王騰蛟,崔伏喜,牛豆豆,劉聚波,李俊玲,藺桂芬

(1.邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院,河北 邯鄲 056001; 2.邯鄲市禾下土種業(yè)有限公司,河北 磁縣 056500)

多點(diǎn)區(qū)域試驗是評價參試新品種(系)在試驗點(diǎn)環(huán)境下豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性及適應(yīng)性的重要手段[1],是新品種審定或登記的重要環(huán)節(jié),也是后期品種推廣及應(yīng)用的基礎(chǔ)和理論依據(jù)。 常規(guī)多點(diǎn)區(qū)試試驗分析多采用線性模型分析[2],P= M+E+G+GE,M 代表多點(diǎn)試驗產(chǎn)量均值,E 代表環(huán)境主效應(yīng),G 代表品種主效應(yīng),GE 代表品種與環(huán)境互作效應(yīng),其中只有G 和GE 與品種評價有關(guān),由于M 和E 與品種評價無關(guān)且通常數(shù)值較大,可能致使對品種評價至關(guān)重要的G 和GE 被掩蓋,影響對品種的評價。 加性主效應(yīng)和積性互作效應(yīng)(AMMI),主要針對基因型與環(huán)境互作進(jìn)行圖解分析,在解釋環(huán)境與基因交互作用明顯優(yōu)于線性回歸分析,而未考慮基因型影響[3]。 品種評價應(yīng)充分考慮G 和GE 影響,基因和基因環(huán)境互作雙標(biāo)圖(GGE biplot)完美滿足這一需求,并且可同時實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)試驗數(shù)據(jù)分析的3 大目標(biāo)[4](品種評價、試驗點(diǎn)評價和品種生態(tài)去劃分)。 近些年來GGE 越來越多的應(yīng)用在水稻[5]、小麥[3]、玉米[6]、棉花[7]、谷子[8]、花生[9]、大豆[10]、馬鈴薯[2]等作物及園林植物[11]試驗研究中,但在甘薯研究方面少有應(yīng)用。

甘薯適應(yīng)性廣,屬于經(jīng)濟(jì)特色類糧食作物,是全球第五大糧食作物。 我國是世界上最大的甘薯生產(chǎn)國,甘薯種植面積和總產(chǎn)量均居世界首位,約占世界60%和80%[12]。 甘薯營養(yǎng)豐富、用途廣泛,具有很高的保健和藥用價值,曾被營養(yǎng)學(xué)家稱為“營養(yǎng)最均衡的保健食品之一”,也是世界公認(rèn)的最健康食品。 邯薯2 號(原系號B19-52)是邯鄲市農(nóng)業(yè)科學(xué)院與邯鄲市禾下土有限責(zé)任公司共同選育的高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗甘薯新品種,2020～2021年參加福建省甘薯區(qū)試,2023 年通過登記,登記編號:GPD 甘薯(2023)130004。 本研究以2020 ～2021 年邯薯2號在福建省優(yōu)質(zhì)淀粉1 組鮮薯產(chǎn)量試驗數(shù)據(jù)為例,利用Genstat 軟件GGE 模型功能,對邯薯2 號及參試品系進(jìn)行豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及適應(yīng)性研究,為邯薯2 號在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上進(jìn)一步推廣提供基礎(chǔ)和理論依據(jù),也為GGE 在甘薯多點(diǎn)試驗中應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

所用數(shù)據(jù)為2020～2021 年福建省各區(qū)試點(diǎn)優(yōu)質(zhì)淀粉1 組鮮薯產(chǎn)量數(shù)據(jù),采用隨機(jī)3 重復(fù)區(qū)組設(shè)計,小區(qū)面積13.34 m2,壟距100 cm,株距19 cm,每小區(qū)2 壟,每壟插單行,每小區(qū)插薯苗70 株。 2 年區(qū)試試驗中,邯薯2 號參試點(diǎn)次分布于莆田(Putian)、龍巖(Longyan)、泉州(Quanzhou)、寧德(Ningde)、南平(Nanping)、三明(Sanming)和南安(Nanan)等福建省各地,具有充分的區(qū)域代表性。 對照品種廣薯87(Gs87),參試品種見表1。

