蠶豆產(chǎn)量組分的基因型與環(huán)境互作及穩(wěn)定性分析

邵 揚(yáng) 郭延平 周丙月 張 峰 張興民 王玉萍,4,*

1甘肅省臨夏回族自治州農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 甘肅臨夏 731100; 2 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)園藝學(xué)院, 甘肅蘭州 730070; 3 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院，甘肅蘭州 730070；4甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)/甘肅省作物遺傳改良與種質(zhì)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 甘肅蘭州 730070

蠶豆(ViciafabaL.)屬豆科(Leguminosae), 野豌豆屬(ViciaL.), 是我國(guó)重要的冷季食用豆類, 為重要的糧、菜、飼、藥和綠肥兼用型作物[1]。蠶豆是甘肅省高寒陰濕地區(qū)的特色作物, 具有提高土壤肥力、發(fā)展畜牧業(yè)和促進(jìn)農(nóng)業(yè)良性循環(huán)的作用, 是種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整中重要的養(yǎng)地和間套種作物[2]。隨著農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和蠶豆產(chǎn)業(yè)多元化發(fā)展的要求,需要培育高產(chǎn), 優(yōu)質(zhì)、穩(wěn)產(chǎn)和多用途的蠶豆品種。對(duì)選育的高代品系在不同區(qū)試點(diǎn)進(jìn)行產(chǎn)量、適應(yīng)性、穩(wěn)定性等方面的系統(tǒng)分析與綜合評(píng)價(jià), 是選育產(chǎn)量性狀優(yōu)良及不同生態(tài)適應(yīng)型品種的基礎(chǔ)。同時(shí)評(píng)價(jià)各試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性, 為引進(jìn)資源和品系篩選的理想試點(diǎn)提供依據(jù)。品種的評(píng)價(jià)必須考慮包括產(chǎn)量性狀在內(nèi)的多個(gè)農(nóng)藝性狀組分, 這些農(nóng)藝性狀大多屬于多基因控制且遺傳基礎(chǔ)復(fù)雜的數(shù)量性狀[3-4],受到基因型效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)以及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的共同影響[5-6]。早期采用平均產(chǎn)量的變異系數(shù)來(lái)檢驗(yàn)產(chǎn)量的穩(wěn)定性, 僅能說(shuō)明基因型效應(yīng)的差異。利用線性回歸和變異系數(shù)來(lái)研究產(chǎn)量性狀, 雖然可以體現(xiàn)出基因型效應(yīng), 但環(huán)境效應(yīng)和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)卻無(wú)法表達(dá)出來(lái)[7]。應(yīng)用方差分析評(píng)價(jià)品種的適應(yīng)性, 不能分析環(huán)境效應(yīng)和互作效應(yīng)的關(guān)系[8]。利用AMMI (additive main multiplicative interaction)模型進(jìn)行品種鑒定和試點(diǎn)評(píng)價(jià), 只考慮基因型與環(huán)境互作效應(yīng), 無(wú)法解釋基因型效應(yīng)和基因型與環(huán)境間的互作關(guān)系, 也無(wú)法鑒定試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性[9-10]?；蛐?G)和基因型與環(huán)境互作(GE)聯(lián)合效應(yīng)的GGE模型[11], 綜合考慮G和GE效應(yīng), 可同時(shí)對(duì)基因型和試點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12], 已經(jīng)在馬鈴薯[6]、玉米[13]、棉花[14]、大豆[15]、花生[16]等作物的產(chǎn)量、基因型和環(huán)境互作中進(jìn)行了研究。品種選育過(guò)程是對(duì)產(chǎn)量[17]、適應(yīng)性[18]、穩(wěn)定性以及株型[19-20]等綜合選擇的過(guò)程。目前, 利用GGE雙標(biāo)圖對(duì)我國(guó)蠶豆品種多性狀綜合評(píng)價(jià)的研究未見(jiàn)報(bào)道。本研究擬通過(guò)GGE模型對(duì)6份參試蠶豆品系(種) 2年6點(diǎn)試驗(yàn)的產(chǎn)量及產(chǎn)量組分性狀, 及適應(yīng)性、豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析評(píng)價(jià), 闡述基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)評(píng)價(jià)蠶豆產(chǎn)量和產(chǎn)量組分的效果, 綜合產(chǎn)量組分,篩選優(yōu)良蠶豆品種(系), 結(jié)合試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性, 進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 為不同生態(tài)區(qū)域蠶豆品種選則和栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 參試材料和試驗(yàn)點(diǎn)

