利用AMMI模型分析旱地小麥新品種云麥70的穩(wěn)定性及適應(yīng)性

喬祥梅 黃錦 程加省 王志偉 楊金華 譚澤林 于亞雄

[目的]評價旱地小麥新品種云麥70在不同生態(tài)條件下的穩(wěn)定性及適應(yīng)性。[方法]利用AMMI模型對2011～2013年度云南省旱地小麥區(qū)域試驗產(chǎn)量資料分析，以期評價云麥70的穩(wěn)定性及適應(yīng)性。[結(jié)果]云麥70屬高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種，適應(yīng)地區(qū)廣。結(jié)果還表明，利用AMMI模型分析小麥區(qū)試資料可以較好地評價單個品種的表現(xiàn)。[結(jié)論]云麥70在嵩明、楚雄、文山、臨翔等地具有較高的產(chǎn)量，適宜作為這些地方的主推品種。

關(guān)鍵詞AMMI模型；云麥70；穩(wěn)定性； 適應(yīng)性

中圖分類號S512.1文獻(xiàn)標(biāo)識碼

A文章編號0517-6611（2015）34-038-03

云麥70是楚雄州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究推廣所從云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供的穿梭育種材料中篩選出來的旱地小麥新品種，原編號為“088-2”，2015年通過云南省農(nóng)作物品種審定委員會審定。該品種幼苗直立，春性；生育期162 d，株高96.4 cm；錐形穗，長芒，白殼，粒色琥珀色，硬質(zhì)，子粒飽滿，熟相好，易落粒；穗粒數(shù)38粒，千粒重44.0 g；耐寒、耐旱、抗條銹病好；容重770 g/L，蛋白質(zhì)16.64%，濕面筋36.8%，穩(wěn)定時間2.4 min，硬度指數(shù)69.3；屬高蛋白、高面筋的優(yōu)質(zhì)強(qiáng)筋小麥品種。

新育成品種的穩(wěn)定性、適應(yīng)性和豐產(chǎn)性是決定其推廣應(yīng)用價值的重要指標(biāo)。穩(wěn)定性和適應(yīng)性表明小麥品種與不同生產(chǎn)環(huán)境的互作情況，而豐產(chǎn)性是評價品種在最適條件下的產(chǎn)量潛力。作物品種區(qū)域試驗的目的旨在鑒定這些指標(biāo)。品種間豐產(chǎn)性的差異較易度量，通常采用方差分析法進(jìn)行多重比較即可。而品種的穩(wěn)定性主要決定于基因型與環(huán)境互作（G×E）效應(yīng)的大小。G×E是一個復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，要揭示其規(guī)律存在許多困難。采用有效的G×E分析方法對正確評價品種的穩(wěn)定性有至關(guān)重要的作用。AMMI模型（additive main effects and multiplicative interaction model，簡稱AMMI模型）是目前國際上流行的分析作物品種區(qū)域試驗數(shù)據(jù)非常有效的模型，利用雙標(biāo)圖直觀地描述品種、地點的產(chǎn)量及互作效應(yīng)大小，應(yīng)用穩(wěn)定性參數(shù)Dg定量地描述各品種穩(wěn)定性的差異以及各試點對品種鑒別力的大小。該文采用AMMI模型、雙標(biāo)圖以及穩(wěn)定性參數(shù)（Dg）對2011～2013年度云南省旱地小麥區(qū)試數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析，以期對新品種云麥70的穩(wěn)定性和適應(yīng)性給出一個較合理的評價。

1材料與方法

1.1材料來源

以2011～2013年度云南省旱地小麥區(qū)域試驗各承試點的平均產(chǎn)量為資料進(jìn)行AMMI模型分析。參試品種為 11 個，選取不同海拔、生態(tài)類型和生產(chǎn)水平的10個具有代表性的試點同時進(jìn)行。各試點、品種的代碼和平均產(chǎn)量見表1，試驗統(tǒng)一采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積10 m2，四周設(shè)保護(hù)行，全區(qū)收獲。小區(qū)長方形，采用人工條播稱種到行，均勻播種，保證210萬～270萬/hm2的基本苗。

