利用R 語言GGE 雙標圖進行黃淮海區(qū)玉米新組合評價分析

孫 佩 張培風 張玉紅 周聯(lián)東 李 棟 王 蕊 王文潔 張瑞平 李 祥 馬朝陽 李合順 王學軍

（河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院，新鄉(xiāng) 453002）

玉米是我國重要的糧食作物，也是飼料和工業(yè)原料的重要來源，在我國糧食安全中占有重要地位[1]。依據(jù)親緣關(guān)系以及遺傳成分將玉米自交系劃分為不同的雜種優(yōu)勢類群是玉米育種研究的重要內(nèi)容[2-5]。根據(jù)遠緣雜種優(yōu)勢理論，Bouchez 等[6]劃分了Reid 群和非Reid 群2 個雜種優(yōu)勢類群。2007 年Jones 等[7]構(gòu)建了Lancaster×Reid 雜種優(yōu)勢模式，已成為美國玉米育種的主要雜種優(yōu)勢模式。歐洲把玉米自交系主要劃分為硬粒型和馬齒型2 個雜種優(yōu)勢類群，墨西哥和南美洲主要以Tuxpeno×ETO 雜種優(yōu)勢模式為主[8-9]。Fan 等[10]將玉米自交系劃分為3個雜種優(yōu)勢群，即Suwan1 群、Reid 群和非Reid 群，構(gòu)建了三角形雜種優(yōu)勢模式。我國溫帶玉米主產(chǎn)區(qū)主要以Reid、Lancaster、塘四平頭、旅大紅骨和P 群5 個雜種優(yōu)勢群相互雜交為主[11]。張世煌[12]對我國常用玉米自交系的雜種優(yōu)勢群進行分析，主要劃分為3 個雜種優(yōu)勢群（國內(nèi)種質(zhì)、Reid 群和非Reid 群）或6 個亞群（塘四平頭亞群、旅大紅骨亞群、Reid 亞群、PA 亞群、Lancaster 亞群和PB 亞群），目前我國多數(shù)玉米育種家認同這種劃分方法[13-14]。

本研究采用不同雜種優(yōu)勢模式的玉米新組合為材料，通過對一年多點收獲期產(chǎn)量和籽粒含水量分析，同時利用R 語言GGE 雙標圖對不同雜種優(yōu)勢類群的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，以及試驗點的代表性和鑒別力進行了評價分析，以期為指導玉米育種改良和創(chuàng)新的方向提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試材料本研究以河南省新鄉(xiāng)市農(nóng)業(yè)科學院選育的20 個玉米新組合作為供試材料，鄭單958作對照。組合的編號、名稱及在育種中的雜種優(yōu)勢類群劃分見表1。

表1 組合名稱及雜種優(yōu)勢類群劃分

1.2 試驗設(shè)計試驗于2022年夏在河南省駐馬店、新鄉(xiāng)、滎陽、周口、鶴壁、商丘、開封、洛陽共8 個地點進行，各個試驗點均采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，3 次重復，共63 個小區(qū)。每個小區(qū)種植5 行，行長6.7m，行距0.6m，種植密度75000 株/hm2。

1.3 試驗實施情況試驗均于6 月上中旬播種，田間管理同一般大田生產(chǎn)。成熟期每個小區(qū)收獲中間3 行進行測產(chǎn)，同時采用PM8188 谷物水分測定儀測定籽粒的含水量，計算折合14%水分的產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)分析采用Microsoft Excel 2007、SPSS17.0以及R 語言的GGE Biplot GUI 程序包對20 個組合和8 個試驗點的數(shù)據(jù)進行綜合分析與評價[15]。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同組合在各個地點間平均產(chǎn)量及變異系數(shù)表2 為不同組合在8 個地點間平均產(chǎn)量及變異系數(shù)，可以看出，組合2（P128×B7）在8 個地點的每hm2平均產(chǎn)量最高，為9682.5kg，其次為組合10（P366×LH222）、組 合12（R1×B072）、組 合4（1785×F20），平均產(chǎn)量分別為9166.5kg、9094.5kg、9087.0kg，說明這些組合的豐產(chǎn)性相對較好。組合1（T1709×H1909）、組合9（P1305×H1122）、組合19（R1929×L957）、組合10（P366×LH222）、組合2（P128×B7）等10 個組合的變異系數(shù)均低于對照的變異系數(shù)，說明這些組合的穩(wěn)產(chǎn)性相對較好。