參試蠶豆品系信息和各試點(diǎn)海拔、降雨量等信息分別見(jiàn)表1和表2。其中L6為試驗(yàn)對(duì)照品種和政尕蠶豆。于2017—2018年在甘肅省和政縣新莊鄉(xiāng)草灘村(和政縣)、康樂(lè)縣鳴鹿鄉(xiāng)洼灘村(康樂(lè)縣)、積石山縣寨子溝鄉(xiāng)寨子溝村(積石山縣)、渭源縣會(huì)川鎮(zhèn)半陰坡村(魏源縣)、臨夏縣北塬鄉(xiāng)前石村(臨夏縣)、漳縣殪虎橋鎮(zhèn)殪虎橋村(漳縣) 6個(gè)區(qū)試點(diǎn)進(jìn)行(表2)。

表1 蠶豆高代品系和主栽品種的外觀性狀Table 1 Advanced lines and domestic main variety of faba bean

表2 試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境信息Table 2 Characteristics of the tested locations used in this study

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2017年和2018年分別在和政縣、康樂(lè)縣、積石山縣、魏源縣、臨夏縣和漳縣6個(gè)試點(diǎn)(表2)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。每個(gè)品種(系)設(shè)置4個(gè)小區(qū), 寬窄行種植, 單壟單行, 寬行行距60 cm, 窄行行距25 cm,小區(qū)面積為666.67 m2。過(guò)磷酸鈣750 kg hm–2、磷酸二銨300 kg hm–2、硝酸銨75 kg hm–2, 其余各地塊栽培管理措施保持一致。每年4月上旬當(dāng)土壤解凍10 cm左右時(shí)頂凌播種, 7月上旬田間數(shù)據(jù)采集, 8月中旬植株中上部莢80%變褐時(shí)及時(shí)收獲。收獲期測(cè)定產(chǎn)量和產(chǎn)量組分。參照《蠶豆栽培品種綜合性狀的比較與分析》[21]測(cè)量與統(tǒng)計(jì)株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)、百粒重和小區(qū)產(chǎn)量。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用Microsoft Excel 2016和SPSS 22.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析。采用Genstat 21st軟件處理基因型與環(huán)境互作模型數(shù)據(jù), R version 4.1.0進(jìn)行相關(guān)性分析及熱圖繪制。

1.4 適應(yīng)性及穩(wěn)定性分析

GGE雙標(biāo)圖常用于農(nóng)作物多環(huán)境(multienvironment trials, METs)測(cè)試數(shù)據(jù)分析[6]。在對(duì)基因型-環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行分析時(shí), GGE雙標(biāo)圖能同時(shí)顯示數(shù)據(jù)表中的基因型主效應(yīng)(G)和基因型×環(huán)境效應(yīng)(GE)。GGE雙標(biāo)圖被稱為環(huán)境中心化的主成分分析, 在原始數(shù)據(jù)中減去環(huán)境的平均值后將基因型在互作效應(yīng)中進(jìn)行奇異值分解[23]。GGE雙標(biāo)圖基于以下模型:

式中,Yij是第i個(gè)小區(qū)第j個(gè)區(qū)組中的平均產(chǎn)量。μj是第j個(gè)區(qū)組的總體均值。gk(i,j)是小區(qū)(i,j)中第k個(gè)基因型的期望值。Tij是小區(qū)(i,j)的田間實(shí)際值。εij是小區(qū)(i,j)的殘差。

當(dāng)試驗(yàn)沒(méi)有重復(fù)時(shí), 基因型效應(yīng)就無(wú)法準(zhǔn)確估算, 也就無(wú)法基于殘差估計(jì)空間趨勢(shì)。這種情況下,須將公式(1)中的基因型效應(yīng)和殘差作為隨機(jī)效應(yīng),所以GGE模型可重新定義為:

