全國(guó)北方片小粒花生品種的AMMI模型分析

李 盼 于 沐 胡延嶺 劉軟枝 石彥召 楊海棠

（鄭州市農(nóng)林科學(xué)研究所 河南鄭州450005）

花生是重要的經(jīng)濟(jì)作物和油料作物，在我國(guó)種植范圍較廣，我國(guó)的花生產(chǎn)區(qū)劃分為長(zhǎng)江流域、黃河流域、東南沿海地區(qū)、黃土高原區(qū)、云貴高原區(qū)、西北地區(qū)和東北地區(qū)。其中黃河流域花生區(qū)，是我國(guó)最大的花生產(chǎn)區(qū)，總產(chǎn)量和種植面積占全國(guó)的50%以上[1]。花生果仁分為小粒種和大粒種，通常百仁重在80 g以下的為小粒種，80 g以上的為大粒種[2]。2019年我國(guó)花生種植面積已達(dá)463.3萬(wàn)hm2，總產(chǎn)量達(dá)1 752萬(wàn)t，分別較2009年增加352萬(wàn)hm2和291.6萬(wàn)t[3]。

AMMI模型是一種較理想的分析作物穩(wěn)定性的方法，該模型將方差分析和主成分分析兩者相結(jié)合，借助雙標(biāo)圖和互作效應(yīng)值定量描繪基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，從而更加客觀準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)品種的穩(wěn)定性和試驗(yàn)點(diǎn)的分辨力[4]。近年來(lái)該模型已廣泛應(yīng)用在水稻、小麥、大豆、棉花等國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)分析中[5-10]。本研究利用AMMI模型對(duì)2017年國(guó)家北方片區(qū)小粒花生多點(diǎn)試驗(yàn)莢果產(chǎn)量的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)參試品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及適應(yīng)性，為花生品種推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料和數(shù)據(jù)來(lái)源

利用2017－2018年國(guó)家北方片花生多點(diǎn)試驗(yàn)小粒組的莢果產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。參試材料共13個(gè)品種，分別為花育20號(hào)（G1，CK）、花育626（G2）、花育6802（G3）、冀5059（G4）、冀農(nóng)G94（G5）、金花19（G6）、晉花10號(hào)（G7）、開(kāi)農(nóng)92（G8）、農(nóng)大花206（G9）、商花5號(hào)（G10）、宇花16號(hào)（G11）、豫航花7號(hào)（G12）和鄭農(nóng)花23號(hào)（G13）。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組排列，行距33.3 cm，穴距16.7 cm，播種密度16.5萬(wàn)穴/hm2，每穴2粒，3次重復(fù)。18個(gè)試驗(yàn)地點(diǎn)，分別為山西汾陽(yáng)（E1）、遼寧阜新（E2）、山東荷澤（E3）、山東濟(jì)寧（E4）、遼寧錦州（E5）、河南開(kāi)封（E6）、山東臨沂（E7）、河南漯河（E8）、山東煙臺(tái)（E9）、山東青島（E10）、山東泰安（E11）、河南濮陽(yáng)（E12）、河南商丘（E13）、遼寧沈陽(yáng)（E14）、河北石家莊（E15）、山東濰坊（E16）、江蘇徐州（E17）、河南鄭州（E18）和河南駐馬店（E19）。按照當(dāng)?shù)馗髁?xí)慣與水平栽培管理，按照試驗(yàn)方案標(biāo)準(zhǔn)和項(xiàng)目觀察記載。

1.2 AMMI模型

AMMI模型公式為

式中，yge是在環(huán)境e中基因型g的產(chǎn)量，μ是總體平均值，αg是基因型平均偏差，βe是環(huán)境平均偏差，N是模型主成分分析中主成分因子軸的總個(gè)數(shù)，λn是第n個(gè)主成分分析的特征值，γgn是第n個(gè)主成分的環(huán)境主成分得分，δgn是第n個(gè)主成分的基因型主成分得分，θge是殘差，εger為隨機(jī)誤差[11]。