表2 不同組合在各個地點間平均產(chǎn)量及變異系數(shù)

2.2 20 個組合在不同地點產(chǎn)量較對照增（減）幅表現(xiàn)從表3 可以看出，11 個組合平均產(chǎn)量增產(chǎn)率為正值，9 個組合為負值，其中組合2（P128×B7）、組合10（P366×LH222）、組 合4（1785×F20）在 不同地點比對照增幅的平均值較高，分別為13.0%、7.9%、7.9%，增減點數(shù)分別為7 增1 減、5 增3 減、5 增3 減，說明這3 個組合的穩(wěn)產(chǎn)性相對較好。組合18（P159×L175）、組合7（R198×H138）平均增產(chǎn)率最低，分別為-19.5%、-9.9%，增減點數(shù)分別為1 增7 減、2 增6 減，說明這2 個組合的穩(wěn)產(chǎn)性相對較差。

表3 20 個組合在不同地點產(chǎn)量較對照增（減）幅 （%）

2.3 不同新組合產(chǎn)量與籽粒含水量的分布20 個玉米新組合在不同地點收獲期的平均產(chǎn)量和平均籽粒含水量分布表現(xiàn)見圖1，可以看出18 個組合的平均籽粒含水量低于對照鄭單958的含水量（26.5%），10 個組合的平均產(chǎn)量高于對照鄭單958 產(chǎn)量（8647.5kg/hm2）。共有10 個組合位于第Ⅰ象限，收獲期籽粒含水量低于對照，且產(chǎn)量高于對照，分別為：組 合2（P128×B7）、組 合4（1785×F20）、組合5（T1746×Y20）、組合8（P156×L5847）、組合9（P1305×H1122）、組 合10（P366×LH222）、組合12（R1×B072）、組合13（R36×B627）、組合14（T1728×B5346）、組合16（R1181×B8923）。

圖1 20 個玉米新組合收獲期產(chǎn)量和籽粒含水量的分布

2.4 不同地點收獲期籽粒含水量表現(xiàn)表4 為收獲期在不同地點各個組合的籽粒含水量表現(xiàn)，可以看出，組合12（R1×B072）、組合2（P128×B7）、組合16（R1181×B8923）等組合在各個地點的籽粒含水量均相對較低，滎陽和周口組合13（R36×B627）的籽粒含水量相對較低，商丘和開封組合19（R1929×L957）的籽粒含水量相對較低。新鄉(xiāng)、滎陽和開封組合8（P156×L5847）的籽粒含水量均相對較高，周口、開封和洛陽組合9（P1305×H1122）的籽粒含水量均相對較高，駐馬店、新鄉(xiāng)、滎陽、商丘4 個地點組合20（P99×H1593）的籽粒含水量均相對較高。

表4 不同地點收獲期各個組合的籽粒含水量表現(xiàn)

2.5 玉米品種的適應性劃分利用R 語言GGE 雙標圖對玉米組合的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，以及試驗地點的代表性和鑒別力可以進行更加準確和直觀的分析。圖2 為各試驗點的分組情況，本試驗的試驗點分布在3 個扇區(qū)里，新鄉(xiāng)、商丘為第1 組，駐馬店、滎陽、周口、鶴壁為第2 組，開封、洛陽定義為第3 組。根據(jù)嚴威凱[16]的分析結(jié)果，各扇區(qū)位于多邊形頂角上的組合即為在該區(qū)內(nèi)各試驗點產(chǎn)量最高的組合。由圖2 可以看出，組合8（P156×L5847）是第1 組產(chǎn)量最高的組合，組合2（P128×B7）是第2 組產(chǎn)量最高的組合，組合5（T1746×Y20）是第3 組產(chǎn)量最高的組合。

圖2 各試驗點的分組情況

2.6 各試驗點間的關(guān)系圖3 中可以看出，多數(shù)試驗點之間存在正相關(guān)，開封、洛陽之間及駐馬店、滎陽、周口之間存在緊密正相關(guān)，商丘與開封、洛陽之間存在微弱負相關(guān)。試驗點間緊密正相關(guān)表示一些試驗點有重復設(shè)置的可能性，比如駐馬店和周口均位于河南省的東南部，只分析其中一個試驗點的數(shù)據(jù)，并不影響對試驗的整體評價。