在公式(2)中無(wú)論試驗(yàn)是否有重復(fù), 試驗(yàn)結(jié)果都將由實(shí)際的觀察值進(jìn)行估算, 而不是基于殘差進(jìn)行估算。

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)藝性狀表現(xiàn)分析

對(duì)2017和2018年的各參試蠶豆品種(系)在不同區(qū)試點(diǎn)的農(nóng)藝性狀進(jìn)行測(cè)量并取平均值(圖1)發(fā)現(xiàn),除L2在漳縣試點(diǎn)的小區(qū)產(chǎn)量較L3高外, L3的小區(qū)產(chǎn)量在其余不同的試點(diǎn)均較其他品種(系)高, 在和政縣試點(diǎn)的產(chǎn)量最高, 為312.52 kg, 穩(wěn)定性也最高(圖1-A); L3的株高在漳縣、臨夏和積石山試點(diǎn)均較其他品種(系)高, 漳縣試點(diǎn)最高, 為115.7 cm, L6在和政、渭源和康樂(lè)試點(diǎn)的株高較其他品種(系)高(圖1-B); L3在不同試點(diǎn)的分枝數(shù)較其他品種(系)多, 穩(wěn)定性也較高, 在臨夏試點(diǎn)分枝數(shù)表現(xiàn)最多, 平均3.1枝(圖1-C);L3在不同試點(diǎn)的株莢數(shù)較其他品種(系)多, 穩(wěn)定性也高, 渭源試點(diǎn)的株莢數(shù)最多, 平均23.2個(gè)(圖1-D)。L3在不同試點(diǎn)的株粒數(shù)均較其他品種(系)最高, 且穩(wěn)定性高, 試點(diǎn)漳縣的株粒數(shù)最多, 為53.1粒(圖1-E); L1的百粒重在不同試點(diǎn)均低于較其他品種(系), 穩(wěn)定性較高, 漳縣試點(diǎn)的百粒重最小, 為118.17 g (圖1-F)。

圖1 參試品系(種)不同試點(diǎn)農(nóng)藝性狀分析Fig. 1 Agronomic characters in different pilots

2.2 區(qū)域試驗(yàn)分析

2.2.1 方差分析 蠶豆品種(系)農(nóng)藝性狀方差分析結(jié)果表明, 分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)和百粒重的基因型×環(huán)境互作效應(yīng)差異極顯著(P<0.01); 小區(qū)產(chǎn)量和株高基因型×環(huán)境互作效應(yīng)差異不顯著(表3)。小區(qū)產(chǎn)量、株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)和百粒重的基因型效應(yīng)平方和占總變異平方和的比分別為7.46%、21.99%、88.52%、81.03%、85.50%和89.80%,基因型是影響分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)和百粒重最主要的因素; 基因型×環(huán)境互作效應(yīng)平方和占總變異平方和的比分別為2.30%、12.77%、7.84%、13.06%、10.03%和8.58%, 基因型與環(huán)境互作對(duì)株莢數(shù)影響最大; 環(huán)境效應(yīng)平方和與總變異平方和的占比分別為8.36%、36.15%、1.14%、0.98%、1.89%和1.61%, 環(huán)境為影響株高最主要的因素。

表3 蠶豆農(nóng)藝性狀方差分析Table 3 Analysis of variance for agronomic traits in faba bean

2.2.2 農(nóng)藝性狀適應(yīng)性分析 農(nóng)藝性狀適應(yīng)性GGE雙標(biāo)圖根據(jù)基因型-環(huán)境的互作效應(yīng)對(duì)試點(diǎn)分組, 篩選每組中適應(yīng)性最強(qiáng)的品種(系)[22]。多邊形由相同方向上距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的基因型連接形成, 所有基因型都包括在內(nèi)。通過(guò)從原點(diǎn)到多邊形各邊垂線將多邊形劃分為不同的扇區(qū), 各區(qū)內(nèi)多邊形頂角上的基因型是各性狀適應(yīng)性最強(qiáng)的品系(種)。雙標(biāo)圖中在同一個(gè)圈中的試點(diǎn)代表同一生態(tài)類型。蠶豆農(nóng)藝性狀適應(yīng)性GGE雙標(biāo)圖中小區(qū)產(chǎn)量、株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)和百粒重的G+GE之和占比分別為78.54%、85.46%、96.29%、93.90%、97.38%和96.96%(圖2-A～F)。

