SHMM模型在浙江省早秈稻新品系區域試驗中的應用

楊海龍， 蔡金洋

(嘉興市農業科學研究院,浙江， 嘉興 314016)

水稻是我國的第二大糧食作物，也是浙江省主要的糧食作物，浙江省種植的常規水稻品種有2種類型：常規秈稻和常規粳稻[1-2]。雖然浙江省早秈稻的播種面積從20世紀80年代后開始逐漸減少，但所培育的早秈稻品種在湖南、湖北和江西仍有廣泛種植。2020年我國早秈稻播種面積比2019年增加30.1萬hm2，雖然長江中下游部分地區早稻生長期間遭遇嚴重洪澇災害，單產有所降低，但由于播種面積大幅增加，早秈稻產量實現了恢復性增長[3]。早秈稻聯合品種比較試驗是早秈新品種通過審定的主要途徑，如何科學有效地評價參試材料的穩產性、適應性和參試點辨別能力是科研工作者解決的重要問題。而平移乘積模型(shift multiplicative model，SHMM)多運用于多試驗點多材料的分析，使品種與環境的互作達到最小化，有效地解決了品種在環境中的交叉互作，提高了作物新品種的選育效率[4]。因此，采用SHMM模型分析方法進行分析有助于找到廣適應性、穩定、高產的水稻品種和較好代表性的試驗點。

本研究基于中國水稻研究所提供的2020年浙江省早秈稻聯合品種比較試驗產量數據和嘉興市農業科學研究院試點數據，綜合評價各試驗點供試材料的穩定性，旨在了解不同早秈稻材料在浙江省不同地點的變化差異，以期找到具有適應性廣、高產、穩產的早秈材料和具有較好代表性的區試試點，為推廣早秈稻種植提供數據支撐。

1 材料與方法

1.1 試點及產量數據

以2020年浙江省早秈稻聯合品種比較試驗中的平均產量數據為資料進行SHMM模型分析。參試點8個，其中中國水稻研究院、浙江省農業科學院、金華市農業科學研究院、溫州市農業科學研究院、紹興市農業科學研究所和寧波市農業科學研究院7個試點產量數據取自中國水稻研究所編寫的2020年浙江省早秈稻聯合品種比較試驗匯總。

1.2 嘉興試點處理設計

嘉興市農業科學研究院試點田間試驗設計按照浙江省9410 項目專家組制訂的方案執行。試驗于2020年3—7月在浙江省嘉興市農業科學研究院(120°42′42″E, 30°50′20″N)試驗田進行，前茬作物為水稻，供試水稻材料為浙江省9個早秈稻參試品系，其中中早39為對照品種(表1)。2020年4月2日播種，5月3日移栽，密植株行距17 cm×15 cm，每個小區45行，每行12株，每穴4～5苗，重復3次，隨機區組排列。田間水肥、病蟲害管理與當地常規栽培相同。

表1 嘉興試點參試早秈稻材料及其組合

在嘉興試點對供試早秈材料成熟期每小區進行統一收獲，單獨脫粒烘干后測定水稻產量。每個小區選擇6穴稻株進行考種，考查穗長、有效穗數、結實率、千粒重、總粒數等指標。

1.3 SHMM模型

平移乘積模型。SHMM模型是一種廣義的主成分分析(PCA)模型。在主成分分析之前，將所有的數據均減去數據集的總體平均值，然后再獲得主成分特征值和特征向量。選擇一般常數，使主成分分析提取更多的處理平方和，這樣就得到SHMM模型。

數據分析。田間試驗數據采用DPSv7.05和Microsoft Excel 2007進行方差分析和數據處理。

2 結果與分析

2.1 產量及其構成因素

由表2可知，供試早秈稻品系的平均產量為6.61～7.37 t·hm-2。數據表明水稻材料A2產量比對照中早39(CK)增加0.8%，其余品系產量都比對照低，其中A8產量最低，為6.61 t·hm-2，比對照減少9.6%。各試點的早秈稻平均產量為5.94～7.89 t·hm-2。其中中國水稻研究所和溫州市農業科學研究院2個試點的平均產量較高，為7.89和7.34 t·hm-2，浙江省農業科學院試點平均產量最低，為5.94 t·hm-2。

