GGE雙標(biāo)圖分析在糯高粱品種區(qū)域試驗(yàn)中的應(yīng)用

張林++周俊輝++張德銀++劉君紅++殷勇++劉興貴

摘 要：采用GGE雙標(biāo)圖法對2013—2014年全國高粱品種糯高粱組6個試驗(yàn)地點(diǎn)的14個糯高粱品系試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：2013年G7（407A/LZ1050R），2014年G10（遼糯14-2）屬于高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)較好的品系；在主要農(nóng)藝性狀中，小區(qū)產(chǎn)量與糯高粱育性成正相關(guān)，育性的高低是影響糯高粱產(chǎn)量的重要指標(biāo)之一。在6個糯高粱試點(diǎn)中，2013年瀘州和貴陽代表性最強(qiáng)，長沙代表性最弱，而武漢、重慶和宜賓代表性居中。2014年重慶代表性最強(qiáng)，而長沙、武漢、貴陽和瀘州居中。從兩年的區(qū)域試驗(yàn)各品種生態(tài)區(qū)來看，瀘州、貴陽和重慶試點(diǎn)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的鑒別力和較好的代表性。本研究利用GGE雙標(biāo)圖能夠更加直觀地分析糯高粱品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和試點(diǎn)鑒別力、代表性，可為糯高粱品種區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行準(zhǔn)備地分析提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：GGE雙標(biāo)圖；糯高粱；區(qū)域試驗(yàn)；產(chǎn)量穩(wěn)定性

中圖分類號：S514 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI 編碼：10.3969/j.issn.1006-6500.2016.12.019

Application of GGE-biplot in Regional Trial of Waxy Sorghum Varieties

ZHANG Lin1 ， ZHOU Junhui1，ZHANG Deyin1， LIU Junhong2，YIN Yong1，LIU Xinggui1

（1. Yibin Academy of Agricultural Science，Yibin，Sichuan 644000，China；2. Rural Committee of Liangping， Liangping， Chongqing 405200，China）

Abstract： In order to accurately evaluate the comprehensive trait of waxy sorghum varieties（lines），GGE-biplot method was used to analyze the dates from the national regional trials for waxy sorghum from 2013 to 2014.Fourteen lines of waxy sorghum were tested in six sites. The results showed that G7（407A/LZ1050R）in 2013 and G10（LIAONUO14-2） in 2014 had higher yield and better yield stability than other lines. Waxy sorghum yield was positively correlated with in main agronomic traits， which sterility is one of the important factors influencing the production. Luzhou and Guiyang were the best representative testing site， Changsha was the worst in 2013.Chongqing was the best representative testing site in 2014.Luzhou，Guiyang and Chongqing had better discrimination power and representativeness test point than other sites. GGE-biplot could intuitively and simply showed high yield ability， yield stability and representativeness in national regional trails.

Key words： GGE-biplot； waxy sorghum； regional trial； yield stability

高粱既是我國重要的旱地糧食作物，又是重要的飼料和能源作物[1]。糯高粱在遺傳上由一對隱性基因所控制（wxwx），所以籽粒胚乳的淀粉幾乎由支鏈淀粉組成[2]。糯高粱是我國名酒茅臺、瀘州老窖、五糧液及郎酒釀造的主要原料之一[3]。然而，近幾年來我們國家有效耕地面積持續(xù)減少，高粱種植與水稻、玉米、馬鈴薯等糧食作物爭地，因此，非常有必要通過選育優(yōu)良品種和優(yōu)化栽培技術(shù)來提高高粱總產(chǎn)量。

