基于R 語言GGE 雙標(biāo)圖的遼寧地區(qū)薄皮甜瓜品種2 年區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量分析

李 寧

（丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院 遼寧鳳城 118109）

農(nóng)作物高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是重要的產(chǎn)量育種目標(biāo)，但由于農(nóng)作物的產(chǎn)量性狀受到基因效應(yīng)、環(huán)境因素、基因與環(huán)境互作效應(yīng)的共同影響，導(dǎo)致相同的品種在不同的種植環(huán)境中、不同的年際間產(chǎn)量均表現(xiàn)出一定的差異。因此，客觀、準(zhǔn)確地把握與評價(jià)作物基因與環(huán)境的互作模式，是作物區(qū)域試驗(yàn)分析的核心任務(wù)[1]。作物的基因與環(huán)境相互作用（即產(chǎn)量的穩(wěn)定性）分析一直是國內(nèi)外學(xué)者研究的重點(diǎn)，曾先后提出了多種多樣的分析方法[1-6]。其中GGE（基因與基因-環(huán)境互作）雙標(biāo)圖法是由嚴(yán)威凱等[1]提出、用于分析基因和基因與環(huán)境互作的方法，此方法同時(shí)考慮基因型（G）、基因與環(huán)境互作（G×E），可以更直觀準(zhǔn)確地用于品種豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性、區(qū)域適應(yīng)性及試驗(yàn)地點(diǎn)鑒別力的綜合分析評價(jià)[2]。近年來，GGE 雙標(biāo)圖被科研工作者廣泛地用于多種作物的區(qū)域試驗(yàn)資料分析，為農(nóng)作物新品種在不同生態(tài)種植區(qū)域的適應(yīng)性評價(jià)提供了新方法[7-13]，克服了傳統(tǒng)的分析方法難以全面準(zhǔn)確地對品種和試點(diǎn)種植環(huán)境進(jìn)行綜合評價(jià)的缺點(diǎn)。甜瓜作為深受廣大消費(fèi)者喜愛的高產(chǎn)值經(jīng)濟(jì)作物之一，高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、高效是適宜推廣甜瓜品種的必備特征。為適應(yīng)市場及生產(chǎn)需要，科學(xué)準(zhǔn)確地對甜瓜新品種的綜合生產(chǎn)力和區(qū)域適應(yīng)性進(jìn)行評價(jià)，對參試品種的推廣及保持區(qū)域試驗(yàn)的穩(wěn)定性具有重要的意義。

筆者采用R 語言GGE 雙標(biāo)圖的方法，對遼寧地區(qū)2020—2021 年的甜瓜新品種多點(diǎn)區(qū)域試驗(yàn)的結(jié)果進(jìn)行分析。利用GGE 雙標(biāo)圖對參試品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、試驗(yàn)環(huán)境的鑒別能力進(jìn)行分析探討，結(jié)合分析參試甜瓜品種的品質(zhì)與抗病性結(jié)果，為優(yōu)良甜瓜新品種的篩選與推廣以及種植區(qū)域的確定奠定基礎(chǔ)，也為甜瓜品種區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的設(shè)置提供理論參考。

1 材料與分析

1.1 材料

參試品種為7 個(gè)，彩虹7 號為對照品種，參試品種詳情見表1。

表1 參試品種名稱及編號

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2020-2021 年在遼寧省進(jìn)行甜瓜品種區(qū)域試驗(yàn)，設(shè)置5 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，包括丹東市、阜新市、盤錦市、遼陽市、沈陽市。試驗(yàn)采用統(tǒng)一方案，在春大棚中進(jìn)行，隨機(jī)區(qū)組排列，設(shè)置3 次重復(fù)，小區(qū)面積不少于6 m2，株距40 cm，行距65 cm，折合667 m2保苗2564 株。采用地爬式栽培。主蔓4 片真葉時(shí)掐尖，選留3 條健壯子蔓，每株預(yù)計(jì)留瓜3 個(gè)。全區(qū)測產(chǎn)后折算為標(biāo)準(zhǔn)面積產(chǎn)量。試驗(yàn)地通風(fēng)透光性好、無遮陰、地勢平整、排灌方便、前茬一致、肥力均勻、中等。試驗(yàn)地四周設(shè)保護(hù)行。根據(jù)當(dāng)?shù)貙?shí)際情況及時(shí)育苗、定植，確保全苗。管理水平與當(dāng)?shù)刂械壬a(chǎn)水平相當(dāng)，及時(shí)中耕、施肥、排灌、治蟲。

