基于AMMI模型的遼寧省水稻品種區(qū)域試驗(yàn)穩(wěn)定性及適應(yīng)性分析

姜秀英， 于永梅， 馬作斌， 呂軍， 王麗麗，李躍東， 韓勇, 解文孝

摘? 要：為評(píng)價(jià)遼寧省水稻品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性、適應(yīng)性及不同試驗(yàn)點(diǎn)的區(qū)分力，利用AMMI模型對(duì)2019年遼寧省水稻區(qū)域試驗(yàn)中早熟組參試品種及試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分析。結(jié)果表明：基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作方差均達(dá)到極顯著水平，三者平方和分別占總平方和的17.0%、49.72%、14.19%。AMMI模型中前2個(gè)主成分值達(dá)到極顯著水平，共解釋76.5%的交互作用，能有效地分析基因與環(huán)境互作效應(yīng)。源粳2號(hào)（g4）、美鋒稻245（g2）、富禾稻258（g5）屬高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種，6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，區(qū)分力最強(qiáng)的是開原市示范繁殖農(nóng)場(chǎng)（e1）。

關(guān)鍵詞：AMMI模型；水稻；穩(wěn)定性；適應(yīng)性

中圖分類號(hào)：S511? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1673－6737（２０23）05－００01－０5

Analysis of Stability and Adaptability of Rice Varieties?in Liaoning Yield Test Trial Based on AMMI Model

JIANG Xiu-ying1 ， YU Yong-mei2 ， MA Zuo-bin1 ， LV Jun1 ， WANG Li-li1 ，

LI Yue-dong1 ， HAN Yong1 ， XIE Wen-xiao1*

（1 Liaoning Rice Research Institute，Shenyang 110101， China；

2 Integrated Services Centre for Agriculture of Huanren Manchu Autonomous County，Benxi Liaoning 117200， China）

Abstract： In order to evaluate the stability， high-yielding ability and discrimination of rice varieties in Liaoning Province， the data from 14 rice varieties and 6 test sites in the regional test of rice varieties in Liaoning Province in 2019 were analyzed by AMMI model. The results showed that highly significant variations was observed among environments， GEI（genotype and environment interactions） and genotypes， accounting for17.0%， 49.72% and 14.19% of total variance， respectively. Two principal component in AMMI model could explain 75.6% of the interaction effect， and the interaction effect between genotype and environment could be effectively analyzed. The varieties Yuangeng-2（g4），? Meifengdao-245（g2）， Fuhedao-258（g5） belonged to high and stable yield variety. In terms of discrimination， Kaiyuan Demonstration and Multiplication Farm（e1） showed the strongest discrimination.

Key words： AMMI model; Rice; Stability; Adaptability

水稻是遼寧省第二大糧食作物，在全省糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占有重要地位，篩選適宜遼寧地區(qū)種植的水稻品種意義重大。區(qū)域試驗(yàn)對(duì)品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性、適應(yīng)性、抗逆性等進(jìn)行鑒定，并進(jìn)行品質(zhì)分析、DNA指紋檢測(cè)等，為品種審定和加速良種推廣與合理布局提供依據(jù)?；蛐团c環(huán)境互作對(duì)作物品種的穩(wěn)產(chǎn)性和區(qū)域適應(yīng)性具有關(guān)鍵作用[1]。品種評(píng)價(jià)必須考慮包括產(chǎn)量在內(nèi)的多個(gè)性狀。進(jìn)行多性狀評(píng)價(jià)、選育高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及廣適型品種是育種家需要解決完成的重要課題。

以往對(duì)于區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析大多采用算術(shù)平均數(shù)、方差分析或線性回歸分析等方法，然而這些方法在評(píng)價(jià)基因型與環(huán)境互作時(shí)具有較大的局限性[2]。選取合適的模型對(duì)區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行科學(xué)、合理的分析，對(duì)于作物品種選育具有重要意義[3]。主效可加互作可乘（AMMI）模型通過(guò)結(jié)合方差分析和主成分分析，并且將其量化，最終對(duì)品種穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性、適應(yīng)性等進(jìn)行較準(zhǔn)確評(píng)價(jià)[4]。目前，AMMI模型已廣泛應(yīng)用于玉米、水稻、大豆、花生、小麥等農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)中產(chǎn)量性狀分析，也應(yīng)用于作物品質(zhì)性狀分析及配合力性狀分析[1-9]。

利用AMMI模型對(duì)2019年遼寧省中早熟水稻品種區(qū)域試驗(yàn)參試品種產(chǎn)量進(jìn)行分析，評(píng)價(jià)參試品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性、適應(yīng)性，以期為品種推廣和應(yīng)用以及區(qū)試點(diǎn)的合理布局提供參考。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)材料

