張 毅 許乃銀 郭利磊 楊子光 張笑晴 楊曉妮

我國北部冬麥區(qū)小麥區(qū)域試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的優(yōu)化設(shè)計

張 毅1許乃銀2郭利磊1楊子光3張笑晴1楊曉妮2

1全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務中心, 北京 100125;2江蘇省農(nóng)業(yè)科學院, 江蘇南京 210014;3洛陽農(nóng)林科學院, 河南洛陽 471022

農(nóng)作物品種區(qū)域試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的合理配置有利于提高試驗的成本效率和品種選擇效率。本研究分析了2010—2019年期間北部冬麥區(qū)小麥品種區(qū)域試驗的重復次數(shù)和試點數(shù)量設(shè)置的合理性, 依據(jù)小麥品種試驗的信噪比和遺傳力水平隨重復次數(shù)和試點數(shù)量的變化規(guī)律, 提出了重復次數(shù)和試點數(shù)量的優(yōu)化設(shè)計方案。結(jié)果表明: (1) 北部冬麥區(qū)小麥單點試驗的遺傳力平均達到0.87, 需要的重復次數(shù)平均值僅為1.4, 說明3次重復可以充分保證試驗精確度的需求。(2)北部冬麥區(qū)水地組和旱地組小麥區(qū)域試驗達到0.75的遺傳力水平時, 需要的試點數(shù)量分別為11個和13個, 目前有效試點數(shù)量分別約為11個和8個, 分別達到0.75和0.60的遺傳力水平。(3)小麥品種區(qū)域試驗結(jié)果對品種的審定和應用十分重要, 而每年都可能有少數(shù)試驗點因為各種異常情況而報廢, 為保證試驗結(jié)果的可靠性, 可按= 0.75的水平需求安排試驗點數(shù)量和重復次數(shù), 即重復次數(shù)可保持當前的3次; 水地組的試點數(shù)量可保持在11個左右; 旱地組可將試點增加到13個; 如要將遺傳力提高到0.80的水平, 則需約16個試點。

小麥(L.); 區(qū)域試驗; 遺傳力; 信噪比; 重復次數(shù); 試點數(shù)量

小麥(L.)是我國第三大糧食作物, 種植面積僅次于玉米和水稻。北方冬麥區(qū)主要包括河北大部、河南、山東、山西南部、江蘇和安徽北部、陜西和甘肅部分地區(qū), 是我國小麥主要產(chǎn)區(qū), 種植面積約占全國小麥總面積的70%, 總產(chǎn)占75%左右[1]。北部冬麥區(qū)主要包括遼寧南端的營口和大連市; 河北省境內(nèi)長城以南的廊坊、保定、滄州、唐山和秦皇島市全部; 京、津兩市全部; 山西省朔州以南陽泉、太原、晉中、長治和呂梁等市全部和臨汾市北部地區(qū); 陜西省延安市全部、榆林長城以南大部, 咸陽、寶雞和銅川市部分縣; 甘肅省隴東慶陽市全部和平?jīng)鍪械牟糠挚h[2]。北部冬麥區(qū)作為北方冬麥區(qū)的重要產(chǎn)區(qū), 提供了其中22%以上的產(chǎn)量[3]。加強適應于該區(qū)域生態(tài)條件的小麥新品種選育和推廣應用對保障小麥生產(chǎn)水平和我國糧食安全具有重要意義。小麥品種區(qū)域試驗在多環(huán)境條件下對新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、適應性、抗逆性、品質(zhì)等性狀進行測試與綜合評價, 對促進我國小麥品種更新和保障小麥生產(chǎn)水平起著重要的作用[4]。區(qū)域試驗的可靠性主要決定于試驗效率, 而試驗效率又決定于試驗遺傳力[5-6]。遺傳力是遺傳方差占表型方差的比率[7], 區(qū)域試驗的遺傳力越高, 對品種的選擇效率就越高[8]。遺傳力隨著試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的增加速率呈先快后慢的“邊際收益遞減”規(guī)律[6]。因此, 如何合理設(shè)置試驗試點數(shù)量和重復次數(shù), 既可保持可靠的遺傳力水平和試驗效率, 又可合理利用有限的人力、物力和財力資源, 是優(yōu)化區(qū)域試驗設(shè)置方案中亟待解決的問題。