1.3 穩(wěn)定性參數(shù)

穩(wěn)定性參數(shù)是試驗(yàn)點(diǎn)或者品種的交互效應(yīng)主成分值（Interaction Principal Component Axis,IPCA）在多維空間中圖標(biāo)離原點(diǎn)的歐式距離[12]，公式為

式中，n是達(dá)到顯著水平的IPCA個(gè)數(shù)；Dg（e）是品種或環(huán)境在n個(gè)IPCA上的得分，用來(lái)度量基因型或環(huán)境的相對(duì)穩(wěn)定性，基因型De值越小，則品種越穩(wěn)定，環(huán)境的De值越大，試驗(yàn)地點(diǎn)對(duì)品種間差異的分辨力就越強(qiáng)。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2007和DPS 7.05[13]進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 聯(lián)合方差、線性回歸和AMMI模型分析

聯(lián)合方差分析（表1）結(jié)果表明，試點(diǎn)間的平方和占總平方和的44.26%，品種間僅占總平方和的7.16%，品種和試點(diǎn)間的交互作用占42.5%，基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境交互都達(dá)到了極顯著水平，表明參試品種間差異較大，參試地點(diǎn)也是引起差異較大的重要原因。從線性回歸數(shù)據(jù)分析聯(lián)合回歸、基因回歸、環(huán)境回歸只占到總平方和的17.87%，殘差較大，占82.13%，差異極顯著。參試品種與環(huán)境間互作效應(yīng)明顯，說(shuō)明某些參試材料對(duì)環(huán)境條件極為敏感。AMMI模型分析結(jié)果中有3個(gè)乘積項(xiàng)表達(dá)的互作信息達(dá)到了顯著水平，平方和占總平方和的54.93%，說(shuō)明AMMI模型更好地分析了基因型與環(huán)境的交互作用，擬合結(jié)果優(yōu)于線性回歸模型。

表1 基因與環(huán)境兩項(xiàng)表AMMI分析結(jié)果

2.2 利用雙標(biāo)圖評(píng)價(jià)參試材料的穩(wěn)定性和辨別力

為進(jìn)一步解釋基因與環(huán)境的交互作用，有效鑒別不同基因型對(duì)環(huán)境的敏感度，以IPCA1為縱坐標(biāo)，以參試品種的平均產(chǎn)量為橫坐標(biāo)，繪制AMMI1雙標(biāo)圖（附圖）。

垂直方向上，越靠近原點(diǎn)的品種產(chǎn)量越穩(wěn)定；水平方向上，在橫坐標(biāo)上的投影離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，表明品種的豐產(chǎn)性越好[9]。從附圖可看出，在水平方向上試點(diǎn)比品種分散，表明試點(diǎn)的變異遠(yuǎn)大于品種。G4、G6、G3離IPCA1較遠(yuǎn)，表明其豐產(chǎn)性最好；G2、G8、G13離橫軸較近，表明其穩(wěn)產(chǎn)性最好；試點(diǎn)E6的產(chǎn)量最高，E14的產(chǎn)量最低，E4、E5、E9遠(yuǎn)離橫坐標(biāo)，表明其分辨能力強(qiáng)。在AMMI1雙標(biāo)圖中，水平線上下的品種與位于同側(cè)的試點(diǎn)有正的互作，說(shuō)明品種在該試點(diǎn)有特殊適應(yīng)性，品種G1、G3、G10、G11、G12、G13在試點(diǎn)E4、E5、E7、E10、E12、E13、E14、E17上有較好的適應(yīng)性，G2、G4、G5、G8、G9在試點(diǎn)E1、E3、E6、E8、E15、E19上有較好的適應(yīng)性。