2.7 各試驗點的代表性、鑒別力評價由圖4 可以看出，駐馬店、滎陽、周口、鶴壁4 個試驗點代表性較好。商丘環(huán)境向量最長，鑒別力最強，但其代表性較差。綜合代表性與鑒別力，駐馬店、滎陽、周口是本試驗中最好的試驗點，既有很好代表性又有很強的鑒別力。鶴壁也是比較理想的試驗點。

圖4 試驗點的鑒別力和代表性評價

2.8 組合豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性評價從圖5 可以看出，交點在平均環(huán)境向量正方向上的組合其產(chǎn)量高于試驗平均產(chǎn)量，從豐產(chǎn)性考慮，本次試驗中組合2（P128×B7）、組合12（R1×B072）、組合4（1785×F20）產(chǎn)量較高，其中最高的是組合2（P128×B7）。交點在平均環(huán)境向量負方向上的組合其產(chǎn)量低于試驗平均產(chǎn)量，組合18（P159×L175）、組合7（R198×H138）、組 合11（T1747×B032）、組 合19（R1929×L957）、組合17（T1792×L5542）等產(chǎn)量較低，組合18（P159×L175）最低。從穩(wěn)產(chǎn)性考慮，組合2（P128×B7）和組合4（1785×F20）的穩(wěn)產(chǎn)性較好。從豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性綜合評價，組合2（P128×B7）是本試驗中最理想的品種，其次為組合4（1785×F20）。

圖5 參試組合豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性評價

3 討論與結(jié)論

美系群體選系所組配的雜交組合與其他雜種優(yōu)勢類群組配的雜交組合相比，其收獲期的含水量均相對較低，是因為美系群體的原始材料均為引進的早熟材料，它具有熟期早、后期籽粒脫水快、適宜機械化收獲等特點[17]。本研究中，R198×H138、R1×B072、R36×B627、R1181×B8923 和R1929×L957 均屬于美系群體選系×塘四平頭雜種優(yōu)勢模式，在各個地點不同程度的表現(xiàn)出籽粒含水量相對較低。

有報道認為PB 種質(zhì)含有熱帶亞熱帶血緣，具有抗性強、熟期相對較晚等特點[18-19]，由于黃淮海近幾年夏季持續(xù)高溫干旱天氣，以PB 種質(zhì)組配出的雜交組合P128×B7、P366×LH222，在各個地點的平均產(chǎn)量比對照鄭單958 分別高13.0%、7.9%，且變異系數(shù)較小，增減點數(shù)分別為7增1減和5增3減，表現(xiàn)出豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均相對較好。P156×L5847、P1305×H1122、P99×H1593 因熟期較晚，收獲時籽粒含水量均相對較高。

Reid×塘四平頭雜種優(yōu)勢模式是黃淮海地區(qū)最具有代表性的一種模式，鄭單958 作為代表性的雜交種，因其適應黃淮海年際間復雜多變的逆境氣候，已經(jīng)大面積推廣種植20 年[20]。本研究中，屬于Reid×塘四平頭雜種優(yōu)勢模式的雜交組合有9 個，在不同地點其收獲期的籽粒含水量均相對較高，其中1785×F20、T1746×Y20、T1728×B5346 在不同地點的產(chǎn)量平均值較高，表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)性。從變異系數(shù)可以看出，1785×F20 表現(xiàn)出較好的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性。

采用R 語言GGE 雙標圖對20 個組合的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進行評價，P128×B7 是本試驗中最理想的品種，其次為1785×F20。這與變異系數(shù)和平均增產(chǎn)幅度分析結(jié)果一致。說明R 語言GGE 雙標圖作為評價品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的一種方法，具有很好的代表性。

對各試驗點的代表性和鑒別力進行綜合評價，駐馬店、滎陽、周口是本試驗中最好的試驗點，既有很好代表性又有很強鑒別力，鶴壁也是比較理想的試驗點。本研究僅以一年的產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行分析，篩選優(yōu)良玉米新組合，需多年多點鑒定結(jié)果，才能選育出大面積推廣應用的玉米新品種。