嚴威凱等[8]利用區(qū)域試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量與遺傳力的函數(shù)關(guān)系, 估算出燕麥品種試驗在特定誤差水平下不同遺傳力水平需要的試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量, 并指出通過增加試點數(shù)和重復次數(shù)可以快速提高遺傳力的上限為75%, 其后遺傳力提高的速率急劇降低, 故認為試驗遺傳力達到0.75水平時需要的重復次數(shù)和試點數(shù)量是較適宜的數(shù)量。許乃銀等[5]對國家棉花區(qū)試的遺傳力水平及其隨著試點數(shù)量增加的規(guī)律進行了定量化分析, 并提出針對各主產(chǎn)棉區(qū)的區(qū)域試驗設(shè)置優(yōu)化方案。關(guān)于小麥品種區(qū)域試驗適宜重復次數(shù)和試點數(shù)量的相關(guān)研究尚未見報道。本研究的目的是綜合利用重復次數(shù)和試點數(shù)量的估計方法, 全面分析和評價2010—2019年期間我國北部冬麥區(qū)國家小麥品種試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量設(shè)置的科學性和優(yōu)化方案, 為國家小麥區(qū)域試驗的優(yōu)化資源配置提供依據(jù), 并為其他作物品種區(qū)域試驗的優(yōu)化設(shè)置提供參考。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

2010—2019年期間北部冬麥區(qū)水地組和旱地組小麥品種試驗設(shè)置的試點數(shù)量和參試品種數(shù)詳見表1。所有試驗均采用隨機區(qū)組排列, 重復3次, 小區(qū)面積12~14 m2。2009—2010年度(簡稱為“2010年”, 下同)水地組區(qū)域試驗以“京冬8號”為對照, 以“中麥175”輔助對照品種。其余年份水地組和旱地組小麥品種試驗分別以中麥175和“長6878”為對照品種。水地組常年在北京市的昌平和順義; 天津市的武清和寶坻; 河北省的保定、遵化、灤南和固安; 山西省的太原、屯留、介休等地共設(shè)置約11個試點(2015年前在新疆設(shè)有阿拉爾試點)。旱地組常年在山西省的高平、長子、長治和平?jīng)? 甘肅省的莊浪、定西、鎮(zhèn)原和慶陽; 寧夏的固原、隆德、彭陽等地共設(shè)置約11個試點。田間栽培管理按當?shù)亓晳T和區(qū)域試驗方案要求進行。本研究分別采用2010—2019年期間北部冬麥區(qū)小麥品種試驗的196個單年單點試驗(其中, 水地組112個, 旱地組84個)和20組一年多點試驗的產(chǎn)量數(shù)據(jù)分析試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量與遺傳力的關(guān)系, 估算在特定遺傳力水平下對重復次數(shù)和試點數(shù)量的需求。

1.2 統(tǒng)計分析

采用數(shù)據(jù)分析和管理系統(tǒng)GGEbiplot Pattern Explorer[9]對2010—2019年期間北部冬麥區(qū)小麥品種試驗中196個單點試驗分別進行方差分析, 得出遺傳方差和誤差方差, 再依據(jù)Yan等[6,8]和許乃銀等[5]介紹的方法分別計算單點試驗的信噪比、遺傳力及遺傳力為0.75時需要的試驗重復次數(shù), 并根據(jù)196次單點試驗在不同重復次數(shù)需求范圍內(nèi)的累積頻數(shù)(cumulative frequency, C)分布規(guī)律, 初步分析小麥品種區(qū)域試驗的適宜重復次數(shù)。其次, 對20組一年多點試驗分別進行方差分析, 得出遺傳方差、品種與試點互作方差和誤差方差, 計算一年多點試驗的信噪比、遺傳力及遺傳力為0.75時需要的試點數(shù)量,分別估計水地組和旱地組試驗對試點數(shù)量的需求。然后, 依據(jù)水地組和旱地組小麥品種試驗的多次單點試驗平均信噪比(r)和一年多點試驗平均信噪比(e)與重復次數(shù)、試點數(shù)及遺傳力的關(guān)系式, 對不同重復次數(shù)和試點數(shù)量條件下的遺傳力水平進行定量分析。最后, 依據(jù)遺傳力與信噪比、重復次數(shù)和試點數(shù)的關(guān)系式, 在設(shè)定區(qū)間內(nèi)擬合遺傳力增量與重復次數(shù)和試點數(shù)量增量的響應曲線, 從而提出小麥品種試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量設(shè)置的優(yōu)化方案。單年單點和一年多點區(qū)域試驗的遺傳力及其增量、信噪比、重復次數(shù)和試點數(shù)量的計算公式如下[5-6]:

