張中偉 楊海龍 付 俊 謝文錦 李方明 高旭東

（丹東農(nóng)業(yè)科學院 遼寧鳳城 118109）

玉米是全世界重要的糧食作物之一， 同時也是我國旱田作物中種植面積最大的作物，2020年我國玉米種植面積達6.2 億畝，產(chǎn)量約2 600 億kg[1]。玉米不僅是主要的糧食作物， 又是重要的工業(yè)原料和飼料來源， 東華北春玉米區(qū)是我國的玉米主產(chǎn)區(qū)之一和重要的商品糧基地， 在國民經(jīng)濟中具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位[2]。 傳統(tǒng)育種中，僅通過個別農(nóng)藝性狀表現(xiàn)和產(chǎn)量高低判斷玉米品種的優(yōu)劣具有局限性，對玉米品種多個性狀指標進行全面分析和綜合評價才更具有可靠性和客觀性[3]。 主成分分析是采取降維的方法， 把多個指標轉(zhuǎn)化為少數(shù)幾個綜合指標的一種統(tǒng)計方法， 使這些綜合指標盡可能反映原始數(shù)據(jù)的信息，從而對品種進行科學評價。 聚類分析是研究事物分類的基本方法， 在主成分基礎(chǔ)上進行聚類分析可以有效去除一些影響較小的因子， 便于對品種進行綜合分析和全面評判[4]。 筆者以東華北春玉米組的33個參試玉米品種為研究對象，選取14個主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)， 綜合應用主成分分析和聚類分析來評價品種的優(yōu)劣，旨在為玉米新品種選育、審定和推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料及試驗設(shè)計

試驗材料為國家區(qū)域試驗東華北中晚熟春玉米組各單位提供的33個玉米品種，其中以鄭單958 為對照品種， 各品種編號和品種名稱見表1。 試驗于2021年在丹東農(nóng)業(yè)科學院試驗基地進行。 試驗采取隨機區(qū)組排列，3 次重復，5 行區(qū)，小區(qū)面積 20 m2，試驗密度為67 500 株/hm2， 四周設(shè)不少于4 行的保護行。 田間管理同當?shù)卮筇铩?/p>

表1 參試玉米品種名稱及編號

1.2 調(diào)查項目

調(diào)查生育期（X1）、株高（X2）、穗位高（X3）、穗長（X4）、穗行數(shù)（X5）、禿尖長（X6）、穗粗（X7）、軸粗（X8）、行粒數(shù)（X9）、百粒質(zhì)量（X10）、出籽率（X11）、空稈率（X12）、倒伏（折）率（X13）和產(chǎn)量（X14）14個性狀。 每次重復實收中間3 行風干脫粒，產(chǎn)量按14%含水量計算。其他農(nóng)藝性狀均按國家區(qū)試標準觀察、考種和記載。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 整理各品種的產(chǎn)量數(shù)據(jù)和主要農(nóng)藝性狀數(shù)據(jù)。 用SPSS 26.0 進行主成分分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米品種主要農(nóng)藝性狀變異分析

由表2 可知，參試玉米品種的14個農(nóng)藝性狀的變異各不相同，變異系數(shù)幅度為1.08%～148.37%，倒伏（折）率、空稈率、禿尖長的變異系數(shù)較大，分別為148.37%、101.79%和68.98%。 生育期、出籽率的變異系數(shù)較小，分別為1.08%和2.26%。 說明倒伏（折）率和空稈率受自然條件和品種影響較大， 在玉米品種選育時，抗倒伏（折）性狀的選擇范圍更大，說明本地區(qū)適宜篩選出抗倒性好的玉米品種。

表2 參試玉米品種主要農(nóng)藝性狀及變異分析

2.2 不同玉米品種主要農(nóng)藝性狀的主成分分析

對參試玉米品種的14個農(nóng)藝性狀進行主成分分析， 首先對原始數(shù)據(jù)進行標準化處理， 然后進行KMO 檢驗， 得到 KMO 值=0.535＞0.500； 對其進行Bartlett 球形度檢驗，得到卡方值=247.993，Sig.＜0.05，進一步說明各性狀間存在較強的相關(guān)性， 適宜進行主成分分析。

根據(jù)特征值大于1 的標準，選取前5個主成分，其累積貢獻率達 77.058%（表 3）， 包含了 14個農(nóng)藝性狀的絕大部分信息，因此，可以選擇這5個主成分作為玉米品種的綜合性評價指標。

