云南省甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)基因與環(huán)境互作研究

陳學(xué)寬，昝逢剛，劉家勇，趙俊，趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開(kāi)遠(yuǎn)661699）

云南省甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)基因與環(huán)境互作研究

陳學(xué)寬，昝逢剛，劉家勇，趙俊，趙培方

（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開(kāi)遠(yuǎn)661699）

以云南省第十一輪甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)15個(gè)品種5個(gè)參試點(diǎn)2年新植、1年宿根的甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖為研究對(duì)象進(jìn)行基因與環(huán)境互作研究。通過(guò)方差、相關(guān)性和聚類(lèi)分析表明，甘蔗品種（基因）與環(huán)境互作效應(yīng)最大，其次是甘蔗品種效應(yīng)值；相關(guān)性分析和聚類(lèi)分析為云南蔗區(qū)的品種引進(jìn)和布局提供了依據(jù)。

蔗莖產(chǎn)量；甘蔗含糖分；基因與環(huán)境互作；相關(guān)性分析；聚類(lèi)分析

隨著生產(chǎn)條件的改善，甘蔗種植區(qū)生物或非生物因素對(duì)甘蔗生產(chǎn)的影響，蔗區(qū)甘蔗新品種的更新?lián)Q代，推廣應(yīng)用產(chǎn)量高、糖分高、抗病、耐旱、適應(yīng)性廣的甘蔗新品種是蔗糖產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的首要保障。甘蔗育種單位的主要任務(wù)就是要篩選和選育出適于蔗區(qū)不同時(shí)期、不同生產(chǎn)條件下能夠獲得較高經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的甘蔗新品種[1-3]。甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)是甘蔗新品種選育、推廣及科技成果轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力的重要技術(shù)環(huán)節(jié)。通過(guò)甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)，可有效地鑒定甘蔗新品種（系）的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性、抗逆性和適應(yīng)性。為提高蔗農(nóng)及蔗糖企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益，蔗區(qū)推廣應(yīng)用的作為甘蔗品種更新?lián)Q代的新品種應(yīng)具備產(chǎn)量糖分高、宿根性好，且產(chǎn)量糖分穩(wěn)定、抗逆性好等特點(diǎn)[1-3]。

云南是全國(guó)第二大甘蔗種植與蔗糖生產(chǎn)基地。云南蔗區(qū)也是我國(guó)作物生態(tài)類(lèi)型最為豐富的區(qū)域[3]。作為作物新品種選育的重要組成部分，甘蔗的環(huán)境與基因互作研究在云南蔗區(qū)尤重要[5-9，11-17]。種植區(qū)域與年份（新植和宿根）是影響甘蔗品種產(chǎn)量的主要環(huán)境因素。通過(guò)區(qū)域化試驗(yàn)，研究和評(píng)價(jià)甘蔗品種的產(chǎn)量和糖分與環(huán)境的相互關(guān)系，有利于科學(xué)地評(píng)價(jià)甘蔗新品種的區(qū)域適應(yīng)性，對(duì)蔗區(qū)因地制宜選用甘蔗新品種具有指導(dǎo)意義。

本文利用云南省的甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)結(jié)果，分析了試驗(yàn)甘蔗品種、甘蔗品種與環(huán)境及其互作效應(yīng)、試驗(yàn)區(qū)域相關(guān)性等。為蔗區(qū)引進(jìn)甘蔗新品種并進(jìn)行科學(xué)的區(qū)域布局提供依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 參試材料

參試云南省第十一輪甘蔗品種區(qū)域化的材料共15個(gè)。包括云蔗01-1413、云蔗04-6、云蔗04-621、云蔗04-622、云蔗05-197、云蔗06-102、云蔗06-267、Q124、VMC88-354（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所提供），云瑞05-596、云瑞05-704（云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站提供），德蔗04-1、德蔗05-77（云南省德宏州甘蔗研究所提供），云農(nóng)01-104（云南農(nóng)業(yè)大學(xué)提供）和對(duì)照ROC22。

1.2 參試地點(diǎn)、年份、試驗(yàn)設(shè)計(jì)及數(shù)據(jù)收集

1.2.1 參試地點(diǎn)與參試年份試驗(yàn)在代表云南省甘蔗主產(chǎn)蔗區(qū)的開(kāi)遠(yuǎn)、德宏、保山、臨滄、勐海5點(diǎn)實(shí)施。于2011年進(jìn)行第1次新植，2012年進(jìn)行第2次新植并試驗(yàn)研究第1次宿根（源自2011年新植），共3次試驗(yàn)。

1.2.2 區(qū)域化試驗(yàn)設(shè)計(jì)各參試點(diǎn)均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，5行區(qū)，3次重復(fù)，小區(qū)面積33.3m2。下芽為雙芽雙行接頂（8000芽/667m2左右），地膜覆蓋種植。試驗(yàn)各項(xiàng)田間管理按當(dāng)?shù)卮筇镌耘喙芾泶胧┻M(jìn)行。

