GGE雙標(biāo)圖對(duì)短季棉新品系和試點(diǎn)的評(píng)價(jià)及產(chǎn)量相關(guān)性狀分析

李 武，謝德意，趙付安，楊曉杰，房衛(wèi)平?

（1.河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南開(kāi)封 475001；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河南鄭州 450002）

GGE雙標(biāo)圖對(duì)短季棉新品系和試點(diǎn)的評(píng)價(jià)及產(chǎn)量相關(guān)性狀分析

李 武1，2，謝德意2，趙付安2，楊曉杰2，房衛(wèi)平1，2?

（1.河南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，河南開(kāi)封 475001；2.河南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院經(jīng)濟(jì)作物研究所，河南鄭州 450002）

為了客觀評(píng)價(jià)短季棉品系的穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性以及試驗(yàn)地點(diǎn)的準(zhǔn)確性，采用GGE雙標(biāo)圖對(duì)河南省短季棉區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，中716，魯棉2153屬高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)性好的品系；中804具有特殊適應(yīng)性，在局部地區(qū)有推廣價(jià)值。所有試點(diǎn)中，鹽津最具代表性，鄧州鑒別力最好，而開(kāi)封是代表性和鑒別力均佳的試點(diǎn)。

GGE雙標(biāo)圖；短季棉；穩(wěn)產(chǎn)性；豐產(chǎn)性；品種適應(yīng)性

目前我國(guó)耕地面積日趨減少，棉花生產(chǎn)與主要糧食作物爭(zhēng)地矛盾日益突出，如何在保證我國(guó)糧食安全的情況下，發(fā)展棉花生產(chǎn)是我國(guó)棉花產(chǎn)業(yè)主要議題之一［1－2］。短季棉生育期相對(duì)較短，是實(shí)現(xiàn)一熟向糧（油）棉兩熟發(fā)展，奪取糧棉雙豐收的優(yōu)良種質(zhì)資源。加強(qiáng)短季棉新品種的選育和推廣，既是加快我國(guó)棉花種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的需要，也是提高糧棉生產(chǎn)綜合效益的需要，因此短季棉已成為我國(guó)棉花育種與栽培的研究熱點(diǎn)［3］。

短季棉品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性是短季棉育種追求的目標(biāo)之一。河南省短季棉新品種區(qū)域試驗(yàn)的目的在于鑒定新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性及安全性，為新品種區(qū)域推廣提供依據(jù)。品種的穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性受基因型與環(huán)境互作影響較大，因此穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性歷來(lái)是國(guó)內(nèi)外研究的重點(diǎn)，為此相繼提出了多種分析方法［4－7］，其中較著名的模型有AMMI（主效可加互作可乘）模型和GGE-biplot分析。近年來(lái)，AMMI模型的廣泛應(yīng)用顯示該模型在分析基因型與環(huán)境互作效應(yīng)上的優(yōu)越性，但也有其局限性，僅分析了基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，而可靠的分析方法需同時(shí)考慮基因型和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，GGE-biplot分析可滿(mǎn)足以上需求［8］。自提出將GGE-biplot用于區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析之后，逐漸有人利用GGE-biplot分析蕎麥、燕麥、小麥、大豆等作物區(qū)域試驗(yàn)品種的穩(wěn)定性和適應(yīng)性［9－14］，而利用GGE-biplot分析短季棉區(qū)域試驗(yàn)品種的穩(wěn)定性和適應(yīng)性尚未見(jiàn)報(bào)道。

本文采用GGE-biplot分析軟件對(duì)河南省短季棉區(qū)域試驗(yàn)品系的穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性及試點(diǎn)的代表性、鑒別力進(jìn)行分析和客觀評(píng)價(jià)，為短季棉新品種的選擇與應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2011年參加河南省區(qū)域試驗(yàn)的7個(gè)短季棉品系分別為中716、中804、中創(chuàng)88、邯656、石早2號(hào)、魯棉2153、銀山12號(hào)；區(qū)試試點(diǎn)共7個(gè)，包括鄧州、泛區(qū)、延津、開(kāi)封、原陽(yáng)、安陽(yáng)、駐馬店。

1.2 方法

采用統(tǒng)一設(shè)計(jì)方案，隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，重復(fù)3次，小區(qū)面積20m2，在大田自然條件下種植，土壤肥力、施肥水平和田間管理同當(dāng)?shù)卮筇飾l件一樣。在棉花吐絮期調(diào)查短季棉的株高、果枝數(shù)、總鈴數(shù)、鈴重、子指、衣分和小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)利用GGEbiplot軟件進(jìn)行雙標(biāo)圖分析（http：／／www.ggebiplot.com／）。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量相關(guān)性狀