農(nóng)作物新品種選育通常需要同步對高粱產(chǎn)量、品質(zhì)、抗病蟲及生育期特性等多目標(biāo)性狀進(jìn)行選擇改良，使得該品種在最適宜的區(qū)域獲得高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)，以提高農(nóng)作物的綜合生產(chǎn)力。作物品種區(qū)域試驗(yàn)分析的中心任務(wù)是正確地把握品種與環(huán)境互作的模式[4]。目前，AMMI模型在分析農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)中已經(jīng)廣泛被應(yīng)用，但該模型的分析僅考慮基因環(huán)境互作，不對基因的實(shí)用價值進(jìn)行系統(tǒng)和直觀分析，而GGE雙標(biāo)圖不僅可以評價基因環(huán)境互作，且可對多年多點(diǎn)數(shù)據(jù)中的品種表現(xiàn)、試驗(yàn)點(diǎn)和品種生態(tài)劃分進(jìn)行直觀的全面的評價[5]。目前，利用GGE雙標(biāo)圖評價區(qū)試農(nóng)作物品種產(chǎn)量穩(wěn)定性和適應(yīng)性以及試驗(yàn)點(diǎn)的代表性和鑒別力的研究很多，但針對全國高粱區(qū)域試驗(yàn)得評價較少。有關(guān)研究表明，GGE雙標(biāo)圖已被廣泛應(yīng)用于棉花[5-6]、玉米[7]、大豆[8]、燕麥[9]、大麥[10]、小麥[11]、油菜[12]、谷子[13]、烤煙[14]、甜蕎[15]及甘蔗[16]等作物的多品種或多點(diǎn)試驗(yàn)研究。在全國高粱區(qū)域研究中，王艷秋[17]、盧峰等[18]利用AMMI模型分別對2006年春播早熟組高粱和飼草組高粱區(qū)域試驗(yàn)品種的穩(wěn)定性、適應(yīng)性及試驗(yàn)地點(diǎn)的鑒別力進(jìn)行了分析，并得到了較高的可信度。而采用GGE-biplot對糯高粱的區(qū)域試驗(yàn)進(jìn)行分析的研究還未見報道。本研究通過GGE雙標(biāo)圖法分析了2013—2014年全國糯高粱各品種（系）在不同生態(tài)環(huán)境下的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性，同時選擇各試驗(yàn)點(diǎn)的鑒別力和代表性，旨在為糯高粱新品種的篩選以及高產(chǎn)栽培提供理論依據(jù)，同時也為GGE雙標(biāo)圖在高粱區(qū)域試驗(yàn)中的應(yīng)用提供參考。

1 材料和方法

1.1 試材來源

以2013—2014年全國糯高粱品種（系）區(qū)域試驗(yàn)各參試品種為試材，試點(diǎn)數(shù)共6個。試點(diǎn)承擔(dān)單位分別是湖南省農(nóng)科院高粱研究開發(fā)中心（長沙）、四川省農(nóng)科院水稻高粱研究所（瀘州）、四川省宜賓市農(nóng)科院（宜賓）、貴州省農(nóng)科院旱糧所（貴陽）、重慶農(nóng)科院特色作物研究所（重慶）及湖北省種子管理局（武漢）。

參試糯高粱品種（系）分別為：繁A-34/NK1、407A/LZ21R、遼粘A-1/091868、晉糯12-1、003A/3536、九糯雜1號、407A/LZ1050R、晉粱糯4號、瀘糯13號（CK）、遼糯14-2、13218A/20982R、遼糯14-1、1335A/TY3560R、川糯粱15號（CK），如表1所示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

采用隨機(jī)組區(qū)設(shè)計，3次重復(fù)，小區(qū)面積不小于15 m2，四周設(shè)保護(hù)行。土質(zhì)為粘壤土、長江沖積潮土、沙壤、第四紀(jì)紅壤土等，前茬為大豆、油菜、棉花等，地勢平坦，肥力中等。收獲時，去掉兩側(cè)邊行，收中間數(shù)行計產(chǎn)。所選試驗(yàn)地具有一定代表性，栽培管理略高于當(dāng)?shù)匾话闼健?/p>

1.3 統(tǒng)計分析

應(yīng)用GGE-biplot軟件對各參試糯高粱品種（系）的產(chǎn)量、主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行雙標(biāo)圖分析。雙標(biāo)圖中各指標(biāo)向量之間的夾角的余弦值可判斷指標(biāo)間的相關(guān)性。由品種（系）或試點(diǎn)在平均環(huán)境軸（Average environment axis）的投影位置判斷品種的高產(chǎn)性和試點(diǎn)代表性，由品種或試點(diǎn)到平均環(huán)境軸的向量長度判斷品種的穩(wěn)定性和試點(diǎn)的鑒別[19-20]。

2 結(jié)果與分析

2.1 糯高粱參試品種（系）高產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析

由圖1可知，糯高粱品系第1主成分（PC1）解釋的效應(yīng)為穩(wěn)產(chǎn)性效應(yīng)，第2主成分（PC2）的效應(yīng)為豐產(chǎn)性效應(yīng)，GGE雙標(biāo)圖可以解釋G與GE互作信息，2013年互作信息為71.3%，2014年互作信息為79.1%。從2013—2014年全國糯高粱參試品種（系）產(chǎn)量平均表現(xiàn)看（表2），2013年G7（407A/LZ1050R）平均產(chǎn)量最高，達(dá)到7.24 t·hm-2，G1（繁A-34/NK1）平均產(chǎn)量最低；2014年G11（13218A/20982R）平均產(chǎn)量最高，達(dá)到6.28 t·hm-2，G13（1335A/TY3560R）平均產(chǎn)量最低。從平均產(chǎn)量的穩(wěn)定性來看，2013年各品種（系）的穩(wěn)定性大小依次為G2>G7>G6>G5>G9>G3>G8，2014年各品種（系）的穩(wěn)定性大小依次為G12>G10>G11>G8>G14>G13>G5，但在表2中只能看出產(chǎn)量和試點(diǎn)的位次，不能直觀分析每個品種（系）在各試點(diǎn)的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，而品種的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性是決定其推廣應(yīng)用價值的重要指標(biāo)[19]。綜合來看，2013年G7（407A/LZ1050R）和2014年G10（遼糯14-2）產(chǎn)量表現(xiàn)最好，且較穩(wěn)定。

