應(yīng)用ＧＧＥ雙標(biāo)圖分析湖北省玉米區(qū)域試驗品種適應(yīng)性和穩(wěn)定性

胡飛 馬現(xiàn)斌 李新彥 郭莉 潘高峰 李有明

摘要：以湖北省2009年玉米（Zea mays L.）區(qū)域試驗數(shù)據(jù)為例，介紹了GGE雙標(biāo)圖在評價玉米品種適應(yīng)性、穩(wěn)產(chǎn)性、豐產(chǎn)性以及試驗點的鑒別力和代表性的運用。結(jié)果表明，Hk9509、Sx0759、Hz06148、Kn0901 共4個品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性較好;宜昌市、長陽土家族自治縣、建始縣地點鑒別力較大;恩施市、仙桃市、長陽土家族自治縣地點代表性較強;綜合地點鑒別力和代表性分析，長陽土家族自治縣和宜昌市試驗點較好。

關(guān)鍵詞：玉米（Zea mays L.）;GGE雙標(biāo)圖;品種;產(chǎn)量;湖北省

中圖分類號：S513? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）02-0023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.02.005? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

玉米（Zea mays L.）在中國已有400多年的種植歷史，與其他作物相比栽培歷史最短，發(fā)展速度最快。中國的玉米種植面積和總產(chǎn)量均僅次于美國，居世界第二位。玉米單產(chǎn)水平為4 703 kg/hm2， 超過世界平均水平（4 296 kg/hm2），年產(chǎn)量1.5億t左右，占世界總產(chǎn)量的20%左右。近些年，玉米生產(chǎn)出現(xiàn)了“北玉南運”的局面，南方地區(qū)每年約有50%～80%的玉米從北方調(diào)入，其中華中、華南為最大調(diào)入?yún)^(qū)，區(qū)域性產(chǎn)需矛盾大。湖北省位于長江中下游，由于畜牧業(yè)等興起，玉米生產(chǎn)缺口嚴重，供不應(yīng)求[1]。近年來，湖北省玉米總產(chǎn)量憑借面積增加而有所增加，但玉米單產(chǎn)變化不大，這一現(xiàn)象勢必會導(dǎo)致玉米和其他作物生產(chǎn)的矛盾，比如水稻。為解決湖北省玉米生產(chǎn)中遇到的問題，急需選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的品種。

在區(qū)域試驗中，試驗品種各指標(biāo)受到環(huán)境（E）、自身基因型（G）以及環(huán)境和基因互作（GE）的影響[2-5]。但是在數(shù)據(jù)分析時，人們往往把GE視為干擾或者混雜因子予以排除[6]。近年來，研究者創(chuàng)立的GGE雙標(biāo)圖充分解釋了GE的影響，對區(qū)域試驗品種的評價、試驗地點的鑒別力和代表性有獨到的分析[7-10]。本研究以湖北省2009年玉米區(qū)域試驗數(shù)據(jù)為例進行分析，旨在介紹GGE雙標(biāo)圖在玉米品種適應(yīng)性以及穩(wěn)產(chǎn)性評價上的科學(xué)性和優(yōu)勝性，為日后育種工作提供一定的參考。

1? 材料與方法

1.1? 數(shù)據(jù)來源

采用湖北省種子管理站提供的2009年玉米區(qū)域試驗數(shù)據(jù)，隨機區(qū)組排列，3次重復(fù)，小區(qū)面積20 m2，5行區(qū)，行距0.67 m，每行24株，種植密度60 000株/hm2。行向與廂溝垂直，四周設(shè)保護區(qū)（行）。每小區(qū)實收中間3行計產(chǎn)，計產(chǎn)面積12 m2。試驗點共7個，包括十堰市、建始縣、長陽土家族自治縣、宜昌市、仙桃市、恩施市、荊門市;參試品種7個分別是宜單629（對照）、Hz06148、農(nóng)科玉1號、Kn0901、Hk9509、Sx0759、宜單984。

