廣西甘蔗新品種區域試驗宿根蔗適應性與穩定性分析

劉曉燕 梁強 李毅杰 謝金蘭 董文斌 李長寧 陸文娟 韋開軍 李文教

摘要：【目的】評價分析廣西甘蔗新品種宿根蔗的適應性和穩定性，為甘蔗新品種的審定和推廣應用提供參考。【方法】利用AMMI模型對廣西甘蔗區域試驗2014年宿根蔗的產量性狀進行適應性與穩定性分析，并以產量性狀的表型值和相應的穩定性參數值對參試品種進行系統聚類分析。【結果】11個參試品種中，GT06-244、GT06-1721、GT03-1438、GT07-994和LC05-136產量較高、豐產性較好，GT05-3626和GT03-3005穩定性較好。GT03-1438、GT06-244、GT06-1721、LC05-136、GT07-994和GT05-3626在河池、柳州和南寧試點有較好的適應性，GYC1-2003、GT06-2361、GT06-3283、GT07-645和GT03-3005在龍州和百色試點有較好的適應性。5個試點中，龍州點判別力較強，柳州點判別力較弱。系統聚類分析可將參試品種聚為5類，第Ⅰ類包括GT07-994、GT06-244和GT06-1721，表現為高產高糖、穩定性一般；第Ⅱ類包括LC05-136和GT03-1438，表現為特高產或特高糖、穩定性較差；第Ⅲ類包括GYC1-2003、GT07-645和GT06-3283，產量表現與對照相當、穩定性一般；第Ⅳ類包括GT06-2361，產量較低、穩定性較差；第Ⅴ類包括GT05-3626和GT03-3005，產量一般、穩定性較好。【結論】GT06-244、GT07-994、GT06-1721、LC05-136和GT06-3283產量性狀綜合表現較好，可因地制宜進行示范種植和推廣應用。

關鍵詞： 宿根蔗；區域試驗；適應性；穩定性；AMMI模型；廣西

中圖分類號： S566.1 文獻標志碼：A 文章編號：2095-1191（2016）01-0037-06

0 引言

【研究意義】甘蔗生產中通常采用一年新植留多年宿根的種植模式，宿根蔗的好壞直接影響到蔗農及蔗糖企業的經濟效益。目前，廣西蔗區甘蔗品種結構比較單一，主要以新臺糖22號（ROC22）為主栽品種。ROC22是一個綜合性狀較好、適應性較廣的品種，特別是新植蔗表現突出，但其宿根性較差，宿根蔗產量低，黑穗病發病率較高，有明顯的品種退化現象（李楊瑞，2010；王倫旺等，2012；李翔等，2014）。因此，選育出新的優良品種逐漸替代ROC22是廣西甘蔗產業急需解決的問題，進行甘蔗區試品種宿根蔗適應性與穩定性分析，對廣西蔗區優良品種的篩選及實際生產均具有重要意義。【前人研究進展】多年來，在國家和地區甘蔗品種區域試驗中，一般采用方差分析模型、線性回歸模型等方法分析評價參試品種的優劣（張革民等，2001；劉海斌等，2006；唐仕云等，2009；周會等，2012），并利用這些方法篩選出一批高產高糖、抗逆性強的優良甘蔗新品種。近年來，AMMI 模型被廣泛應用于小麥、水稻、玉米、烤煙和棉花等作物區域試驗數據的分析（馬冬云等，2005；涂敏等，2010；黃澤棟等，2010；劉偉等，2011；朱曉平等，2014），在甘蔗區域試驗中亦有相關報道，如徐良年等（2006）、羅俊等（2012a）分別應用AMMI 模型對我國第三輪和第七輪國家甘蔗區試品種的產量品質性狀進行分析，發現福農91-4710、閩糖86-2121、FN04-3504和YZ03-194等品種的產量具有較好的穩定性；陳學寬等（2014）利用AMMI模型分析了云南甘蔗品種區試中蔗莖產量、蔗糖分與環境互作效應的關系，結果表明，產量與環境的互作效應較大，蔗糖分與環境的互作效應較小，云瑞99-113、德蔗93-94和云蔗98-236的穩定性較好。【本研究切入點】目前，在廣西甘蔗品種區域試驗的相關報道中，使用AMMI模型對品種的豐產性、適應性和穩定性及試點判別力同時進行系統深入分析的研究較少，而針對區試品種宿根蔗的研究也鮮見報道。【擬解決的關鍵問題】利用AMMI模型對廣西甘蔗區域試驗2014年宿根蔗的產量性狀進行分析，并以產量性狀的表型值和相應的穩定性參數值對參試品種進行系統聚類分析，旨在評價甘蔗新品種宿根蔗的適應性和穩定性，為甘蔗新品種的審定和推廣應用提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗材料