利用手持式糖度計(jì)測量甜瓜的可溶性固形物含量（%）。霉霜病和白粉病的鑒定參考楊柳燕等[14]、呂淑珍等[15]、馬鴻艷[16]的刷葉法。參照馬鴻艷[16]和賀玉花[17]的病級分類方法把病情分6 級。病情指數(shù)的計(jì)算公式為：病情指數(shù)（DI）=∑（病級×該病級株數(shù)）/（最高級代表值×調(diào)查總株數(shù)）×100?？垢谐潭葹槊庖撸↖M）：DI=0；高抗（HR）：0.01＜DI＜11.11；中 抗（MR）：11.11＜DI＜22.22；抗 ?。≧）：22.22＜DI＜33.33；感?。⊿）：33.33＜DI＜55.55；中感（MS）：55.55＜DI＜77.77；高 感（HS）：77.77＜DI＜100[14-16]。

1.3 分析方法

筆者采用R 語言GGE BIPlotGUI 程序包進(jìn)行參試品種產(chǎn)量的GGE 雙標(biāo)圖構(gòu)建，利用“豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖分析參試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，利用“理想品種排序”功能圖篩選潛在的優(yōu)良品種，利用“哪個(gè)贏在哪里”功能圖進(jìn)行參試品種適應(yīng)性鑒定，利用“區(qū)分力與代表力”功能圖分析試點(diǎn)的鑒別力[1]。應(yīng)用DPS 7.05 軟件對甜瓜多點(diǎn)產(chǎn)量進(jìn)行聯(lián)合方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 甜瓜品種多點(diǎn)產(chǎn)量比較分析

由表2 可知，2020 年7 個(gè)甜瓜品種在5 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的產(chǎn)量變幅為28.946～41.504 t·hm-2。T5 平均產(chǎn)量最高，T7 平均產(chǎn)量最低。不同試點(diǎn)間平均產(chǎn)量比較，丹東平均產(chǎn)量最高，達(dá)37.987 t·hm-2，阜新試點(diǎn)平均產(chǎn)量最低，達(dá)30.816 t·hm-2。

表2 2020 年參試品種與試點(diǎn)平均產(chǎn)量與位次 （t·hm-2）

由表3 可知，2021 年甜瓜品種多點(diǎn)產(chǎn)量變幅為28.946～45.012 t·hm-2。T5 平均產(chǎn)量最高，T7 產(chǎn)量最低。不同試點(diǎn)的甜瓜平均產(chǎn)量表現(xiàn)不同，丹東試點(diǎn)平均產(chǎn)量最高，為38.578 t·hm-2，阜新試點(diǎn)平均產(chǎn)量最低，為32.193 t·hm-2。

表3 2021 年參試品種與試點(diǎn)平均產(chǎn)量與位次 （t·hm-2）

2.2 甜瓜品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性

GGE 雙標(biāo)圖中的“豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖可以用于解釋分析參試品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性。由圖1可知，2020 年豐產(chǎn)性最好的品種是T5，其次是T6、T4 和T2，T3 豐產(chǎn)性接近平均水平，豐產(chǎn)性最低是T7；穩(wěn)產(chǎn)性最好的是T6，其次是T5 和T7，穩(wěn)產(chǎn)性最差的是T1。2021 年豐產(chǎn)性最好的是T5，其次是T6、T1 和T2，T2 最接近產(chǎn)量平均水平；穩(wěn)產(chǎn)性最好的是T5，其次是T6 和T1。綜合2 年參試品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性看，T6 和T5 是豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性兼優(yōu)的甜瓜品種。

圖1 甜瓜品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性雙標(biāo)圖

2.3 甜瓜品種區(qū)域適應(yīng)性

“哪個(gè)贏在哪里”功能圖（圖2）解釋了參試品種的生態(tài)區(qū)域適應(yīng)性。2020 年5 個(gè)試點(diǎn)被分在2 個(gè)扇區(qū)，丹東為1 個(gè)扇區(qū)，T3 和T4 是產(chǎn)量表現(xiàn)“最優(yōu)品種”，其余4 個(gè)試點(diǎn)在1 個(gè)扇區(qū)，T5 和T6 是最優(yōu)品種。2021 年5 個(gè)試點(diǎn)被分在3 個(gè)扇區(qū)，丹東為1 個(gè)扇區(qū)，

圖2 甜瓜品種區(qū)域適應(yīng)性雙標(biāo)圖

T6 是產(chǎn)量表現(xiàn)最優(yōu)品種，阜新、沈陽和盤錦為1個(gè)扇區(qū)，T5 為最優(yōu)品種，遼陽為1 個(gè)扇區(qū)，但此扇區(qū)內(nèi)沒有適應(yīng)該區(qū)的最優(yōu)品種，說明參試品種在該試點(diǎn)表現(xiàn)均不是最好。沒有落入試點(diǎn)扇區(qū)的品種在所有試點(diǎn)表現(xiàn)均一般。

