基于AMMI模型的玉米品種穩(wěn)產(chǎn)性評價分析

謝文錦 李 寧 楊海龍 付 俊 李方明 張中偉 高旭東 豐 光

（丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院 遼寧鳳城 118109）

區(qū)域試驗是對試驗品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和生態(tài)適應(yīng)性的分析評價手段。一個優(yōu)良的玉米新品種不但要求高產(chǎn)，還要對其栽培環(huán)境條件有較好的適應(yīng)性，并且能夠在不同的生態(tài)區(qū)域、不同的生產(chǎn)年份均可以保持高產(chǎn)的穩(wěn)定性能[1-2]。玉米的產(chǎn)量受其基因效應(yīng)、生長的生態(tài)環(huán)境及環(huán)境與基因的互作效應(yīng)多重影響。通過單純的平均產(chǎn)量分析比較及方差分析僅考慮了其基因效應(yīng)和環(huán)境的影響，并沒有考慮基因與環(huán)境（G×E）的互作效應(yīng)，由此所得出的結(jié)果往往比較片面?；貧w方法在產(chǎn)量穩(wěn)定性分析上應(yīng)用較多，但由于其自變量環(huán)境指數(shù)和因變量各品種均值之間并不獨立，違背了回歸分析的假定，且較多情況下可由回歸分析解釋的環(huán)境與品種互作效應(yīng)的份額較少，由此分析G×E的互作并不可靠。主效可加互作可乘模型（AMMI模型）不僅能分析交互作用的顯著性，還能估計出交互作用的特點及形態(tài)，同時輔以雙標圖和穩(wěn)定性參數(shù)D值進行直觀的定量分析[3-5]。筆者利用AMMI模型對2020年遼寧省中熟玉米區(qū)域試驗數(shù)據(jù)進行分析，以期能夠全面有效地評價各個品種的產(chǎn)量穩(wěn)定性與試驗點的鑒別能力。

1 材料與方法

1.1 試驗材料及設(shè)置

試驗對2020年遼寧省玉米中熟區(qū)域試驗參試品種的產(chǎn)量匯總數(shù)據(jù)進行分析，參試品種分別為遼盛禾198（g1）、S198（g2）、九玉禾582（g3）、河泉42（g4）、S919（g5）、鐵3109（g6）、TF1901（g7）、沅錫101（g8）、鐵研3103（g9）、LB801（g10）、ZT1601（g11）、新丹233（g12）、沈農(nóng)T120（g13）、XY66（g14）、先玉335（g15）。試點為清原（e1）、新賓（e2）、北票（e3）、鳳城（e4）、阜新（e5）、昌圖（e6）和鐵嶺（e7）。

試驗設(shè)置先玉335（g15）為對照，采用隨機區(qū)組方式排列，設(shè)3次重復(fù)，5行區(qū)，小區(qū)面積20 m2，四周設(shè)置不少于4行的保護行。每次重復(fù)實收中間3行風(fēng)干脫粒，產(chǎn)量按14%水分計算。

1.2 統(tǒng)計方法

AMMI乘積模型分析參照張澤等[7]的方法進行。利用DPS 7.5軟件進行AMMI模型的計算與作圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 玉米品種方差分析、回歸分析及AMMI模型分析

從表1可以看出，各參試品種間的平方和占總平方和的4.25%，在0.01水平上極顯著；7個試點間的平方和占總平方和的86.89%，達到了極顯著水平；而二者交互作用的平方和占總平方和的8.87%，在0.05和0.01水平上均不顯著。 聯(lián)合回歸、基因回歸和環(huán)境回歸共同解釋了交互作用的27.27%。說明單靠線性回歸分析不能全面地分析該區(qū)試效果，因此需要進一步作AMMI模型分析。

表1 區(qū)域試驗產(chǎn)量線性回歸結(jié)果分析

從表2可以看出，玉米品種的基因型、環(huán)境型及基因型與環(huán)境型的交互作用方差均達到極顯著水平。環(huán)境即各試驗點間的變異平方和（SS）占整個處理平方和的86.90%，基因型即玉米試驗品種變異平方和僅占4.25%，而品種和試驗地點的交互作用的變異平方和占到8.87%。由此說明各試驗點間的變異起主導(dǎo)作用，而基因與環(huán)境交互作用的變異明顯大于品種間的變異。利用AMMI模型對交互作用進行分解，第一、第二、第三交互作用乘積項的IPCA1、IPCA2、IPCA3的P值遠小于0.01，達到極顯著水平。IPCA1、IPCA2、IPCA3占總交互作用平方和的百分比分別為41.78%、28.19%、19.06%，占總交互作用（G×E）的89.03%，而誤差僅占10.97%。說明AMMI模型可以較全面透徹地分析各玉米品種和試點互作效應(yīng)。

表2 區(qū)域試驗AMMI模型結(jié)果分析

2.2 AMMI模型下的品種產(chǎn)量穩(wěn)定性分析

以參試品種的平均產(chǎn)量作為橫坐標（x軸），IPCA1的值作為縱坐標（y軸），得到IPCA1與平均產(chǎn)量的雙標圖1，在橫坐標方向上反映的是品種平均產(chǎn)量的高低，離原點越遠品種平均產(chǎn)量越高，豐產(chǎn)性越好；在縱坐標方向上則反映的是基因與環(huán)境（G×E）互作效應(yīng)的大小，品種越靠近0值線，其產(chǎn)量穩(wěn)定性越好，反之其穩(wěn)產(chǎn)性越差，對環(huán)境反應(yīng)越敏感。