表12011～2013年云南省旱地小麥區(qū)試品種和試點代碼及平均產(chǎn)量

參試品種品種代碼品種平均產(chǎn)量kg/hm2試驗點代碼地點平均產(chǎn)量kg/hm2

文麥14號g14 321.778嵩明e15 192.591

云10D43g24 068.917大理e22 840.909

靖067g33 975.116楚雄e34 827.969

鳳121g43 905.128臨翔e44 729.479

鳳1814g53 805.828普洱e54 797.250

云麥70g63 809.062鎮(zhèn)雄e64 837.060

云10D45g73 797.003蒙自e71 599.545

昆麥0989g83 772.815會澤e82 058.133

滇1116g93 631.153易門e92 153.886

玉1086g103 447.056文山e105 259.354

宜麥一號（CK）g113 591.938

1.2分析方法

1.2.1AMMI 模型。AMMI模型是將方差分析和主成分分析結(jié)合在一個模型中，同時具有可加和可乘分量的數(shù)學(xué)模型，其方程式為：

yge=μ+αg+βe+ni=0λnγgnσen+θge+εger

式中，yge是在環(huán)境e中基因型g的產(chǎn)量，μ代表總體平均值，αg是基因型平均偏差（各個基因型平均值減去總的平均值），βe是環(huán)境的平均偏差（各個環(huán)境的平均值減去總的平均值），λn是第n個主成分分析的特征值，γgn是第n個主成分的基因型主成分得分，σen是第n個主成分的環(huán)境主成分得分，n是模型主成分分析中主成分因子軸的總個數(shù)，θge為殘差，εger為誤差，誤差等于yge平均值與r個重復(fù)的單個觀察值之間的偏差，并具有可加性。

1.2.2穩(wěn)定性參數(shù)及雙標(biāo)圖。在利用AMMI模型的基礎(chǔ)上引入穩(wěn)定性參數(shù)。品種的相對穩(wěn)定性參數(shù)就是IPCA的k維空間中品種離原點的距離Dg （即歐氏距離），其計算公式如下：

Dg=ni=0x（IPCAgi）2

式中，Dg是品種的穩(wěn)定性參數(shù)，Dg的大小度量了第g個基因型的相對穩(wěn)定性，基因型Dg值越小越穩(wěn)定。所謂雙標(biāo)圖是在一張圖中同時給出品種和地點的圖標(biāo)。可給出以品種、地點平均產(chǎn)量為橫坐標(biāo)、IPCA1為縱坐標(biāo)的AMMI1的雙標(biāo)圖以及以IPCA1為橫坐標(biāo)、IPCA2為縱坐標(biāo)的AMMI2的雙標(biāo)圖。

2結(jié)果及分析

2.1試驗結(jié)果的方差分析、線線回歸分析與AMMI分析

2011～2013年云南省旱地小麥區(qū)域試驗的聯(lián)合方差及AMMI分析結(jié)果（表2）表明，基因型效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和基因型×環(huán)境交互效應(yīng)（G×E）對產(chǎn)量的影響均達(dá)到極顯著水平，環(huán)境即試點間變異平方和（SS）占整個處理平方和的91.20%，基因型即品種間的平方和僅占2.43%，而品種和試點的交互作用卻占6.37%。說明試點間的變異占了主要部分，而交互作用的變異又明顯大于品種間的變異，二者分別為品種效應(yīng)的37.53倍和2.62倍。因此，進(jìn)行品種的穩(wěn)定性分析很重要。從線性回歸來看，聯(lián)合回歸、基因回歸和環(huán)境回歸三者加起來僅解釋了互作SS的23.26%，殘差較大，占76.74%，說明回歸模型解釋的互作少，回歸模型對該文試驗數(shù)據(jù)擬合不夠好，應(yīng)對其進(jìn)一步分析。

對交互主成分的分析 IPCA 的顯著性進(jìn)行近似F測驗表明，IPCA 1～2軸極顯著，分別解釋了G×E互作SS的47.76%、18.68%，IPCA3軸顯著，解釋了G×E互作SS的12.88%，3個IPCA軸加起來解釋了 G×E互作SS的79.32%，將剩余不顯著的 IPCA合并為殘差，殘差僅為20.68%。這充分說明AMMI 模型比較透徹地分析了G×E互作信息。AMMI 模型明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的回歸模型，可有效地克服線性回歸分析方法在評價品種穩(wěn)定性方面所存在的局限性。

表22011～2013年云南省旱地小麥區(qū)試的聯(lián)合方差分析、線性回歸分析和AMMI模型分析結(jié)果

變異來源dfSSMSFProb.

方差分析總的6591 790 647 761.002 717 219.667

處理1091 415 330 111.0012 984 679.91019.028 10.000 1

基因1034 432 182.063 443 218.2065.045 80.000 1

環(huán)境91 290 732 254.00143 414 694.900210.163 50.000 1

交互作用9090 165 674.751 001 840.8311.468 10.005 6

線性回歸分析聯(lián)合回歸12 578 198.912 578 198.9093.778 20.052 4

基因回歸97 782 731.22864 747.9131.267 20.251 8

環(huán)境回歸810 607 979.971 325 997.4961.943 20.051 6

殘差7269 196 764.669 610 66.1761.408 40.019 6

AMMI模型PCA11843 060 106.152 392 228.1205.388 40.000 1

PCA21616 841 468.711 052 591.7952.370 90.002 0

PCA31411 617 663.29829 833.0921.869 20.027 1

殘差4218 646 436.60443 962.776

誤差550375 317 650.10682 395.728

2.2云麥70穩(wěn)定性分析

將每一個品種 IPCA1～3空間內(nèi)的投影點與相應(yīng)坐標(biāo)原點的距離，即各品種基于IPCA1～3的穩(wěn)定性參數(shù)Dg列于表3，g6（云麥70）穩(wěn)定性參數(shù)為13.531，處于參試品種的較低水平，說明該品種穩(wěn)定性較好。結(jié)合其產(chǎn)量均值，g6（云麥70）為高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種。

