GGE雙標圖在馬鈴薯產(chǎn)量及試驗點評價分析中的應用

袁金海 賈多英 劉續(xù)漢 楊 平 李 濤 李自峰 馬麗娟 賈曉莉 魯麗莉

（甘肅省臨澤縣種子管理局，張掖 734200）

伴隨育種事業(yè)和經(jīng)濟的發(fā)展，馬鈴薯的種植面積和產(chǎn)量僅次于小麥、水稻和玉米，成為世界第四大糧食作物。甘肅省作為我國馬鈴薯種植大省，對于馬鈴薯品種改良和品種適應性評價變得尤為重要。馬鈴薯屬喜涼作物，對生長環(huán)境條件十分敏感。近年來，伴隨著育種理念和方法的不斷發(fā)展，馬鈴薯新品種不斷出現(xiàn)，如何對這些品種的適應性和穩(wěn)產(chǎn)性進行評價，并對它們進行全方位定位，已成為育種家們最為關注的問題。目前用于區(qū)域試驗分析的方法有很多種，比如SAS、SPSS等軟件，雖然這些軟件可以很好地對區(qū)域試驗進行分析，但是它們與GGE雙標圖相比，其友好性分析較差[1]。嚴威凱[2]在2010年開發(fā)的雙標圖在分析作物的多年多點試驗中，可以很好地解決SAS和SPSS的不足，與此同時GGE雙標圖可以進行品種評價、試驗點評估和生態(tài)區(qū)的劃分，對品種適應性的評估和試驗點的代表性判斷具有十分重要的作用。GGE雙標圖分析利用以環(huán)境中心化后的數(shù)據(jù)[3]，可以直觀地展示各個因素間的交互作用。近年來 GGE 雙標圖在玉米[1]、棉花[4]、燕麥[5]、小麥[6]、大豆[7]等作物上廣泛應用，但在馬鈴薯中卻鮮有報道。因此使用GGE雙標圖對參試的馬鈴薯品種進行分析，不僅可以為甘肅省擴大馬鈴薯的種植區(qū)域和提高馬鈴薯產(chǎn)量提供依據(jù)，而且可以為下一年的區(qū)域試驗提供依據(jù)[8]。本研究使用GGE雙標圖評估了2015-2016年甘肅省10個晚熟馬鈴薯品種在6個區(qū)試點的穩(wěn)定性及豐產(chǎn)性，檢測了6個區(qū)試點的代表性和區(qū)分力，并對區(qū)試點進行了相關性分析[6]，以期為甘肅省馬鈴薯品種選育提供相關的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料 試驗材料為2015-2016年參加甘肅省馬鈴薯區(qū)域試驗的10個晚熟馬鈴薯品種（系），各參試品種（系）及選育單位如表1所示，以隴薯6號為對照1（CK1）、當?shù)卮竺娣e種植的品種新大平為對照 2（CK2）。

表1 參加區(qū)域試驗馬鈴薯品種（系）基本信息

甘肅省馬鈴薯區(qū)域試驗共設6個點，各區(qū)試點及其在甘肅省的地理位置、年降雨量和平均氣溫如表2所示。各區(qū)試點的年降雨量和平均氣溫均有差異。

表2 區(qū)域試驗點的基本信息

1.2 試驗設計 采用隨機區(qū)組設計，3次重復。小區(qū)面積約20m2，長6.7m，寬3.0m。每個小區(qū)種植5行，每行20株，行距60.0cm，株距33.3cm[9]?？挤N依據(jù)國家統(tǒng)一標準進行。