從圖1可以看出，在反映品種產(chǎn)量高低的橫坐標方向上，試驗點分布的范圍比品種更為分散，由此可見試驗點間產(chǎn)量變異大于品種間變異。品種g11、g10、g7、g6產(chǎn)量穩(wěn)定性最好，其次是g1、g12、g13，品種g14產(chǎn)量穩(wěn)定性最差。結(jié)合產(chǎn)量因素來看，g11、g1、g6、g7屬于豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種；g2、g9產(chǎn)量較高、穩(wěn)產(chǎn)性居中，是豐產(chǎn)性較高、穩(wěn)定性一般的品種。品種與試點在坐標軸同一側(cè)的表示該試驗點對該品種有正向的影響。由此可以看出，試點e7、e3和e4對品種g4、g6、g9、g10、g13、g14有正向的影響，而其余的4個試點則對其余9個品種有正向的影響。

圖1 AMMI模型品種平均產(chǎn)量和IPCA1雙標分析

由于在本研究中IPCA1只占互作效應(yīng)的41.78%，因此以品種的IPCA1和IPCA2做雙標圖（圖2），以此來解釋互作效應(yīng)的69.97%，其結(jié)果更為可靠。圖2中品種試點與原點的連線反映其交互作用的大小，品種離原點距離越近，其穩(wěn)定性越好。從圖2可以看出，品種g13、g11、g12、g15、g9、g5最穩(wěn)定，而g14、g6、g3對試點反應(yīng)較為敏感。

圖2 AMMI模型IPCA1和IPCA2雙標分析

2.3 AMMI模型的穩(wěn)定性參數(shù)D值分析

AMMI模型中的穩(wěn)定性參數(shù)D值,是全面利用顯著或極顯著乘積項信息的定量判別品種和地點穩(wěn)定性的重要指標[7]。由于IPCA3的值表現(xiàn)在0.01水平上極顯著，應(yīng)綜合考慮IPCA1、IPCA2和IPCA3這3個主成分特征值，以便更精確更全面地評價玉米品種的產(chǎn)量穩(wěn)定性和各試驗點的鑒別力，依據(jù)張澤等[7]提出的方法計算穩(wěn)定性參數(shù)列于表3。品種穩(wěn)定性參數(shù)Dg值越小，其穩(wěn)定性越好，試點穩(wěn)定性參數(shù)De值越大，其鑒別能力越高。品種g10、g15、g7和g5穩(wěn)定性參數(shù)小、穩(wěn)定性好。g14、g3和g6穩(wěn)定性較差，其余品種居中。綜合考慮產(chǎn)量和穩(wěn)定性參數(shù)，品種g7是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性品種，g2則是豐產(chǎn)性穩(wěn)定性較好的品種，g11和g1產(chǎn)量離差較大，其豐產(chǎn)性較好、穩(wěn)產(chǎn)性居中，在其適宜生態(tài)區(qū)會有較好的產(chǎn)量表現(xiàn)，g15和g12穩(wěn)產(chǎn)性較好、豐產(chǎn)性較差，其在不同試驗點產(chǎn)量表現(xiàn)差異不大。而g4和g14屬于豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性均較差的品種。

表3 品種產(chǎn)量、主成分值和穩(wěn)定性參數(shù)

2.4 品種豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性評價

將品種平均產(chǎn)量與圖1、圖2分析結(jié)果和穩(wěn)定性參數(shù)D值分析結(jié)果列于表4，綜合評價玉米品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性。從表4可以看出，品種g1、g7和g11豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均表現(xiàn)優(yōu)良；g2、g6、g8和g9在豐產(chǎn)性上有優(yōu)異的表現(xiàn)，但其穩(wěn)產(chǎn)性較差；g5、g10、g12、g13和g15的穩(wěn)產(chǎn)性雖然較高，但其豐產(chǎn)性較差。g3、g4和g14豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)均較差。

表4 品種豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性綜合分析

3 討論

用品種均產(chǎn)比對照品種增產(chǎn)的百分比來描述其高產(chǎn)豐產(chǎn)性能，用標準差和變異系數(shù)（CV）的大小描述其品種穩(wěn)產(chǎn)性的方法并不全面。筆者通過AMMI模型分析，可以全面有效地評估玉米品種與環(huán)境之間的互作效應(yīng)。從而可以更全面地評價每一個品種產(chǎn)量的穩(wěn)定性，為遼寧省的玉米推廣種植提供參考。AMMI模型分析可知影響產(chǎn)量水平的因素［基因（G）、環(huán)境（E）和基因與環(huán)境的互作效應(yīng)］均達到了極顯著水平，并且影響環(huán)境＞基因與環(huán)境互作＞基因，這表明在對玉米品種進行大面積推廣種植之前，既要考慮適宜的環(huán)境因素，又要選擇適宜的種植品種，兼顧考慮基因與環(huán)境的互作效應(yīng)。利用AMMI模型對2020年遼寧省中熟區(qū)試品種分析表明，g7（TF1901）、g11（ZT1601）和g1（遼盛禾198）是豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性均有優(yōu)異表現(xiàn)的品種，其適宜在遼寧省大部分生態(tài)區(qū)繁殖推廣。g2（S918）、g6（鐵3109）、g8（沅錫101）和g9（鐵研3103）平均產(chǎn)量較高，具有較好的豐產(chǎn)性，但其產(chǎn)量穩(wěn)定性表現(xiàn)一般，說明這些品種在其適宜的生態(tài)種植區(qū)推廣可以有較好的豐產(chǎn)性，其品種生態(tài)適應(yīng)性一般。