2.2 參試品系性狀的相關(guān)性分析

對糯高粱品種（系）的產(chǎn)量和生育期、株高、穗長、穗粒質(zhì)量、千粒質(zhì)量、育性、傾斜率及絲黑穗發(fā)病率等9個主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行雙標(biāo)圖分析，向量間的夾角可以判斷向量之間相關(guān)性，各向量間的夾角的余弦值近似向量間的遺傳相關(guān)性，夾角越小，相關(guān)性就越高，夾角小于90°表示正相關(guān)，夾角大于90°表示負(fù)相關(guān)，夾角接近90°表示無相關(guān)[4]。從圖2中可以看出，2013年糯高粱小區(qū)產(chǎn)量與株高、穗長、傾斜率、育性及穗粒質(zhì)量的向量之間的夾角小于90°，與生育期的向量夾角接近90°，而2014年糯高粱小區(qū)產(chǎn)量與株高、育性、穗粒質(zhì)量及傾斜率的向量之間的夾角小于90°，與穗長和生育期的向量之間的夾角大于90°。從兩年的糯高粱各個農(nóng)藝性狀的相關(guān)性來分析，小區(qū)產(chǎn)量與育性的向量之間夾角的余弦值都較小，這說明產(chǎn)量與糯高粱育性成正相關(guān)，育性的高低是影響糯高粱產(chǎn)量的重要指標(biāo)之一。

2.3 糯高粱品系在各試驗(yàn)點(diǎn)的適應(yīng)性分析

把圖3中位于頂點(diǎn)的品系連接起來，其他品系也包括在該多邊形內(nèi)。然后通過原點(diǎn)做各條邊的垂線，稱為平均線。把多邊形分成幾個扇形，位于頂點(diǎn)的品系就是在扇形內(nèi)所有試點(diǎn)表現(xiàn)最佳的品種（系）[4]。在圖3中，2013年疊圖被分成5個區(qū)，其中重慶和宜賓為一區(qū)，G3產(chǎn)量表現(xiàn)最好；武漢、貴陽和長沙為一區(qū)，G8產(chǎn)量表現(xiàn)最好；瀘州為一區(qū)，G7產(chǎn)量表現(xiàn)最好；沒有地方落于以G6為角頂?shù)膮^(qū)內(nèi)，說明該品種在6個區(qū)域環(huán)境中表現(xiàn)都不是最好；G2位于多邊形附近，說明該品種對環(huán)境變化較不敏感。2014年疊圖被分成4個區(qū)，貴陽、武漢、長沙和重慶為一區(qū)，G11產(chǎn)量表現(xiàn)最好；瀘州和宜賓為一區(qū)，G8產(chǎn)量表現(xiàn)最好。沒有地方落于以G5和G13為角頂?shù)膮^(qū)內(nèi)，說明G5、G13和G14在6個區(qū)域環(huán)境中表現(xiàn)一般，G12位于多邊形附近，說明該品種對環(huán)境變化較不敏感。

2.4 各試驗(yàn)點(diǎn)的代表性和鑒別力

基于2013—2014年全國糯高粱區(qū)域試驗(yàn)品種（系）小區(qū)產(chǎn)量，GGE雙標(biāo)圖“鑒別力和代表性”功能圖中的小圓圈代表“平均環(huán)境”，即各試驗(yàn)環(huán)境的坐標(biāo)的平均值，通過原點(diǎn)和平均環(huán)境軸的射線稱為平均環(huán)境軸（AEA）。圖4表明，2013年各品種生態(tài)區(qū)間鑒別力的差異并不顯著，而各品種生態(tài)區(qū)對目標(biāo)試驗(yàn)環(huán)境的代表性存在顯著差異，其中瀘州和貴陽代表性最強(qiáng)，長沙代表性最弱，而武漢、重慶和宜賓代表性居中。2014年各品種生態(tài)區(qū)間的鑒別力和代表性的差異都不顯著，重慶代表性最強(qiáng)，宜賓代表性最弱，而長沙、武漢、貴陽和瀘州居中。從兩年的區(qū)域試驗(yàn)各品種生態(tài)區(qū)來看，瀘州、貴陽和重慶試點(diǎn)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的鑒別力和較好的代表性。

