基于R語(yǔ)言GGE雙標(biāo)圖的河南省弱筋小麥區(qū)試品種的 豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析

摘 要：利用GGE雙標(biāo)圖綜合評(píng)價(jià)2017-2018年2年河南省弱筋小麥區(qū)試品種基因型及基因與環(huán)境的互作效應(yīng)。結(jié)果表明，2017年中‘森科09-3’和‘信麥1168’均表現(xiàn)出優(yōu)良的豐產(chǎn)穩(wěn)定品質(zhì)，2018年中‘太學(xué)766’是具有廣泛適應(yīng)性的優(yōu)良品種。試點(diǎn)評(píng)估中，2017年的8個(gè)試點(diǎn)和2018年的6個(gè)試點(diǎn)均被劃分為3個(gè)生態(tài)亞區(qū)。其中，2017年兼具區(qū)分力和代表力的試點(diǎn)是信陽(yáng)，而光山是2018年所有試點(diǎn)中代表性和區(qū)分力最強(qiáng)的理想試點(diǎn)，可以用于篩選豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)小麥品種。GGE雙標(biāo)圖為小麥新品種選育評(píng)價(jià)、試驗(yàn)點(diǎn)評(píng)價(jià)選用等方面提供更直觀高效的評(píng)價(jià)方法和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：小麥品種；GGE雙標(biāo)圖；適應(yīng)性；穩(wěn)定性；試點(diǎn)鑒別力

中圖分類號(hào)：S512.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A" 文章編號(hào)：0488-5368（2024）10-0043-05

收稿日期：2023-11-14 修回日期：2024-01-17

第一作者簡(jiǎn)介：付堯（1990-），主要從事經(jīng)濟(jì)作物育種及栽培研究。

通信作者：郜俊紅。

Analysis of Yield and Stability of Weak Gluten Wheat Varieties "in Henan Based on R Language GGE Biplot

FU Yao， QIU Dongyun， LIAO Xianjing， GAO Junhong

（Zhengzhou Research Institute of Agricultural Science and Technology， Zhengzhou，Henan 450003， China）

Abstract：This study utilized the GGE biplot to comprehensively evaluate the genotypes of weak gluten wheat cultivars and the genotype-environment interaction effects in Henan Province during the 2017–2018 growing season. The results indicated that 'Senke 09-3' and 'Xinmai 1168' exhibited excellent and stable yield characteristics in mid-2017， while 'Taixue 766' was identified as an excellent variety with broad adaptability in mid-2018. In the pilot evaluations， eight sites in 2017 and six sites in 2018 were categorized into three ecological subzones. The Xinyang site in 2017 demonstrated both distinguishing and representational strengths， while Guangshan emerged as the ideal site in 2018， showing the strongest representational and distinguishing capabilities among all sites. This site can be utilized for screening high-yielding and stable wheat varieties. The GGE biplot provides a more intuitive and efficient evaluation method and offers valuable references for the assessment of new wheat varieties and trial site selection.

Key words： Wheat varieties; GGE biplot; Adaptability; Stability; Site discrimination

小麥（%Triti aestivum %L.）是我國(guó)第二大糧食作物，產(chǎn)量和消費(fèi)量約占全國(guó)糧食總量的1/4。近年來(lái)，小麥的種植面積、單產(chǎn)和總產(chǎn)呈“三增”趨勢(shì)，而總產(chǎn)量的增加主要來(lái)源于品種創(chuàng)新帶來(lái)的單產(chǎn)的提高，新品種對(duì)小麥增產(chǎn)的貢獻(xiàn)率超過(guò)45% 。相較于強(qiáng)筋小麥種質(zhì)資源，弱筋小麥具備麥播面積大、商品率高、穗發(fā)芽輕等種質(zhì)優(yōu)勢(shì)，但在育種方面仍面臨起步晚，品質(zhì)不穩(wěn)定，達(dá)標(biāo)率低等難題，因此選育優(yōu)質(zhì)弱筋小麥新品種對(duì)我國(guó)小麥種業(yè)發(fā)展的多樣性和穩(wěn)定性具有深遠(yuǎn)意義[1～3]。

