黃淮海區(qū)域玉米收獲期籽粒含水量與主要農(nóng)藝性狀的相關(guān)分析和通徑分析

張瑩瑩， 盧道文， 孫海潮， 牛永鋒， 董文恒， 李永江， 張 盼， 史麗麗， 張曉輝，龐文喜， 張 君， 唐保軍

(1.河南省安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南安陽 455000； 2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，河南鄭州 450002)

玉米是我國(guó)第一大糧食作物，同時(shí)也是重要的畜牧業(yè)飼料和工業(yè)原料。近年來，我國(guó)糧食安全問題尤為突出，玉米已成為我國(guó)最主要的戰(zhàn)略物資，發(fā)展玉米產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。近年來，隨著城鎮(zhèn)化和全程機(jī)械化步伐的加快，籽粒機(jī)收已經(jīng)成為玉米生產(chǎn)發(fā)展的主攻方向，但目前籽粒機(jī)收面積只占我國(guó)玉米種植面積的5%～6%。收獲期籽粒含水量偏高是影響玉米籽粒機(jī)收的關(guān)鍵因素之一，含水量過高容易使破碎率、雜質(zhì)率增加，給玉米的收獲、干燥、貯藏、運(yùn)輸及加工帶來一系列困難。黃淮海夏玉米生產(chǎn)區(qū)是世界上獨(dú)一無二的玉米生態(tài)區(qū)，籽粒機(jī)收技術(shù)還不成熟，大部分玉米品種收獲期籽粒含水量偏高，嚴(yán)重制約了玉米產(chǎn)業(yè)的高效可持續(xù)發(fā)展。篩選與選育適宜籽粒機(jī)收的玉米品種是當(dāng)務(wù)之急，品種的選育與農(nóng)藝性狀的表現(xiàn)密切相關(guān)，弄清籽粒含水量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系可為黃淮海區(qū)選育收獲期含水量低或脫水快的品種提供指導(dǎo)作用。

相關(guān)研究表明，玉米收獲期籽粒含水量主要由生理成熟前后的籽粒脫水速率決定的，該性狀是可遺傳的，品種間差異顯著，籽粒脫水速率與苞葉、穗軸、籽粒特征及果穗大小等農(nóng)藝性狀相關(guān)。前人對(duì)籽粒含水量的相關(guān)研究主要集中在種植時(shí)期、密度、苞葉層數(shù)、籽粒大小及穗位高低等方面，馮鵬等研究發(fā)現(xiàn)，收獲期籽粒含水量受種植密度影響較大；張林等研究認(rèn)為，粒寬、苞葉長(zhǎng)等與籽粒含水量呈極顯著正相關(guān)；李璐璐等研究發(fā)現(xiàn)，減少苞葉層數(shù)更有利于籽粒脫水；李鳳海等認(rèn)為，粒長(zhǎng)、穗位高與籽粒脫水速率呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。關(guān)于生育期、產(chǎn)量性狀等其他農(nóng)藝性狀與籽粒含水量關(guān)系的研究報(bào)道很少。筆者所在課題組前期對(duì)80個(gè)玉米品種的含水量進(jìn)行了初篩，最終篩選出有代表性的8個(gè)玉米品種為研究對(duì)象，采用相關(guān)分析、逐步回歸分析、通徑分析3種方法，探討收獲期籽粒含水量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系，為機(jī)收品種的選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選用前期篩選出的收獲期籽粒含水量差異較大且生產(chǎn)上主推的玉米品種8種，分別為鄭單958、聯(lián)創(chuàng)808、先玉335、安玉308、宇玉30、迪卡516、華美1號(hào)、迪卡517。

試驗(yàn)于2019年在安陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)院試驗(yàn)基地(地理位置36°1′N、114°5′E)、河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技試驗(yàn)示范基地(地理位置35°10′N，113°47′E)進(jìn)行(表1)，播種時(shí)間分別為6月9日、6月10日。采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)8個(gè)品種處理，重復(fù)3次，每個(gè)品種8行區(qū)，行長(zhǎng)5 m，密度為75 000株/hm。中間2行收獲測(cè)產(chǎn)，其他6行用于田間調(diào)查和取樣。