2.4 甜瓜品種綜合排序

由“理想品種”排序圖（圖3）可以看出，2020 年理想品種排序：T5＞T6＞T4＞T2＞T3＞T1＞T7；2021 年理想品種排序?yàn)椋篢5＞T6＞T1＞T2＞T3＞T4＞T7。2 年的甜瓜理想品種排序結(jié)果中，T5 均是處于同心圓內(nèi)，且距離圓心最近，表明其與理想品種接近程度最高，表現(xiàn)最為突出，是同時(shí)具備較高豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性的優(yōu)良品種，其次為T6，也是豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性較好的品種。

圖3 甜瓜品種理想品種排序雙標(biāo)圖

2.5 試點(diǎn)區(qū)分力與代表性

由圖4 可知，2020 年，區(qū)分能力最大的是丹東試點(diǎn)，代表性最強(qiáng)的是阜新試點(diǎn)，阜新與盤錦，沈陽與遼陽較為相似，遼陽與丹東相似性最低。2021 年區(qū)分力最大是丹東試點(diǎn)，最具目標(biāo)生態(tài)代表性的是沈陽試點(diǎn)，遼陽與盤錦試點(diǎn)相似性較高，丹東與遼陽試點(diǎn)相似性最低。

圖4 試點(diǎn)的“區(qū)分力與代表性”雙標(biāo)圖

2.6 2年產(chǎn)量數(shù)據(jù)雙標(biāo)圖

將7 個(gè)參試品種5 個(gè)重復(fù)性環(huán)境進(jìn)行年際間GGE 雙標(biāo)圖分析。由圖5 可見，T5 和T6 在2 年區(qū)試試驗(yàn)中在大多數(shù)環(huán)境表現(xiàn)高產(chǎn)。T7 和T4 在2年間5 個(gè)種植環(huán)境中產(chǎn)量表現(xiàn)一般。由區(qū)分力與代表性分析可知，丹東、阜新和沈陽年際間環(huán)境向量夾角較小，說明其年際間重復(fù)性強(qiáng)。

圖5 2 年產(chǎn)量數(shù)據(jù)GGE 雙標(biāo)圖

2.7 參試甜瓜品質(zhì)、抗病性分析

將7 個(gè)參試甜瓜品種的主要性狀列于表4。由表4 可知，7 個(gè)試驗(yàn)品種中，T1、T2、T3、T4、T5 均抗霜霉?。籘6、T7 為感霜霉病。所有品種均抗白粉病。T2 和T3 是屬于單果質(zhì)量較小，口感較軟，可溶性固形物含量較高，產(chǎn)量偏低的品種。T1、T4、T5、T6 均屬于果肉口感適中，甜度適中的品種，其中T5 和T6 產(chǎn)量高，單果質(zhì)量較大，含糖量較高。

表4 參試品種主要性狀和抗病力分析

3 討論與結(jié)論

筆者應(yīng)用R 語言GGE 雙標(biāo)圖法對遼寧省2 年甜瓜區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，GGE雙標(biāo)圖不僅可以綜合評價(jià)甜瓜品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，還可以確定不同甜瓜品種的生態(tài)區(qū)域適應(yīng)性，同時(shí)可以對試驗(yàn)環(huán)境進(jìn)行相似性檢驗(yàn)和同質(zhì)性劃分，并對試點(diǎn)環(huán)境的區(qū)分力和代表性進(jìn)行綜合評價(jià)，其雙標(biāo)圖表現(xiàn)形式更為簡單、直觀。與傳統(tǒng)方法相比可更準(zhǔn)確定位不同甜瓜品種的生態(tài)區(qū)域適應(yīng)性，提高了品種間選擇的準(zhǔn)確度、提高推廣效率、縮短育種年限。

