用GGE雙標圖分析廣西旱藕品種產(chǎn)量穩(wěn)定性和試點代表性

何虎翼，楊　鑫，譚冠寧，何新民，唐洲萍，李麗淑

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院 經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530007)

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用GGE雙標圖分析廣西旱藕品種產(chǎn)量穩(wěn)定性和試點代表性

何虎翼，楊鑫，譚冠寧，何新民，唐洲萍，李麗淑

(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院 經(jīng)濟作物研究所，廣西 南寧 530007)

為了篩選適合廣西種植的旱藕新品種，用GGE雙標圖分析了5個旱藕品種在廣西4個不同海拔區(qū)域的產(chǎn)量穩(wěn)定性和試點代表性。結(jié)果表明，興芋3號屬高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型；興芋2號穩(wěn)定性好，產(chǎn)量較高；田林旱藕產(chǎn)量最低，穩(wěn)定性較差；馬山旱藕產(chǎn)量較高，但穩(wěn)定性差。從品種對試點的特殊適應性分析，興芋3號特殊適應性最廣。從產(chǎn)量水平來看，興芋3號表現(xiàn)較好，其次為興芋2號，可加大力度推廣。田林縣和大化縣試點區(qū)分能力強，都安縣試點代表性較好。

GGE雙標圖；旱藕品種；產(chǎn)量穩(wěn)定性；試點代表性

旱藕(LannaedulisKer.)是美人蕉科美人蕉屬多年生單子葉草本植物，別名芭蕉芋、美人蕉芋，主要生長在亞熱帶丘陵地區(qū)[1]。旱藕營養(yǎng)豐富，可用來加工淀粉和粉絲。在中國，旱藕主要分布于云南、貴州、四川、重慶、河南、湖南、廣西等地。2014年，廣西旱藕種植面積在1萬hm2左右，年產(chǎn)鮮藕45萬t，主要種植在馬山縣、大化縣、都安縣、田林縣等大石山地區(qū)。廣西耕地少，干旱多，因此選育耐旱、耐貧瘠的旱藕新品種對廣西發(fā)展旱藕產(chǎn)業(yè)、增加農(nóng)民收入具有重要意義。品種評價是比較參試品種在各試點的產(chǎn)量、品質(zhì)和抗性，利用合理的數(shù)學模型，對參試品種做出綜合評價，從而篩選出適合當?shù)胤N植的新品種。

品種的穩(wěn)定性和適應性是育種工作者重點考慮的問題之一?；蛐椭餍Ъ踊蛐?環(huán)境互作效應模型(genotype main effect plus genotype-environment interaction，GGE)是嚴威凱先生開發(fā)的一款適用于作物品種評價的軟件[2]。該軟件可以通過分析多點試驗數(shù)據(jù)來開展品種評價、試點評價、品種穩(wěn)定性和適應性以及生態(tài)區(qū)劃分工作[2]。目前，GGE雙標圖已廣泛應用于小麥[3]、玉米[4]、花生[5]、大豆[6]、油菜[7]、甘蔗[8]、大麥[9]等作物品種多點試驗數(shù)據(jù)分析，但尚未見應用GGE雙標圖分析旱藕品種的適應性和穩(wěn)定性的報道。

本文應用GGE雙標圖分析廣西旱藕品種在不同海拔地區(qū)的適應性和穩(wěn)定性，以及試點代表性，以期為篩選適合廣西不同生態(tài)區(qū)種植的旱藕品種提供理論依據(jù)。

1　材料與方法

1.1試驗材料和地點

數(shù)據(jù)來源于2012—2014年廣西旱藕區(qū)域試驗，以主栽品種田林旱藕為對照，對每個試點平均產(chǎn)量進行GGE雙標圖分析。5個旱藕品種名稱及代碼、4個試點的海拔高度及代碼見表1。

1.2試驗設計

試驗采用隨機區(qū)組設計，行距0.6 m，小區(qū)面積30 m2(5.0 m×6.0 m)，3次重復，田間種植管理與當?shù)卮筇锷a(chǎn)水平相同。收獲時隨機調(diào)查3個小區(qū)，每小區(qū)調(diào)查10株，共30株，計算不同品種在不同試點的平均產(chǎn)量。

表1參試旱藕品種、試點和代碼

Table 1Varieties， test sites and codes of cannas

代碼品種代碼試點海拔高度/m年降雨量/mm≥10℃積溫/℃G1興芋2號E1大化縣6501461.94975.2G2馬山旱藕E2都安縣7741550.05200.0G3興芋3號E3馬山縣5001667.16900.7G4平果旱藕E4田林縣9131166.34527.4G5田林旱藕