表1 試驗(yàn)地概況

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.2.1 生育期 田間性狀調(diào)查記載生育期(出苗期、吐絲期、授粉期、生理成熟期)，并計(jì)算出苗至授粉天數(shù)和生理成熟時(shí)間。

1.2.2 含水量與脫水速率 每小區(qū)雌穗套袋后統(tǒng)一授粉。授粉后35 d開始取樣，每7 d取樣1次，直至授粉后63 d收獲，共5次，每次取2穗，用烘干法測(cè)含水量。

各器官(籽粒、苞葉、穗軸)含水量(%)=(各器官鮮質(zhì)量-各器官干質(zhì)量)/各器官鮮質(zhì)量×100；

籽粒脫水速率(%/d)=(授粉后35 d籽粒含水量-授粉后63 d籽粒含水量)/間隔天數(shù)。

1.2.3 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 所有品種收獲時(shí)(授粉后63 d)測(cè)產(chǎn)，自然晾曬后測(cè)穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、行粒數(shù)、百粒質(zhì)量，計(jì)算產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel 2010進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，利用SPSS 18.10軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行多重比較、相關(guān)分析、回歸分析、通徑分析，其中處理間差異顯著性采用法進(jìn)行檢驗(yàn)(=0.05)。

2 結(jié)果與分析

2.1 參試玉米品種的農(nóng)藝性狀和收獲期籽粒含水量的比較分析

由表2可以看出，苞葉含水量的變化范圍為18.96%～30.12%，穗軸含水量范圍為42.46%～60.71%，生理成熟時(shí)間范圍為102.0～110.0 d，出苗至授粉時(shí)間范圍為52.0～55.0 d，穗長(zhǎng)范圍為15.7～19.5 cm，禿尖長(zhǎng)范圍為1.2～3.3 cm，穗粗范圍為4.4～5.0 cm，軸粗范圍為2.2～2.7 cm，穗行范圍為16.0～18.0，行粒數(shù)范圍為27.5～35.7粒，百粒質(zhì)量范圍為26.9～32.2 g，產(chǎn)量范圍為9 631～10 818 kg/hm，籽粒脫水速率范圍為0.47%/d～0.88%/d，收獲期籽粒含水量的變化范圍為 19.00%～30.69%。

表2 參試玉米品種的農(nóng)藝性狀和收獲期籽粒含水量

對(duì)參試品種主要性狀數(shù)值進(jìn)行多重比較，由顯著水平可以看出，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數(shù)、出苗至授粉天數(shù)、穗長(zhǎng)、禿尖長(zhǎng)、穗粗、軸粗、穗行數(shù)、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量、籽粒脫水速率及籽粒含水量在不同品種間達(dá)到顯著性水平，說明參試品種在這13個(gè)性狀之間存在真實(shí)差異。行粒數(shù)沒有達(dá)到顯著性水平?？梢詫?duì)上述13個(gè)達(dá)到顯著性水平的性狀與收獲期籽粒含水量進(jìn)行相關(guān)性分析和回歸分析。

2.2 收獲期籽粒含水量與主要性狀的相關(guān)分析

由表3可知，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數(shù)、出苗至授粉時(shí)間、穗粗、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量與收獲期籽粒含水量存在顯著或極顯著正相關(guān)關(guān)系，簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)變化范圍為0.46～0.79，籽粒脫水速率與籽粒含水量呈極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(=-0.91)。

