優(yōu)質(zhì)抗病小麥新品種川麥618產(chǎn)量特性分析

鄭建敏，蒲宗君，呂季娟，羅江陶，鄧清燕，劉培勛，李式昭

（1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所/糧油作物綠色種質(zhì)創(chuàng)新與遺傳改良四川省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部西南地區(qū)小麥生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066；2.四川省種子管理站，成都 610041）

小麥具有耐寒、耐旱、耐瘠、適應(yīng)性強(qiáng)的特點(diǎn)，是應(yīng)對氣候變化、面對自然災(zāi)害威脅具有優(yōu)勢的戰(zhàn)略型作物，也是世界分布最廣的糧食作物[1]。小麥?zhǔn)撬拇ㄊ〉诙罂诩Z作物，播種面積和總產(chǎn)量僅次于水稻[2]。四川小麥屬雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)作物，栽培管理簡便，不僅能夠在溫度較低的冬春季節(jié)里充分利用溫光水及各種地質(zhì)條件進(jìn)行糧食生產(chǎn)，還能與其他作物間套作種植，提高耕地復(fù)種指數(shù)，增加全年糧食總產(chǎn)量，對保障糧食安全具有重要作用[3-4]。

品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的分析方法較多，AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖法被認(rèn)為是較為理想的方法，廣泛應(yīng)用于品種產(chǎn)量特性分析[5-20]。AMMI 模型(additive main effects and multiplicative interaction，加性效應(yīng)和乘積交互作用模型)將方差分析和主成分分析結(jié)合起來，將基因型和環(huán)境互作效應(yīng)分解為基因型分量和環(huán)境分量，且能用雙標(biāo)圖對品種和環(huán)境互作進(jìn)行較可靠的分析，找到穩(wěn)產(chǎn)性較好的品種[6-8,10,12-16]。GGE雙標(biāo)圖(genotype main effects and genotype×environment interaction，基因型主效加基因型-環(huán)境互作效應(yīng)雙標(biāo)圖)同時(shí)考慮了品種主效應(yīng)和品種-環(huán)境互作效應(yīng)，可對品種、試點(diǎn)和劃分生態(tài)區(qū)域進(jìn)行有效評價(jià)，且可用圖形清晰直觀地展示結(jié)果[17-20]。

川麥618（川審麥20220005）是四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所選育的小麥新品種。其選育過程為：以中國科學(xué)院成都生物研究所提供的優(yōu)質(zhì)材料34756為母本，本單位自育品系SW9262為父本配制組合；其后以（34756/SW9262）F1為母本，引進(jìn)抗病材料20828 為父本配置三交組合，采用低代混合選擇和高代系譜選擇法，結(jié)合西昌夏播加代，歷經(jīng)8年10代選育，于2016年穩(wěn)定成系，2017—2019年進(jìn)行產(chǎn)量測評和病害鑒定，2020—2021年參加2年區(qū)試，2022年參加生產(chǎn)試驗(yàn)。省區(qū)試2年15點(diǎn)平均每666.7 m2產(chǎn)量392.57 kg，比對照增產(chǎn)4.19%，15 點(diǎn)中12點(diǎn)增產(chǎn)，增產(chǎn)點(diǎn)占80%；平均生育期176.5 d，株高88.57 cm，有效穗21.7萬穗/666.7 m2，穗粒數(shù)42.17粒，千粒重52.03 g；分蘗力中等，穗粒數(shù)與千粒重協(xié)調(diào)。2020年區(qū)試，由榮縣和井研統(tǒng)一送樣，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部谷物及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測試中心（哈爾濱）品質(zhì)分析結(jié)果為：容重798 g/L，粗蛋白質(zhì)含量13.04%，濕面筋29.2%，降落數(shù)值246 s，形成時(shí)間3 min，穩(wěn)定時(shí)間3.3 min，達(dá)四川省優(yōu)質(zhì)中筋小麥標(biāo)準(zhǔn)。2020—2022年四川省植保所接種抗性鑒定結(jié)果：高抗條銹病、中感白粉病和中感-中抗赤霉病。小麥功能芯片檢測結(jié)果表明，川麥618含有抗條銹病基因Yr26、Yr29、Yr82、Yr78、QYrsn.nwafu-1BL、QYrqin.nwafu-2AL和QYrqin.nwafu-2BL；抗白粉基因Pm12；抗赤霉病QTLQFhb.caas-3BL和QFhb.caas-5AL；抗葉銹病基因Lr46、Lr37和Lr67。廣大用戶對川麥618 的產(chǎn)量特性并不了解，開發(fā)應(yīng)用過程中無法充分發(fā)揮優(yōu)勢和規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。為保障生產(chǎn)安全和促進(jìn)新品種的應(yīng)用，本研究利用AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖法對川麥618 的產(chǎn)量特性進(jìn)行深入剖析，以期能夠?yàn)樾缕贩N推廣和研究提供參考。

