GGE雙標圖在馬鈴薯產量及試驗點評價分析中的應用

袁金海 賈多英 劉續漢 楊 平 李 濤 李自峰 馬麗娟 賈曉莉 魯麗莉

（甘肅省臨澤縣種子管理局，張掖 734200）

伴隨育種事業和經濟的發展，馬鈴薯的種植面積和產量僅次于小麥、水稻和玉米，成為世界第四大糧食作物。甘肅省作為我國馬鈴薯種植大省，對于馬鈴薯品種改良和品種適應性評價變得尤為重要。馬鈴薯屬喜涼作物，對生長環境條件十分敏感。近年來，伴隨著育種理念和方法的不斷發展，馬鈴薯新品種不斷出現，如何對這些品種的適應性和穩產性進行評價，并對它們進行全方位定位，已成為育種家們最為關注的問題。目前用于區域試驗分析的方法有很多種，比如SAS、SPSS等軟件，雖然這些軟件可以很好地對區域試驗進行分析，但是它們與GGE雙標圖相比，其友好性分析較差[1]。嚴威凱[2]在2010年開發的雙標圖在分析作物的多年多點試驗中，可以很好地解決SAS和SPSS的不足，與此同時GGE雙標圖可以進行品種評價、試驗點評估和生態區的劃分，對品種適應性的評估和試驗點的代表性判斷具有十分重要的作用。GGE雙標圖分析利用以環境中心化后的數據[3]，可以直觀地展示各個因素間的交互作用。近年來 GGE 雙標圖在玉米[1]、棉花[4]、燕麥[5]、小麥[6]、大豆[7]等作物上廣泛應用，但在馬鈴薯中卻鮮有報道。因此使用GGE雙標圖對參試的馬鈴薯品種進行分析，不僅可以為甘肅省擴大馬鈴薯的種植區域和提高馬鈴薯產量提供依據，而且可以為下一年的區域試驗提供依據[8]。本研究使用GGE雙標圖評估了2015-2016年甘肅省10個晚熟馬鈴薯品種在6個區試點的穩定性及豐產性，檢測了6個區試點的代表性和區分力，并對區試點進行了相關性分析[6]，以期為甘肅省馬鈴薯品種選育提供相關的理論依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料為2015-2016年參加甘肅省馬鈴薯區域試驗的10個晚熟馬鈴薯品種（系），各參試品種（系）及選育單位如表1所示，以隴薯6號為對照1（CK1）、當地大面積種植的品種新大平為對照 2（CK2）。

表1 參加區域試驗馬鈴薯品種（系）基本信息

甘肅省馬鈴薯區域試驗共設6個點，各區試點及其在甘肅省的地理位置、年降雨量和平均氣溫如表2所示。各區試點的年降雨量和平均氣溫均有差異。

表2 區域試驗點的基本信息

1.2 試驗設計 采用隨機區組設計，3次重復。小區面積約20m2，長6.7m，寬3.0m。每個小區種植5行，每行20株，行距60.0cm，株距33.3cm[9]。考種依據國家統一標準進行。

1.3 統計分析 采用SPSS 22.0軟件和GGE-Biplot軟件對試驗數據進行分析[9]。

2 結果與分析

2.1 2015 -2016年甘肅省馬鈴薯區域試驗產量結果 2015-2016年甘肅省馬鈴薯區域試驗產量情況詳見表3。

表3 2015-2016年甘肅省馬鈴薯區域試驗平均產量（kg/667m2）

2.2 馬鈴薯品種（系）產量差異顯著性分析 由表4 可以看出，除天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）和L0528-3（G1）較對照隴薯6號（CK1）產量分別增加17.03%、8.22%和0.97%，表現為增產，且天05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）增產顯著外，其余各參試品種（系）產量均低于對照隴薯6號（CK1）。然而，在產量低于對照隴薯6號（CK1）的各參試品種（系）中，L0527-7（G3）、03-5-7（G6）和 0528-30（G7）與當地對照品種（CK2）相比較，表現為增產，而L9901-10（G2）和P2（G8）則表現為減產，且差異均達到極顯著水平。因此，綜合分析可知，產量顯著低于對照隴薯6號（CK1）的各參試品種（系）不再入選下年的區域試驗而被淘汰。

表4 品種（系）產量差異性顯著分析表（2015-2016年）

2.3 馬鈴薯品種穩產性差異分析 由表5可以看出，天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）、L0528-3（G1）豐產性效應值高于對照隴薯6號（CK1），豐產性較好。03-5-7（G6）穩產性最好，其次是天06-3-4（G5）、隴薯 6 號（G9）和 L0528-3（G1），但 03-5-7（G6）豐產性較差。就豐產性和穩產性而言，表現較好的品種（系）為天 06-3-4（G5）、天 05-7-5（G4）和 L0528-3（G1）；表現較差的品種（系）為 P2（G8）、L9901-10（G2）。

表5 品種（系）豐產性及其穩定性分析表（2015-2016年）

2.4 馬鈴薯區域試驗試驗點的相關性分析 試驗點的相關性分析可以用于對重復試驗點的淘汰和選擇，因此可以減少育種工作者對時間和財力的浪費。由圖1可知，天水（E2）和靜寧（E6）的相關性最為明顯，其次是臨夏（E3）和宕昌（E5）的相關性較為明顯，因此在下一年的區域試驗中可以選擇它們其中的2個點作為下一年的試驗點。