表2 早秈稻新品系在2020年浙江省聯合品種比較試驗中的產量表現 單位：t·hm-2

由表3可知，不同早秈稻在嘉興試驗點的產量為5.69～6.77 t·hm-2。A6最高，較對照有所增加，其他水稻材料的產量都比對照有不同程度的降低。不同早秈稻有效穗數差異顯著，其中最多的是A8，為400萬·hm-2，表明其分蘗能力較強；最少的是A1，為244萬·hm-2。每穗粒數最多的是A4(142粒)，比對照增加37.6%；最少的是對照(103.2粒)。不同早秈稻的結實率均比對照(80.7%)低；A4結實率最低，僅67.5%。千粒重最大的是A6和A3，都為26.1 g，比對照增加6.5%，達顯著水平；最低的為A8的23.4 g，比對照下降4.5%，達顯著水平。

表3 早秈稻新品系在嘉興試點產量及其構成因素表現

2.2 穩定性

2020年浙江早秈稻聯合品種比較試驗的聯合方差及SHMM模型分析結果表明，環境即試驗地點變異平方和占整個處理平方和的77.63%，基因型即試驗品種占8.23%，品種×地點占14.14%，數據表明試驗地點的變異占了主要成分，交互作用是品種間變異的1.7倍。對交互主成分分析(IPCA)顯著性進行近似F測驗，結果有2項乘積項表達的互作信息達到顯著水平，將剩余不顯著的IPCA合并為殘差。IPCA1、IPCA2和殘差的平方和分別占互作平方和的86.93%、7.41%和5.65%，即前2項互作主成分解釋了94.34%的互作平方和。

表4所示，將每一個品系在交互效應主成分空間與原點的歐式距離進行排序，其順序為A9(對照)>A7>A2>A6>A4>A1>A5>A8>A3。結合表2的平均產量，A3、A8和A5屬于低產穩定性品種，對照、A2、A7和A6屬于高產不穩定性品種；A4屬于高產穩定性材料。

表4 早秈稻新品系品系穩定性參數分析

2.3 試驗地點辨別力

將試點在顯著的PCA1、PCA2得分的分辨力列于表5，其順序為金華市農業科學研究院>中國水稻研究所>溫州市農業科學研究院>紹興市農業科學研究院>臺州市農業科學研究院>寧波市農業科學研究院>嘉興市農業科學研究院>浙江省農業科學院。辨別力高的試驗點是金華市農業科學研究院、中國水稻研究所和溫州市農業科學研究院；辨別力低的試點是浙江省農業科學院、嘉興市農業科學研究院和寧波市農業科學研究院。

表5 早秈稻新品系試點穩定性參數分析

3 小結與討論

早秈稻品種選育時需要進行多年多點的聯合品種比較試驗，其表現會受到年度和試點的影響，試點和品種在農藝性狀有交互作用[5]。SHMM模型經過多年的發展，在評估大豆、水稻等適應性、高產和穩定性上被很多科研工作者采用[5-7]。本研究結果指出溫1938屬于高產穩定性品種，說明該材料在浙江省各試驗點中表現較優；臺早19-114、紹秈1905和甬秈811屬于低產低穩定性品種，從產量和經濟效益上來看，不值得推廣。本研究還發現8個參試點中金華市農業科學研究院、中國水稻研究所和溫州市農業科學研究院試點的辨別力最強，說明這3個試點對參試早秈稻材料做出可靠性評價。但早秈稻產量受到栽培措施、病蟲害防治和自然環境等的影響，應該結合參試點的地理氣候、農藝栽培措施、田間管理等因素來解釋其生物學特征[8]。