GGE雙標圖分析在糯高粱品種區域試驗中的應用

張林++周俊輝++張德銀++劉君紅++殷勇++劉興貴

摘 要：采用GGE雙標圖法對2013—2014年全國高粱品種糯高粱組6個試驗地點的14個糯高粱品系試驗數據進行分析。結果表明：2013年G7（407A/LZ1050R），2014年G10（遼糯14-2）屬于高產、穩產較好的品系；在主要農藝性狀中，小區產量與糯高粱育性成正相關，育性的高低是影響糯高粱產量的重要指標之一。在6個糯高粱試點中，2013年瀘州和貴陽代表性最強，長沙代表性最弱，而武漢、重慶和宜賓代表性居中。2014年重慶代表性最強，而長沙、武漢、貴陽和瀘州居中。從兩年的區域試驗各品種生態區來看，瀘州、貴陽和重慶試點兼備較強的鑒別力和較好的代表性。本研究利用GGE雙標圖能夠更加直觀地分析糯高粱品種豐產性、穩產性和試點鑒別力、代表性，可為糯高粱品種區域試驗數據進行準備地分析提供參考依據。

關鍵詞：GGE雙標圖；糯高粱；區域試驗；產量穩定性

中圖分類號：S514 文獻標識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.019

Application of GGE-biplot in Regional Trial of Waxy Sorghum Varieties

ZHANG Lin1 ， ZHOU Junhui1，ZHANG Deyin1， LIU Junhong2，YIN Yong1，LIU Xinggui1

（1. Yibin Academy of Agricultural Science，Yibin，Sichuan 644000，China；2. Rural Committee of Liangping， Liangping， Chongqing 405200，China）

Abstract： In order to accurately evaluate the comprehensive trait of waxy sorghum varieties（lines），GGE-biplot method was used to analyze the dates from the national regional trials for waxy sorghum from 2013 to 2014.Fourteen lines of waxy sorghum were tested in six sites. The results showed that G7（407A/LZ1050R）in 2013 and G10（LIAONUO14-2） in 2014 had higher yield and better yield stability than other lines. Waxy sorghum yield was positively correlated with in main agronomic traits， which sterility is one of the important factors influencing the production. Luzhou and Guiyang were the best representative testing site， Changsha was the worst in 2013.Chongqing was the best representative testing site in 2014.Luzhou，Guiyang and Chongqing had better discrimination power and representativeness test point than other sites. GGE-biplot could intuitively and simply showed high yield ability， yield stability and representativeness in national regional trails.

Key words： GGE-biplot； waxy sorghum； regional trial； yield stability

高粱既是我國重要的旱地糧食作物，又是重要的飼料和能源作物[1]。糯高粱在遺傳上由一對隱性基因所控制（wxwx），所以籽粒胚乳的淀粉幾乎由支鏈淀粉組成[2]。糯高粱是我國名酒茅臺、瀘州老窖、五糧液及郎酒釀造的主要原料之一[3]。然而，近幾年來我們國家有效耕地面積持續減少，高粱種植與水稻、玉米、馬鈴薯等糧食作物爭地，因此，非常有必要通過選育優良品種和優化栽培技術來提高高粱總產量。

農作物新品種選育通常需要同步對高粱產量、品質、抗病蟲及生育期特性等多目標性狀進行選擇改良，使得該品種在最適宜的區域獲得高產和穩產，以提高農作物的綜合生產力。作物品種區域試驗分析的中心任務是正確地把握品種與環境互作的模式[4]。目前，AMMI模型在分析農作物區域試驗數據中已經廣泛被應用，但該模型的分析僅考慮基因環境互作，不對基因的實用價值進行系統和直觀分析，而GGE雙標圖不僅可以評價基因環境互作，且可對多年多點數據中的品種表現、試驗點和品種生態劃分進行直觀的全面的評價[5]。目前，利用GGE雙標圖評價區試農作物品種產量穩定性和適應性以及試驗點的代表性和鑒別力的研究很多，但針對全國高粱區域試驗得評價較少。有關研究表明，GGE雙標圖已被廣泛應用于棉花[5-6]、玉米[7]、大豆[8]、燕麥[9]、大麥[10]、小麥[11]、油菜[12]、谷子[13]、烤煙[14]、甜蕎[15]及甘蔗[16]等作物的多品種或多點試驗研究。在全國高粱區域研究中，王艷秋[17]、盧峰等[18]利用AMMI模型分別對2006年春播早熟組高粱和飼草組高粱區域試驗品種的穩定性、適應性及試驗地點的鑒別力進行了分析，并得到了較高的可信度。而采用GGE-biplot對糯高粱的區域試驗進行分析的研究還未見報道。本研究通過GGE雙標圖法分析了2013—2014年全國糯高粱各品種（系）在不同生態環境下的豐產性、穩定性和適應性，同時選擇各試驗點的鑒別力和代表性，旨在為糯高粱新品種的篩選以及高產栽培提供理論依據，同時也為GGE雙標圖在高粱區域試驗中的應用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試材來源