圖1 基于GGE對區域試驗試驗點相關性的分析

2.5 馬鈴薯區域試驗品種（系）的適應性分析 使用多邊形法，把雙標圖中離原點最遠品種的點用直線兩兩連接起來，形成一個多邊形，可以把所有的品種都包含在內，過原點向各邊做垂線，可以把整個雙標圖劃分為若干個扇形區域，在每一個區域里位于區域頂端的為表現最好的品種。

由圖2可以看出，被分成了4個扇形區域，6個試驗點分在2個扇形區域，其中E2、E3、E4、E6為第1組，G4、G5和G7在第1組表現較好，并且G4和G5為本組的最佳品種（系）；E1和E5為第2組，G3、G9（CK1）和G1在第2組表現較好，并且G3是本組的最佳品種（系）。與此同時可以看出G4和G5的適應性要強于G3。

圖2 基于GGE對區域試驗中馬鈴薯品種（系）適應性分析

2.6 馬鈴薯區域試驗品種（系）穩產性與豐產性分析 通過GGE可以很好地對品種（系）的穩產性和豐產性進行解釋，在GGE雙標圖中，圓點代表的是“平均環境”，帶單向箭頭的直線為平均環境軸，沿著平均環境軸方向豐產性越來越強。與平均環境軸垂直并通過原點的、帶有雙箭頭的直線代表各品種穩定性的大小，線段長度越短，穩定性越強，反之則穩定性越差，但穩定性差的品種適應性卻強[10]。位于雙向箭頭線右側的品種比對照高產，而位于左側的則和對照相比較為低產。從圖3可以看出：就豐產性而言，G4和G5表現最好，其次是G9、G3、G1，表現最差的為G6和G8；就穩定性大小而言，G6的穩定性最好，但其增產性差，其次是當地品種G10（CK2）、G7，G3的穩定性最差。

圖3 基于GGE對區域試驗中馬鈴薯品種（系）穩定性和豐產性分析

2.7 馬鈴薯區域試驗試驗點的區分力和代表性分析 試驗點的選育是育種工作成敗的關鍵因素[11]，理想的試驗點的選擇應具備以下2個條件：一是試驗點對參試品種要有較強的區分能力；二是試驗點對目標生態區要有較強的代表性。對于各試驗點向量的長度是其區分力優劣的度量，向量長度越長，區分力越好，反之，則區分力越差。而試驗點與平均環境向量的夾角是試驗點代表性強弱的度量，角度越小，代表性越強，角度越大，代表性越弱。一個試驗點與平均環境向量的夾角是鈍角，則它不適合作為試驗點，在本次區域試驗中沒有這樣的點。

圖4中圓點代表平均環境，其中E1和E4的區分力最好，其次是E2和E3，E5和E6的最差。就代表性而言，E3的代表性最好，其次是E6、E2、E5，E1和E4的代表性最差。綜上所述E2和E3為最理想的試驗點。

圖4 基于GGE對區域試驗試驗點區分力和代表性的分析

3 結論與討論

在本次試驗中，利用GGE雙標圖以及結合顯著性分析對甘肅省2015-2016年馬鈴薯區域試驗的產量數據進行了綜合分析，從10個晚熟的馬鈴薯品種（系）中篩選出了豐產性和穩定性好以及適應性廣的品種（系）。從6個區試點中選出了區分力和代表性高的區試點。結果表明，豐產性高低依次為天05-7-5＞天06-3-4＞隴薯6號＞L0527-7＞L0528-3＞0528-30＞當地品種＞L9901-10＞03-5-7＞P2，穩定性高低依次為03-5-7＞當地品種＞L0528-3＞0528-30＞隴薯6號＞L9901-10＞P2＞天05-7-5＞天06-3-4＞L0527-7，利用GGE分析的豐產性和穩定性結果與豐產性和穩定性參數分析評價的結果基本一致。天06-3-4和天05-7-5在天水、臨夏、安定和靜寧地區適應性最好，其次是0528-30；L0527-7在會川和宕昌兩地區適應性最好，其次是L0528-3和隴薯6號，L9901-10、03-5-7、P2和當地品種的適應性較差。從試驗點的區分力和代表性大小分析可知，天水和臨夏兩地區分力和代表性均表現較好，但天水區分力表現最為突出，靜寧代表性最好。因此，通過GGE分析可以選擇出既高產又穩產的馬鈴薯品種（系）L0528-3、天05-7-5和天06-3-4，可以在下一年的區域試驗中進行種植，完成后續的育種工作。

農作物品種區域試驗一般采用多年多點試驗，試驗結果受多因素影響，比如環境、品種、環境與品種的互作效應，應當充分分析試驗結果，對參加區域試驗的品種作出科學而準確的評價。GGE雙標圖相比于其他傳統的分析方法具有“一圖勝千言”[2]的功效，GGE雙標圖一方面為品種的適應性、穩定性和豐產性的篩選提供了依據，另一方面也為試驗點的代表性與區分力的篩選提供了依據[7]。試驗點的選擇是育種工作成敗的關鍵因素，試驗點應當具備高的區分力和代表性，才能用于選擇既高產又穩產的品種[12]。GGE雙標圖相比于AMMI模型可以更加友好的解釋基因和基因型×環境互作效應（GGE）。通過GGE雙標圖的使用不僅可以為品種的選育和試驗點的選擇提供依據，而且還能為育種家選育既高產又穩產的品種提供依據。