3 結(jié)論與討論

用GGE雙標(biāo)圖分析品種—環(huán)境兩項(xiàng)數(shù)據(jù)可以達(dá)到3個方面目標(biāo)：第一，直觀地把試點(diǎn)的特定環(huán)境分為若干品種生態(tài)區(qū)；第二，在一個生態(tài)區(qū)內(nèi)，同時顯示各品種的高產(chǎn)性和穩(wěn)定性；第三，同時顯示各試驗(yàn)環(huán)境（試驗(yàn)點(diǎn)）對品種的鑒別力和對目標(biāo)環(huán)境（目標(biāo)地區(qū)）的代表性[19]。具備生態(tài)環(huán)境鑒別力強(qiáng)但代表性弱的試點(diǎn)可用于淘汰不穩(wěn)定的品系，但不能用于選擇優(yōu)良品種，只有同時具備鑒別力和代表性的試點(diǎn)才能準(zhǔn)確地篩選高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)適應(yīng)強(qiáng)的品種。

本研究通過區(qū)域試驗(yàn)，篩選出G7（407A/LZ1050R）和G10（遼糯14-2）等高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性較好的品系。G7（407A/LZ1050R） 2013年在瀘州適應(yīng)性較好，G10（遼糯14-2）和G11（13218A/20982R）在2014年大部分試驗(yàn)點(diǎn)適應(yīng)性較好，但G11（13218A/20982R）產(chǎn)量不穩(wěn)定，所以遼糯14-2可以進(jìn)行推薦參加生產(chǎn)試驗(yàn)。對6個區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的鑒別力和代表性進(jìn)行分析：在2013年參試地點(diǎn)中瀘州和貴陽代表性最強(qiáng)，長沙代表性最弱；2014年參試地點(diǎn)中試點(diǎn)鑒別力差異不顯著，重慶代表性最強(qiáng)，宜賓代表性最弱，瀘州、貴陽和重慶試點(diǎn)兼?zhèn)漭^強(qiáng)的鑒別力和較好的代表性，但年際間各試驗(yàn)點(diǎn)的鑒別力和代表性變化較大，其原因可能是一方面受年際間和試驗(yàn)環(huán)境組合模式差異影響，另一方面受當(dāng)?shù)睾０?、土壤結(jié)構(gòu)、土壤肥力、病蟲害、氣候條件、大田管理、栽培措施及人為因素等影響[21-22]。

應(yīng)用GGE-biplot軟件對2013—2014年糯高粱小區(qū)產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀相關(guān)性分析，得出小區(qū)產(chǎn)量與育性的向量夾角均小于90°，與其它性狀的向量夾角不顯著，說明育性高低是影響糯高粱雜交種小區(qū)產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一。而造成育性高低的因素包括親本的純度、制種技術(shù)、生態(tài)環(huán)境等因素，其中品種與生態(tài)環(huán)境互作因素可能是造成糯高粱育性低的主要原因。作物品種的穩(wěn)定性、適應(yīng)性是決定各個品種推廣應(yīng)用價值的重要指標(biāo)，除了檢驗(yàn)品種的穩(wěn)產(chǎn)性外，試點(diǎn)的鑒別力也是育種工作比較關(guān)心的問題。因此，利用GGE雙標(biāo)圖進(jìn)行高粱區(qū)域試點(diǎn)評價時，需要有長時間的資料積累，才能更加準(zhǔn)確地評價各個試點(diǎn)的鑒別力和代表性。

農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)是多年多點(diǎn)試驗(yàn)，不僅要考慮品種因素和生態(tài)條件，同時各個因素之間存在復(fù)雜的互作關(guān)系，包括品種×品種、品種×環(huán)境、環(huán)境×環(huán)境，但在作物品種區(qū)試試驗(yàn)分析中，中心任務(wù)是準(zhǔn)確地把握品種與環(huán)境互作間的效應(yīng)。利用GGE-biplot軟件對2013—2014年全國糯高粱區(qū)域試驗(yàn)進(jìn)行了分析，直觀地展現(xiàn)各品種在各試點(diǎn)的產(chǎn)量表現(xiàn)，為新品種在各個區(qū)域的合理化布局、充分發(fā)揮新品種的產(chǎn)量潛力以及GGE雙標(biāo)圖在高粱區(qū)域試驗(yàn)中的應(yīng)用提供參考。

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[22]張春明，趙雪英.用GGE雙標(biāo)圖分析區(qū)域試驗(yàn)中小豆品系的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性[J].農(nóng)學(xué)學(xué)報，2013，3（1）：6-9， 31.