表3 對(duì)收獲期籽粒含水量有顯著影響的主要農(nóng)藝性狀簡(jiǎn)單相關(guān)分析

2.3 收獲期籽粒含水量與主要性狀的回歸分析

進(jìn)行收獲期籽粒含水量與主要性狀的逐步回歸，會(huì)自動(dòng)剔除無顯著性的變量，以篩選出影響收獲期籽粒含水量的重要性狀，得到農(nóng)藝性狀與收獲期籽粒含水量的回歸模型(即回歸方程)為=2761+033+539-084-038-1554。其中方差比為5206，相關(guān)系數(shù)為097，確定系數(shù)=0.95。由回歸方程可知，苞葉含水量、穗粗、穗行數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒脫水速率這5個(gè)農(nóng)藝性狀可以解釋95%的因變量變異，苞葉含水量、穗粗對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為正，穗行數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒脫水速率對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為負(fù)(表4)。

表4 收獲期籽粒含水量(y)與主要性狀(x)回歸模型系數(shù)

2.4 收獲期籽粒含水量與主要性狀的通徑分析

通徑分析結(jié)果(表5)表明，由簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)可知對(duì)收獲期含水量起正向貢獻(xiàn)的為苞葉含水量>穗粗>百粒質(zhì)量>穗行數(shù)；籽粒脫水速率起負(fù)向貢獻(xiàn)作用。

表5 收獲期籽粒含水量與主要性狀的通徑系數(shù)

各性狀對(duì)收獲期籽粒含水量直接貢獻(xiàn)的大小依次為籽粒脫水速率(-0.60)>穗粗(0.34)>苞葉含水量(0.33)>穗行數(shù)(-0.20)>百粒質(zhì)量(-0.19)。

2.4.1 苞葉含水量() 苞葉含水量通過穗粗、籽粒脫水速率對(duì)收獲期籽粒含水量的間接作用均為正值， 分別為0.16、0.42； 通過穗行數(shù)、百粒質(zhì)量對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為負(fù)值，但是數(shù)值僅為-0.04、-0.08，相比正效應(yīng)可以忽略不計(jì)，與直接作用互作使苞葉含水量對(duì)收獲期籽粒含水量的效應(yīng)提高到0.79，由此推斷出降低苞葉含水量，收獲期籽粒含水量也隨之下降。

2.4.2 穗粗() 穗粗通過苞葉含水量、籽粒脫水速率對(duì)收獲期籽粒含水量的間接作用均為正值，分別為0.16、0.36；通過穗行數(shù)、百粒質(zhì)量對(duì)收獲期籽粒含水量的間接作用為負(fù)值，分別為-0.02、-0.16，與正向效應(yīng)比，數(shù)值相對(duì)較小，加上穗粗的直接作用為0.34，最終使穗粗對(duì)收獲期籽粒含水量的效應(yīng)提高到0.68，可以看出穗粗變細(xì)有利于降低籽粒含水量。

2.4.3 穗行數(shù)() 通過百粒質(zhì)量的間接作用為負(fù)值，數(shù)值為-0.01，與正效應(yīng)相比微乎其微。直接與間接效應(yīng)數(shù)值接近，說明降低穗行數(shù)對(duì)降低收獲期籽粒含水量的作用不太明顯。

2.4.4 百粒質(zhì)量() 通過苞葉含水量、穗粗、籽粒脫水速率對(duì)收獲期籽粒含水量的間接效應(yīng)為正值，分別為0.14、0.28、0.26，而穗行數(shù)對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為負(fù)值，僅為-0.01，與正效應(yīng)相差太多。直接效應(yīng)為負(fù)值，但與間接效應(yīng)差距較大，最終使百粒質(zhì)量對(duì)收獲期籽粒含水量的效應(yīng)提高到0.48，說明百粒質(zhì)量越大，收獲期籽粒含水量越高。

2.4.5 籽粒脫水速率() 通過苞葉含水量、穗粗對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為負(fù)值，分為-0.23、-0.21，穗行數(shù)、百粒質(zhì)量對(duì)收獲期籽粒含水量的作用為正值，為0.04、0.08，正效應(yīng)與負(fù)效應(yīng)相比作用較小，直接作用為-0.60，結(jié)果使籽粒脫水速率對(duì)收獲期籽粒含水量的效應(yīng)提高到-0.91。