主成分特征向量值反映了各農(nóng)藝性狀在主成分中的影響力大小和方向，由表3 可知，主成分1 主要反映倒伏（折）率、空稈率、穗粗和軸粗性狀；主成分2主要反映穗長、行粒數(shù)和產(chǎn)量性狀；主成分3 主要反映株高性狀； 主成分4 主要反映穗位高性狀； 主成分5 主要反映百粒重性狀。 主成分分析結(jié)果表明抗倒性指標已經(jīng)成為評判一個玉米品種優(yōu)劣的重要性狀，玉米育種中應綜合選擇產(chǎn)量和抗性指標，從而篩選出優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、抗性優(yōu)良的玉米品種。

2.3 不同玉米品種的綜合評價

根據(jù)表3 中各主成分的特征值，計算33個玉米品種的主成分因子得分， 再以每個主成分的貢獻率為權(quán)重， 構(gòu)建出不同玉米品種的綜合評價模型：F=0.266Y1+0.185Y2+0.133Y3+0.107Y4+0.080Y5（表 4）。

表3 參試玉米品種的14個農(nóng)藝性狀的主成分載荷矩陣和特征值

由表4 可知，在33個玉米品種中，綜合得分較高的品種為金園23 和吉農(nóng)玉1898，這2個玉米品種在產(chǎn)量和抗性等綜合性狀上表現(xiàn)都比較好。

表4 28個參試玉米品種的主成分因子綜合得分及排名

2.4 不同玉米品種綜合得分的聚類分析

利用SPSS 26.0 軟件，將各品種對應綜合得分采用系統(tǒng)聚類中平方Euclidean 距離聚類和平均聯(lián)接（組間）構(gòu)建系統(tǒng)聚類圖（附圖），在遺傳距離為10 處將33個玉米品種分為3 大類。 第1 類是綜合性狀較優(yōu)的品種，共有2個，分別為金園23 和吉農(nóng)玉1898，這一類群品種綜合性狀較好、產(chǎn)量較高；第2 類群為綜合性狀居中的品種，有16個品種；第3 類群的品種有15個，這類品種綜合評分較低。

附圖 28個玉米品種14個農(nóng)藝性狀的系統(tǒng)聚類分析

3 討論與結(jié)論

產(chǎn)量相關(guān)農(nóng)藝性狀變異系數(shù)的大小反映了玉米品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的表現(xiàn)[5]。 本研究中33個玉米品種的14個主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)為1.08%～148.37%，其中倒伏（折）率、空稈率、禿尖長的變異系數(shù)較大且均在60%以上， 說明這些性狀在不同玉米品種中表現(xiàn)差異較大且易受環(huán)境影響， 性狀改良潛力較大，而生育期、出籽率的變異系數(shù)相對較小，這類性狀相對穩(wěn)定，較能反映玉米品種的穩(wěn)產(chǎn)性，在玉米高產(chǎn)育種中，出籽率是可以直接進行選擇的性狀，這與張亞菲等[6]、錢雙宏等[7]的研究結(jié)果基本一致。

對玉米品種進行科學有效評價， 需要對各性狀指標進行綜合分析。 主成分分析法通過降維思維，在最大程度保留原有數(shù)據(jù)信息的前提下， 將原有多指標轉(zhuǎn)化為個數(shù)較少的綜合指標， 可以避免重復信息干擾、排除主觀因素影響。 聚類分析是以各主成分的綜合得分作為評價品種的新指標， 采用平方歐式距離和平均聯(lián)接（組間）構(gòu)建系統(tǒng)聚類圖，將不同品種進行歸類，從而衡量各品種的優(yōu)劣。 近年來，主成分分析和聚類分析方法已被廣泛應用在種質(zhì)資源及作物雜交組合綜合評價相關(guān)研究中[8-13]。

筆者選取14個農(nóng)藝性狀作為評價33個玉米品種的指標，通過主成分分析提取前5個主成分，累計貢獻率達到77.058%， 將14個農(nóng)藝性狀評價指標轉(zhuǎn)換成5個主成分指標，并對綜合得分進行排序，然后應用歐式距離對33個玉米品種進行系統(tǒng)聚類分析，初步篩選出金園23 和吉農(nóng)玉1 898 兩個優(yōu)異的玉米品種。 較優(yōu)品種聚在同一類群，間接驗證了主成分分析和聚類分析結(jié)果的正確性和一致性， 可為篩選適宜東華北春玉米區(qū)種植的優(yōu)良玉米品種及推廣應用提供科學依據(jù)。