單年單點試驗的遺傳力=g/(g+e/r) (1)

單年單點試驗的信噪比r=e/g(2)

單年單點試驗所需的重復數(shù)r= (e/g)×/ (1?) =r×/(1?) (3)

單年單點試驗遺傳力與重復次數(shù)及信噪比的關(guān)系式=r/(r+r) (4)

單年單點試驗遺傳力增量D= [r/(r+r)][(r?Dr)/((r?Dr)+r)] (5)

一年多點試驗的遺傳力=g/(g+ge/e+e/er) (6)

一年多點試驗的信噪比Q= (ge+e/e)/g(7)

一年多點試驗所需的試點數(shù)e= [(ge+e/e)/g] ×/(1?) =e×/(1?) (8)

一年多點試驗遺傳力與試點數(shù)及信噪比的關(guān)系式=e/(e+e) (9)

一年多點試驗遺傳力增量D= [e/(e+e)][(e?De)/((e?De)+e)] (10)

式中,為遺傳力,g為遺傳方差,e為誤差方差,r為重復數(shù),r為單點試驗信噪比,r為單點試驗需要的重復數(shù),ge為品種與試點互作方差,e為試點數(shù)量,e為一年多點試驗的信噪比,e為一年多點試驗需要的試點數(shù)量,D為試驗遺傳力增量,Dr和De分別為單位重復數(shù)和試點數(shù),(r?Dr)和(e?De)分別為在r和e基礎(chǔ)上減少一個單位的重復數(shù)和試點數(shù)。

表1 2010–2019年我國北部冬麥區(qū)國家小麥品種區(qū)域試驗組數(shù)、品種數(shù)和產(chǎn)量統(tǒng)計表

2 結(jié)果與分析

2.1 單年單點小麥區(qū)域試驗的重復次數(shù)分析

表2表明: (1)在北部冬麥區(qū)共196次單點試驗中, 在保證遺傳力達到0.75水平下需要1次、2次和3次重復以內(nèi)的試驗累積頻率分別約為69%、83%和88%, 需要3~4次重復、4~5次重復和5次以上重復的試驗比例分別約為4%、2%和7%。其中, 水地組和旱地組需要3次重復以內(nèi)的試驗累積頻率分別約為87%和89%, 差異不大?？梢? 采用3次重復可以保證近90%的單點試驗遺傳力達到0.75的水平, 僅有少數(shù)試點因試驗誤差偏大等原因?qū)е逻z傳力偏低; (2)北部冬麥區(qū)共196次單點試驗需要的重復次數(shù)總均值僅為1.4次, 其中, 水地組和旱地組需要的重復次數(shù)平均都在2次以下, 說明北部冬麥區(qū)小麥品種試驗采用3次重復可以充分保證試驗遺傳力和試驗效率符合試驗質(zhì)量要求。

表2 2010–2019年北部冬麥區(qū)單年單點小麥品種試驗在遺傳力為0.75時所需要重復數(shù)的次數(shù)分布

重復數(shù)范圍是指在＝0.75時所需要的試驗重復次數(shù)的分布范圍。北部冬麥區(qū)包括水地組和旱地組。N、(%)、C(%)、r和r分別為次數(shù)、頻數(shù)、累積頻數(shù)、需要重復數(shù)和信噪比。

Range ofrmeans the replicates needed to achieve 0.75 of heritability in half-open intervals. The Northern winter wheat region covers Irrigated region and Rainfed region. N,(%), C(%),r,r, and(%) stand for number of times, frequency, cumulative frequency, replicate needed and noise-signal ratio in each interval, respectively.