研究使用的數(shù)據(jù)選自遼寧省2019年水稻品種區(qū)域試驗(yàn)中早熟組總結(jié)。參試水稻品種14個(gè)，試驗(yàn)以審定品種沈農(nóng)315為對(duì)照（表1）。試驗(yàn)共設(shè)6個(gè)區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)（表2）。各試點(diǎn)統(tǒng)一采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，每小區(qū)6行，小區(qū)面積13.3 m2，行距30.0 cm，穴距13.3 cm，每穴3～4苗。所有試點(diǎn)均嚴(yán)格按照區(qū)域試驗(yàn)方案進(jìn)行設(shè)計(jì)、管理、收獲、考種。

1.2? 數(shù)據(jù)分析

采用EXCEL2010進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，利用DPS18.0數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)進(jìn)行方差分析、AMMI模型分析和Dg（e）穩(wěn)定性分析。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 產(chǎn)量聯(lián)合方差和AMMI模型分析

對(duì)14個(gè)（含對(duì)照）水稻品種的小區(qū)平均產(chǎn)量進(jìn)行方差和AMMI模型分析，結(jié)果表明（表3），基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作方差均達(dá)到極顯著水平，這表明品種、環(huán)境及互作效應(yīng)對(duì)品種產(chǎn)量均具有極顯著影響。其中，環(huán)境平方和占總平方和49.72%，基因型平方和占17.0%，基因與環(huán)境互作平方和占14.19%，說(shuō)明在試驗(yàn)條件下，環(huán)境變異對(duì)產(chǎn)量的影響占主導(dǎo)因素，品種對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)次之，基因型與環(huán)境互作變異對(duì)產(chǎn)量形成貢獻(xiàn)相對(duì)較小?；プ餍?yīng)主成分軸IPCA顯著性測(cè)試結(jié)果表明，有2個(gè)IPCA軸達(dá)到極顯著水平，分別解釋了48.15%、28.35%的互作平方和，共解釋了76.5%的互作平方和，未達(dá)到顯著水平的IPCA軸的變異則合并為殘差。

2.2? 雙標(biāo)圖AMMI模型的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性分析

以平均產(chǎn)量為橫坐標(biāo)，顯著主成分軸IPCA1為縱坐標(biāo)，繪制AMMI1雙標(biāo)圖（IPCA1-產(chǎn)量）。在AMMI1雙標(biāo)圖中，各參試品種的橫坐標(biāo)代表品種和試點(diǎn)的平均產(chǎn)量，縱坐標(biāo)絕對(duì)值反映了其穩(wěn)定性，絕對(duì)值越小，品種越穩(wěn)定，試點(diǎn)區(qū)分力越弱。圖1結(jié)果顯示，試點(diǎn)位置分布比品種分散，說(shuō)明試點(diǎn)的影響大于品種的影響。在水平方向上，平均產(chǎn)量最高的品種為g4，其次是g10、g5、g1、g2、g12等，平均產(chǎn)量最低的為對(duì)照品種g9。在試驗(yàn)點(diǎn)方面，e6試驗(yàn)點(diǎn)平均產(chǎn)量最高，e3 試驗(yàn)點(diǎn)平均產(chǎn)量最低。穩(wěn)定性較好的品種是g4、g2、g9、g14，穩(wěn)定性較差的品種是g1、g10、g13，試點(diǎn)區(qū)分力強(qiáng)弱依次是e1、e2、e5、e4、e6、e3。

考慮到AMMI1雙標(biāo)圖中IPCA1只能解釋48.15%的互作效應(yīng)，由此推斷的品種穩(wěn)定性和試點(diǎn)區(qū)分力還不夠全面，故利用能代表大部分互作變異信息的AMMI2雙標(biāo)圖（IPCA1-IPCA2）對(duì)品種與環(huán)境互作效應(yīng)進(jìn)行分析。AMMI2共解釋了76.5%的互作變異，結(jié)果更具準(zhǔn)確性。在 AMMI2 雙標(biāo)圖中，品種離原點(diǎn)距離越近穩(wěn)定性越好，相反則穩(wěn)定性越差；試點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，其對(duì)品種的區(qū)分力越強(qiáng)，相反則區(qū)分力越弱。圖2結(jié)果顯示，試驗(yàn)中品種g4、g2、g9較穩(wěn)定，品種g1、g10、g8、g11離原點(diǎn)較遠(yuǎn)，產(chǎn)量較不穩(wěn)定。品種與環(huán)境互作較大的試點(diǎn)有e1、e6，表明這兩個(gè)試點(diǎn)對(duì)品種的區(qū)分力較強(qiáng)，互作較小的試點(diǎn)為e5，表明這個(gè)試點(diǎn)的區(qū)分力較差。綜合豐產(chǎn)性考慮，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)的品種是g4、g2、g5，高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)的品種是g1、g10。