1.2? 分析方法

采用GGE-Biplot軟件進行雙標(biāo)圖分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 品種適應(yīng)性

同一品種在不同地點表現(xiàn)不一致，反映出品種對地點的適應(yīng)性。把各個方向距離原點最遠的品種連起來形成一個把所有品種都囊括進去的四邊形。過原點分別做各邊的垂線，將整個區(qū)域分割成4個四邊形，位于四邊形頂點的品種為該區(qū)域內(nèi)各試驗點中表現(xiàn)最好的[7，8]。因此，Kn0901在恩施市、宜昌市、長陽土家族自治縣3個試點表現(xiàn)較好，Hk9509在建始縣、荊門市、仙桃市表現(xiàn)較好，農(nóng)科玉1號在各個試驗點表現(xiàn)都不理想。

將各試驗點與原點相連，稱為環(huán)境向量;將各品種與原點相連，稱為品種向量[11]。某一品種向量與某一環(huán)境向量夾角為銳角時，表示該品種在該試驗點的產(chǎn)量高于該試驗點所有品種產(chǎn)量的平均值;為直角時，表示等于平均值;為鈍角時，表示低于平均值[11]。農(nóng)科玉1號與除建始縣以外的試驗點夾角均為鈍角，產(chǎn)量均低于平均值，不具備很好的適應(yīng)性;Kn0901與長陽土家族自治縣、恩施市的夾角均很小，表現(xiàn)出很好的適應(yīng)性。

2.2? 地點鑒別力和代表性

理想的區(qū)域試驗點應(yīng)該具備良好的鑒別力和代表力。鑒別力表示試驗點區(qū)分品種和提供信息的能力，代表性體現(xiàn)該試驗點能否代表目標(biāo)生態(tài)區(qū)的能力[8，9]。帶單向箭頭的為平均環(huán)境軸，各環(huán)境向量的長度代表了它們的鑒別力，長度越長，鑒別力越大;各環(huán)境向量與平均環(huán)境軸的夾角表示試驗點的代表性，夾角越小，代表性越強。虛線同心圓的圓心表示虛擬理想試驗點，越接近圓心的試驗點綜合能力越好[11]。因此，各試驗點鑒別力從強到弱依次為宜昌市、長陽土家族自治縣、建始縣、荊門市、仙桃市、恩施市、十堰市，代表性由強到弱依次為恩施市、仙桃市、長陽土家族自治縣、宜昌市、荊門市、建始縣、十堰市。綜合評價，長陽土家族自治縣試驗點距離同心圓圓心最近，因此是各試驗點中最理想的，十堰市試驗點較差。

2.3? 品種穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性分析

一個理想的品種應(yīng)該具備高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)兩個性質(zhì)。帶單箭頭的直線表示平均環(huán)境軸，沿箭頭方向產(chǎn)量越高。過原點與平均環(huán)境軸垂直的帶雙箭頭的直線代表品種與環(huán)境互作的傾向性，越偏離平均環(huán)境軸越不穩(wěn)定[10]。圖中第1主成分效應(yīng)值為65.7%，第2主成分效應(yīng)值20.6%，GGE雙標(biāo)圖共解釋了G與GE互作信息的86.3%。各品種產(chǎn)量從高到低依次是Kn0901、Hz06148、Hk9509、Sx0759、宜單629、宜單984、農(nóng)科玉1號。穩(wěn)定性最好的是Sx0759，最不穩(wěn)定的是農(nóng)科玉1號。

從以上分析可以看出，產(chǎn)量高的品種穩(wěn)定性不一定好，如Kn0901;穩(wěn)定性好的品種不一定高產(chǎn)，如宜單629。但評價一個品種必須結(jié)合穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性。虛線同心圓的圓心表示虛擬的具備最高產(chǎn)量和最好穩(wěn)定性的品種，距離圓心越近的品種綜合表現(xiàn)越好，因此，Hk9509表現(xiàn)最好，Sx0759、Hz06148次之，農(nóng)科玉1號表現(xiàn)最不理想。