2.3云麥70適應(yīng)性分析

品種適應(yīng)性大小取決于品種與試點正向交互作用的大小，可用AMMI雙標(biāo)圖形象地表示。AMMI1雙標(biāo)圖是以平均產(chǎn)量為X坐標(biāo)軸，IPCA1值為Y坐標(biāo)軸作成的圖形，圖中過零點水平線上下的品種與位于同側(cè)地點之間及臨近試點有正的互作，即從AMMI圖可初步看出品種在各試點上的適應(yīng)性[2]。由圖1可知， 在橫軸方向上地點比品種更分散，地點的變異大于品種的變異。也就是說，同一品種在各地表現(xiàn)的產(chǎn)量差異較大，同一地點的各品種產(chǎn)量差異相對較小。從雙標(biāo)圖還可以看出，g6（云麥70）平均產(chǎn)量高于對照g11（宜麥一號），IPCA1值大于g11（宜麥一號），離IPCA1零值較遠(yuǎn)，表明g6（云麥70）在各地的產(chǎn)量表現(xiàn)存在較大差異，與環(huán)境因素互作明顯。

表3品種在顯著的互作主成分軸上的得分及穩(wěn)定性參數(shù)

品種代碼品種平均產(chǎn)量kg/hm2離差SDiPCA1PCA2PCA3Dg位次

g14 321.778492.161-5.23510.7685.61613.2248

g24 068.917239.299-2.1408.728-6.11510.86910

g33 975.116145.4982.8155.955-4.5247.99111

g43 905.12975.51116.97710.307-9.86722.1775

g53 805.828-23.7904.62311.399-0.61612.3169

g63 809.062-20.5558.5575.6118.85313.5317

g73 797.003-32.615-25.602-10.957-25.70837.9001

g83 772.815-56.803-28.1679.18916.96434.1412

g93 631.154-198.464-0.654-20.2885.47721.0246

g103 447.056-382.56228.404-8.557-2.04729.7363

g113 591.938-237.6800.420-22.15611.96425.1834

圖1AMMI1雙標(biāo)圖

為進(jìn)一步解釋G×E交互作用，有效鑒別品種對環(huán)境的敏感程度，作出AMMI2模型雙標(biāo)圖。AMMI2 雙標(biāo)圖可直觀地比較各品種在各試點的交互作用大小和分析互作模式[3]， 它的橫坐標(biāo)對應(yīng)于品種和試點的IPCA1 得分， 而縱坐標(biāo)對應(yīng)于IPCA2 得分，在AMMI2 雙標(biāo)圖上越接近坐標(biāo)原點的品種（或試點）越穩(wěn)定。若品種在試點與原點連線或穿過試點外延線的垂直投影距原點越遠(yuǎn)，則表明該品種在該試點特殊適應(yīng)性越好，反之亦然。從圖2可以看出，g6（云麥70）在e1（嵩明）、e8（會澤）地點圖標(biāo)與原點的連線上有最小的垂直投影，表明它在這兩地點的G×E交互作用小，而在e10（文山）、e6（鎮(zhèn)雄）、e4（臨翔）、e3（楚雄）與原點的連線上有較大的垂直投影，表明在這些地點具有較好的適應(yīng)性。從AMMI模型擬合產(chǎn)量以及實際產(chǎn)量來看，云麥70在楚雄、臨翔、嵩明、鎮(zhèn)雄和文山均可以取得較高的產(chǎn)量，充分展示了它的豐產(chǎn)性，是一個高產(chǎn)新品種。

圖2AMMI2雙標(biāo)圖

3結(jié)論與討論

小麥新品種的選育一方面以豐產(chǎn)性作為主要鑒定指標(biāo)，還要堅持在高產(chǎn)前提下的穩(wěn)定性及適應(yīng)性，重視其基因型與

環(huán)境、年份等條件的適應(yīng)性和產(chǎn)量穩(wěn)定性的綜合評判。AM

MI 模型集方差分析和主成分分析于一體，與現(xiàn)在通

用的區(qū)域試驗分析方法相比較，對地點和品種互作的分析比較透徹。AM

MI 雙標(biāo)圖提供了形象直觀的圖形，為研究具體的品種與環(huán)境互作及品種穩(wěn)定性差異評價提供了一條方便的途徑[4]。該研究結(jié)果表明，云麥70與環(huán)境因素互作明顯，豐產(chǎn)性好、對某些地區(qū)有特殊的適應(yīng)性。實際產(chǎn)量和AMMI模型擬合值表明這種特殊的適應(yīng)性表現(xiàn)為高產(chǎn)，云麥70在嵩明、楚雄、文山、臨翔等地都具有較高的產(chǎn)量，適宜作為這些地方的主推品種。

安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)2015年

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