2.2 小麥品種試驗適宜重復數(shù)和試點數(shù)的定量分析

依據(jù)2010—2019年水地組、旱地組及北部冬麥區(qū)小麥品種試驗的單點試驗平均信噪比(r)和一年多點試驗平均信噪比(e)與重復次數(shù)或試點數(shù)及遺傳力的關(guān)系式, 在不同重復次數(shù)和試點數(shù)量條件下對遺傳力水平的定量分析(圖1和表3)表明: (1)試驗遺傳力隨著重復次數(shù)和試點數(shù)的增加, 表現(xiàn)為先快后慢的曲線關(guān)系。隨著重復次數(shù)和試點數(shù)的增加, 遺傳力在0.75以下時提升速度非?？? 為遺傳力的“快速增長期”; 在0.75和0.90期間提升速率明顯減緩, 但仍有顯著的增量, 為遺傳力的“緩慢增長期”; 達0.90之后, 再增加重復次數(shù)或試點數(shù)量對遺傳力的提高作用微小, 是遺傳力的“增長停滯期”。(2)在遺傳力為0.75水平下, 水地組、旱地組及北部冬麥區(qū)小麥品種試驗需要的重復次數(shù)都在2次以下; 重復次數(shù)為3次的情況下, 水地組、旱地組及北部冬麥區(qū)小麥品種試驗的遺傳力分別達到了約0.85、0.88和0.87的水平, 已經(jīng)充分保證了試驗的精度要求; 如需將遺傳力提高在0.90水平下, 則需要約4~5次重復, 其后繼續(xù)增加重復次數(shù)對提高遺傳力沒有意義。(3)在遺傳力為0.75水平下, 水地組、旱地組及北部冬麥區(qū)小麥品種試驗需要的試點數(shù)量分別約為11個、13個和12個; 水地組、旱地組及北部冬麥區(qū)小麥品種試驗平均匯總的試點數(shù)分別約為11個、9個和10個, 其試驗遺傳力分別達到了約0.75、0.68和0.71的水平, 水地組已經(jīng)符合小麥品種試驗的精確度要求, 而旱地組需要增加4個試點才可以達到試驗的精確度要求; 在條件許可的情況下, 將旱地組試點數(shù)增加到13個, 可將整體試驗的遺傳力水平提升到0.75; 如需將遺傳力提高到0.85水平, 則水地組和旱地組分別需要約21個和24個試點; 如需將遺傳力提高到0.90水平, 則水地組和旱地組分別需要約33個和38個試點, 其后繼續(xù)增加試點數(shù)沒有意義。

圖1 北部冬麥區(qū)小麥品種試驗的遺傳力(H)及其所需重復(Nr)或試點數(shù)量(Ne)的關(guān)系

Irrigated和Rainfed分別代表北部冬麥區(qū)的水地組和旱地組小麥品種試驗;r和e分別代表重復數(shù)信噪比和試點數(shù)信噪比。

Irrigated and Rainfed stand for the irrigated group and rainfed group in winter wheat variety trials of Northern winter wheat region.randestand for the noise-signal ratio of replicate and test location number, respectively.

表3 北部冬麥區(qū)小麥品種試驗在不同遺傳力水平下需要的重復數(shù)和試點數(shù)量定量分析

重復的信噪比(r)為單年單點試驗的平均值; 試點的信噪比(e)一年多點試驗校正平均值; 合格數(shù)量為2010–2019年期間北部冬麥區(qū)水地組和旱地組實際匯總的重復或試點數(shù)量。

The noise-signal ratio of replicate (r) is the mean of all single trials in each group, while locationeis the mean of all one-year multi-locational trials in the group.Nis the mean of replicates or test locations summarized in the annual wheat cultivar trial report of the irrigated group and rainfed group trials in Northern winter wheat region (NWWR) from 2010 to 2019.