由于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)是農(nóng)作物的重要育種目標(biāo)之一，但產(chǎn)量性狀又極易受到基因（G）、環(huán)境（E）和基因-環(huán)境（GE）多重影響，造成不同種植環(huán)境、不同年際間農(nóng)作物產(chǎn)量存在一定差異。GGE雙標(biāo)圖是一種綜合分析基因與基因-環(huán)境互作的方法，利用圖解的形式表現(xiàn)和分析兩向數(shù)據(jù)，對(duì)參試品種的高產(chǎn)穩(wěn)定性、區(qū)域適應(yīng)性和試驗(yàn)環(huán)境（試驗(yàn)點(diǎn)）鑒別力進(jìn)行探討分析。目前，雙標(biāo)圖逐漸成為分析農(nóng)作物多點(diǎn)試驗(yàn)的必備工具，廣泛應(yīng)用于新品種選育和農(nóng)作物產(chǎn)量研究中。本研究以2017年-2018年河南省南部及弱筋B組區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)為例構(gòu)建GGE雙標(biāo)圖，從豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性3個(gè)方面對(duì)參試品種進(jìn)行廣適性研究，為新品種推廣及GGE雙標(biāo)圖在作物新品種選育評(píng)價(jià)、試驗(yàn)點(diǎn)評(píng)價(jià)選用等方面提供應(yīng)用參考價(jià)值[4～8]。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

本試驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于2017-2018年度河南省南部及弱筋B組小麥良種區(qū)試產(chǎn)量的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。2017年參試品種12個(gè)，2018年參試品種10個(gè)，兩年對(duì)照品種均為‘偃展4110’（表1）。

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)與方法

2017年試驗(yàn)分別在鄧州（E1）、潢川（E2）、淮濱（E3）、息縣（E4）、光山（E5）、羅山（E6）、信陽(yáng)（E7）和唐河（E8）共8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行。2018年匯總試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)時(shí)，因試驗(yàn)地地力不均或產(chǎn)量數(shù)據(jù)偏離較大等原因，故在原有8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)基礎(chǔ)上減少了信陽(yáng)和唐河兩處試驗(yàn)點(diǎn)數(shù)據(jù)。

各試驗(yàn)點(diǎn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，３次重復(fù)，小區(qū)面積為12～15 m2，試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)置于當(dāng)?shù)卦囼?yàn)田內(nèi)。試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)采用RCT2000區(qū)試分析計(jì)算程序分析和計(jì)算。播種前做好整地與施底肥工作，播種期適時(shí)播種，播量適宜，生育期確保不澆水、不追肥。各試驗(yàn)點(diǎn)結(jié)合當(dāng)?shù)厣a(chǎn)具體情況進(jìn)行病蟲害防治等合理的田間管理。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用R語(yǔ)言的GGEBiplotGUI功能包對(duì)2017年—2018年河南省南部及弱筋B組區(qū)域試驗(yàn)的品種與試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行綜合分析和評(píng)價(jià)[9～30]。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量表現(xiàn)分析

2017年12個(gè)參試品種中有6個(gè)品種較對(duì)照‘偃展4110’有產(chǎn)量增產(chǎn)，分別是‘信麥1168’、‘森科09-3’、‘信麥79’、‘鄭麥103’、‘百農(nóng)207’和‘天民13E009’，最大增產(chǎn)量達(dá)到0.38 t/hm2。其余5個(gè)品種產(chǎn)量均低于對(duì)照品種，最大減產(chǎn)量達(dá)到0.13 t/hm2。2018年所有參試品種產(chǎn)量均高于對(duì)照品種，增產(chǎn)量在0.59～0.20 t/hm2范圍內(nèi)。其中排名前三的品種分別是‘太學(xué)766’、‘鄭麥103’和‘先麥23’?！嶜?03’、‘鄭農(nóng)4108’、‘信麥79’和‘綿麥112’是連續(xù)兩年參試品種，其在2017年的平均產(chǎn)量排名為4、8、3、9，其在2018年的平均產(chǎn)量排名為2、6、7、8。續(xù)試品種中連續(xù)兩年平均產(chǎn)量均超過(guò)對(duì)照品種的是‘鄭麥103’和‘信麥79’（表2）。

