根本上解决这一难题，玉米研究学者还需对此进行深度的研究。

1 材料与方法

1.1 试验材料

选用山西省农业农村厅农作物审定公告的127个玉米品种（具体信息如表1所示），参试品种中包含：特早熟区32个，早熟区15个，中晚熟区52个，复播区28个。其中，山西南部复播玉米区包括临汾地区的盆地区和运城地区，常年活动积温大于 3 700 ℃·d，对照品种郑单 958；山西春播特早熟玉米区是全省玉米分布最少、单产最低的地区，常年活动积温2 095～2 397 ℃·d，对照品种德美亚1号；山西春播早熟玉米区主要分布于大同盆地、桑干河流域等地区，常年活动积温2 600～2 867 ℃·d，对照品种大丰 30；山西春播中晚熟玉米区是山西省玉米主要产区之一，常年活动积温2 600～3 700 ℃·d，对照品种先玉 335。

1.2 试验设计

本试验于2017—2020年在山西省的4个生态区试验点进行，其中特早熟生态区试验地位于岢岚县三井镇三井村， 早熟生态区试验地位于五台县阳白乡智家庄村，复播生态区试验地位于侯马高村乡西台神村，中晚熟生态区试验地位于定襄县智村。试验地前茬为玉米，试验采用随机区组设计，3次重复，每小区5行，行长6.67 m，行距0.6 m，小区面积20 m2，密度67 500株/hm2。播种日期以当地适宜播期为准，田间管理按常规进行。最终数据取3年原始数据的平均数。

1.3 数据分析

调查了与玉米产量Y密切相关的 10 个性状：X1生育期、X2株高、X3穗位高、X4穗长、X5穗粗、X6穗行数、X7行粒数、X8百粒质量，X9秃尖长、X10出籽率。使用SPSS软件进行统计分析［16］。

2 结果与分析

2.1 不同生态区玉米品种的产量分析

利用SPSS 22.0对玉米品种产量进行Box检验，将异常数据剔除后进行正态性检验，最终分析结果如图1、表2所示。研究表明，山西省不同生态区玉米品种产量对比结果为中晚熟区>早熟区>复播区>特早熟区，符合生产实际。在对127个玉米品种产量进行正态性检验时，本研究选择了Shapiro-Wilk 进行分析，最终结果表明，复播区的统计量为0.947，特早熟区的统计量为0.858，早熟区的统计量为0.966，中晚熟区的统计量为0.819。复播区的显著性水平P值为0.654，特早熟区的显著性水平P值为0.252，早熟区的显著性水平P值为0.855，中晚熟区的显著性水平P值为0.087，上述指标的数值均大于0.05，意味着不同生态区的玉米分布属于正态分布，因此，能够对后续性状进行回归分析。

2.2 山西省不同玉米生态区农艺性状的回归分析

2.2.1 山西南部复播玉米区 通过使用SPSS软件来对南部复播区的玉米性状进行回归分析，最终得出方程：Y=-824.261+33.732X4+27.266X6+41.541X7+2.139X8（r=0.992**）， 由此可以看出，玉米穗長、行粒数、穗行数以及百粒质量这4个农艺性状能够对玉米品种的产量产生极显著影响，最终的相关分析结果与通径分析结果如表3、表4所示。

由表3可知，山西南部复播玉米区中玉米主要农艺性状中的穗长、穗行数、行粒数、百粒质量都与产量呈极显著正相关，不仅如此，百粒质量与产量间的相关系数最高，达到0.680 1；穗行数与产量间的相关系数最小，其数值为0.436 3。通过分析表4的数据结果能够发现，山西南部复播玉米区中百粒质量性状对玉米产量性状产生的直接作用是最大的，所以百粒质量能够对复播区玉米的产量起到关键作用。因此，山西南部复播玉米区在选择玉米品种时应当着重考虑百粒质量高、长穗、行多、行粒数高的玉米品种。

2.2.2 山西春播特早熟玉米区 通过使用SPSS软件对特早熟区的玉米性状进行回归分析，最终得出：Y=265 1.351+22.283X1-3.781X3+6.148X6（r=0.825**）。由此可以看出， 生育期、穗行数、穗位高这3个农艺性状能够对该生态区的产量产生极显著影响，最终的相关分析结果与通径分析结果如表5、表6所示。

由表5数据结果能够看出，山西春播特早熟玉米区中玉米品种的生育期、穗行数与产量呈极显著正相关，穗位高与产量呈极显著负相关，不仅如此，穗行数与产量间的相关系数最高，达到 0.820 0；穗位高与产量间的相关系数最低，达到-0.530 6。由表6数据结果可知，山西春播特早熟玉米区中玉米品种各农艺性状的直接通径系数呈现生育期>穗行数>穗位高。综上认为，山西春播特早熟玉米区在品种选择上应注重穗位高较低、生育期偏高、穗行数偏大的品种。