圖2 農(nóng)藝性狀適應(yīng)性GGE分析Fig. 2 Agronomic traits adaptability by the GGE biplot

小區(qū)產(chǎn)量GGE雙標(biāo)圖中, L2、L5、L1、L6、L3連接成多邊形被5條射線分為2個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)和政縣2017年、漳縣2017年和2018年落在一個(gè)扇區(qū)內(nèi),L2在此扇區(qū)內(nèi)畝產(chǎn)量最高; 試點(diǎn)和政縣2018年、康樂(lè)縣2017年和2018年、積石山縣2017和2018年、渭源縣2017年和2018年、臨夏縣2017和2018年落在另一個(gè)扇區(qū)內(nèi), L3在此扇區(qū)內(nèi)畝產(chǎn)量最高; 無(wú)試點(diǎn)落在以L1、L5、L6為頂角的扇區(qū)內(nèi), 代表這3個(gè)品種(系)在所有試點(diǎn)中小區(qū)產(chǎn)量均表現(xiàn)不佳(圖2-A)。多邊形頂角的基因型不同, 連接成的多邊形不同, 產(chǎn)量相關(guān)性狀雙標(biāo)圖被分成不同的扇區(qū), 相同試點(diǎn)中優(yōu)勢(shì)基因型不同(圖2-A～F)。株高GGE雙標(biāo)圖中, L4、L6、L1、L5、L3連接成的多邊形被5條射線分為2個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)臨夏縣2017和2018年、和政縣2017年、積石山縣2017年中L3的適應(yīng)性最高, 試點(diǎn)康樂(lè)縣2017年和2018年、渭源縣2017年和2018年、漳縣2017年和2018年、積石山縣2018年、和政縣2018年L6的適應(yīng)性最高(圖2-B)。在分枝數(shù)GGE雙標(biāo)圖中, L6、L7、L4、L3連接成的多邊形被4條射線分為1個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)和政縣、康樂(lè)縣、積石山縣、渭源縣、臨夏縣和漳縣在2017年和2018年中L3的適應(yīng)性均最高(圖2-C)。株莢數(shù)GGE雙標(biāo)圖中, L6、L2、L5、L4、L3連接成的多邊形被5條射線分為1個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)和政縣、康樂(lè)縣、積石山縣、渭源縣、臨夏縣和漳縣在2017年和2018年L3的適應(yīng)性均最高(圖2-D)。株粒數(shù)GGE雙標(biāo)圖中,L6、L5、L4和L3連接成的多邊形被4條射線分為1個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)和政縣、康樂(lè)縣、積石山縣、渭源縣、臨夏縣和漳縣在2017—2018年中L3的適應(yīng)性均最高(圖2-E)。百粒重GGE雙標(biāo)圖中, L1、L2、L3、L5和L6連接成的多邊形被5條射線分為1個(gè)扇區(qū), 試點(diǎn)和政縣、康樂(lè)縣、積石山縣、渭源縣、臨夏縣和漳縣在2017年和2018年的L1的適應(yīng)性均最高(圖2-F)。

2.2.3 農(nóng)藝性狀穩(wěn)定性分析 農(nóng)藝性狀的優(yōu)異性和穩(wěn)定性是理想品種重要的評(píng)價(jià)指標(biāo)。穩(wěn)定性分析GGE雙標(biāo)圖中的小圓圈代表平均環(huán)境。單向箭頭從原點(diǎn)指向平均環(huán)境作為平均環(huán)境軸(average environment axis, AEA), 箭頭所指的方向代表較高的農(nóng)藝性狀表現(xiàn)。垂直于AEA軸的雙向箭頭的直線為縱軸, 作為平均環(huán)境坐標(biāo)(average environment coordination, AEC), 2個(gè)箭頭指向較不穩(wěn)定農(nóng)藝性狀平均值, 越接近于AEA軸, 基因型穩(wěn)定性越好, GE效應(yīng)越小(圖3-A～F)。

(圖3)