2.3 小麥品種試驗中重復數(shù)和試點數(shù)對遺傳力增量的影響

依據(jù)2010—2019年北部冬麥區(qū)水地組和旱地組小麥品種試驗的單點試驗平均信噪比(r)和一年多點試驗平均信噪比(e)與重復次數(shù)或試點數(shù)及遺傳力的關(guān)系式, 計算在設(shè)定區(qū)間內(nèi)與單位增量的重復次數(shù)和試點數(shù)量相對應的遺傳力增量。圖2表明, (1)水地組和旱地組小麥品種試驗重復數(shù)和試點數(shù)增量對遺傳力增量的影響趨勢基本一致, 可合并分析。(2)重復次數(shù)以0.2為單位, 在區(qū)間[0,1]中每增加一個單位, 遺傳力依次提升0.30、0.16、0.10、0.07和0.05, 當重復次數(shù)為1時遺傳力達到0.68; 在區(qū)間[1,5]中每增加一次重復, 遺傳力依次提升0.13、0.05、0.03和0.02; 其后繼續(xù)增加重復數(shù), 遺傳力基本不再提升。重復數(shù)從1次增加到2次、3次和4次, 遺傳力依次從0.68提升到0.81、0.86、0.89和0.91, 可見, 第2次重復的遺傳力增量較大, 第3次重復的遺傳力增加已經(jīng)很小, 后續(xù)重復數(shù)增加對遺傳力的提升效應十分微小。(3)試點數(shù)以1為單位, 在區(qū)間[1,5]中每增加1個試點, 遺傳力增量依次為0.20、0.13、0.10、0.07和0.06, 從0.20提高到0.60; 其后繼續(xù)增加試點數(shù), 遺傳力的提升速度減緩, 在試點數(shù)區(qū)間[6,10]中每增加1個試點約提高遺傳力0.02, 在試點數(shù)區(qū)間[11,15]中每增加1個試點約提高遺傳力0.01, 其后試點數(shù)增加對遺傳力的提升效應較小。試點數(shù)從5個增加到10個、15個和20個, 遺傳力依次從0.56提升到0.72、0.79和0.84, 后續(xù)試點數(shù)增加對遺傳力的提升效應基本上沒有意義。

圖2 北部冬麥區(qū)小麥品種試驗的遺傳力增量(ΔH)與單位重復數(shù)或試點數(shù)的關(guān)系

3 討論

3.1 小麥品種區(qū)域試驗效率的評價指標探討

農(nóng)作物多環(huán)境品種試驗(品種區(qū)域試驗)是客觀評價農(nóng)作物品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應性及生產(chǎn)應用價值必要環(huán)節(jié)[10]。作物區(qū)域試驗的科學性、可靠性和試驗效率主要決定于其對品種間差異的鑒別能力, 而鑒別力又決定于試驗的精確度[11]。試驗精確度在區(qū)域試驗質(zhì)量評價中一直受到廣泛關(guān)注[12-16]。試驗的精確度主要與試驗誤差有關(guān), 試驗誤差越大, 則精確度越低。區(qū)域試驗中通常用試驗誤差變異系數(shù)(CV, coefficient of error variation)來表示試驗的精確度, 并將CV大于15%的單年單點試驗數(shù)據(jù)在匯總報告中剔除。作為更直接的試驗對品種鑒別能力的指標, 孔繁玲等[11]將品種間多重比較時的最小顯著差數(shù)(least significant difference, LSD)與總體均值的比率稱為相對最小顯著差數(shù)(relative least significant difference, RLSD)作為試驗精確度的指標[17]。然而, 一年多點品種區(qū)域試驗的精確度和有效性不僅受到遺傳效應和誤差大小的影響, 還受到品種與環(huán)境互作效應等因素的影響[18-20]。一組由多個試驗誤差變異都很小的單點試驗組成一年多點品種區(qū)域試驗并不一定是有效的試驗。例如, 2017年北部冬麥區(qū)旱地組小麥區(qū)域試驗中全部9個單點試驗中的CV值都在8%以下, 多點聯(lián)合方差分析的CV值僅為3.8%, 但其試驗遺傳力卻只有0.30。從CV值來看這是一個精確度很好的試驗, 而從遺傳力來看又是一個“壞試驗”, 因為它對品種的鑒別能力太差, 無法分辨品種間的真實遺傳差異。品種與環(huán)境互作方差大而遺傳方差相對很小是產(chǎn)生這種現(xiàn)象的主要原因。當遺傳力接近于0時, 無論品種間表型差異有多大, 基于表型變異的品種選擇都是完全無效的[8]。遺傳力表達了試驗對品種間遺傳差異的鑒別能力和對品種的選擇效率, 也就是體現(xiàn)了品種區(qū)域試驗的效率。在農(nóng)作物品種多環(huán)境試驗質(zhì)量評價體系中除了用CV表達試驗的誤差控制水平外, 還應當將試驗遺傳力作為試驗有效性的重要評價指標[5]。Yan等[6]研究發(fā)現(xiàn)= 0.75是比較適當?shù)脑囼炘u價標準。許乃銀等[5]研究證實了遺傳力保持0.75的水平是我國棉花品種區(qū)域試驗質(zhì)量評價比較適合的標準, 但也需要依據(jù)具體品種試驗發(fā)展水平確定其適宜的目標遺傳力水平。本研究發(fā)現(xiàn)我國北部冬麥區(qū)小麥品種試驗水地組和旱地組在正常年份的試驗遺傳力平均分別為0.75和0.68, 同時也考慮到小麥品種區(qū)域試驗對品種推薦審定和應用十分重要, 每年都可能有部分試驗點因為各種異常原因而報廢, 為充分保證試驗匯總結(jié)果的可靠性, 可按遺傳力為0.85的水平需求安排試驗點數(shù)量和重復次數(shù)。