1 材料和方法

1.1 材料與數(shù)據(jù)來源

2年區(qū)試：川麥618 于2020年參加四川省小麥第1年區(qū)試，位于第4 組，該組參試品種13 個(gè)，加對照（綿麥367）共計(jì)14個(gè)品種，有效試點(diǎn)8個(gè)，通過試驗(yàn)品種5個(gè)；2021年第2年區(qū)試，這5個(gè)品種均安排在第3 組，對照為綿麥367，有效試點(diǎn)7 個(gè)。利用6個(gè)品種（含對照）7個(gè)試點(diǎn)2年區(qū)試數(shù)據(jù)分析，試點(diǎn)及品種見表1。試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積13.34 m2。田間管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培方式進(jìn)行，治蟲不治病，成熟后及時(shí)收獲。

表2 AMMI模型分析結(jié)果Table 2 Analysis results of AMMI model

生產(chǎn)試驗(yàn)：川麥618于2022年參加四川省生產(chǎn)試驗(yàn)，位于第1組，該組含對照共計(jì)6個(gè)品種。利用生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析，試點(diǎn)及品種見表1。試驗(yàn)采用大區(qū)對比法，無重復(fù)，7個(gè)試點(diǎn)，小區(qū)面積133～200 m2，同組同地塊，對照種居中排列，小區(qū)全收折算產(chǎn)量。田間管理按當(dāng)?shù)馗弋a(chǎn)栽培方式進(jìn)行，治蟲不治病，成熟后及時(shí)收獲。

1.2 分析方法

利用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)（19.50版）[21]和Microsoft Excel 2010 進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，區(qū)域試驗(yàn)采用多年多點(diǎn)AMMI 模型分析；生產(chǎn)試驗(yàn)采用無重復(fù)AMMI 模型和GGE雙標(biāo)圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域試驗(yàn)

2.1.1 AMMI模型分析

由方差分析結(jié)果可知，年份（Y）、品種（V）、試點(diǎn)（E）及相互間交互作用（V×E、V×Y、E×Y、V×E×Y）對產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平，試點(diǎn)間平方和占比最大（52.39%），其次為相互間交互作用（合計(jì)30.04%），品種間平方和占比4.43%，年份間平方和占比4.40%；說明試點(diǎn)間的變異是導(dǎo)致產(chǎn)量變異的主要影響因素，其次是相互間交互作用（其中又以E×Y和V×E交互作用為主）。線性回歸分析結(jié)果表明，聯(lián)合回歸和試點(diǎn)回歸達(dá)極顯著水平，品種回歸未達(dá)顯著水平，三者的平方和占品種與試點(diǎn)（V×E）交互作用的21.74%，即共解釋了品種與試點(diǎn)交互作用的24.61%，殘差則占78.26%，說明區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)的線性回歸的擬合效果較差。AMMI 模型分析結(jié)果，IPCA1、IPCA2、IPCA3 均達(dá)極顯著水平，IPCA4未達(dá)顯著水平，且四者平方和占互作平方和的49.78%，殘差占50.22%，說明AMMI 模型的擬合效果優(yōu)于線性回歸模型。

2.1.2 川麥618豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析

在AMMI 模型分析中，以不同品種和地點(diǎn)的產(chǎn)量為橫軸，IPCA1 值為縱軸作雙標(biāo)圖（圖1）；橫軸上，品種離中心原點(diǎn)越遠(yuǎn)產(chǎn)量越高，縱軸上，品種越靠近橫軸穩(wěn)定性越好。從圖1 可知，產(chǎn)量高低順序?yàn)閂_2>V_1>V_5>V_3>V_4>V_6，參試品種穩(wěn)定性大小表現(xiàn)為V_2>V_5>V_3>V_4>V_1>V_6，結(jié)合產(chǎn)量和穩(wěn)定性，V_2（蜀麥1925）、V_5（川麥804）和V_3（川麥618）的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)較好。