1.3數(shù)據(jù)分析

利用GGE biplot軟件對廣西不同生態(tài)區(qū)旱藕品種試驗進行綜合分析，并以第一主成分(PC1)和第二主成分(PC2)形成一個x-y平面圖來顯示分析結(jié)果。

2　結(jié)果與分析

2.1不同旱藕品種產(chǎn)量比較

從表2可以看出，不同試點參試品種平均產(chǎn)量變幅為48 058.2～52 822.7 kg·hm-2，E3試點的參試品種平均產(chǎn)量最高，E4試點的參試品種平均產(chǎn)量最低，兩者相差9.91%。在5個參試旱藕品種中，G1，G2，G3和G4平均產(chǎn)量均高于對照，平均產(chǎn)量最高的是G3，為88 034.5 kg·hm-2；最低的是G5，只有13 114.5 kg·hm-2，兩者相差571.28%。隨著海拔高度上升，參試旱藕品種平均產(chǎn)量明顯下降。

表2參試旱藕品種在各試點的產(chǎn)量表現(xiàn)

Table 2The yield of canna varieties in various test sites

代碼品種名稱各試點平均產(chǎn)量/(kg·hm-2)E1E2E3E4平均位次G1興芋2號60880.5Bb83649.3Aa50558.4Bb84001.3Aa69772.42G2馬山旱藕10980.3Cc54528.0Bb96131.4Aa8826.0Dd42616.43G3興芋3號90353.5Aa88102.9Aa95086.2Aa78595.5Aa88034.51G4平果旱藕83897.2Aa15317.7Cc10535.4Cc54424.5Bb41043.74G5田林旱藕(CK)16000.5Cc10211.9Cc11802.0Cc14443.5Cc13114.55平均52422.450362.052822.748058.2位次2314

從表3可以看出，環(huán)境和基因型-環(huán)境交互作用均達到顯著差異水平，基因型、環(huán)境及基因型-環(huán)境交互作用的平方和分別占總平方和的0.31%，57.69%和42.00%，說明環(huán)境和基因型-環(huán)境交互作用是試驗中產(chǎn)量變異的主要來源。第一主成分PCA1和第二主成分PCA2的平方和分別解釋了交互作用的86.22%和13.58%，兩者平方和占總互作平方和的99.80%，表明互作大部分集中在兩個PCA軸上，基因型-環(huán)境交互作用信息可通過主成分分析來充分展現(xiàn)。

表3參試品種產(chǎn)量的方差分析

Table 3Variance analysis of yield of canna varieties

變異來源DFSSMSFPSS%總變異1923078740637.241214670559.85基因371894395.0523964798.352.590.2900.31環(huán)境413314593282.653328648320.66360.330.00357.69交互作用129692252959.54807687746.6387.430.01142.00PCA168357950182.921392991697.15150.790.00786.22PCA241315827253.15328956813.2935.610.02813.58誤差218475523.489237761.74

2.2不同旱藕品種產(chǎn)量表現(xiàn)及試點劃分

圖1展現(xiàn)了各參試品種的最適種植區(qū)域，經(jīng)過原點的垂線將品種連成的多邊形分割成4個扇區(qū)，位于扇區(qū)內(nèi)多邊形頂角的品種就是該區(qū)試點的優(yōu)勝品種。全部試點分別落在2個不同扇區(qū)內(nèi)，即全部試點被分為2組，E1，E2，E4為一組，E3為另一組。品種G2在試點E3表現(xiàn)較好，品種G1和G3在試點E1，E2，E4表現(xiàn)較好。在E1，E2和E4區(qū)組中，G3產(chǎn)量最高。G4和G5沒有落在任何試點區(qū)組上，意味著這2個品種在所有試點的表現(xiàn)均欠佳。

2.3各試點的鑒別力和代表性

理想試點的選擇一定程度上決定著育種工作成效。各試點與原點連線(試點向量)長度體現(xiàn)了試點鑒別力，長度越長，試點鑒別力越好，而各試點向量與平均環(huán)境向量(圖中小圓圈與原點連線)的夾角體現(xiàn)了試點的代表性，夾角越小，試點代表性越強。從圖2可以看出，E4的區(qū)分能力最好，E2的代表性最好，這2個試點是比較合適的。在品種評價的相似性上，E1和E2，E4呈正相關，而與E3呈負相關，可以根據(jù)GGE雙標圖分析結(jié)果，將廣西旱藕生態(tài)區(qū)劃分為2個，即以馬山縣為代表的低海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)和以大化縣、都安縣、田林縣為代表的高海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)，其中低海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)雨量充沛、有效積溫高，高海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)雨量相對較少、有效積溫偏低。