GGE雙標(biāo)圖中（圖1）連接原點(diǎn)和各性狀的直線(xiàn)為向量，指標(biāo)向量和相鄰指標(biāo)間的夾角余弦值即兩指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)。

圖1 GGE分析短季棉產(chǎn)量相關(guān)性狀間相關(guān)性

圖1 顯示，產(chǎn)量性狀與衣分、鈴重、鈴數(shù)、果枝數(shù)間向量夾角小于90°，說(shuō)明產(chǎn)量性狀與各性狀間呈正相關(guān)，產(chǎn)量高的品種，其鈴重和衣分也較高，鈴數(shù)、果枝數(shù)也較多；產(chǎn)量性狀與子指的向量間夾角大于90°，說(shuō)明產(chǎn)量性狀與子指間存在負(fù)相關(guān)；產(chǎn)量性狀與株高向量間夾角等于90°，說(shuō)明2個(gè)性狀間無(wú)相關(guān)性。

圖2顯示，品種與性狀之間的關(guān)系如下，魯棉2153、中804、中716、和中創(chuàng)88與衣分、鈴重、產(chǎn)量、鈴數(shù)、果枝數(shù)的向量之間夾角小于90°，說(shuō)明這4個(gè)品種與這些性狀之間呈正相關(guān)，相應(yīng)這些經(jīng)濟(jì)性狀較高。而邯鄲656、銀山12和石早2號(hào)與衣分、鈴重、產(chǎn)量、鈴數(shù)向量之間夾角大于90°，呈負(fù)相關(guān)，說(shuō)明這3個(gè)品種上述性狀與其他品種相差較大。

2.2 適應(yīng)性

圖3的功能在于說(shuō)明特定的生態(tài)區(qū)內(nèi)的品種表現(xiàn)較好。圖中多邊形是由最外圍的品種依次連接形成的，所有品系都包括在多邊形內(nèi)。從原點(diǎn)發(fā)出的射線(xiàn)做多邊形各邊的垂線(xiàn)，這些垂線(xiàn)將雙標(biāo)圖劃分為不同的扇區(qū)，坐落在不同扇區(qū)的試驗(yàn)點(diǎn)相應(yīng)構(gòu)成不同的組別。每個(gè)扇區(qū)內(nèi)多邊形頂點(diǎn)的品種即為該組別內(nèi)表現(xiàn)最好的品種。圖中7個(gè)試點(diǎn)被分成4組，中716、魯棉2153在駐馬店、開(kāi)封、延津表現(xiàn)較好，中804在安陽(yáng)、原陽(yáng)表現(xiàn)最好，石早2號(hào)和邯鄲656分別在泛區(qū)和鄧州表現(xiàn)最好，而中創(chuàng)88和銀山12在各試點(diǎn)表現(xiàn)都不太理想。不同品種在不同試點(diǎn)表現(xiàn)不同，可能與氣候條件和土類(lèi)有關(guān)［10］。

對(duì)照表1看出，雙標(biāo)圖分析結(jié)果與試驗(yàn)數(shù)據(jù)吻合。

圖2 GGE分析短季棉品系與性狀間相關(guān)性

圖3 GGE分析短季棉品系的適應(yīng)性

2.3 產(chǎn)量表現(xiàn)和穩(wěn)定性

圖4中的小圓圈代表平均環(huán)境，帶單箭頭的直線(xiàn)為平均環(huán)境軸，每個(gè)品種的產(chǎn)量平均值在軸上的投影位置用來(lái)判別品種的高產(chǎn)性，箭頭指向?yàn)槠骄a(chǎn)量表現(xiàn)最佳的方向。從圖中可以看出，中716產(chǎn)量表現(xiàn)最好，其他品種產(chǎn)量高低依次是魯棉2153、中804、中804、中創(chuàng)88、銀山12號(hào)、邯鄲656和石早2號(hào)。從品種到平均環(huán)境軸的向量大小代表基因型和基因型與環(huán)境互作的影響，向量越小表示品系越穩(wěn)定，比較穩(wěn)定的品種有中716，魯棉2153、銀山12號(hào)、石早2號(hào)，其中，中716，魯棉2153是既高產(chǎn)又穩(wěn)定的品系；而中804、邯鄲656表現(xiàn)不穩(wěn)定。

表1 參試品系在各試點(diǎn)的產(chǎn)量kg·hm－2

圖4 GGE分析短季棉品系產(chǎn)量表現(xiàn)及適應(yīng)性

GGE雙標(biāo)圖和傳統(tǒng)的算術(shù)平均值法的結(jié)果有所不同（表1），如魯棉2153在所有試點(diǎn)平均產(chǎn)量位居第1，而GGE分析結(jié)果則位居第2，這主要是GGE雙標(biāo)圖法考慮到品種的主效應(yīng)（G）和品種與環(huán)境互作效應(yīng)（GE）的原因［10］。