以2013—2014年全國糯高粱品種（系）區域試驗各參試品種為試材，試點數共6個。試點承擔單位分別是湖南省農科院高粱研究開發中心（長沙）、四川省農科院水稻高粱研究所（瀘州）、四川省宜賓市農科院（宜賓）、貴州省農科院旱糧所（貴陽）、重慶農科院特色作物研究所（重慶）及湖北省種子管理局（武漢）。

參試糯高粱品種（系）分別為：繁A-34/NK1、407A/LZ21R、遼粘A-1/091868、晉糯12-1、003A/3536、九糯雜1號、407A/LZ1050R、晉粱糯4號、瀘糯13號（CK）、遼糯14-2、13218A/20982R、遼糯14-1、1335A/TY3560R、川糯粱15號（CK），如表1所示。

1.2 試驗設計

采用隨機組區設計，3次重復，小區面積不小于15 m2，四周設保護行。土質為粘壤土、長江沖積潮土、沙壤、第四紀紅壤土等，前茬為大豆、油菜、棉花等，地勢平坦，肥力中等。收獲時，去掉兩側邊行，收中間數行計產。所選試驗地具有一定代表性，栽培管理略高于當地一般水平。

1.3 統計分析

應用GGE-biplot軟件對各參試糯高粱品種（系）的產量、主要農藝性狀進行雙標圖分析。雙標圖中各指標向量之間的夾角的余弦值可判斷指標間的相關性。由品種（系）或試點在平均環境軸（Average environment axis）的投影位置判斷品種的高產性和試點代表性，由品種或試點到平均環境軸的向量長度判斷品種的穩定性和試點的鑒別[19-20]。

2 結果與分析

2.1 糯高粱參試品種（系）高產性和穩定性分析

由圖1可知，糯高粱品系第1主成分（PC1）解釋的效應為穩產性效應，第2主成分（PC2）的效應為豐產性效應，GGE雙標圖可以解釋G與GE互作信息，2013年互作信息為71.3%，2014年互作信息為79.1%。從2013—2014年全國糯高粱參試品種（系）產量平均表現看（表2），2013年G7（407A/LZ1050R）平均產量最高，達到7.24 t·hm-2，G1（繁A-34/NK1）平均產量最低；2014年G11（13218A/20982R）平均產量最高，達到6.28 t·hm-2，G13（1335A/TY3560R）平均產量最低。從平均產量的穩定性來看，2013年各品種（系）的穩定性大小依次為G2>G7>G6>G5>G9>G3>G8，2014年各品種（系）的穩定性大小依次為G12>G10>G11>G8>G14>G13>G5，但在表2中只能看出產量和試點的位次，不能直觀分析每個品種（系）在各試點的穩產性和適應性，而品種的穩產性和適應性是決定其推廣應用價值的重要指標[19]。綜合來看，2013年G7（407A/LZ1050R）和2014年G10（遼糯14-2）產量表現最好，且較穩定。

2.2 參試品系性狀的相關性分析

對糯高粱品種（系）的產量和生育期、株高、穗長、穗粒質量、千粒質量、育性、傾斜率及絲黑穗發病率等9個主要農藝性狀進行雙標圖分析，向量間的夾角可以判斷向量之間相關性，各向量間的夾角的余弦值近似向量間的遺傳相關性，夾角越小，相關性就越高，夾角小于90°表示正相關，夾角大于90°表示負相關，夾角接近90°表示無相關[4]。從圖2中可以看出，2013年糯高粱小區產量與株高、穗長、傾斜率、育性及穗粒質量的向量之間的夾角小于90°，與生育期的向量夾角接近90°，而2014年糯高粱小區產量與株高、育性、穗粒質量及傾斜率的向量之間的夾角小于90°，與穗長和生育期的向量之間的夾角大于90°。從兩年的糯高粱各個農藝性狀的相關性來分析，小區產量與育性的向量之間夾角的余弦值都較小，這說明產量與糯高粱育性成正相關，育性的高低是影響糯高粱產量的重要指標之一。