參試甘蔗品種共11個，分別為廣西農業科學院甘蔗研究所選育或引進的桂糖03-3005（GT03-3005）、桂糖03-1438（GT03-1438）、桂糖05-3626（GT05-3626）、桂糖06-1721（GT06-1721）、桂糖06-2361（GT06-2361）、桂糖06-3283（GT06-3283）、桂糖06-244（GT06-244）、桂糖07-645（GT07-645）、桂糖07-994（GT07-994）、桂引C1-2003（GYC1-2003）和廣西柳城縣甘蔗研究中心選育的柳城05-136（LC05-136）。以當地主栽品種ROC22作為對照（CK）。

1. 2 試驗方法

承試單位（試驗點）共7個，分別為廣西農業科學院甘蔗研究所（南寧）、柳州市農業科學研究所（柳州）、河池市農業科學研究所（河池）、百色市農業科學研究所（百色）、北海市農業科學研究所（北海）、桂林市農業科學研究所（桂林）和廣西南亞熱帶農業科學研究所（龍州）。

宿根試驗于2014年進行，由2013年新植甘蔗砍收后，留宿根進行1年的宿根試驗。采取隨機區組設計，3次重復，4～5行區，行長7.0～10.0 m，行距1.0～1.2 m，小區面積33.5～50.0 m2，四周設保護行。宿根蔗收獲期為2015年2月4日。田間管理按當地大田生產管理一般要求進行。

1. 3 測定項目及方法

2014年11月～翌年2月的每月中旬采用小區混合法采樣，所采樣品利用SDS220旋光儀二次旋光法測定蔗糖分。收獲時分小區砍收并稱重，計算小區蔗莖產量和小區產糖量，小區產糖量為11月～翌年2月共4個月的蔗糖分平均值和小區蔗莖產量的乘積；同時折算公頃蔗莖產量和公頃產糖量。

1. 4 統計分析

因北海和桂林試點試驗數據有缺失，故這兩個試驗點數據不列入統計。其他試驗點數據采用Excel 2007和DPS 14.50軟件進行統計分析。

2 結果與分析

2. 1 參試品種蔗莖產量、產糖量的方差分析和AMMI模型分析

由表1中的方差分析結果可知，參試品種蔗莖產量和產糖量的基因型、環境及基因型與環境互作的方差均達極顯著水平（P<0.01，下同）。蔗莖產量和產糖量的基因型、環境及基因型與環境互作的平方和分別占變異總平方和的26.56%、55.91%、13.26%和27.78%、54.22%、14.32%，說明試驗中環境對產量性狀的影響最明顯，其次是基因型和基因型與環境互作。進一步利用AMMI模型對產量性狀的基因型與環境互作進行分析，結果（表1）表明，蔗莖產量和產糖量的前3個主成分（IPCA1、IPCA2和IPCA3）均達極顯著水平，3個主成分之和分別解釋了基因型與環境互作總變異平方和的92.25%和92.97%，其中IPCA1和IPCA2之和分別解釋了基因型與環境互作總變異平方和的78.24%和80.54%，說明采用AMMI模型進行參試品種的適應性和穩定性分析具有可行性。