1.2 數(shù)據(jù)分析方法

采用SPSS 軟件進(jìn)行產(chǎn)量平均數(shù)、豐產(chǎn)性參數(shù)和穩(wěn)產(chǎn)性參數(shù)統(tǒng)計,采用Genstat 進(jìn)行GGE biplot 分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 邯薯2 號基本情況分析

由表1 可知,邯薯2 號在2020 年和2021 年參試中,鮮食產(chǎn)量分別比對照品種廣薯87 增產(chǎn)26.37% 和21.96%,均達(dá)極顯著水平,分別居鮮食產(chǎn)量參試品種第1位和第2 位;豐產(chǎn)性參數(shù)分別為14.4139 和9.8436,均顯著大于廣薯87 的2.6014 和-0.3126,高產(chǎn)潛力大。 邯薯2 號在2020 年和2021 年變異度分別為21.1524 和15.2592,高于對照品種廣薯87(18.0035,10.5939);邯薯2 號2020 年回歸系數(shù)為1.5889 大于對照廣薯87(0.6522),而2021 年回歸系數(shù)為0.7356 小于對照廣薯87(0.9588)。

2.2 邯薯2 號GGE 分析

2.2.1 邯薯2 號豐產(chǎn)性分析

通過GGE 模型排名圖(Ranking biplot)分析邯薯2 號在各試驗點(diǎn)的表現(xiàn)。 通過原點(diǎn)向邯薯2 號做直線為邯薯2 號品種向量,箭頭表示向量正方向,通過原點(diǎn)與邯薯2號品種向量做垂直線為邯薯2 號平均產(chǎn)量值分界線,試點(diǎn)在邯薯2 號向量投影,位置越靠著正方向表明邯薯2 號在該試驗點(diǎn)產(chǎn)量越高,投影位置在平均產(chǎn)量值分界線后方的試驗點(diǎn)說明邯薯2 號在此試驗點(diǎn)產(chǎn)量低于平均產(chǎn)量值。

由圖1 可知,2020 年邯薯2 號在各試驗點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)依次是:三明＞漳浦＞寧德＞南平＞福州＞泉州＞莆田＞龍巖,其中邯薯2 號在龍巖試驗點(diǎn)產(chǎn)量低于平均產(chǎn)量值;2021年邯薯2 號在各試驗點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)依次是:福州＞寧德＞龍巖＞南安＞莆田＞三明＞泉州,其中邯薯2 號除在泉州試驗點(diǎn)產(chǎn)量低于平均產(chǎn)量外,其他試驗點(diǎn)均高于平均產(chǎn)量。

圖1 2020 年(a)和2021 年(b)邯薯2 號在各試驗點(diǎn)表現(xiàn)Figure 1 Performance of Hanshu 2 at Each Test Point in 2020 (a) and 2021 (b)

為對比邯薯2 號和對照品種廣薯87 在各試點(diǎn)的表現(xiàn),通過兩品種連線的垂線構(gòu)建兩品種聯(lián)合圖(Joint biplot),品種在與其位于垂線一側(cè)的試驗點(diǎn)表現(xiàn)優(yōu)于對側(cè)。由圖2 表明,2020 年在參試的8 個試驗點(diǎn)中,邯薯2 號除在龍巖試驗點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)低于對照品種廣薯87 外,其余試驗點(diǎn)邯薯2 號產(chǎn)量均高于對照品種;2021 年邯薯2 號除在泉州試驗點(diǎn)產(chǎn)量低于對照品種廣薯87 外,其他試驗點(diǎn)邯薯2 號產(chǎn)量表現(xiàn)均優(yōu)于廣薯87。

圖2 2020 年(a)和2021 年(b)邯薯2 號與廣薯87 聯(lián)合圖Figure 2 Joint biplot of Hanshu 2 and Guangshu 87 in 2020 (a) and 2021 (b)