小區(qū)產(chǎn)量GGE雙標(biāo)圖中, L3小區(qū)產(chǎn)量最高, 其次分別是為L(zhǎng)2、L6、L4; 穩(wěn)定性最高的是L4, 其次為L(zhǎng)1、L5、L3; 高產(chǎn)且穩(wěn)定的是L3和L4 (圖3-A)。株高GGE雙標(biāo)圖中, L6株高最高, 其次為L(zhǎng)3、L5、L2; 穩(wěn)定性最好的是L2, 其次為L(zhǎng)1、L4、L5 (圖3-B)。分枝數(shù)GGE雙標(biāo)圖中, 分枝最多的是L3, 其次分別為L(zhǎng)2、L1、L6; 穩(wěn)定性最高的為L(zhǎng)3, 其次為L(zhǎng)2、L1、L5 (圖3-C)。株莢數(shù)GGE雙標(biāo)圖中, L3的株莢數(shù)最多, 其次為L(zhǎng)6、L2、L1; 穩(wěn)定性最好的是L3, 其次是L5、L1、L2 (圖3-D)。株粒數(shù)GGE雙標(biāo)圖中, L3株粒數(shù)最多, 其次分別為L(zhǎng)6、L2、L4; 穩(wěn)定性最好的是L5, 其次為L(zhǎng)3、L1、L2 (圖3-E)。百粒重GGE雙標(biāo)圖中, 百粒重L1最重, 其次為L(zhǎng)6、L5、L2; 穩(wěn)定性最好的是L3, 其次為L(zhǎng)4、L1、L2 (圖3-F)。

2.2.4 試點(diǎn)區(qū)分力和代表性分析 在試點(diǎn)評(píng)價(jià)GGE雙標(biāo)圖中, 各個(gè)環(huán)境向量之間的夾角代表各試點(diǎn)間的相關(guān)性, 夾角小于90度表示正相關(guān); 大于90度, 表示負(fù)相關(guān); 等于90度, 試點(diǎn)間無(wú)相關(guān); 環(huán)境向量的長(zhǎng)度代表各試點(diǎn)對(duì)品種(系)的區(qū)分力, 環(huán)境向量越長(zhǎng), 對(duì)品種(系)的區(qū)分力越強(qiáng); 環(huán)境向量與橫坐標(biāo)的夾角是試點(diǎn)代表性強(qiáng)弱的體現(xiàn), 夾角越大,代表性越強(qiáng)(圖4-A～F)。

圖4 試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性GGE分析Fig. 4 Discriminative and representativeness of pilot by the GGE biplot

在小區(qū)產(chǎn)量GGE雙標(biāo)圖中, 和政縣2017年與2018年之間的夾角為90度, 代表相同試點(diǎn)在不同年份間, 小區(qū)產(chǎn)量互不影響, 其余各試點(diǎn)之間的夾角均小于90度, 呈正相關(guān)關(guān)系(圖4-A); 其余各性狀在兩個(gè)不同年份間, 試點(diǎn)向量之間的夾角也均小于90度, 代表不同年份試點(diǎn)之間均正相關(guān)(圖4-A～F)。小區(qū)產(chǎn)量GGE雙標(biāo)圖中, 區(qū)分力最好的試點(diǎn)依次為康樂(lè)縣2017年、積石山縣2017年和2018年(圖4-A);株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、莢粒數(shù)和百粒重的區(qū)分力最好的試點(diǎn)為臨夏縣2017年、積石山縣2018年、漳縣2017年、積石山縣2018年、康樂(lè)縣2018年(圖4-B～F)。試點(diǎn)區(qū)分力和代表性GGE雙標(biāo)圖中, 小區(qū)產(chǎn)量、株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、莢粒數(shù)和百粒重代表性最好的試點(diǎn)依次為渭源縣2017年、康樂(lè)縣2018年、積石山縣2018年; 積石山縣2017年和2018年、康樂(lè)縣2017年; 和政縣2017年和2018年、漳縣2017年; 漳縣2017年、臨夏縣2017年、漳縣2018年; 漳縣2017年和2018年、臨夏縣2017年; 渭源縣2017年和2018年、臨夏縣2017年(圖4-A～F)。