3 結(jié)論與討論

黃淮海夏玉米種植區(qū)受小麥、玉米一年兩熟種植模式的影響，玉米生長(zhǎng)期間熱量資源緊缺，籽粒機(jī)收推廣難度很大。因此，篩選與選育收獲期籽粒含水量低、產(chǎn)量穩(wěn)的玉米品種是育種工作者面臨的嚴(yán)峻問題。

相關(guān)研究表明，籽粒脫水速率是影響收獲期籽粒含水量的主要因素之一，該性狀是可以遺傳的，并且不同品種間呈顯著性差異，籽粒脫水速率與穗部性狀諸如穗長(zhǎng)、穗粗、苞葉的松緊度、苞葉長(zhǎng)短、苞葉層數(shù)、果皮透性等密切相關(guān)，弄清現(xiàn)階段主栽玉米品種籽粒含水量與主要農(nóng)藝性狀的關(guān)系對(duì)篩選與選育收獲期籽粒含水量低或脫水快的玉米品種具有指導(dǎo)作用。前人對(duì)收獲期籽粒含水量的影響因素研究中，主要集中在栽培模式對(duì)收獲期籽粒含水量的影響方面，本研究采用相關(guān)性分析、逐步回歸分析、通徑分析從穗部性狀、生育期、產(chǎn)量性狀方面進(jìn)一步研究與收獲期籽粒含水量的關(guān)系。

對(duì)8個(gè)玉米品種的14個(gè)性狀進(jìn)行了多重比較，行粒數(shù)沒有達(dá)到顯著性水平，其他13個(gè)性狀直接存在真實(shí)性差異，可以進(jìn)一步做相關(guān)性分析與回歸分析。相關(guān)分析是2個(gè)變數(shù)間的關(guān)系是一種共同變化特點(diǎn)，相關(guān)系數(shù)反映了2個(gè)性狀之間的密切程度，并測(cè)驗(yàn)其顯著性。本研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，苞葉含水量、穗軸含水量、生理成熟天數(shù)、散粉期、穗粗、百粒質(zhì)量、產(chǎn)量與收獲期籽粒含水量存在顯著或極顯著的正相關(guān)關(guān)系；籽粒脫水速率起負(fù)向貢獻(xiàn)，速度越快，籽粒含水量越低，這與張樹光等的研究結(jié)果基本一致。

在實(shí)際應(yīng)用中，回歸關(guān)系可以通過回歸分析、根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)得到一個(gè)表示隨的改變而改變的回歸方程。在自變量很多時(shí)，有的變量可能對(duì)因變量的影響不是很大，而且之間不是相互獨(dú)立的，可能存在互作關(guān)系，在這種情況下，進(jìn)行因子的篩選，這樣建立的回歸模型預(yù)測(cè)效果更好。本研究通過采用逐步回歸分析，自動(dòng)剔除了統(tǒng)計(jì)分析中的不顯著性狀，13個(gè)農(nóng)藝性狀中苞葉含水量、穗粗、穗行數(shù)、百粒質(zhì)量、籽粒脫水速率這5個(gè)農(nóng)藝性狀可以解釋95%的因變量變異。通徑分析可用于分析多個(gè)自變量與因變量之間的線性關(guān)系，是回歸分析的拓展。本研究發(fā)現(xiàn)，穗行數(shù)、百粒質(zhì)量的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)與直接通徑系數(shù)差別很大，由于各個(gè)性狀之間存在相互作用，依靠單一的簡(jiǎn)單相關(guān)系數(shù)不能客觀地評(píng)價(jià)某一個(gè)性狀對(duì)收獲期籽粒含水量的影響，通徑分析可以直觀反映各個(gè)性狀與收獲期籽粒含水量的關(guān)系，這與閆淑琴等的研究結(jié)果一致。

本研究發(fā)現(xiàn)，在不影響產(chǎn)量情況下，為獲得收獲期籽粒含水量低的品種，應(yīng)重點(diǎn)選育田間籽粒脫水速率快、苞葉含水量低、穗粗較細(xì)及百粒質(zhì)量稍低的材料。