趙青 孫杰 王朋 張志高

摘要 通過基于R語言的GGE雙標圖法分析了15個玉米品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性同時分析了8個試驗點對參試品種的區(qū)分力和代表性。結(jié)果表明，先玉1980（G10）高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn);而DJ1803（G09）較高產(chǎn)，但穩(wěn)產(chǎn)性稍差。綜合各試驗點的區(qū)分力和代表性，如皋（E6）試點的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗點。江蘇中江種業(yè)股份有限公司（E2）、江蘇省農(nóng)業(yè)科學院（E3）之間以及大華育種研究院鹽城研究所（E5）、江蘇神農(nóng)大豐種業(yè)科技有限公司鹽城基地（E7）之間存在緊密正相關(guān)，表明有些試驗點也許是重復設(shè)置的，應(yīng)該剔除冗余的試點，以減少試驗成本。

關(guān)鍵詞 玉米;GGE雙標圖;R語言;區(qū)域試驗

中圖分類號 S 513? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）06-0025-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.006

開放科學（資源服務(wù)）標識碼（OSID）：

Application of GGE-biplot Based on R Language in Maize Regional Trial in 2020 in Huainan，Jiangsu Province

ZHAO Qing，SUN Jie，WANG Peng et al （Breeding Research Institute of Jiangsu Dahua Seed Enterprise Co.，Ltd.，Lianyungang，Jiangsu 222344）

Abstract GGE-biplot based on R language was used to analyze high-yield and stability of maize yield，with 15 maize hybrid combinations planted in Huainan，Jiangsu Province. Meanwhile，representativeness and discrimination of eight different testing sites were analyzed. The results showed that Xianyu 1980 （G10） was both the combination with a high and stable yield，and DJ1803 also had a relatively high yield，but its stability was a bit poor. In terms of discrimination and representativeness，Rugao （E6） had the best discrimination and representativeness and it was the best testing site. There was a close positive correlation between Jiangsu Zhongjiang （E2） ，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences （E3） and Dahua Yancheng （E5），Shennong Yancheng （E7），indicating that some test sites may be duplicated and redundant test sites should be eliminated to reduce the cost of the test.

Key words Maize;GGE biplot;R language;Regional trial

基金項目 江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司農(nóng)業(yè)科技項目“黃淮海地區(qū)抗病、高產(chǎn)、適宜機械化生產(chǎn)玉米新品種選育”（NK202007）。

作者簡介 趙青（1992—），女，江蘇揚州人，技術(shù)員，碩士，從事玉米遺傳育種工作。

收稿日期 2021-07-06

區(qū)域試驗是玉米審定過程中的重要環(huán)節(jié)，目前玉米區(qū)域試驗主要采用算數(shù)平均值法來評價品種豐產(chǎn)性。玉米在生長過程中，產(chǎn)量主要受品種（即基因型）和環(huán)境以及基因型-環(huán)境互作影響，方差分析法可以判斷三者是否達到顯著水平，但是不能解釋基因型以及基因型和環(huán)境互作效應(yīng)。Yan[1]在2001年提出基因型主效加基因型與環(huán)境互作效應(yīng)模型，即GGE雙標圖模型。GGE雙標圖不僅可以評價區(qū)域試驗中品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，還能對試點的區(qū)分力、代表性進行合理評價[2]。目前該方法已經(jīng)被科研工作者廣泛應(yīng)用于評價水稻[3-4]、小麥[5-6]、玉米[7-9]、大豆[10-11]、燕麥[12-13]等農(nóng)作物新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性。鑒于此，筆者利用基于R語言的GGE雙標圖對2020年江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗進行分析，比較各參試品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性以及各試點的區(qū)分力和代表性，為評價江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗中優(yōu)良品種和參試地點提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試玉米品種共有15個（表1），試點共11個，分別為東臺市農(nóng)業(yè)科學研究所（簡稱“東臺所”，代碼“E1”）、江蘇中江種業(yè)股份有限公司（江蘇中江，E2）、江蘇省農(nóng)業(yè)科學院糧食作物研究所（省農(nóng)科院，E3）、江蘇金色農(nóng)業(yè)股份有限公司（金色農(nóng)業(yè)，E4）、大華育種研究院鹽城研究所（大華鹽城，E5）、如皋市農(nóng)業(yè)科學研究所（如皋，E6）、江蘇神農(nóng)大豐種業(yè)科技有限公司鹽城基地（神農(nóng)鹽城，E7）、鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗站（新洋站，E8）、江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學研究所（沿江如皋，E9）、江蘇紅旗種業(yè)股份有限公司（紅旗種業(yè)，E10）、江蘇潤揚種業(yè)股份有限公司（潤揚種業(yè)，E11）。