2.3? 參試品種及地點(diǎn)穩(wěn)定性分析

品種與環(huán)境互作效應(yīng)值Dg（e）是評(píng)價(jià)基因型或環(huán)境相對(duì)穩(wěn)定性的重要指標(biāo)。依據(jù)AMMI中的穩(wěn)定性參數(shù)定量描述參試品種的穩(wěn)定性和試點(diǎn)的區(qū)分力。品種Dg值越小，品種穩(wěn)定性越好，環(huán)境De值越大，試點(diǎn)對(duì)品種的區(qū)分能力越強(qiáng)。由表4可以看出，參試品種Dg值大小依次為g1、g11、g10、g8、g13、g6、g14、g12、g5、g7、g3、g9、g2、g4，即g4、g2、g9、g3、g7、g5的穩(wěn)定性較好，g1、11穩(wěn)定性較差；各試點(diǎn)的區(qū)分力從大到小順序?yàn)閑1、e6、e4、e2、e3、e5。

3? 結(jié)論與討論

本研究利用AMMI模型對(duì)2019年遼寧省水稻品種中早熟組區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，結(jié)果表明基因型、環(huán)境、基因型與環(huán)境互作方差均達(dá)到極顯著水平，其中環(huán)境變異對(duì)產(chǎn)量的影響占主導(dǎo)因素，基因型對(duì)產(chǎn)量的影響次之，表明選育推廣水稻品種時(shí)應(yīng)該首先考慮環(huán)境因素，同時(shí)選育具有優(yōu)良基因型的品種，考慮基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，確保品種在適宜生態(tài)區(qū)種植。

本研究中基因與環(huán)境互作主成分只有前兩項(xiàng)達(dá)到極顯著水平，所以AMMI雙標(biāo)圖2能夠解釋大部分的變異，AMMI模型與穩(wěn)定性參數(shù)解釋的變異一致，穩(wěn)定性Dg（e）值排序與AMMI2圖基本一致。14個(gè)參試品種中源粳2號(hào)（g4）、美鋒稻245（g2）、沈農(nóng)315（g9）、富禾稻275（g3）、裕粳香4號(hào)（g7）、富禾稻258（g5）穩(wěn)定性較好，美鋒稻217（g1）、馨稻1號(hào)（g10）穩(wěn)定性較差，結(jié)合品種平均產(chǎn)量，源粳2號(hào)（g4）、美鋒稻245（g2）、富禾稻258（g5）屬高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種，對(duì)照品種沈農(nóng)315（g9）屬低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種，美鋒稻217（g1）、馨稻1號(hào)（g10）屬高產(chǎn)不穩(wěn)定型品種。6個(gè)試點(diǎn)中，區(qū)分力最強(qiáng)的試點(diǎn)是開原市示范繁殖農(nóng)場(chǎng)（e1）。

品種區(qū)域試驗(yàn)是主要農(nóng)作物新品種審定的重要環(huán)節(jié)，為新品種推廣應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。姚霞等認(rèn)為利用AMMI雙標(biāo)圖的定性以及Di值的定量，不僅展示了更為詳細(xì)的品種對(duì)地點(diǎn)的適應(yīng)性信息，具體地表述了各參試品種的穩(wěn)定性和適應(yīng)性，還全面地解釋了各性狀基因型與環(huán)境的互作[5]。魯月等研究認(rèn)為AMMI 模型可以充分解析 GEI 效應(yīng)，是評(píng)估品種穩(wěn)產(chǎn)性的好方法。然而，AMMI 模型分析容易忽略穩(wěn)產(chǎn)性較差但具有特殊適應(yīng)性的品種[2]。李天奇等認(rèn)為AMMI雙標(biāo)圖能有效反映品種的豐產(chǎn)性、適應(yīng)性及互作效應(yīng)，但當(dāng)IPCA顯著數(shù)量超過(guò)2個(gè)時(shí)，雙標(biāo)圖就不能有效反映全部變異信息，而穩(wěn)定性參數(shù)Dg（e）考慮了所有顯著的IPCA值，能夠更全面反映品種穩(wěn)定性和地點(diǎn)的區(qū)分力[4]。劉麗華等認(rèn)為AMMI 模型是分析品種的多地點(diǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)十分有效的工具， 但是目前只能對(duì)單個(gè)性狀進(jìn)行分析， 如何對(duì)多個(gè)性狀進(jìn)行綜合分析還有待于進(jìn)一步深入研究。以往多位學(xué)者研究認(rèn)為，AMMI 模型也有需待改進(jìn)的地方，如對(duì)于互作效應(yīng)雙方均賦予相同權(quán)重的主成分特征值 IPCA，應(yīng)該根據(jù)互作雙方對(duì)該性狀的貢獻(xiàn)率賦予相應(yīng)的權(quán)重，以期更好地解釋各種錯(cuò)綜復(fù)雜的互作關(guān)系[10-12]。