圖1　試點的分組情況Fig.1　The grouping of test sites

圖2　試點的鑒別力和代表性Fig.2　Discriminability and representativeness of test sites

2.4參試品種高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析

圖3可以用于分析參試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，品種在平均環(huán)境軸上的垂足越靠近正向，表示品種豐產(chǎn)性越好；而垂線長度表示品種的穩(wěn)定性，長度越長，品種穩(wěn)定性越好。G3產(chǎn)量最高，G1次之，G4平均產(chǎn)量接近試驗總平均。G3和G1的穩(wěn)定性較好，G2穩(wěn)定性最差?？偟膩碚f，G3是高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)的品種，G1也有較好的適應性，可以在不同試點獲得高產(chǎn)。

圖3　參試旱藕品種高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性Fig.3　High yield ability and stability of canna varieties

2.5參試品種兩兩比較

除了根據(jù)品種在各試點產(chǎn)量表現(xiàn)來進行品種比較外，還可以利用GGE雙標圖直觀比較兩個參試品種在各試點的產(chǎn)量表現(xiàn)。圖4指的是G3和G5在各試點的產(chǎn)量表現(xiàn)。在E1，E2，E3和E4試點，G3的產(chǎn)量表現(xiàn)均優(yōu)于G5。

圖4　參試品種產(chǎn)量的兩兩比較Fig.4　Pairwise comparison of yield performance of canna varieties

3　結(jié)論與討論

方差分析結(jié)果表明，環(huán)境和基因型-環(huán)境交互作用均達到顯著差異水平，環(huán)境和基因型-環(huán)境交互作用的平方和分別占總平方和的57.69%和42.00%，環(huán)境對產(chǎn)量變異的影響大于基因型-環(huán)境交互作用和基因型，說明環(huán)境和基因型-環(huán)境交互作用對試驗中參試品種產(chǎn)量影響較大，這與前人研究結(jié)果一致[10]。PCA1和PCA2的平方和分別解釋了交互作用的86.22%和13.58%，兩者平方和占總互作平方和的99.80%，表明互作大部分集中在兩個PCA軸上，GGE雙標圖能較充分地表達基因型-環(huán)境交互作用信息，可直觀得出基因型在某一環(huán)境下的真實表現(xiàn)，適合用于分析廣西旱藕試驗結(jié)果。

一個新品種能否推廣應用取決于其豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性。采用GGE雙標圖對廣西旱藕區(qū)域試驗結(jié)果進行分析，篩選出高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型興芋3號；田林縣和大化縣試點的區(qū)分能力強，都安縣代表性最好，馬山縣和大化縣試點可以相互替換，在以后的區(qū)域試驗中可以考慮去掉馬山縣試點，另行新增試點。此外，興芋2號穩(wěn)定性好，產(chǎn)量較高，也可大力推廣。從品種對試點的特殊適應性來看，興芋3號特殊適應性最廣。田林旱藕產(chǎn)量最差，穩(wěn)定性較低；馬山旱藕產(chǎn)量較高，但穩(wěn)定性差，這與各試點田間產(chǎn)量表現(xiàn)相一致。有意思的是，本研究發(fā)現(xiàn)隨著海拔高度上升，參試旱藕品種平均產(chǎn)量明顯下降，推測這可能與旱藕品種特性有關，今后還將作進一步研究。目前還沒有旱藕品種生態(tài)區(qū)的研究報道，本文初步對旱藕品種生態(tài)區(qū)進行了劃分，分別是低海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)和高海拔旱藕品種生態(tài)區(qū)，這與旱藕品種在廣西的種植情況基本吻合。一些地方品種，如平果旱藕、田林旱藕，由于長期沒有提純復壯，品種種性退化嚴重，產(chǎn)量低，品質(zhì)差[11]。研究表明，采用GGE雙標圖不僅可以直觀考察旱藕品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應性，還能劃分不同生態(tài)區(qū)，為廣西大面積發(fā)展旱藕生產(chǎn)提供參考依據(jù)。

由于GGE雙標圖只去除環(huán)境主效，能有效分析基因型-環(huán)境互作效應，也全面評價了基因型主效，逐漸在品種區(qū)域化推廣中得到采用[2]。在今后推廣應用GGE雙標圖時要注意，一方面可以利用多年多點的區(qū)域試驗數(shù)據(jù)，另一方面可以考慮結(jié)合同期氣象數(shù)據(jù)分析[12]，從而提高模型預測準確度。

[1]PUNCHA-ARNON S， PUTTANLEK C， RUNGSARD V， et al. Changes in physicochemical properties and morphology of canna starches during rhizomal development[J].Carbohydratepolymers， 2007， 70(2): 206-217.