附圖 AMMI1雙標(biāo)圖

2.3 利用D g指標(biāo)定量評(píng)價(jià)參試品種的穩(wěn)定性

AMMI1雙標(biāo)圖直觀地反映了參試品種的穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性，但只代表了基因型與環(huán)境互作平方和的22.67%，對(duì)參試品種穩(wěn)定性和試點(diǎn)的判別力有一點(diǎn)的偏差。用3個(gè)達(dá)顯著水平主成分軸的IPCA值計(jì)算得到的Dg值能夠很好地定量評(píng)價(jià)參試品種的穩(wěn)定性。從表2可以看出，參試品種定量評(píng)價(jià)位次依次為G2>G9>G13>G12>G3>G12>G5>G10>G11>G1>G8>G6>G7，說(shuō)明品種G13、G3、G8、G6的穩(wěn)定性最好，這和AMMI雙標(biāo)圖結(jié)果基本一致。

表2 花生品種的莢果產(chǎn)量及其D g值

2.4 利用De指標(biāo)定量評(píng)價(jià)試驗(yàn)點(diǎn)的辨別力

將達(dá)到顯著水平的主成分軸的3個(gè)IPCA值計(jì)算得到的分辨力（De）值列于表3。從表3可以看出，E9的辨別能力最強(qiáng)，其次是E12、E6和E5，除E12外，E1的辨別力最差，其余試驗(yàn)點(diǎn)和AMMI2雙標(biāo)圖基本一致。其中，有8個(gè)試點(diǎn)的De值達(dá)到了25以上，說(shuō)明各個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)花生不同基因型具有較強(qiáng)的判別力，參試點(diǎn)選擇具有代表性，是花生較為理想的區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)。

表3 試驗(yàn)點(diǎn)的穩(wěn)定性參數(shù)與排序

3 討論

區(qū)域試驗(yàn)是評(píng)價(jià)參試品種農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀、產(chǎn)量性狀的重要手段，為作物育種和新品種示范推廣提供重要參考，也為農(nóng)作物品種審定（登記）提供重要依據(jù)[14]。本研究AMMI分析表明，環(huán)境效應(yīng)的占比最大，其次是基因型與環(huán)境交互效應(yīng)，基因型效應(yīng)的占比最小，這說(shuō)明在我國(guó)北方小粒花生區(qū)，品種選擇應(yīng)充分考慮當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)條件，只有選用適合當(dāng)?shù)胤N植的花生品種，才能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)產(chǎn)豐產(chǎn)。AMMI模型雙標(biāo)圖可直觀表現(xiàn)各品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及各試驗(yàn)地點(diǎn)的分辨力[15]，但當(dāng)顯著的IPCA個(gè)數(shù)超過(guò)2個(gè)時(shí)，雙標(biāo)圖并不能反映全部的有效變異信息，穩(wěn)定性參數(shù)充分考慮了所有顯著的IPCA值，能夠更全面反映品種的穩(wěn)定性和試驗(yàn)地點(diǎn)的分辨力。本研究中顯著的IPCA值為3個(gè)，利用莢果平均產(chǎn)量與IPCA1構(gòu)建的AMMI1雙標(biāo)圖只代表了22.67%的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，由3個(gè)顯著的IPCA值求得的穩(wěn)定性參數(shù)則代表54.94%的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，穩(wěn)定性參數(shù)對(duì)試驗(yàn)地點(diǎn)分辨力及品種穩(wěn)定性的評(píng)價(jià)更有參考價(jià)值。

4 結(jié)論

13個(gè)花生品種中高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的是花育6802和冀5059，產(chǎn)量高而穩(wěn)定性一般的是開(kāi)農(nóng)92和金花19，穩(wěn)產(chǎn)但不高產(chǎn)的是鄭農(nóng)花23號(hào)。18個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中山西汾陽(yáng)和山東臨沂分辨力較差，山東煙臺(tái)和河南濮陽(yáng)分辨力強(qiáng)。用AMMI模型分析區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)，可以更好地評(píng)價(jià)試驗(yàn)點(diǎn)的分辨力和品種的穩(wěn)定性，從而為區(qū)試試驗(yàn)點(diǎn)的設(shè)置及北方片區(qū)小粒花生育種及推廣應(yīng)用提供參考依據(jù)。