2.4 代表性和鑒別力

圖5中以試點(diǎn)在平均環(huán)境軸上的投影位置判斷試點(diǎn)的代表性，箭頭指向?yàn)檎娇坑掖硇栽綇?qiáng)；試點(diǎn)到平均環(huán)境軸的向量長(zhǎng)短判斷試點(diǎn)的鑒別力，向量越大區(qū)分能力越好。試點(diǎn)中代表性最好的是延津，最差的是泛區(qū)。試點(diǎn)鑒別力最好的是鄧州，隨后依次是開(kāi)封、安陽(yáng)、原陽(yáng)、駐馬店、泛區(qū)，延津，綜合起來(lái)開(kāi)封試點(diǎn)最好。研究中鄧州試點(diǎn)具較好的鑒別能力，但沒(méi)有代表性，可用于淘汰不穩(wěn)定的品種，但不能用于選擇優(yōu)良品種；只有既有鑒別力又有代表性的開(kāi)封試驗(yàn)點(diǎn)才能用來(lái)有效地選擇高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)的品種。

圖5 GGE分析短季棉各試點(diǎn)代表性和鑒別力

3 小結(jié)與討論

短季棉新品種的選育其豐產(chǎn)性是主攻目標(biāo)，但同時(shí)需要兼顧新品種的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，由于區(qū)域試驗(yàn)屬于多年多點(diǎn)試驗(yàn)，受外界影響因素較多，多種因素造成試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計(jì)較繁瑣，準(zhǔn)確度較低，因此采取適當(dāng)?shù)慕y(tǒng)計(jì)方法對(duì)參試品種作出客觀全面的評(píng)價(jià)尤為重要［15］。GGE-biplot分析軟件是近年才用于分析區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的，與傳統(tǒng)的統(tǒng)計(jì)方法相比具有更多優(yōu)點(diǎn)，一方面GGE雙標(biāo)圖法以圖解的形式詮釋區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)，既簡(jiǎn)單又直觀；另一方面GGE雙標(biāo)圖可提供更多的信息：GGE雙標(biāo)圖上能直觀地解釋基因和基因與環(huán)境互作效應(yīng)的比例，如從本研究中農(nóng)藝性狀GGE雙標(biāo)圖可以看出，第1主成分（PC1）效應(yīng)為53.5%，第2主成分（PC2）效應(yīng)為24.0%，GGE雙標(biāo)圖可解釋基因和基因與環(huán)境互作效應(yīng)77.5%。從參試品系的表現(xiàn)來(lái)看，第1主成分（PC1）效應(yīng)為37.3%，第2主成分（PC2）效應(yīng)為26.6%，GGE雙標(biāo)圖可解釋基因和基因與環(huán)境互作效應(yīng)63.9%；顯示不同性狀之間的相關(guān)性；利用GGE雙標(biāo)圖劃分區(qū)域功能，顯示一些品種的特殊適應(yīng)性等；通過(guò)GGE雙標(biāo)圖更直觀了解參試品系的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性以及各區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的代表性和鑒別力。

本研究表明，產(chǎn)量性狀與衣分、鈴重、鈴數(shù)、果枝數(shù)間呈正相關(guān)，與子指存在負(fù)相關(guān)，與株高無(wú)相關(guān)性，這與前人研究一致［16－17］。通過(guò)本研究篩選出的中716，魯棉2153既高產(chǎn)又穩(wěn)定，中804局部適應(yīng)性較好，在安陽(yáng)、原陽(yáng)具有特殊適應(yīng)性。開(kāi)封試點(diǎn)是具有代表性和鑒別力的理想試點(diǎn)，鄧州試點(diǎn)具有較好的鑒別能力但無(wú)代表性，不能用于選擇優(yōu)良品種，但可用于淘汰不穩(wěn)定的品種。

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（責(zé)任編輯：張瑞麟）

S562

A

0528-9017（2014）08-1157-03

文獻(xiàn)著錄格式：李武，謝德意，趙付安，等.GGE雙標(biāo)圖對(duì)短季棉新品系和試點(diǎn)的評(píng)價(jià)及產(chǎn)量相關(guān)性狀分析［J］.浙江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2014（8）：1157－1159，1162.

2014-03-26

國(guó)家科技支撐計(jì)劃（2011BAD35B05-1-9）

李 武（1979－），男，河南鄧州人，助理研究員，主要從事棉花區(qū)域試驗(yàn)和遺傳育種工作。E-mail：cotton168＠163.com。

房衛(wèi)平（1963－），男，河南虞城人，研究員，博士生導(dǎo)師，主要從事棉花育種及其理論研究工作。