1.3 統(tǒng)計分析 采用SPSS 22.0軟件和GGE-Biplot軟件對試驗數(shù)據(jù)進行分析[9]。

2 結果與分析

2.1 2015 -2016年甘肅省馬鈴薯區(qū)域試驗產(chǎn)量結果 2015-2016年甘肅省馬鈴薯區(qū)域試驗產(chǎn)量情況詳見表3。

表3 2015-2016年甘肅省馬鈴薯區(qū)域試驗平均產(chǎn)量（kg/667m2）

2.2 馬鈴薯品種（系）產(chǎn)量差異顯著性分析 由表4 可以看出，除天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）和L0528-3（G1）較對照隴薯6號（CK1）產(chǎn)量分別增加17.03%、8.22%和0.97%，表現(xiàn)為增產(chǎn)，且天05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）增產(chǎn)顯著外，其余各參試品種（系）產(chǎn)量均低于對照隴薯6號（CK1）。然而，在產(chǎn)量低于對照隴薯6號（CK1）的各參試品種（系）中，L0527-7（G3）、03-5-7（G6）和 0528-30（G7）與當?shù)貙φ掌贩N（CK2）相比較，表現(xiàn)為增產(chǎn)，而L9901-10（G2）和P2（G8）則表現(xiàn)為減產(chǎn)，且差異均達到極顯著水平。因此，綜合分析可知，產(chǎn)量顯著低于對照隴薯6號（CK1）的各參試品種（系）不再入選下年的區(qū)域試驗而被淘汰。

表4 品種（系）產(chǎn)量差異性顯著分析表（2015-2016年）

2.3 馬鈴薯品種穩(wěn)產(chǎn)性差異分析 由表5可以看出，天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）、L0528-3（G1）豐產(chǎn)性效應值高于對照隴薯6號（CK1），豐產(chǎn)性較好。03-5-7（G6）穩(wěn)產(chǎn)性最好，其次是天06-3-4（G5）、隴薯 6 號（G9）和 L0528-3（G1），但 03-5-7（G6）豐產(chǎn)性較差。就豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性而言，表現(xiàn)較好的品種（系）為天 06-3-4（G5）、天 05-7-5（G4）和 L0528-3（G1）；表現(xiàn)較差的品種（系）為 P2（G8）、L9901-10（G2）。

表5 品種（系）豐產(chǎn)性及其穩(wěn)定性分析表（2015-2016年）

2.4 馬鈴薯區(qū)域試驗試驗點的相關性分析 試驗點的相關性分析可以用于對重復試驗點的淘汰和選擇，因此可以減少育種工作者對時間和財力的浪費。由圖1可知，天水（E2）和靜寧（E6）的相關性最為明顯，其次是臨夏（E3）和宕昌（E5）的相關性較為明顯，因此在下一年的區(qū)域試驗中可以選擇它們其中的2個點作為下一年的試驗點。

圖1 基于GGE對區(qū)域試驗試驗點相關性的分析

2.5 馬鈴薯區(qū)域試驗品種（系）的適應性分析 使用多邊形法，把雙標圖中離原點最遠品種的點用直線兩兩連接起來，形成一個多邊形，可以把所有的品種都包含在內(nèi)，過原點向各邊做垂線，可以把整個雙標圖劃分為若干個扇形區(qū)域，在每一個區(qū)域里位于區(qū)域頂端的為表現(xiàn)最好的品種。

由圖2可以看出，被分成了4個扇形區(qū)域，6個試驗點分在2個扇形區(qū)域，其中E2、E3、E4、E6為第1組，G4、G5和G7在第1組表現(xiàn)較好，并且G4和G5為本組的最佳品種（系）；E1和E5為第2組，G3、G9（CK1）和G1在第2組表現(xiàn)較好，并且G3是本組的最佳品種（系）。與此同時可以看出G4和G5的適應性要強于G3。

圖2 基于GGE對區(qū)域試驗中馬鈴薯品種（系）適應性分析

2.6 馬鈴薯區(qū)域試驗品種（系）穩(wěn)產(chǎn)性與豐產(chǎn)性分析 通過GGE可以很好地對品種（系）的穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性進行解釋，在GGE雙標圖中，圓點代表的是“平均環(huán)境”，帶單向箭頭的直線為平均環(huán)境軸，沿著平均環(huán)境軸方向豐產(chǎn)性越來越強。與平均環(huán)境軸垂直并通過原點的、帶有雙箭頭的直線代表各品種穩(wěn)定性的大小，線段長度越短，穩(wěn)定性越強，反之則穩(wěn)定性越差，但穩(wěn)定性差的品種適應性卻強[10]。位于雙向箭頭線右側(cè)的品種比對照高產(chǎn)，而位于左側(cè)的則和對照相比較為低產(chǎn)。從圖3可以看出：就豐產(chǎn)性而言，G4和G5表現(xiàn)最好，其次是G9、G3、G1，表現(xiàn)最差的為G6和G8；就穩(wěn)定性大小而言，G6的穩(wěn)定性最好，但其增產(chǎn)性差，其次是當?shù)仄贩NG10（CK2）、G7，G3的穩(wěn)定性最差。