筆者對中甜瓜品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性研究表明，2020 年和2021 年甜瓜區(qū)域試驗(yàn)中，堪甜98 是豐產(chǎn)性最好的品種，堪甜98 與理想品種最為接近，其次是金鳳凰9 號，豐產(chǎn)性居于第2 位。綜合來看，堪甜98 和金鳳凰9 號具有較好的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、抗病性和優(yōu)良的品質(zhì)。甜瓜品種的區(qū)域適應(yīng)性分析表明，2020 年和2021 年5 個(gè)試點(diǎn)環(huán)境分別被劃分為2 個(gè)和3 個(gè)區(qū)域，同一區(qū)域的試點(diǎn)有著相似的生態(tài)環(huán)境，2 年試點(diǎn)環(huán)境中丹東市均獨(dú)自為一生態(tài)亞組，這可能與丹東市位于遼寧省東部特有的小氣候區(qū)，明顯區(qū)別于其余4 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)有關(guān)。綜合2 年甜瓜區(qū)試產(chǎn)量數(shù)據(jù)雙標(biāo)圖結(jié)果表明，堪甜98 和金鳳凰9 號適宜在大部分地區(qū)種植推廣。2021 年遼陽、2021 年盤錦和2020 年沈陽試點(diǎn)環(huán)境中表現(xiàn)最好的甜瓜品種是元鴻花蜜脆。綜上，堪甜98 和金鳳凰9號是兼顧豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及廣泛區(qū)域適應(yīng)性，具有較高推廣價(jià)值的優(yōu)良的甜瓜品種。

理想的試點(diǎn)種植環(huán)境應(yīng)同時(shí)具備較強(qiáng)的區(qū)分力（環(huán)境向量線段長度）和代表性（與平均環(huán)境軸的夾角），即理想試點(diǎn)應(yīng)兼?zhèn)涮蕴环€(wěn)定品種，篩選優(yōu)良穩(wěn)定品種的能力。筆者的研究結(jié)果表明，2020 年5 個(gè)試點(diǎn)間夾角均小于等于90°，其試點(diǎn)間呈或強(qiáng)或弱的相關(guān)性，代表力最強(qiáng)的試點(diǎn)為阜新試點(diǎn)，但由于其區(qū)分力較弱，不能稱之為理想試點(diǎn)，區(qū)分力最強(qiáng)的試點(diǎn)是丹東試點(diǎn)，但其與平均環(huán)境軸夾角較大，代表性一般，兼?zhèn)鋮^(qū)分力和代表性的是盤錦試點(diǎn)。2021 年5 個(gè)試點(diǎn)中沈陽試點(diǎn)的代表性最強(qiáng)，且區(qū)分力也較強(qiáng)，是較為理想的試驗(yàn)種植環(huán)境，可以用于有效的選擇高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種。丹東試點(diǎn)的區(qū)分力最強(qiáng)代表性最弱，與2020 年結(jié)果相同，因此丹東試點(diǎn)可以用于淘汰不穩(wěn)定品種，但不能篩選優(yōu)良品種。2 年區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量雙標(biāo)圖表明沈陽、阜新和丹東在年際間的重復(fù)性較強(qiáng)。

相同的甜瓜品種在2 年相同試點(diǎn)環(huán)境種植，其試點(diǎn)生態(tài)亞區(qū)的劃分，區(qū)分力及代表性和甜瓜品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和生態(tài)適應(yīng)性均表現(xiàn)出一定差異，說明同一試點(diǎn)年際間環(huán)境氣象因子存在一定差異，其雙標(biāo)圖研究結(jié)果可以有效地反映品種基因型與環(huán)境的共同作用[18]。筆者在研究中，對這2 年的甜瓜區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行雙標(biāo)圖分析，其結(jié)果具有一定的代表性和重演性。

通過2 年的甜瓜產(chǎn)量數(shù)據(jù)雙標(biāo)圖分析表明，2020 年和2021 年5 個(gè)試點(diǎn)分別分為2 個(gè)和3 個(gè)生態(tài)亞區(qū)，其中丹東試點(diǎn)由于位于遼東地區(qū)，與其他4個(gè)試點(diǎn)同質(zhì)性較弱，2 年結(jié)果均單獨(dú)位于1 個(gè)生態(tài)亞區(qū)。2 年甜瓜品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析表明，堪甜98 和金鳳凰9 號是豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性俱佳，具有廣泛的區(qū)域適應(yīng)性品種。試點(diǎn)評價(jià)分析結(jié)果表明，2020 年盤錦試點(diǎn)是較為理想的試驗(yàn)環(huán)境，2021 年沈陽是較為理想的試驗(yàn)環(huán)境，丹東試點(diǎn)是具備較強(qiáng)區(qū)分力而代表性較弱的試驗(yàn)環(huán)境。筆者的研究結(jié)果表明，GGE 雙標(biāo)圖可以直觀地解釋品種是豐產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性能，確定各參試品種的生態(tài)適應(yīng)區(qū)域，并對試點(diǎn)環(huán)境的區(qū)分和代表能力進(jìn)行鑒別分析，其分析結(jié)果對甜瓜品種的推廣和種植提供參考。