3.2 小麥品種區(qū)域試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的優(yōu)化策略

小麥品種區(qū)域試驗從試驗設(shè)計、田間管理和試驗統(tǒng)計分析等各項工作都是為了提高小麥品種試驗的遺傳力, 從而提高試驗的品種選擇效率[5]。品種多點試驗的遺傳力受到試驗誤差、品種與試點互作效應、試點數(shù)量和試驗重復次數(shù)等因素的綜合影響。因此, 加強試驗田間管理以減少試驗誤差、開展適當?shù)钠贩N生態(tài)區(qū)劃分以減少品種與環(huán)境互作效應、適當增加試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量區(qū)域試驗等措施有利于提高試驗遺傳力和試驗效率。試驗遺傳力隨著重復次數(shù)和試點數(shù)量增加而提高的速率符合先快后慢的“邊際效應遞減”規(guī)律, 在達到適當?shù)臄?shù)量后再增加重復次數(shù)和試點數(shù)量對遺傳力的增量貢獻很小, 試驗效率提高不大。同時, 重復次數(shù)和試點數(shù)量的增加也意味著試驗投入的人力、物力和財力成本的增加, 成本投入對試驗效率的提高符合報酬遞減規(guī)律。因此, 品種區(qū)域試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的優(yōu)化就是依據(jù)遺傳力隨著重復次數(shù)和試點數(shù)量增加的遞增規(guī)律, 設(shè)計適當?shù)闹貜痛螖?shù)和試點數(shù)量在充分保證試驗的可靠性和科學性的前提下又能節(jié)省試驗成本, 減少不必要的資源浪費。嚴威凱等[6]研究指出遺傳力達到0.75的水平是試驗成本和試驗效率的產(chǎn)投比“拐點”, 遺傳力大于0.75時的試點數(shù)量增加對遺傳力增量效應將快速衰退。本研究也證實了試驗遺傳力隨著重復次數(shù)和試點數(shù)的增加表現(xiàn)為先快后慢的曲線關(guān)系, 遺傳力在0.75以下時表現(xiàn)為“快速增長期”, 在0.75和0.90期間表現(xiàn)為“緩慢增長期”, 在0.90之后表現(xiàn)為“增長停滯期”。本研究發(fā)現(xiàn)我國北部冬麥區(qū)小麥品種試驗第2次重復的遺傳力增量較大, 第3次重復的遺傳力增加已經(jīng)很小, 后續(xù)重復數(shù)增加對遺傳力的提升效應十分微小; 試點數(shù)從5個增加到10個、15個和20個, 遺傳力依次從0.56提升到0.72、0.79和0.84, 后續(xù)試點數(shù)增加對遺傳力的提升效應基本上沒有意義。因此, 北部冬麥區(qū)小麥品種試驗可保持當前的3次重復; 水地組的試點數(shù)量可保持在11個左右; 旱地組可將試點數(shù)增加到13個, 使遺傳力達到0.75; 在條件許可的前提下, 旱地組和水地組的試點數(shù)可分別增加到15個和17個, 使遺傳力達到0.80的水平。