2.2.3 山西春播早熟玉米区 通过使用SPSS软件对早熟区的玉米性状进行回归分析，最终得出：Y=-1 739.39+6.406X1+2.531X2+27.788X6-10.858X9+20.778X10（r=0.783**）。由回归方程可知，10个农艺性状中生育期、株高、出籽率对玉米品种产量产生了极显著影响，穗行数、秃尖长对玉米品种产量产生了显著影响，最终的相关分析结果与通径分析结果如表7、表8所示。

由表7可知，山西春播早熟玉米区中生育期、株高和出籽率这3个农艺性状与产量之间呈极显著正相关，穗行数与产量间呈显著正相关，秃尖长和玉米产量之间呈显著负相关，其中株高与产量间的相关系数最高，达到0.746 8；秃尖长与产量间的相关系数最低，达到-0.072 3。由表8可知，山西春播早熟玉米区中玉米品种各农艺性状的直接通径系数呈现株高>出籽率>穗行数>生育期>秃尖长，其中生育期、株高、穗行数和出籽率起正效应，秃尖长起负效应。株高的直接作用最大，通过生育期和穗行数得到微弱夸大；出籽率的直接作用次之。综上认为，山西春播早熟玉米区在品种选择上应注重选择高株，适当增加生育期、穗行数、封顶性好的品种。

2.2.4 山西春播中晚熟玉米区 山西春播中晚熟玉米区玉米品种产量的回归方程为：Y=2 150.695+3.954X1-0.587X3+1.311X4+1.002X6（r=0.895**）。由回归方程可知，10个农艺性状中生育期、穗位高、穗长、穗行数对产量产生极显著影响，最终的相关分析结果与通径分析结果如表9、表10所示。

由表9可知，山西春播中晚熟玉米区中玉米品种的穗长、生育期、穗行数和产量呈极显著正相关，穗位高与产量呈极显著负相关，且穗长与产量间的相关系数最高，达到0.727 1；穗行数与产量间的相关系数最低，为0.319 1。由表10 可知，山西春播中晚熟玉米区中玉米品种各农艺性状的直接通径系数为穗位高>穗长>生育期>穗行数。综上认为，山西春播中晚熟玉米区在品种选择上应适当降低穗位高，选择长生育期、长穗以及穗行数大的玉米品种。

2.3 山西省不同生态区玉米品种对大斑病的抗性差异

2.3.1 鉴定结果 鉴定结果（表11、表12）显示，在127份玉米品种中，只有华玉 518表现高抗，占0.78%；表现抗的材料10份，占7.87%；中抗材料71份，占比55.91%；表现为感的材料45份，占比35.44%；高感材料0份，占比0.00%。

2.3.2 不同生态区玉米品种对大斑病的抗性表现 鉴定结果（表13）表明，在32份特早熟区品种中，未发现高抗和抗品种，表现为中抗的玉米品种有8个，占比25.00%，表现为感的玉米品种有24个，占比75.00%。在15份早熟品种中，未发现高抗品种，表现为抗的品种1份，占比6.67%，中抗材料8 份，占比53.33%，感病材料6份，占比40.00%。在52份中晚熟品种中，未发现高抗品种，表现为抗的品种4份，占比7.69%，中抗品种35份，占比67.31%，表现为感的品种13份，占比25.00%。在28份复播品种中，高抗品种1份，占比3.57%，表现为抗的品种5份，占比17.86%，中抗品种20份，占比71.43%，表现为感的品种2份，占比7.14%。

3 讨论

3.1 山西省不同生态区玉米品种产量性状与农艺性状的相关性差异

控制玉米品种产量的因素是一个十分复杂的问题，虽然当前国内外学者对玉米产量的构成因素进行了详细的分析，但是并未得出一个统一结论。通过查阅文献资料能够发现，百粒质量、穗行数、生育期均是影响玉米产量的重要性状，行粒数以及穗位高也是影响玉米产量的重要因素之一［17-20］。不仅如此，还有学者研究发现，单穗粒质量和株高是玉米品种产量构成的主要因素［21-23］。如果研究人员在对玉米产量性状进行调研的过程中采用了不同的玉米试验材料，并在不同的玉米生态区开展研究，那么最终得出的结论就会存在一定的局限性。本研究通过分析山西省不同生态区玉米品种产量与10个主要农艺性状之间的相关性，研究发现，南部复播区产量与穗行数、穗长、行粒数、百粒质量呈极显著正相关；春播特早熟玉米区产量与生育期、穗行数呈极显著正相关，与穗位高呈极显著负相关；春播早熟玉米区中玉米品种的株高、生育期和出籽率这3个农艺性状与产量之间呈极显著正相关；春播中晚熟玉米区玉米品种产量与生育期、穗长、穗行数呈极显著正相关，与穗位高呈极显著负相关。这一结果与王寅等［20］、郝楠等［21］、陈泽辉［22］、王春梅等［23］学者研究得出的百粒质量和穗长是不同生态区变化活跃因素的结果略有差异，可能是由品种类型不同造成的，也可能是选择生态区的气候差异所致。