綜上所述，多位學(xué)者研究認(rèn)為AMMI模型是評(píng)價(jià)品種穩(wěn)定性的有效工具，在利用AMMI模型時(shí)，結(jié)合AMMI雙標(biāo)圖和穩(wěn)定性參數(shù)進(jìn)行分析效果更好。也有研究認(rèn)為AMMI模型存在一定的局限性，如缺乏對(duì)多性狀的綜合分析，對(duì)主成分特征值IPCA賦予的權(quán)重也需要改進(jìn)等。在實(shí)際生產(chǎn)中，應(yīng)當(dāng)將AMMI模型作為一種參考，結(jié)合多年多點(diǎn)的綜合表現(xiàn)評(píng)價(jià)優(yōu)異品種及選擇試點(diǎn)。本研究對(duì)客觀鑒定、評(píng)價(jià)不同水稻品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，對(duì)水稻品種推廣應(yīng)用和合理區(qū)域布局具有重要的參考意義。

參考文獻(xiàn)：

［1］ 陳朝陽(yáng)，魏建偉，陳淑萍，等.黃淮海夏玉米品種籽粒產(chǎn)量基因型與環(huán)境互作分析［J］.分子植物育種，2019， 17（8）：2 749-2 760.

［2］ 陳志德，仲維功，楊杰，等.水稻品種（系）穩(wěn)定性分析模型的評(píng)價(jià)［J］.江蘇農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2003，19（4）：205-210.

［3］ 魯月，張子惠，陸洲，等.基于AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖對(duì)江蘇省甜玉米區(qū)域試驗(yàn)的分析［J］.分子植物育種，2022，20（20）：6 939-6 946.

［4］ 李天奇，周彥忠，郭玉生，等.基于AMMI模型的河南省小?；ㄉ贩N區(qū)域試驗(yàn)穩(wěn)定性及適應(yīng)性分析［J］.天津農(nóng)業(yè)科學(xué)，2022，28（9）：1-4.

［5］ 姚霞，李偉，顏澤洪，等.AMMI模型在小麥區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量組成性狀分析中的應(yīng)用［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2005，25（6）：111-115.

［6］ 劉博，衛(wèi)玲，樊云茜，等.基于AMMI模型的黃淮海夏大豆國(guó)家區(qū)試產(chǎn)量分析［J］.中國(guó)農(nóng)學(xué)通報(bào)，2015，31（27）：69-74.

［7］ 劉麗華，胡遠(yuǎn)富，陳喬，等.利用AMMI模型分析寒地水稻3個(gè)品質(zhì)性狀的基因型與環(huán)境互作［J］.作物學(xué)報(bào)，2013，39（10）：1 849-1 855.

［8］ 張征鋒，肖本澤.利用AMMI模型分析雜交水稻配合力［J］.植物遺傳資源學(xué)報(bào)2015，16（2）：400-404.

［9］ 李元元，張征鋒，孫遼，等.利用AMMI模型評(píng)價(jià)湖北省水稻區(qū)試品種的適應(yīng)性［J］.湖北農(nóng)業(yè)科學(xué)，2016，55（2）：285-289.

［10］ 常磊，柴守璽.AMMI模型在旱地春小麥穩(wěn)定性分析中的應(yīng)用［J］.生態(tài)學(xué)報(bào)，2006，26（11）：3 677-3 684 .

［11］ 吳為人.對(duì)基于AMMI模型的品種穩(wěn)定性分析方法的一點(diǎn)改進(jìn)［J］.遺傳，2000，22（1）：1-32.

［12］ 胡希遠(yuǎn)，尤海磊，宋喜芳，等.作物品種穩(wěn)定性分析不同模型的比較［J］.麥類作物學(xué)報(bào)，2009，29（1）： 110-117.

（責(zé)任編輯：宋雙）