2.2.5 植株性狀與產(chǎn)量性狀相關(guān)性分析 通過(guò)Pearson相關(guān)性分析蠶豆植株性狀與產(chǎn)量性狀間的關(guān)系, 結(jié)果表明(圖5), 株高、分枝數(shù)與小區(qū)產(chǎn)量、株粒數(shù)和株莢數(shù)正相關(guān), 分枝數(shù)與株粒數(shù)極顯著正相關(guān)(r=0.93); 株高、分枝數(shù)與百粒重負(fù)相關(guān), 分枝數(shù)與百粒重呈顯著負(fù)相關(guān)(r= –0.38)。小區(qū)產(chǎn)量與株莢數(shù)和株粒數(shù)正相關(guān), 小區(qū)產(chǎn)量與株莢數(shù)正相關(guān)(r= 0.25); 小區(qū)產(chǎn)量與百粒重負(fù)相關(guān)(r= –0.14)。

圖5 蠶豆農(nóng)藝性狀相關(guān)性熱圖Fig. 5 Pearson correlations heatmap between traits across evaluated genotypes of faba bean

3 討論

蠶豆是甘肅省高寒陰濕地區(qū)主要的經(jīng)濟(jì)和蔬菜作物之一, 多分布于半干旱區(qū)域, 以雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)和灌溉型農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)為主, 年降雨量時(shí)空分布不均勻,年蒸發(fā)量大。作物農(nóng)藝性狀大多為數(shù)量性狀, 易受環(huán)境影響, 有基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)[22]。針對(duì)該地區(qū)的環(huán)境條件, 在蠶豆品種選育中, 需要綜合高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、適應(yīng)性和穩(wěn)定性好的多個(gè)農(nóng)藝性狀。因此, 基于單一性狀組分綜合分析得出的結(jié)論比單一性狀分析的結(jié)論更重要[22]。蠶豆產(chǎn)量是由分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)、百粒重等不同的性狀組成的復(fù)雜性狀, 將產(chǎn)量按照單個(gè)性狀進(jìn)行分析, 僅能夠得到單個(gè)的總產(chǎn)量數(shù)據(jù), 不能從總產(chǎn)量中獲得結(jié)莢數(shù)、莢粒數(shù)和百粒重、適應(yīng)性和穩(wěn)定性等組分?jǐn)?shù)據(jù)和影響這些數(shù)據(jù)的主要原因。GGE雙標(biāo)圖能夠反應(yīng)基因型效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)每個(gè)產(chǎn)量性狀和產(chǎn)量組分農(nóng)藝性狀的不同效應(yīng)和影響,以及對(duì)各參試品系適應(yīng)性和穩(wěn)定性排序。GGE模型綜合考慮產(chǎn)量及多個(gè)產(chǎn)量性狀, 能全面了解產(chǎn)量和產(chǎn)量性狀之間的關(guān)系, 以及產(chǎn)量性狀對(duì)產(chǎn)量的影響程度。

品系(種)試驗(yàn)中除了需要評(píng)價(jià)產(chǎn)量性狀中的組分形成的原因, 還需要分析在多年區(qū)試中每個(gè)品種產(chǎn)量組分的穩(wěn)定性[23-24]。對(duì)2年6個(gè)試點(diǎn)蠶豆產(chǎn)量組分的穩(wěn)定性分析發(fā)現(xiàn), 小區(qū)產(chǎn)量的穩(wěn)定性主要取決于基因型效應(yīng); 分枝數(shù)在田間表現(xiàn)的穩(wěn)定性較差,取決于環(huán)境和基因型互作效應(yīng), 環(huán)境效應(yīng)為首要因素; 環(huán)境效應(yīng)也是影響蠶豆株高穩(wěn)定性的最主要因素; 基因型與環(huán)境互作效應(yīng)是影響農(nóng)藝性狀穩(wěn)定性的主要因素, 對(duì)株莢數(shù)影響最大?？傊? 蠶豆產(chǎn)量組分農(nóng)藝性狀中, 環(huán)境、基因型、基因型與環(huán)境互作效應(yīng)影響產(chǎn)量組分存在差異。