1.2.3 數(shù)據(jù)收集及方法試驗(yàn)嚴(yán)格按“云南省甘蔗品種區(qū)域化試驗(yàn)示范規(guī)程”[10]進(jìn)行各環(huán)節(jié)的試驗(yàn)、調(diào)查、測(cè)試和數(shù)據(jù)收集。本文數(shù)據(jù)分析僅采用甘蔗產(chǎn)量、甘蔗含糖分兩個(gè)指標(biāo)。

農(nóng)藝性狀包括出苗率、分蘗率、株高、莖徑、有效莖及3月份甘蔗收獲產(chǎn)量等。甘蔗錘度及含糖分：11月中旬開(kāi)始調(diào)查錘度，并用SDS220旋光儀二次旋光法采樣測(cè)定分析甘蔗含糖分。甘蔗含糖分測(cè)定至3月份收獲，共5次。

1.3 數(shù)據(jù)整理與分析方法

利用5個(gè)點(diǎn)2年新植、1年宿根3次試驗(yàn)（每次試驗(yàn)3次重復(fù)）的實(shí)際收獲產(chǎn)量進(jìn)行方差分析、遺傳相關(guān)分析和聚類(lèi)分析。甘蔗含糖分的相關(guān)性分析為11月至第2年3月5個(gè)月的平均甘蔗含糖分值。其中，新植甘蔗含糖分為2年新植的平均數(shù)。

數(shù)據(jù)分析采用數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)軟件（DPS）的多年多點(diǎn)分析方差分析模型進(jìn)行[18]。其模型為：

模型中μ代表群體的平均值，τi代表品種i的效應(yīng)值，νj代表地點(diǎn)j的效應(yīng)值，（τν）ij代表品種×地點(diǎn)互作效應(yīng)，ωk代表年份k的效應(yīng)值，（νω)ik代表品種×年份的互作效應(yīng)，（τνω）ijk代表品種×地點(diǎn)×年份的互作效應(yīng)，ρkjl代表品種×地點(diǎn)×年份×區(qū)組的互作效應(yīng)，εijkl代表隨機(jī)誤差。

遺傳相關(guān)系數(shù)rg模型為：rg=covxy/（σgx2.σgy2）。式中，covxy為年份間的協(xié)方差效應(yīng)值，σgx2和σgy2為新植、宿根的遺傳方差。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 參試點(diǎn)基因與環(huán)境效應(yīng)

2年新植1年宿根5個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)蔗莖產(chǎn)量方差分析結(jié)果如表1。表中，變異來(lái)源包括參試品種（G）、參試地點(diǎn)（E）、參試年份（CY）及其互作效應(yīng)。蔗莖產(chǎn)量分析結(jié)果表明，基因與環(huán)境互作的效應(yīng)值最大，占總效應(yīng)值的40.1%。其中，品種×地點(diǎn)（G×E）互作效應(yīng)占17.1%，品種×地點(diǎn)×年份（G×E×CY）互作效應(yīng)占11.8%。其次是品種效應(yīng)值，占總效應(yīng)值的24.2%。再次是地點(diǎn)效應(yīng)值，占總效應(yīng)值的12.3%。而G×CY互作效應(yīng)、CY效應(yīng)值、E×CY的互作效應(yīng)相對(duì)較小，分別占總效應(yīng)值的4.3%、6.3%和6.9%。方差分析同時(shí)表明，除地點(diǎn)效應(yīng)值達(dá)到顯著水平外，其他效應(yīng)值都達(dá)到極顯著水平。

表1 蔗莖產(chǎn)量方差分析結(jié)果

2.2 各參試點(diǎn)遺傳相關(guān)性分析

參試點(diǎn)遺傳相關(guān)性分析結(jié)果如表2。表中，P為2年新植平均值，R為宿根。從表2可以看出，就甘蔗產(chǎn)量而言，試點(diǎn)相關(guān)性極顯著的有，開(kāi)遠(yuǎn)P與開(kāi)遠(yuǎn)R、德宏P(guān)、勐海P；開(kāi)遠(yuǎn)R與保山P；德宏P(guān)與德宏R、臨滄P、勐海P；保山P與保山R；臨滄P與臨滄R。試點(diǎn)相關(guān)性顯著的有，開(kāi)遠(yuǎn)P與德宏R、保山P、保山R；開(kāi)遠(yuǎn)R與德宏P(guān)、保山R、勐海P；德宏P(guān)與臨滄R；德宏R與臨滄P。其他試點(diǎn)相關(guān)性很小或負(fù)相關(guān)。但均未達(dá)顯著標(biāo)準(zhǔn)。