[2]嚴威凱. 雙標圖分析在農(nóng)作物品種多點試驗中的應用[J]. 作物學報， 2010， 36(11): 1805-1819.

[3]張勇， 何中虎， 張愛民. 應用GGE雙標圖分析我國春小麥的淀粉峰值粘度[J]. 作物學報， 2003， 29(2): 245-251.

[4]張禎勇， 高明文， 徐國倫， 等. 基于R語言的GGE雙標圖在玉米品種區(qū)域試驗中的應用[J]. 中國農(nóng)學通報， 2014， 30(34): 238-243.

[5]陳四龍， 李玉榮， 程增書， 等. 用GGE雙標圖分析種植密度對高油花生生長和產(chǎn)量的影響[J]. 作物學報， 2009， 35(7): 1328-1335.

[6]周長軍， 田中艷， 李建英， 等. 雙標圖法分析大豆多點試驗中品系產(chǎn)量穩(wěn)定性及試點代表性[J]. 大豆科學， 2011， 30(2): 318-321.

[7]尚毅， 李少欽， 李殿榮， 等. 用雙標圖分析油菜雙列雜交試驗[J]. 作物學報， 2006， 32(2): 243-248.

[8]羅俊， 張華， 鄧祖湖， 等. 應用GGE雙標圖分析甘蔗品種(系)的產(chǎn)量和品質(zhì)性狀[J]. 作物學報， 2013， 39(1): 142-152.

[9]尚毅， 賈巧君， 朱靖環(huán)， 等. 基于GGE雙標圖對南方冬大麥區(qū)域試驗的分析[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學報， 2011， 23(2): 197-202.

[10]GAUCH H G， ZOBEL R W. AMMI analysis of yield traits[M]. Florida: CRC Press， 1996: 85-122.

[11]周明全， 張學品. 旱藕栽培技術要點[J]. 耕作與栽培， 1994 (2): 31-32.

[12]李亞杰， 白江平， 張俊蓮， 等. 甘肅省馬鈴薯區(qū)試產(chǎn)量數(shù)據(jù)的AMMI模型分析[J]. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究， 2013， 31(1): 61-66.

(責任編輯侯春曉)

The yield stability and site representative of canna varieties in Guangxi using GGE biplot

HE Hu-yi， YANG Xin， TAN Guan-ning， HE Xin-min， TANG Zhou-ping， LI Li-shu

(CashCropsResearchInstitute，GuangxiAcademyofAgriculturalSciences，Nanning530007，China)

In order to screen the new canna varieties suitable for plantation in Guangxi， the GGE biplot was used to analyze the yield stability and test site representatives of five canna varieties in four different altitude regions. The results showed that Xingyu 3 was a type of high and stable yield. The stability of Xingyu 2 was good with high yield. The yield of Tianlin canna was the lowest with poor stability. The yield of Mashan canna was higher， but its stability was poor. The special adaptability analysis of varieties in the test sites showed the special adaptability of Xingyu 3 was the widest. From the yield point of view， the performance of Xingyu 3 was good， followed by Xingyu 2， which should be greatly promoted. Tianlin and Dahua sites had the best discrimination， while Du’an site had the best representativeness.

GGE biplot; canna varieties; yield stability; site representative

10.3969/j.issn.1004-1524.2016.02.04

2015-07-11

廣西農(nóng)業(yè)科學院基本科研業(yè)務專項(桂農(nóng)科2014YQ06)

何虎翼(1974—)，男，廣西北流人，碩士，助理研究員，研究方向為薯類作物育種和栽培技術。E-mail: wingtiger2008@126.com

S645.1

A

1004-1524(2016)02-0200-05

何虎翼， 楊鑫， 譚冠寧， 等. 用GGE雙標圖分析廣西旱藕品種產(chǎn)量穩(wěn)定性和試點代表性[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學報， 2016， 28(2): 200-204.