2017年8個(gè)試點(diǎn)中平均產(chǎn)量最高的試點(diǎn)是鄧州（E1），第二、三位分別是唐河（E8）和羅山（E6），平均產(chǎn)量最低的試點(diǎn)是淮濱（E3），鄧州（E1）是淮濱（E3）平均產(chǎn)量的2倍多，平均產(chǎn)量差值達(dá)到3 t/hm2。8個(gè)試點(diǎn)變異系數(shù)（CV）介于4.04%～9.30%，整體變異度較小。2018年的6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中平均產(chǎn)量最高的仍是鄧州（E1），為8.00 t/hm2，最低的息縣（E4）平均產(chǎn)量為5.17 t/hm2，兩者相差2.83 t/hm2，6個(gè)試點(diǎn)變異系數(shù)介于3.04%～7.68%，變異幅度較小。綜合兩年試點(diǎn)平均產(chǎn)量排名，鄧州（E1）、羅山（E6）和潢川（E2）均連續(xù)兩年排在所有試點(diǎn)的前列（見(jiàn)表3）。

2.2 豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析

2017年河南省南部及弱筋B組小麥參試品種豐產(chǎn)性表現(xiàn)排序?yàn)椋篤11gt;V10gt;V8gt;V9gt;V2gt;V7gt;V3gt;V12gt;V5gt;V6gt;V1gt;V4。豐產(chǎn)性排名前三的V11、V10和V8在穩(wěn)定性表現(xiàn)排名中分別位于第1、第5和第12位。穩(wěn)定性分列第2和第3位的V12和V1，在豐產(chǎn)性中均表現(xiàn)欠佳。故2017年參試品種中，在豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)排名中均獲第1位的V11是最優(yōu)小麥品種。

2018年各小麥參試品種的豐產(chǎn)性表現(xiàn)依次為：G8gt;G3gt;G1gt;G2gt;G6gt;G4gt;G9gt;G7gt;G5gt;G10，由于GGE雙標(biāo)圖采用加權(quán)平均產(chǎn)量值，故豐產(chǎn)性表現(xiàn)中G8反超平均產(chǎn)量值第1位的G3，成為參試品種中豐產(chǎn)性最優(yōu)的品種。穩(wěn)產(chǎn)性方面，G3、G8、G10表現(xiàn)最好，G6和G9表現(xiàn)最差。結(jié)合豐產(chǎn)性表現(xiàn)，G3和G8均是豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性俱佳的品種。

綜合兩年4個(gè)連試品種，‘鄭麥103’在豐產(chǎn)性方面連續(xù)兩年排在前3名，2018年穩(wěn)產(chǎn)性位于第2位，2017年穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)排名最差。其余3個(gè)連試品種均在每年豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性排名中表現(xiàn)欠佳（圖1）。

2.3 區(qū)域適應(yīng)性分析

2017年8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)被劃分為3個(gè)扇區(qū)，E1和E8為1個(gè)扇區(qū)，V8是此區(qū)域產(chǎn)量最優(yōu)品種；E3和E4為1個(gè)扇區(qū)，V11是其最優(yōu)品種；其余4個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)為1個(gè)扇區(qū)，扇區(qū)內(nèi)產(chǎn)量最高的品種是V10。V1、V3、V4、V5、V6、V7、V9、V12所在的扇區(qū)均未有試點(diǎn)落入，說(shuō)明這8個(gè)組合在所有試點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn)中都不是最好。

2018年6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)被劃分為3個(gè)扇區(qū)，E2和E6是一個(gè)扇區(qū)，G6是該扇區(qū)最優(yōu)品種；E1、E3和E5是一個(gè)扇區(qū)，G8在區(qū)域內(nèi)表現(xiàn)最優(yōu)；E4單獨(dú)為一個(gè)扇區(qū)，G9占據(jù)產(chǎn)量表現(xiàn)首位。其余品種所在扇區(qū)未有試點(diǎn)落入，代表其在所有試點(diǎn)產(chǎn)量排名中均不是最優(yōu)的（圖2）。