3.2 山西省不同生态区玉米品种产量性状与农艺性状的通径分析比较

山西省地形复杂，气候多变，为了较好地发展玉米生产，分为不同的种植区域。只有根据不同区域对玉米特征特性的要求，有计划地进行新品种选育和推广，才有可能取得较高的产量。通过对山西省不同生态区玉米品种产量性状与农艺性状的通径分析结果来看，在春播特早熟区中生育期对玉米品种产量的直接影响最大，通过穗位高、穗行数体现的间接作用表现最小，由此能够看出在山西省春播特早熟区中生育期起到决定性作用，且生育期在很大程度上夸大了穗位高、穗行数对产量的效应。因此，生育期是此区组中与产量相关的第一因素。在春播早熟区中株高和出籽率的直接通徑系数最高，且二者对该区组产量起到正向效应，而生育期对产量起到的间接效应较大，表明株高和出籽率夸大了生育期对产量影响的效应。因此，株高和出籽率是制约山西省春播早熟区玉米高产的主要因素，要进一步提高产量可以从增加株高和提高出籽率入手。春播中晚熟区中穗位高对玉米产量产生的直接效应最大，通过穗长和穗行数得到微弱夸大；穗长的直接作用次之，穗位高掩盖了穗长的正效应。不仅如此，穗位高起到负效应最大，但是通过生育期的间接作用减弱了穗位高的负效应，掩盖穗位高的负效应。由此看来，穗位高是制约山西省春播中晚熟区玉米高产的主要因素，适当降低该区组穗位高，能有效地提高中晚熟玉米品种产量，为创高产奠定基础。南部复播区中百粒质量对玉米品种产量的直接影响最大，通过穗行数、行粒数体现的直接作用表现最小，由此能够看出在山西省南部复播区中百粒质量起到决定性作用，因此，百粒质量是此区组中与产量相关的首要因素。

3.3 山西省不同生态区玉米品种对大斑病的抗性差异分析

本试验对山西省不同生态区127个玉米品种进行抗玉米大斑病鉴定，表现为高抗、抗、中抗、感、高感玉米大斑病的玉米品种分别有1、10、71、46、0个，分别占鉴定总数的0.78%、7.87%、55.91%、35.44%、0.00%。其中高抗、抗病、中抗的玉米品种比例达到了64.56%以上，表明2020—2022年山西省大多数玉米品种对大斑病病有较好的抗性。不仅如此，对山西省不同生态区玉米品种的抗病性进行分析能够发现，复播区品种的大斑病抗性明显高于特早熟区、早熟区以及中晚熟区，中抗以上比例分别达到3.57 %、17.86%、71.43%。在被试的127个品种中，多数玉米品种对大斑病有较好的抗性表现，但也有35.44%的新品种表现为感或高感玉米大斑病，因此，育种专家在综合评价及品种选择时需对此引起足够的重视。本研究认为相关学者应当继续加强玉米抗病品种的选育工作，通过不同育种手段来提升新品种的抗性，进而不断丰富抗大斑病玉米种质资源。

4 结论

本研究认为，玉米品种应当在适宜的生态区采取合适的种植措施。南部复播玉米区分布在山西省包括临汾地区的盆地区和运城地区，在品种选择上应着重选择穗行数多、百粒质量高、穗长且行粒数多的玉米品种。山西春播特早熟玉米区是全省玉米分布最少、单产最低的地区，比较集中的分布于晋北和晋西北地区，该地区在品种选择上应注重穗位高较低、生育期偏长、穗行数偏多的品种。山西春播早熟玉米区较集中的分布在晋北高纬度地区和其他高海拔冷凉山区，该地区在品种选择上应注重选择高株，适当增加生育期、穗行数、封顶性好的品种。山西春播中晚熟玉米区是山西玉米种植涉及面最广、面积最大、产量也最高的一个区，该地区在品种选择上应适当降低穗位高，选择长生育期、长穗以及穗行数多的品种为宜。本研究对2020—2022年山西省审定推广的127个品种进行了分析，只对当前有针对性地选育品种提供一定的理论参考，随着种植方式的改变，要因地制宜地根据要求选育适合的品种应用于生产。

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收稿日期：2022-11-04

基金项目：山西省农业科学院作物科学研究所青年基金（编号：ZQ2004）。

作者简介：王 怡（1994—），女，山西忻州人，硕士，研究实习员，主要从事玉米遗传育种研究。E-mail：857942850@qq.com。

通信作者：段运平，博士，研究员，主要从事玉米遗传育种研究。E-mail：duanyp61@163.com。