圖3 基于GGE對區(qū)域試驗中馬鈴薯品種（系）穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性分析

2.7 馬鈴薯區(qū)域試驗試驗點的區(qū)分力和代表性分析 試驗點的選育是育種工作成敗的關鍵因素[11]，理想的試驗點的選擇應具備以下2個條件：一是試驗點對參試品種要有較強的區(qū)分能力；二是試驗點對目標生態(tài)區(qū)要有較強的代表性。對于各試驗點向量的長度是其區(qū)分力優(yōu)劣的度量，向量長度越長，區(qū)分力越好，反之，則區(qū)分力越差。而試驗點與平均環(huán)境向量的夾角是試驗點代表性強弱的度量，角度越小，代表性越強，角度越大，代表性越弱。一個試驗點與平均環(huán)境向量的夾角是鈍角，則它不適合作為試驗點，在本次區(qū)域試驗中沒有這樣的點。

圖4中圓點代表平均環(huán)境，其中E1和E4的區(qū)分力最好，其次是E2和E3，E5和E6的最差。就代表性而言，E3的代表性最好，其次是E6、E2、E5，E1和E4的代表性最差。綜上所述E2和E3為最理想的試驗點。

圖4 基于GGE對區(qū)域試驗試驗點區(qū)分力和代表性的分析

3 結論與討論

在本次試驗中，利用GGE雙標圖以及結合顯著性分析對甘肅省2015-2016年馬鈴薯區(qū)域試驗的產(chǎn)量數(shù)據(jù)進行了綜合分析，從10個晚熟的馬鈴薯品種（系）中篩選出了豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性好以及適應性廣的品種（系）。從6個區(qū)試點中選出了區(qū)分力和代表性高的區(qū)試點。結果表明，豐產(chǎn)性高低依次為天05-7-5＞天06-3-4＞隴薯6號＞L0527-7＞L0528-3＞0528-30＞當?shù)仄贩N＞L9901-10＞03-5-7＞P2，穩(wěn)定性高低依次為03-5-7＞當?shù)仄贩N＞L0528-3＞0528-30＞隴薯6號＞L9901-10＞P2＞天05-7-5＞天06-3-4＞L0527-7，利用GGE分析的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性結果與豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性參數(shù)分析評價的結果基本一致。天06-3-4和天05-7-5在天水、臨夏、安定和靜寧地區(qū)適應性最好，其次是0528-30；L0527-7在會川和宕昌兩地區(qū)適應性最好，其次是L0528-3和隴薯6號，L9901-10、03-5-7、P2和當?shù)仄贩N的適應性較差。從試驗點的區(qū)分力和代表性大小分析可知，天水和臨夏兩地區(qū)分力和代表性均表現(xiàn)較好，但天水區(qū)分力表現(xiàn)最為突出，靜寧代表性最好。因此，通過GGE分析可以選擇出既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)的馬鈴薯品種（系）L0528-3、天05-7-5和天06-3-4，可以在下一年的區(qū)域試驗中進行種植，完成后續(xù)的育種工作。

農(nóng)作物品種區(qū)域試驗一般采用多年多點試驗，試驗結果受多因素影響，比如環(huán)境、品種、環(huán)境與品種的互作效應，應當充分分析試驗結果，對參加區(qū)域試驗的品種作出科學而準確的評價。GGE雙標圖相比于其他傳統(tǒng)的分析方法具有“一圖勝千言”[2]的功效，GGE雙標圖一方面為品種的適應性、穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性的篩選提供了依據(jù)，另一方面也為試驗點的代表性與區(qū)分力的篩選提供了依據(jù)[7]。試驗點的選擇是育種工作成敗的關鍵因素，試驗點應當具備高的區(qū)分力和代表性，才能用于選擇既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)的品種[12]。GGE雙標圖相比于AMMI模型可以更加友好的解釋基因和基因型×環(huán)境互作效應（GGE）。通過GGE雙標圖的使用不僅可以為品種的選育和試驗點的選擇提供依據(jù)，而且還能為育種家選育既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)的品種提供依據(jù)。