1.2 試驗設(shè)計 小區(qū)面積24 m2，6行區(qū)，大小行，密度67 500株/hm2，對照品種蘇玉29。試驗小區(qū)采取隨機區(qū)組排列，3次重復，純作，四周設(shè)保護行，收獲時全小區(qū)計產(chǎn)，3次重復的平均產(chǎn)量換算成單位面積的產(chǎn)量。沿江如皋點E9因強臺風致所有品種倒伏，紅旗種業(yè)點E10、潤揚種業(yè)點E11因受漬害嚴重，均作報廢處理，不列入統(tǒng)計分析。

1.3 統(tǒng)計分析

使用R軟件（版本號：4.0.3）的GGEBiplotGUI包對15個淮南普通玉米區(qū)域試驗參試品種和各個試驗點間的關(guān)系進行GGE雙標圖分析。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3列表形式，第1列為參試品種（Gen）、第2列為試驗地點（Env）、第3列為產(chǎn)量（Yield）。運行完各命令行后會出現(xiàn)交互界面，通過鼠標操作可得各種GGE雙標圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種產(chǎn)量比較 由表2可知，15個參試品種平均產(chǎn)量變幅為8 717.1～10 207.9 kg/hm2，其中G10產(chǎn)量最高，但G11產(chǎn)量最低且低于對照，其他品種均比對照平均產(chǎn)量高。在各試點間，E6平均產(chǎn)量最高，為10 743.6 kg/hm2，E5平均產(chǎn)量最低，僅為8 526.2 kg/hm2，E6平均產(chǎn)量比E5高26.0%。從表3的方差分析表可以看出，品種、試點、品種-試點互作分別能解釋16.9%、38.8%、18.8%的變異，均達極顯著水平。試點成為影響品種產(chǎn)量最主要的因素，品種-試點的互作也是影響品種產(chǎn)量很重要的因素。

2.2 不同品種產(chǎn)量表現(xiàn)和試點劃分

圖1順次連接各個方向上距離原點最遠的品種構(gòu)成一個多邊形，并將所有品種包含在內(nèi)，過原點向多邊形每條邊做垂線，這些垂線將多邊形劃分為不同的扇區(qū)。8個試驗點分布在2個扇區(qū)內(nèi)，E1、E2、E3、E6在第1個扇區(qū)，E4、E5、E7、E8在第2個扇區(qū)。多邊形頂角上的品種是該區(qū)內(nèi)各環(huán)境下名義上最高產(chǎn)的品種，即G10是第1個扇區(qū)產(chǎn)量最高的品種，G09是第2個扇區(qū)產(chǎn)量最高的品種。

2.3 各試驗點之間的關(guān)系

圖2從中心到各個環(huán)境做1條線段，2個環(huán)境線段之間的夾角的余弦值是其相關(guān)系數(shù)。夾角小于90°表示正相關(guān)，表明2試點對品種的排序相似;大于90°表示負相關(guān)，表明2試點對品種的排序相反;接近90°表明無相關(guān)。從圖2可以得出，8個試點之間都存在正相關(guān)，E2、E3之間以及E5、E7之間存在緊密正相關(guān)，表明有些試驗點也許是重復設(shè)置的，如E2和E3分別位于南京的建鄴區(qū)和玄武區(qū)，E5和E7分別位于鹽城的東臺市和鹽都區(qū)，可以去掉這些重復設(shè)置的試驗點，這樣可以節(jié)約成本且不影響對品種的評價。

2.4 試點的區(qū)分力和代表性

在區(qū)試地點的選擇上，希望試驗點對參試品種有較強的區(qū)分力，還希望試驗點對目標生態(tài)區(qū)有比較強的代表性。圖3中帶箭頭的直線為平均環(huán)境軸，各試驗點向量的長度表示的是試點的區(qū)分能力，向量長度越長，則試點區(qū)分力越強，反之越弱。因此該試驗中E6、E8試點的區(qū)分力都很好，E7試點區(qū)分力最弱。