2. 2 參試品種的豐產性和適應性分析

分別以蔗莖產量和產糖量為X軸、IPCA1值為Y軸做成雙標圖（AMMI1），水平方向上的分布反映品種的產量高低，坐標值越大，說明該品種豐產性越好；垂直方向的分布反映基因型與環境互作的大小，縱坐標環境IPCA1絕對值越小，越靠近水平線，說明該品種產量穩定性越好（唐啟義和馮明光，2010）。此外，圖中品種和地點的交互作用方向還可反映品種在不同地點的特殊適應性（羅俊，2012b），以IPAC1=0的水平線為基準，垂直方向上，品種與同側的地點互作為正，與另一側的地點互作為負。由圖1、圖2可看出，GT06-244、GT06-1721、GT03-1438、GT07-994和LC05-136橫坐標值較大，表明其產量較高、豐產性較好；GT05-3626和GT03-3005較接近水平線，穩定性較好。同時，GT03- 1438、GT06-244、GT06-1721、LC05-136、GT07-994和GT05-3626與河池、柳州試點有正的交互作用，與龍州和百色試點有負的交互作用，表明上述品種在河池、柳州試點有較好的適應性；同理，GYC1-2003、GT06-2361、GT06-3283、GT07-645和GT03-3005與龍州和百色試點有正的交互作用，表明上述品種在這些試點有較好的適應性。

以IPCA1為X軸、IPCA2為Y軸建立的雙標圖（AMMI2），品種在試點與原點連線上的投影到原點的距離表示該品種與試點的交互作用大小，距離遠則交互作用大，距離近則交互作用小；投影在正向連線上表示有正向交互作用，代表該品種在試點有較好的適應性，投影在反向延長線上則代表適應性較差。由圖3、圖4可以看出，GT06-244、LC05-136、 GT07-994和GT05-3626在河池試點表現出較好適應性；GT06-1721和GT03-1438在柳州和南寧試點表現出較好適應性；GT06-3283、GT06-2361和ROC22在百色試點表現出較好適應性；GT03-3005和GT07-645在龍州試點表現出較好適應性。各品種的適應性表現與AMMI1雙標圖得到的結果基本一致。

2. 3 參試品種產量性狀穩定性及試點判別力分析

為深入探討品種的穩定性，以基于IPCA1～3計算得到的穩定性參數D值作為指標，對參試品種進行分析和評價。D值越小，品種穩定性越好。由表2可知，蔗莖產量穩定性最好的是GT05-3626，其D值最小，為0.92；其次是GT03-3005，D值為1.15；GT03-1438 D值最大，為4.49，穩定性較差；其他品種D值約2.00～3.00，穩定性一般。產糖量穩定性較好的有GT05-3626、GT03-3005、GT06-3283和ROC22，D值為0.45～0.91；其他品種的穩定性D值為1.01～1.62。此外，AMMI2雙標圖中品種與原點的距離遠近，也能反映參試品種產量的穩定性，越接近原點的品種穩定性越好。由圖3、圖4可看出，GT05-3626和GT03-3005離原點較近，穩定性較好，GT03-1438和GT06-2361離原點較遠，穩定性較差。雙標圖判斷結果與根據穩定性參數D值得到的穩定性基本一致。

試點的判別力是指試點對品種的區辨力，試點的判別力越強，參試品種在該試點表現的遺傳差異越大，越容易區分品種優劣。環境判別力參數D值能在一定程度上說明各參試點的判別力，D值越大，判別力越強。由表2可知，對蔗莖產量，試點D值排序為龍州>河池>南寧>百色>柳州；對產糖量而言，試點D值排序為龍州>百色>河池>南寧>柳州。