通過對兩年多點(diǎn)試驗數(shù)據(jù)分析及相互驗證,雖然在個別試驗點(diǎn)邯薯2 號產(chǎn)量低于對照品種,在個別點(diǎn)兩年數(shù)據(jù)有差異,但總體上看,邯薯2 號在多數(shù)試驗點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)明顯好于對照品種廣薯87,其豐產(chǎn)性優(yōu)于廣薯87。

2.2.2 邯薯2 號穩(wěn)產(chǎn)性分析

品種的穩(wěn)產(chǎn)性通過排名圖中品種在平均環(huán)境投影長度來表示。 圖中帶箭頭的橫軸為環(huán)境平均軸,各品種在平均環(huán)境線上投影的越長表示該品種穩(wěn)定性越差,投影越短表示該品種穩(wěn)定性越強(qiáng)。

由圖3a 可知,2020 年各品種的穩(wěn)定性依次為:金薯27＞福寧薯28＞福寧薯27＞邯薯2 號＞金薯28＞栗薯28＞黃金薯1 號＞廣薯87＞金薯26＞福榕薯2 號,邯薯2 號位列第4,廣薯87 位列8 位,說明2020 年邯薯2 號在各試驗點(diǎn)表現(xiàn)的穩(wěn)產(chǎn)性優(yōu)于對照品種廣薯87。

圖3 2020 年(a)和2021 年(b)各參試品種(系)穩(wěn)定性分析Figure 3 Stability Analysis of Various Test Varieties (Lines) in 2020 (a) and 2021 (b)

由圖3b 可知,2021 年各品種的穩(wěn)定性依次為:福榕薯3 號＞龍薯39＞龍薯40＞明薯1 號＞廣薯87＞龍薯41＞福薯806＞泉薯26＞龍薯232＞福薯116＞邯薯2 號,邯薯2 號位列第11,廣薯87 位列第5,說明2021 年邯薯2 號在各試驗點(diǎn)表現(xiàn)不及對照品種穩(wěn)定。

通過兩年多點(diǎn)試驗數(shù)據(jù)對比,邯薯2 號在2020 年和2021 年在各試驗點(diǎn)表現(xiàn)得穩(wěn)產(chǎn)性不一致,2020 年穩(wěn)產(chǎn)性較好,而在2021 年穩(wěn)產(chǎn)性較差。

2.2.3 理想品種(系)分析

品種(系)豐產(chǎn)性只有穩(wěn)定才能更大面積推廣,而品種(系)穩(wěn)產(chǎn)性只有和高產(chǎn)結(jié)合才有意義,因此理想的品種(系)應(yīng)兼具豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性。 通過Ganstat 軟件GGE模型中比較圖(Comparison)分析參試品系與理想品系間差距,綜合分析參試品系豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性。 圖中環(huán)境平均軸(帶箭頭直線)上圓點(diǎn)代表平均環(huán)境值,理想品系理論產(chǎn)量要高于實(shí)際產(chǎn)量,因此理想品系在環(huán)境平均軸的平均環(huán)境值正方向上,以理想品系為圓心作同心圓,越接近內(nèi)圈同心圓的品系與理想品系相似點(diǎn)越多,綜合表現(xiàn)越優(yōu)良。

由圖4a 可知,2020 年與理想品種相似的依次是:邯薯2 號＞金薯27＞廣薯87＞金薯28＞黃金薯1 號＞福寧薯28＞福寧薯27＞金薯26＞福榕薯2 號＞栗薯28,邯薯2 號與理想品系有最多的共同屬性,最接近理想品系,綜合表現(xiàn)優(yōu)于對照品種廣薯87。

圖4 2020 年(a)和2021 年(b)理想品系分析Figure 4 Analysis of Ideal Strain in 2020 (a) and 2021 (b)