圖1 平均產(chǎn)量與IPCA 1雙標(biāo)圖Figure 1 The biplot of mean yield and IPCA 1

圖1 僅解釋了27.14%的品種與試點(diǎn)的互作效應(yīng)，而IPCA1與IPCA2二者共解釋了40.53%的互作效應(yīng)，所以將ICPA1為橫軸，IPCA2為縱軸作雙標(biāo)圖（圖2），推斷品種穩(wěn)定性結(jié)果更為準(zhǔn)確。圖2中，離原點(diǎn)越近的品種穩(wěn)定性越好，由圖可知，品種穩(wěn)定性順序?yàn)閂_3>V_2>V_4>V_1>V_6>V_5，品種V_3（川麥618）、V_2（蜀麥1925）和V_4（科成麥15 號(hào)）的穩(wěn)定性較好。

圖2 IPCA 1與IPCA 2雙標(biāo)圖Figure 2 The biplot of IPCA1 and IPCA 2

由于IPCA1 與IPCA2 共解釋了40.53%的互作效應(yīng)，還有占交互作用7.52%的IPCA3 和占1.72%的IPCA4，需結(jié)合穩(wěn)定性參數(shù)Dg（e）值來判斷品種的穩(wěn)定性[14]。Dg（e）為品種和試驗(yàn)點(diǎn)的相對穩(wěn)定參數(shù)ICPA 的K 維空間中品種或試驗(yàn)點(diǎn)距離原點(diǎn)的歐式距離，Dg（e）值越小，品種穩(wěn)定性越高。由表3 可知，參試品種的Dg（e）值大小順序?yàn)閂_1>V_6>V_5>V_4>V_3>V_2，則穩(wěn)定性排序?yàn)閂_2>V_3>V_4>V_5>V_6>V_1，V_2（蜀麥1925）、V_3（川麥618）和V_4（科成麥15號(hào)）的穩(wěn)定性較好。

表3 品種在互作主成分軸上的穩(wěn)定性參數(shù)Table 3 Stability parameters of varieties on interaction principal component axis

因此，從2年區(qū)試數(shù)據(jù)AMMI 模型分析結(jié)果和穩(wěn)定性參數(shù)Dg（e）值看，川麥618 的產(chǎn)量處于中等水平，穩(wěn)定性好，綜合豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均表現(xiàn)較好。

2.2 生產(chǎn)試驗(yàn)

2022年7點(diǎn)大區(qū)生產(chǎn)試驗(yàn)平均產(chǎn)量見表4，從表可知，平均產(chǎn)量高低排序?yàn)椋褐锌汽?816>川麥618（優(yōu)質(zhì)）>蜀麥1958>川育42>綿麥367(CK)>西科麥5518，川麥618位列第二，比對照增產(chǎn)3.33%，7個(gè)試點(diǎn)中6 點(diǎn)增產(chǎn)，增產(chǎn)點(diǎn)次率85.71%。比較而言，川麥618的有效穗優(yōu)勢突出，千粒重中等，穗粒數(shù)相對較少。

表4 7點(diǎn)大區(qū)生產(chǎn)試驗(yàn)產(chǎn)量及三要素平均結(jié)果Table 4 Yield and results of three yield factors in 7 sites from production test

2.2.1 AMMI分析排序圖

采用DPS數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中無重復(fù)AMMI模型對生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，獲得AMMI 分析排序圖（圖3），該圖橫軸為品種的平均產(chǎn)量，縱軸為IPCA1。在圖中當(dāng)指定某一品種后，作出通過該點(diǎn)的兩條曲線，通過曲線交點(diǎn)的位置可以分析其品種的特性，即指定品種特性優(yōu)于那些落在它左邊的品種[21]，如圖3可知，品種特性優(yōu)劣順序?yàn)椋褐锌汽?816>川麥618>蜀麥1958>川育42>綿麥367>西科麥5518，與產(chǎn)量高低順序一致。川麥618 位列第二，品種特性較好。