2. 4 參試品種的聚類分析

為了能更好地為參試品種進行分類和評價，以品種蔗莖產量、產糖量和相應的D值對參試品種進行系統聚類。采用歐式距離、可變類平均法，可將參試品種分為5類（圖5）。第Ⅰ類包括GT07-994、GT06-244和GT06-1721，表現為高產高糖（產糖量），穩定性一般；第Ⅱ類包括GT03-1438和LC05-136，表現為特高產或特高糖（蔗糖分），穩定性較差；第Ⅲ類包括GYC1-2003、GT07-645、ROC22和GT06-3283，產量表現與對照種相當，穩定性一般；第Ⅳ類包括GT06-2361，產量較低，穩定性較差；第Ⅴ類包括GT05-3626和GT03-3005，產量一般，穩定性較好。

3 討論

對于甘蔗品種穩定性的評價，只有在高產、高糖的前提下才有意義，低產品種即使穩定性很好也不具有推廣價值，如在2001～2002年度國家甘蔗新品種第3輪區域試驗中，粵蔗C25和桂糖92-262穩定性最好，但產量和蔗糖分表現一般，不適宜推廣種植（徐良年等，2006）。本研究結果表明，GT05-3626是11個參試品種中穩定性表現最好的品種，但其蔗莖產量比對照ROC22減產3.81%，平均產糖量較對照低9.72%，因此并不具有推廣價值；GT06-244蔗糖分含量與穩定性表現一般，但其蔗莖產量和產糖量較對照增產24.05%和25.38%，在生產上仍具有較好的推廣應用前景。

有育種者認為應當樹立區域選育種的理念，因地制宜地對甘蔗品種進行推廣應用，有利于蔗區甘蔗品種的多樣化，如在2008～2009年全國甘蔗品種區域試驗中，閩糖96-6016號穩定性較差，但其平均蔗莖產量在個別試點位居第一，因此仍可在局部地區推廣應用（羅俊等，2012b）。在新品種選育中，豐產和穩產往往不能同時兼備，有些品種在多變環境下穩定性較差，卻在某些環境下豐產性突出，具有明顯的特殊適應性。本研究中的參試品種GT03-1438，平均蔗莖產量和產糖量分別比對照增產18.98%和15.57%，但穩定性參數D值較大，在11個參試品種中穩定性較差，雙標圖分析結果表明該品種在南寧和柳州具有特殊適應性。

試驗點的選擇在區試工作中非常重要，合理設置試驗點是提高區試成效的關鍵，試點判別力是衡量試驗點是否具有代表性的重要因素。李本貴等（2004）利用AMMI模型與聯合線性回歸模型比較分析了作物區域試驗中的地點判別力，認為AMMI模型中地點得分向量長度可作為鑒別地點判別力的指標。趙自仙等（2005）在云南玉米區域試驗點區辨力估算方法的研究中發現，AMMI模型D值法對試點判別力的判斷相對較為科學合理。本研究中利用雙標圖和D值對5個試點判別力的分析結果表明，柳州試點對品種的判別力較弱。排除人為因素的影響，該試點對種植地塊選擇時可做相應的調整。

AMMI模型能以雙標圖的形式直觀描繪品種某一性狀的豐產性和穩定性，但不能對品種進行系統分類和綜合評價。在AMMI模型分析的基礎上，利用相應的穩定性參數值可對參試品種進行進一步的系統聚類分析（張華等，2008）。本研究采用歐式距離、可變類平均法，以蔗莖產量、產糖量和相應的D值對參試品種進行系統聚類，可將參試品種分為5類，其中第Ⅰ類包括GT07-994、GT06-244和GT06-1721，即為篩選出的豐產性和穩定性綜合表現較好的品種。

本研究中對參試品種適應性和穩定性及試點判別力的評價均是基于一年宿根的試驗產量數據，因此得出的結論可能具有局限性。要全面評價甘蔗品種的適應性、穩定性及試點判別力，還需要多年多點的試驗數據支持才更具有可靠性。

4 結論

本研究結果表明，本輪區域試驗11個參試品種中，GT06-244、GT07-994、GT06-1721和LC05-136的宿根蔗表現高產高糖，綜合性狀較好；GT06-3283的宿根蔗表現中產高糖，可根據生產實際，因地制宜進行示范種植和推廣應用。

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（責任編輯 王 暉）