2.4 小麥理想品種綜合分析

根據(jù)理想品種排序圖可知，2017年V11最靠近圓心，接近理想品種，V10次之，其余10個(gè)品種均距離圓心較遠(yuǎn)，在豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性綜合比較時(shí)表現(xiàn)欠佳。2018年G3險(xiǎn)勝G8最靠近圓心，G1、G2和G4緊隨其后，G5和G10表現(xiàn)最差（圖3）。

2.5 試點(diǎn)區(qū)分力與代表性分析

由圖4可知，2017年區(qū)分力最大的試點(diǎn)是E8（唐河），代表性最強(qiáng)的試點(diǎn)是E4（息縣），E1和E8、E2和E5相似性較高，E8與E6相似性最低。2018年區(qū)分力最大的試點(diǎn)和最具代表性的試點(diǎn)均是E5（光山），E2和E4的相似性最低。

3 結(jié)論與討論

本研究利用R語(yǔ)言GGE雙標(biāo)圖法對(duì)河南省弱筋小麥區(qū)試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性進(jìn)行分析。結(jié)果表明，GGE雙標(biāo)圖可采用更為直觀的圖像形式對(duì)小麥品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性方面、比較不同小麥品種生態(tài)區(qū)域適應(yīng)性方面及試點(diǎn)環(huán)境區(qū)分力和代表性方面進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。GGE雙標(biāo)圖為小麥品種的優(yōu)選推廣和提高育種效率提供更準(zhǔn)確的分析方法。

對(duì)河南省弱筋小麥區(qū)試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析研究表明，2017年中，‘森科09-3’是豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性俱佳的品種，最接近理想品種，‘信麥1168’次之。上述2個(gè)品種均在2017的小麥區(qū)域試驗(yàn)中表現(xiàn)出了優(yōu)良的豐產(chǎn)穩(wěn)定品質(zhì)。2018年中，‘太學(xué)766’和‘鄭麥103’均在豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性方面表現(xiàn)突出，其中‘太學(xué)766’在所有參試品種中最接近理想品種。2017-2018年兩年理想品種均為非續(xù)試品種，故可在今后推廣試驗(yàn)中進(jìn)一步對(duì)本次篩選出的理想品種進(jìn)行分析，以確保其豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)優(yōu)質(zhì)品性的穩(wěn)定表現(xiàn)。

對(duì)本次小麥品種的區(qū)域適應(yīng)性分析研究表明，2017年8個(gè)試點(diǎn)被劃分為3個(gè)區(qū)域，2018年6個(gè)試點(diǎn)被劃分為3個(gè)區(qū)域，同一區(qū)域的試點(diǎn)擁有相似的生態(tài)環(huán)境。理想試點(diǎn)研究方面，2017年區(qū)分力最強(qiáng)的是唐河，但由于其代表力較差，而代表力最優(yōu)的息縣也存在區(qū)分力較弱的情況。綜合評(píng)估下，兼具區(qū)分力和代表力的是信陽(yáng)試點(diǎn)。2018年6個(gè)試點(diǎn)中，光山的代表性和區(qū)分力均為最強(qiáng)，是最為理想的試點(diǎn)環(huán)境，能夠更高效的對(duì)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種進(jìn)行篩選。2017-2018年，相同試點(diǎn)的最高平均產(chǎn)量差距達(dá)到2.26 t/hm2，同一試點(diǎn)在不同年份間表現(xiàn)出的不穩(wěn)定可能受到本年份天氣變化、田間管理效果等因素的影響。

連續(xù)兩年參試品種不完全相同，進(jìn)行豐產(chǎn)穩(wěn)定性比較排名，一方面可在一定程度上評(píng)價(jià)續(xù)試品種不同年份間的穩(wěn)定性表現(xiàn)，另一方面可在非續(xù)試品種中初步篩選發(fā)現(xiàn)當(dāng)年豐產(chǎn)穩(wěn)定性較優(yōu)的品種，組成小麥新品種后續(xù)推廣篩選的品種資源庫(kù)。研究結(jié)果表明，GGE雙標(biāo)圖能夠更直觀高效地區(qū)分品種的豐產(chǎn)穩(wěn)定性，明確參試品種的生態(tài)適應(yīng)區(qū)，鑒別不同試點(diǎn)的區(qū)分代表力，對(duì)小麥新品種推廣及種植提供理論依據(jù)。

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