由圖4b 可知,2021 年與理想品種相似的依次是:泉薯26＞龍薯40＞龍薯39＞邯薯2 號＞福薯806＞福薯116＞廣薯87＞龍薯41＞明薯1 號＞龍薯232＞福榕薯3 號,邯薯2號位列第4,比對照品種更接近于理想品系,綜合表現(xiàn)優(yōu)于對照廣薯87。

綜合兩年多點(diǎn)試驗,邯薯2 號比對照品種廣薯87 更接近于理想品系,比其具有更好的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性。

2.2.4 邯薯2 號適應(yīng)性分析

利用Genstat 軟件GGE 模型散點(diǎn)圖,連接位于最外面品系形成多邊形,將所剩品系全部包括在多邊形內(nèi)部,通過原點(diǎn)向多邊形邊做垂線,垂線將平面分成多個扇形區(qū)域,各區(qū)域內(nèi)名義最高產(chǎn)量品系位于多邊形頂點(diǎn)品種。

由圖5a 可知,2020 年8 個試驗點(diǎn)被分成4 組,在順時針第2 個扇形區(qū)域組,邯薯2 號位于多邊形頂點(diǎn),落入此扇形區(qū)域試驗點(diǎn)包括:寧德、南平、泉州、福州、三明和漳浦,說明邯薯2 號是這些試驗點(diǎn)上名義產(chǎn)量最高品種;通過比較圖,過原點(diǎn)向邯薯2 號做直線,對邯薯2 號最適環(huán)境分析發(fā)現(xiàn),在參試試點(diǎn)中接近邯薯2 號最適環(huán)境的依次是:福州＞南平＞寧德＞三明＞泉州＞漳浦＞莆田＞龍巖,表明邯薯2 號在各試驗點(diǎn)地區(qū)適應(yīng)性。

圖5 2020 年(a)和2021 年(b)各參試品種(系)適應(yīng)性分析圖Figure 5 Adaptability Analysis of Various Test Varieties (Lines) in 2020 (a) and 2021 (b)

由圖5b 可知,2021 年7 個試驗點(diǎn)被分成4 組,其中邯薯2 號位于順時針第3 個扇形區(qū)域組內(nèi),其中試驗點(diǎn)南安、寧德、福州試驗點(diǎn)落入該組,表明邯薯2 號在此3 個試驗點(diǎn)是名義產(chǎn)量最高品種;通過比較圖,在參試試點(diǎn)中接近邯薯2 號最適環(huán)境的依次是:福州＞寧德＞南安＞莆田＞龍巖＞三明＞泉州。

為進(jìn)一步比較邯薯2 號和對照品種廣薯87 適應(yīng)性,通過中心散點(diǎn)圖繪制基因環(huán)境數(shù)據(jù)圖,X 表示邯薯2 號,Y 表示對照品種廣薯87,Y=X 軸線表示在此軸線以下此環(huán)境下邯薯2 號表現(xiàn)更好,而在此軸線以上表示此環(huán)境下廣薯87 表現(xiàn)較更好。 由圖6 可知,2020 年除龍巖和泉州外與2021 年除泉州和南安外,在其他試驗點(diǎn)邯薯2 號均比對照品種廣薯87 表現(xiàn)更好,說明邯薯2 號比廣薯87具有更好的適應(yīng)性。

圖6 2020 年(a)和2021 年(b)邯薯2 號與廣薯87 基因環(huán)境圖Figure 6 Gene Environment Map of Hanshu 2 and Guangshu 87 in 2020 (a) and 2021 (b)