試點代表性用試點向量與平均環(huán)境軸夾角的余弦值表示，即角度越小，則試點代表性越強。如果1個試驗點和平均環(huán)境軸夾角為鈍角，則它不適合作為試驗點。從圖3可以看出，所有試點均與平均環(huán)境軸呈正相關(guān)，說明都對目標環(huán)境具有不同程度的代表性。E5、E6、E7試點代表性強。E2、E3、E4等代表性較差。綜合來看，E6試點的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗點。需要強調(diào)的是，1個試點只有在所有或者多數(shù)年份中具有代表性，才能認定該試點是有代表性的試點。1年品種試驗數(shù)據(jù)只能用于提出對試點適合性的初步結(jié)論[14]。

2.5 品種高產(chǎn)性與穩(wěn)定性

圖4中通過原點且與平均環(huán)境軸垂直的直線表示品種與試點相互作用的傾向性。箭頭位置表示平均環(huán)境值，品種在平均環(huán)境軸上的投影距離箭頭所指方向代表品種產(chǎn)量平均表現(xiàn)，越靠近箭頭所指方向平均表現(xiàn)就越好。在該試驗中，部分高產(chǎn)品種產(chǎn)量排序為G09>G10>G03>G02>G05，而G11產(chǎn)量最低。將品種點和平均環(huán)境軸做一條垂線（綠色虛線），垂線長度代表品種穩(wěn)定性，長度越短表示品種越穩(wěn)定。G09和G10產(chǎn)量都很高，但G10更穩(wěn)定。因此綜合來看，G10是既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)的品種。

3 結(jié)論與討論

玉米品種的高產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性一直是育種目標，如何客觀地評價江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗參試玉米品種，有利于提高玉米的推廣效率。GGE雙標圖相比于其他傳統(tǒng)分析方法更加優(yōu)越，不僅能評價品種的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性，還能評價試驗點的區(qū)分力和代表性以及品種生態(tài)區(qū)的劃分。

該研究首次利用基于R語言的GGE雙標圖分析江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗，結(jié)果表明先玉1980（G10）高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn);而DJ1803（G09）較高產(chǎn)，但穩(wěn)產(chǎn)性稍差。綜合各試驗點的區(qū)分力和代表性，如皋（E6）試點的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗點。

對一套品種試驗來說，試點選擇應(yīng)該遵循下述規(guī)則[14]：①所有試點與平均環(huán)境軸都應(yīng)正相關(guān);該試驗中8個試點均與平均環(huán)境軸正相關(guān)，說明都對目標環(huán)境具有不同程度的代表性。②不同試點在與平均環(huán)境軸的相關(guān)性上應(yīng)存在差異。與平均環(huán)境軸高度相關(guān)的試點更適合于評價基因型平均表現(xiàn)，而那些與平均環(huán)境軸相關(guān)性一般的試點更適合于評價基因型的穩(wěn)定性;該試驗中，E5、E6、E7與平均環(huán)境軸高度相關(guān)，更適合于評價基因型平均表現(xiàn);E2、E3、E4等代表性較差的試點仍然是有用的試點，其在選擇優(yōu)良品種方面是不理想的，但有助于剔除不穩(wěn)定的品種。③所有試點應(yīng)該具有較好的區(qū)分力。該試驗中，除E7區(qū)分力較差外，其余7個試點區(qū)分力都較好。④應(yīng)該剔除冗余的試點，以減少試驗成本。在該試驗中，江蘇中江（E2）、省農(nóng)科院（E3）之間是高度正相關(guān)的，二者選一就可以達到試驗目的。同樣，大華鹽城（E5）、神農(nóng)鹽城（E7）高度正相關(guān)，可以只保留1個試點。

通過以上分析可以看出，GGE雙標圖能夠?qū)⒋罅繑?shù)據(jù)清楚地用圖展示品種和試驗點的關(guān)系。由于GGE biplot是收費軟件，而R語言免費且可擴展性好[15]，進行雙標圖分析操作簡單，因此能夠成為評價玉米及其他作物的好方法。

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