甘蔗含糖分方面，試點(diǎn)相關(guān)性極顯著的有，開(kāi)遠(yuǎn)P與開(kāi)遠(yuǎn)R；開(kāi)遠(yuǎn)R與臨滄P；德宏P(guān)與德宏R、臨滄P及R、勐海P；德宏R與臨滄P及R、勐海P及R；保山P與保山R；臨滄P與臨滄R、勐海P；臨滄R與勐海P。試點(diǎn)相關(guān)性顯著的有，開(kāi)遠(yuǎn)R與德宏P(guān)、R；德宏P(guān)與勐海R；保山R與勐海R；臨滄P與勐海R；臨滄R與勐海R；勐海P與勐海R。其他試點(diǎn)間相關(guān)性較小或少數(shù)負(fù)相關(guān)，但均未達(dá)到顯著水平。參試點(diǎn)相關(guān)性分析的結(jié)果可為蔗區(qū)甘蔗品種引進(jìn)和種植提供依據(jù)。

表2 蔗莖產(chǎn)量、甘蔗含糖分在各試點(diǎn)間的遺傳相關(guān)分析

圖1 甘蔗產(chǎn)量的試點(diǎn)聚類(lèi)分析圖

2.3 參試點(diǎn)聚類(lèi)分析

研究表明，蔗莖產(chǎn)量的基因×環(huán)境互作效應(yīng)都比甘蔗糖分大[4-8]。因此，本文僅以參試點(diǎn)的3年蔗莖產(chǎn)量平均為依據(jù)進(jìn)行聚類(lèi)分析（圖1）。聚類(lèi)分析表明，德宏試點(diǎn)為單獨(dú)一類(lèi)，其他試點(diǎn)聚合為一類(lèi)。德宏試點(diǎn)從土壤、水肥及管理水平等方面比其他試點(diǎn)高。聚類(lèi)分析還表明，開(kāi)遠(yuǎn)、保山及臨滄試點(diǎn)聚為一類(lèi)，區(qū)別于德宏試點(diǎn)。聚類(lèi)分析有利于蔗區(qū)進(jìn)行品種區(qū)域布局。

3 討論

甘蔗區(qū)域化試驗(yàn)基因與環(huán)境互作關(guān)系可通過(guò)遺傳方差分析得到明晰。本試驗(yàn)研究表明，甘蔗品種（基因）與環(huán)境的互作效應(yīng)是最大的。其次是甘蔗品種的效應(yīng)值。進(jìn)一步表明云南蔗區(qū)類(lèi)型的多樣性[3]。再次是試點(diǎn)的效應(yīng)值。年份間、品種與年份間、試點(diǎn)與年份間的效應(yīng)值相對(duì)較小。表明試點(diǎn)選擇能充分表達(dá)甘蔗品種的穩(wěn)定遺傳性。

遺傳相關(guān)分析幫助蔗區(qū)進(jìn)行品種引進(jìn)和布局上提供依據(jù)。參試品種多源自云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所（開(kāi)遠(yuǎn)），從分析結(jié)果看，該試點(diǎn)在甘蔗產(chǎn)量方面與其他參試點(diǎn)（除臨滄試點(diǎn)外）多具有相對(duì)較高的遺傳相關(guān)性。分析表明，各蔗區(qū)從育種單位（開(kāi)遠(yuǎn)）引種種植是可行的。

本輪試驗(yàn)聚類(lèi)分析表明，德宏試點(diǎn)成為單獨(dú)的蔗區(qū)類(lèi)型。分析結(jié)果與以往報(bào)道有一定偏差[12]。有待于進(jìn)一步研究。

致謝：各區(qū)試點(diǎn)對(duì)本文提供了詳實(shí)的研究數(shù)據(jù)。

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Genotype x Environment Interactions in Yunnan Sugarcane Regional Trial

CHEN Xue-kuan,ZAN Feng-gang,LIU Jia-yong,ZHAO Jun,ZHAO Pei-fang
(Sugarcane Research Institute,Yunnan Academy of Agricultural Sciences,Kaiyuan 661699)

Data of cane yield and sugar content from fifteen sugarcane varieties at five sites in Yunnan regional trials with 2 year planting and 1 year ratoon were evaluated by ANOVA,and genetic correlation and cluster for genotype(G)and environment(E)interactions were analyzed.The results showed that G and E interaction was as the main source of trials;genetic correlation and cluster analysis provided the basis of introduction and distribution for the sugarcane planting areas in Yunnan.

sugarcane yield;sugar content;genotype and environment interaction;correlation analysys;cluster analysis

S566.103

A

1007-2624（2015）02-0007-03

10.13570/j.cnki.scc.2015.02.003

2014-08-08

高產(chǎn)高糖強(qiáng)宿根甘蔗新品種選育及產(chǎn)業(yè)化開(kāi)發(fā)（2012BB014）；云南省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)甘蔗產(chǎn)業(yè)體系崗位專(zhuān)家。

陳學(xué)寬（1964-），男，云南曲靖人，研究員。研究方向：甘蔗新品種選育與示范推廣。E-mail：chxk_ysri@163.com