3 結(jié)論

通過Genstat 軟件進(jìn)行GGE 雙標(biāo)圖對福建省優(yōu)質(zhì)淀粉1 組2 年區(qū)試數(shù)據(jù)分析表明,邯薯2 號在多數(shù)試驗點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)除2020 年龍巖、2021 年泉州試驗點(diǎn)平均產(chǎn)量低于廣薯87 外其他試驗點(diǎn)均高于對照,2020 和2021 年平均鮮薯產(chǎn)量分別比對照增產(chǎn)26.37%和21.96%。 2020 年邯薯2 號穩(wěn)產(chǎn)性較好在所有品種中位列第4,并且在寧德、南平、泉州、福州、三明和漳浦是名義最高產(chǎn)品種,而在2021 年試驗中穩(wěn)定性表現(xiàn)相比較差,但在福州、寧德、南安有特殊適應(yīng)性。 通過與理想品種對比,綜合分析參試品種豐產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性,邯薯2 號在2020 年參試品種中位列第1 位,是最接近理想品種的品種;2021 年位列第4,是較為理想品系。 同時邯薯2 號兼抗甘薯根腐病、黑斑病和蔓割病(表2)。 綜上,邯薯2 號鮮食產(chǎn)量高、穩(wěn)產(chǎn)性好、適應(yīng)性廣,在不同生態(tài)環(huán)境條件下具有較強(qiáng)自我調(diào)節(jié)能力,在有利環(huán)境下易發(fā)揮高產(chǎn)潛力。

表2 邯薯2 號抗病性鑒定結(jié)果Table 2 Identification Results of Disease Resistance of Hanshu 2

4 討論

GGE 模型分析前提是雙標(biāo)圖能充分代表兩向表數(shù)據(jù)[13],即其擬合度(Goodness of Fit)要高。 由圖1 可知,2020 年雙標(biāo)圖PC1 為59.88%,PC2 為22.84%,擬合度為82.72%;2021 年雙標(biāo)圖PC1 為63.52%,PC2 為14.08%,擬合度為77.60%,兩年雙標(biāo)圖擬合度都屬于偏好水平,雙標(biāo)圖代表規(guī)律或關(guān)系應(yīng)當(dāng)接近真實(shí)的。

甘薯多點(diǎn)試驗一年內(nèi)數(shù)據(jù)多是平衡的,參試品種都會出現(xiàn)在各試驗點(diǎn),由于新品種加入和部分品種試驗完成而退出,致使年際間數(shù)據(jù)多不平衡。 因此對于多年多點(diǎn)試驗數(shù)據(jù)分析多采用“逐年分析,然后綜合”的策略,用多年數(shù)據(jù)相互驗證。 對于品種多個性狀分析,也多是進(jìn)行各性狀逐個分析,最后進(jìn)行關(guān)聯(lián)綜合分析[14]。 本研究對邯薯2 號兩年豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn),邯薯2 號在參試兩年間,豐產(chǎn)性結(jié)果重演性較好,兩年比對照品種廣薯87 分別增產(chǎn)26.37%和21.96%,分別位列第1 和第2 位,但穩(wěn)產(chǎn)性年際間表現(xiàn)存在差異,影響區(qū)試試驗結(jié)果因素很多,常磊等研究表明,環(huán)境對參試品種的產(chǎn)量具有重要影響[15]。 李寧等通過對甜瓜2 年試驗研究說明參試試驗點(diǎn)環(huán)境氣象因子存在著一定的年際間差異,這可能是造成試品種年際間數(shù)據(jù)重演性差異主要原因[16]。

與傳統(tǒng)的方差分析方法相比,GGE 雙標(biāo)圖是作物品種進(jìn)行多環(huán)境試驗分析的理想方法,對品種評價更加客觀[17]。 可將龐大數(shù)據(jù)以圖示方法直觀展現(xiàn),更精準(zhǔn)解釋基因型和基因型環(huán)境互作效應(yīng)[18],同時還可以對試驗環(huán)境劃分區(qū)域,直接顯示參試品種的特殊適應(yīng)性[19]。 本研究利用GGE 雙標(biāo)圖探討了邯薯2 號豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性,并對其一般適應(yīng)性和特殊適應(yīng)性進(jìn)行分析,確定邯薯2 號是福建省優(yōu)質(zhì)淀粉1 組中兼具豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的理想品種之一,也為GGE 雙標(biāo)圖在甘薯新品種選育、評價和推廣方面提供了參考價值。