適應(yīng)性、豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性是品種推廣和應(yīng)用的重要指標(biāo)。試點(diǎn)環(huán)境對(duì)于所有產(chǎn)量組分都有顯著影響時(shí), 需要選出在不同環(huán)境中性狀穩(wěn)定性高的基因型。按參試蠶豆的小區(qū)產(chǎn)量來(lái)選擇, 可分為高產(chǎn)穩(wěn)定性基因型, 如L3、L4, 適應(yīng)于不同生態(tài)環(huán)境。高產(chǎn)不穩(wěn)定性基因型, 如L4、L1、L5、L3, 可適應(yīng)于特定的環(huán)境。廣適、高產(chǎn)和穩(wěn)定性強(qiáng)的基因型在各試點(diǎn)均體現(xiàn)出基因型效應(yīng)顯著, 互作效應(yīng)顯著時(shí)表現(xiàn)為環(huán)境對(duì)基因型有利。廣適、高產(chǎn)而穩(wěn)定性較差的基因型在各試點(diǎn)基因型主效性的差異顯著, 不同基因型受互作效應(yīng)影響也存在顯著差異, 這類品種在特定生態(tài)區(qū)表現(xiàn)出高產(chǎn)穩(wěn)定性, 也是主要選擇對(duì)象[6]。

對(duì)試點(diǎn)進(jìn)行評(píng)價(jià)是鑒別其是否適合品種試驗(yàn),核心試點(diǎn)應(yīng)該對(duì)目標(biāo)環(huán)境具有高度代表性, 同時(shí)對(duì)基因型的差異具有較強(qiáng)的區(qū)分度[22]。通過(guò)比較各試點(diǎn)的區(qū)分力, 可以篩選出區(qū)分力高的試點(diǎn), 提高區(qū)試效率。本研究發(fā)現(xiàn), 試點(diǎn)區(qū)分力最好的是康樂(lè)縣2017年、積石山縣2017年和2018年, 代表性最好的是渭源縣2017年、康樂(lè)縣2018年、積石山縣2018年; 綜合區(qū)分力和代表性, 積石山縣為最佳試點(diǎn)。各基因型小區(qū)蠶豆產(chǎn)量在試點(diǎn)康樂(lè)縣2個(gè)年份間差異顯著, 原因可能是年份間的氣候變化。因此, 對(duì)試點(diǎn)選擇時(shí), 不僅要考慮氣候和生態(tài)類型, 還要選擇區(qū)分力可重復(fù)性高的試點(diǎn), 然而造成區(qū)分力低的原因復(fù)雜, 可通過(guò)多年多點(diǎn)品種試驗(yàn)或者試驗(yàn)數(shù)據(jù)的長(zhǎng)期積累進(jìn)行篩選[25]。

有研究表明, 蠶豆的單株產(chǎn)量與單株粒數(shù)、有效莢數(shù)、分枝數(shù)、株高、百粒重呈極顯著正相關(guān)[26]。本研究發(fā)現(xiàn), 蠶豆小區(qū)產(chǎn)量與株高、分枝數(shù)、株莢數(shù)、株粒數(shù)之間正相關(guān), 與百粒重負(fù)相關(guān)。可能由于基因型、種植區(qū)域、氣候變化以及栽培管理措施等原因, 試驗(yàn)結(jié)果只能說(shuō)明小區(qū)產(chǎn)量或單株產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀之間的相關(guān)性, 不能代表大面積種植的總產(chǎn)量與農(nóng)藝性狀的相關(guān)關(guān)系。然而在試驗(yàn)設(shè)計(jì)合理、樣本量充足和栽培管理?xiàng)l件一致的前提下, 研究結(jié)果可以揭示產(chǎn)量與各農(nóng)藝性狀之間普遍性的規(guī)律。

4 結(jié)論

GGE模型對(duì)蠶豆產(chǎn)量性狀各組分的分析可以綜合評(píng)價(jià)并篩選出優(yōu)良品系。本研究篩選出的高產(chǎn)且穩(wěn)定的品系是L3和L4。小區(qū)產(chǎn)量與株莢數(shù)顯著正相關(guān), 分枝數(shù)與株粒數(shù)極顯著正相關(guān), 株高與百粒重顯著負(fù)相關(guān)。對(duì)品種的區(qū)分力最好的試點(diǎn)是康樂(lè)縣2017年, 代表性最好的試點(diǎn)是渭源縣2017年, 最理想的試點(diǎn)是積石山縣。