2.3 糯高粱品系在各試驗點的適應性分析

把圖3中位于頂點的品系連接起來，其他品系也包括在該多邊形內。然后通過原點做各條邊的垂線，稱為平均線。把多邊形分成幾個扇形，位于頂點的品系就是在扇形內所有試點表現最佳的品種（系）[4]。在圖3中，2013年疊圖被分成5個區，其中重慶和宜賓為一區，G3產量表現最好；武漢、貴陽和長沙為一區，G8產量表現最好；瀘州為一區，G7產量表現最好；沒有地方落于以G6為角頂的區內，說明該品種在6個區域環境中表現都不是最好；G2位于多邊形附近，說明該品種對環境變化較不敏感。2014年疊圖被分成4個區，貴陽、武漢、長沙和重慶為一區，G11產量表現最好；瀘州和宜賓為一區，G8產量表現最好。沒有地方落于以G5和G13為角頂的區內，說明G5、G13和G14在6個區域環境中表現一般，G12位于多邊形附近，說明該品種對環境變化較不敏感。

2.4 各試驗點的代表性和鑒別力

基于2013—2014年全國糯高粱區域試驗品種（系）小區產量，GGE雙標圖“鑒別力和代表性”功能圖中的小圓圈代表“平均環境”，即各試驗環境的坐標的平均值，通過原點和平均環境軸的射線稱為平均環境軸（AEA）。圖4表明，2013年各品種生態區間鑒別力的差異并不顯著，而各品種生態區對目標試驗環境的代表性存在顯著差異，其中瀘州和貴陽代表性最強，長沙代表性最弱，而武漢、重慶和宜賓代表性居中。2014年各品種生態區間的鑒別力和代表性的差異都不顯著，重慶代表性最強，宜賓代表性最弱，而長沙、武漢、貴陽和瀘州居中。從兩年的區域試驗各品種生態區來看，瀘州、貴陽和重慶試點兼備較強的鑒別力和較好的代表性。

3 結論與討論

用GGE雙標圖分析品種—環境兩項數據可以達到3個方面目標：第一，直觀地把試點的特定環境分為若干品種生態區；第二，在一個生態區內，同時顯示各品種的高產性和穩定性；第三，同時顯示各試驗環境（試驗點）對品種的鑒別力和對目標環境（目標地區）的代表性[19]。具備生態環境鑒別力強但代表性弱的試點可用于淘汰不穩定的品系，但不能用于選擇優良品種，只有同時具備鑒別力和代表性的試點才能準確地篩選高產優質適應強的品種。

本研究通過區域試驗，篩選出G7（407A/LZ1050R）和G10（遼糯14-2）等高產穩產性較好的品系。G7（407A/LZ1050R） 2013年在瀘州適應性較好，G10（遼糯14-2）和G11（13218A/20982R）在2014年大部分試驗點適應性較好，但G11（13218A/20982R）產量不穩定，所以遼糯14-2可以進行推薦參加生產試驗。對6個區域試驗點的鑒別力和代表性進行分析：在2013年參試地點中瀘州和貴陽代表性最強，長沙代表性最弱；2014年參試地點中試點鑒別力差異不顯著，重慶代表性最強，宜賓代表性最弱，瀘州、貴陽和重慶試點兼備較強的鑒別力和較好的代表性，但年際間各試驗點的鑒別力和代表性變化較大，其原因可能是一方面受年際間和試驗環境組合模式差異影響，另一方面受當地海拔、土壤結構、土壤肥力、病蟲害、氣候條件、大田管理、栽培措施及人為因素等影響[21-22]。

應用GGE-biplot軟件對2013—2014年糯高粱小區產量與農藝性狀相關性分析，得出小區產量與育性的向量夾角均小于90°，與其它性狀的向量夾角不顯著，說明育性高低是影響糯高粱雜交種小區產量的關鍵因素之一。而造成育性高低的因素包括親本的純度、制種技術、生態環境等因素，其中品種與生態環境互作因素可能是造成糯高粱育性低的主要原因。作物品種的穩定性、適應性是決定各個品種推廣應用價值的重要指標，除了檢驗品種的穩產性外，試點的鑒別力也是育種工作比較關心的問題。因此，利用GGE雙標圖進行高粱區域試點評價時，需要有長時間的資料積累，才能更加準確地評價各個試點的鑒別力和代表性。

農作物品種區域試驗是多年多點試驗，不僅要考慮品種因素和生態條件，同時各個因素之間存在復雜的互作關系，包括品種×品種、品種×環境、環境×環境，但在作物品種區試試驗分析中，中心任務是準確地把握品種與環境互作間的效應。利用GGE-biplot軟件對2013—2014年全國糯高粱區域試驗進行了分析，直觀地展現各品種在各試點的產量表現，為新品種在各個區域的合理化布局、充分發揮新品種的產量潛力以及GGE雙標圖在高粱區域試驗中的應用提供參考。

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