3? 小結(jié)與討論

一個玉米品種在推廣之前要參與多次區(qū)域試驗，由于年度間氣象因素差異大、各試驗點環(huán)境不一致以及人為誤差等因素的存在，如何客觀、公正地評價一個品種成為育種學(xué)家和生物統(tǒng)計學(xué)家越來越重視的問題。GGE雙標(biāo)圖的問世，極大地解決了這個問題，相比于之前的AMMI模型，GGE雙標(biāo)圖不僅能直觀地表現(xiàn)出數(shù)據(jù)所蘊含的信息，更能充分考慮年際間的差異。GGE雙標(biāo)圖能很好地分析出不同品種對不同地點的特殊適應(yīng)性，這也是AMMI等其他模型所不及的。

湖北省玉米生產(chǎn)在前期遇到低溫、漬澇，后期遇到高溫等問題，而且由于湖北省處于南北方的過渡地點，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜。因此，育種工作應(yīng)結(jié)合不同生態(tài)區(qū)進行。結(jié)合GGE雙標(biāo)圖并使用聚類分析對多年數(shù)據(jù)進行分析，可以對試驗點進行生態(tài)區(qū)分類，從而將多個試驗點歸結(jié)為幾個大的生態(tài)區(qū)，對生態(tài)區(qū)有特殊適應(yīng)性的品種值得在該區(qū)域內(nèi)推廣。

通過對2009年區(qū)域試驗數(shù)據(jù)進行分析，篩選出了Hk9509、Sx0759、Hz06148、Kn0901 4個豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性較好的品種，農(nóng)科玉1號在各試驗點表現(xiàn)均不理想，產(chǎn)量均未超過各試驗點平均值，穩(wěn)定性也最差。地點鑒別力較大的試驗點為宜昌市、長陽土家族自治縣、建始縣，地點代表性較強的為恩施市、仙桃市、長陽土家族自治縣，綜合地點鑒別力和代表性分析，較好的試驗點為長陽土家族自治縣和宜昌市。試驗點的篩選有利于提高區(qū)域試驗的準確性。

參考文獻：

[1] 官成貴，楊新筍.湖北省玉米產(chǎn)業(yè)化的現(xiàn)狀與對策[J].玉米科學(xué)， 2003（專刊）：101-103.

[2] 張志芬.用GGE雙標(biāo)圖分析燕麥區(qū)域試驗品系產(chǎn)量穩(wěn)定性及試點代表性[J].作物學(xué)報，2010（8）：1377-1385.

[3] 高金鋒.蕎麥品種穩(wěn)定性與適應(yīng)性分析及評價研究[D].陜西楊凌：西北農(nóng)林科技大學(xué)，2008.

[4] 金文林.作物區(qū)試中品種穩(wěn)定性評價的秩次分析模型[J].作物學(xué)報，2000，26（6）：925-930.

[5] YAN W K，TINKER N A. Biplot analysis of multi-environment trial data：Principles and applications[J].Can J Plant Sci，2006，86：623-645.

[6] YAN W K. GGEbiplot—a windows application for graphical analysis of multi-environment trial data and other types of two-way data[J].Agron J，2001，93：1111-1118.

[7] YAN W K. Singular-value partitioning for biplot analysis of multienvironment trial data[J].Agron J，2002，94：990-996.

[8] 嚴威凱，盛慶來，胡躍高，等.GGE疊圖法-分析品種×環(huán)境互作模式的理想方法[J].作物學(xué)報，2001，27（1）：21-28.

[9] 嚴威凱.雙標(biāo)圖分析在農(nóng)作物品種多點試驗中的應(yīng)用[J].作物學(xué)報，2010，36（11）：1805-1819.

[10] 陳四龍，李玉榮，程增書，等.用GGE雙標(biāo)圖分析種植密度對高油花生生長和產(chǎn)量的影響[J].作物學(xué)報，2009，35（7）：1328-1335.

[11] YAN W，HOLLAND J B. A heritability-adjusted GGE Biplot for test environment evaluation[J].Euphytica，2010，171：355-369.