圖3 品種AMMI分析排序圖Figure 3 Results of AMMI analysis arrangement of varieties

2.2.2 GGE圖分析

利用DPS 數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)中GGE_biplot 進(jìn)行分析，得到“高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”具同心圓的GGE雙標(biāo)圖（圖4），以各品種到中心點(diǎn)（又稱理想品種，是產(chǎn)量平均值和環(huán)境平均值同等權(quán)重時(shí)的綜合指標(biāo)）的距離來判斷品種優(yōu)劣，距離越小越好[21]。從圖4可知，中科麥1816 最接近中心點(diǎn)，其次是蜀麥1958；川麥618 位列第3，處于中上水平，豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性具有比較優(yōu)勢。

圖4 “高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能具同心圓的GGE雙標(biāo)圖Figure 4 GGE biplot with concentric circles 'high yield and stable yield' function

3 討論

農(nóng)作物產(chǎn)量表現(xiàn)受品種、環(huán)境（非生物與生物環(huán)境）、栽培管理等多因素影響[22-31]，給生產(chǎn)安全造成威脅。農(nóng)作物區(qū)域試驗(yàn)與生產(chǎn)試驗(yàn)是評價(jià)品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性切實(shí)可行的方法，為鑒定優(yōu)良品種、降低風(fēng)險(xiǎn)、保障生產(chǎn)安全做出巨大貢獻(xiàn)，是品種進(jìn)入市場流通前的重要流程[6,12,15,17-20,32]。通過對區(qū)域試驗(yàn)與生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析，可以獲得關(guān)于品種特性、環(huán)境效應(yīng)及品種與環(huán)境互作效應(yīng)等大量信息，為用戶根據(jù)需求選擇品種及種植生產(chǎn)提供依據(jù)。

本研究利用區(qū)試和生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用多種方法對優(yōu)質(zhì)中筋小麥新品種川麥618的產(chǎn)量特性進(jìn)行分析。方差分析結(jié)果表明，年份、品種、試點(diǎn)（即環(huán)境）及相互間交互作用對產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平，環(huán)境的變異是導(dǎo)致產(chǎn)量變異的主要影響因素，其次是相互間交互作用，品種效應(yīng)相對較小，這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果一致[13-16,19-20]。因年份及年份涉及到的交互作用存在較多不確定因素，難以把控。而品種及品種與試點(diǎn)的交互作用的影響相對可控，且對育種具有指導(dǎo)作用。同時(shí)，方差分析表明品種的影響相對有限，而品種與試點(diǎn)的交互作用影響相對較大，因此研究主要針對品種與試點(diǎn)交互作用展開了分析。在AMMI 模型分析中，利用不同的雙標(biāo)圖，并結(jié)合穩(wěn)定性參數(shù)Dg（e）值計(jì)算結(jié)果，判定優(yōu)質(zhì)中筋品種川麥618 的產(chǎn)量處于中等水平，穩(wěn)定性好。省區(qū)試2年15 點(diǎn)，平均產(chǎn)量為392.57 kg/666.7 m2；大區(qū)生產(chǎn)試驗(yàn)中，7點(diǎn)平均產(chǎn)量450.52 kg/666.7 m2；3年區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量表現(xiàn)穩(wěn)定。AMMI 分析排序圖中直觀顯示，川麥618 品種特性優(yōu)于蜀麥1958、川育42、綿麥367 和西科麥5518?！案弋a(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”具同心圓的GGE 雙標(biāo)圖中，川麥618 與多個(gè)試點(diǎn)位于同一圈層，屬中上水平，豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性具有比較優(yōu)勢。

4 結(jié)論

經(jīng)多年試驗(yàn)分析與田間觀察，本文作者認(rèn)為川麥618主要優(yōu)點(diǎn)：千粒重高、籽粒飽滿、亮白、商品性好，高抗條銹病、耐白粉病與赤霉病，品質(zhì)達(dá)優(yōu)質(zhì)中筋小麥標(biāo)準(zhǔn)；主要缺點(diǎn)：分蘗力中等，需適當(dāng)增加播種量，建議在平原及淺丘地區(qū)確?；久?8 萬/666.7 m2以上，可實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)和優(yōu)質(zhì)。本研究利用2年區(qū)試和1年生產(chǎn)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖等方法對優(yōu)質(zhì)中筋小麥新品種川麥618的產(chǎn)量特性進(jìn)行分析，結(jié)果表明川麥618 產(chǎn)量處于中高水平，表現(xiàn)穩(wěn)定，是一個(gè)豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均表現(xiàn)較好的優(yōu)質(zhì)抗病品種。