4 結(jié)論

我國北部冬麥區(qū)小麥品種試驗采用3次重復可以充分保證試驗遺傳力和試驗效率符合試驗質(zhì)量要求, 目前設(shè)置的試點數(shù)量也可以充分滿足區(qū)域試驗的精確度要求。針對小麥品種試驗重復次數(shù)和試點數(shù)量的優(yōu)化方案包括,重復次數(shù)仍可設(shè)計為3次; 水地組可保持當前11個左右的試點數(shù)量, 旱地組和在國家財力、物力和人力等條件許可的情況下, 可以將試點數(shù)量增加到13個左右, 從而使北部冬麥區(qū)小麥品種試驗遺傳力達到到0.75的水平; 如需將遺傳力提高在0.80水平, 則需要約16個試點; 增加的試點數(shù)量可與增加重復次數(shù)相比較, 優(yōu)先選擇增加小區(qū)數(shù)量較少的方案, 有利于節(jié)約試驗成本。

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Optimization of test location number and replicate frequency in regional winter wheat variety trials in northern winter wheat region in China

ZHANG Yi1, XU Nai-Yin2, GUO Li-Lei1, YANG Zi-Guang3, ZHANG Xiao-Qing1, and YANG Xiao-Ni2

1National Extension and Service Center of Agricultural Technology, Beijing 100125, China;2Jiangsu Academy of Agricultural Sciences, Nanjing 210014, Jiangsu, China;3Luoyang Academy of Agriculture and Forestry Sciences, Luoyang 471022, Henan, China

The rational allocation of the replicate frequency and test location number in regional crop trials are highly beneficial to the enhancement of both trial cost efficiency and new cultivar selection efficiency. The rationality of test location number and replicate frequency for national wheat regional trials in the Northern winter wheat region (NWWR) in China was evaluated by using historical experimental datasets during the last 10 years according to the dynamics of trial heritability and noise-signal quotient () with the increase of test locations and replicates within trials in 2010–2019, proposing an optimal design scheme of the replicate frequency and test location number for the wheat planting region. The result indicated three replicates at current achieve 0.87 of the averaged within-trial heritability of single-trials in NWWR, and only 1.4 times of replicates on average was needed to achieve 0.75 of within-trial heritability, so three replicates were obviously sufficient to maintain enough test accuracy. The needed test location number to achieve 0.75 of cross-trial heritability was estimated as 11 for the irrigated group and 13 for the rainfed group in the one-year multi-locational trials in NWWR, while in the current wheat trials that was about 11 and 8 effective test locations, achieving a heritability level of 0.75 and 0.60, respectively. The irrigated group was exactly meet the trial accuracy requirement (= 0.75), while the rainfed group was somewhat insufficient. Considering the importance of the regional wheat trials in recommending new varieties for registration and production, and the possible trial cancellation due to various abnormalities, the practical management should set a heritability level around 0.75, and maintain three replicates, with around 11 test locations for the irrigated group, and 13 locations for the rain-fed group. In order to increase heritability to the level of 0.80, about 16 test locations should be required.

wheat (L.); regional trial; heritability; noise-signal quotient; number of replicate; number of test location

10.3724/SP.J.1006.2020.91069

本研究由國家農(nóng)作物品種區(qū)域試驗專項資助。

This study was supported by the Special Project of National Crop Regional Trials.

E-mail: zhangy@oilcrops.cn, Tel: 010-64194512

2019-11-29;

2020-03-24;

2020-05-08.

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20200507.1620.010.html