基于AMMI模型和GGE雙標圖分析蕎麥品種的穩(wěn)產(chǎn)性及適應性

摘要：【目的】評價蕎麥新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和生態(tài)適應性?！痉椒ā窟x擇5個蕎麥品種（系）在6縣（區(qū)）點試驗數(shù)據(jù)，基于AMMI模型和R語言的GGE-Biplot軟件包相結合的方法，對寧夏南部山區(qū)不同氣候區(qū)蕎麥品種多年多點試驗進行主成分分析，綜合評價蕎麥品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性、適應性、代表性等。【結果】蕎麥試點以半干旱區(qū)的西吉縣或原州區(qū)、半干旱區(qū)易旱區(qū)的海原縣、中部干旱帶的鹽池縣代表性較好。固蕎1號和固蕎3號新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和生態(tài)適應性最佳?！窘Y論】以AMMI模型分析與大田生產(chǎn)驗證相結合綜合評價蕎麥品種的穩(wěn)定性方法可行，結果可靠，驗證效果良好。

關鍵詞：蕎麥；AMMI模型；GGE-Biplot；穩(wěn)定性與適應性

中圖分類號：S517文獻標志碼：A文章編號：1001-4330（2024）09-2152-08

0引 言

【研究意義】農(nóng)作物新品種選育過程中，品種區(qū)域試驗是一個重要環(huán)節(jié)，通過品種在不同生態(tài)氣候類型區(qū)進行多年多點試驗，結合主要農(nóng)藝經(jīng)濟性狀和產(chǎn)量進行品種的抗旱性、豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和生態(tài)適應性等多項指標綜合性評價，對進一步提升和開發(fā)蕎麥生產(chǎn)潛力有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】基于作物品種主效應與互作效應（Additive main effects and multiplicative interaction）AMMI模型下基因型及基因型與環(huán)境互作（genotype main effect plus genotype-environment interaction）效應分析GGE雙標圖，準確評價基因型和環(huán)境的穩(wěn)定性。AMMI模型分析和GGE雙標圖廣泛用于馬鈴薯［1］、油菜［2］、玉米［3］、苦蕎［4］、甜玉米［5］、甜瓜［6］、谷子［7］、大豆［8］、花生［9］、青稞［10］和苦蕎［11-15］等作物品種和試點的穩(wěn)定性、品質、經(jīng)濟性狀以及生產(chǎn)能力等進行分析，為篩選優(yōu)良新品種提供了有效的方法和理論依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c】隨著新品種的選育指標綜合評價的方法不斷改進，利用AMMI模型和GGE雙標圖分析品種穩(wěn)產(chǎn)性及適應性。需采用AMMI模型和GGE 雙標圖分析方法，綜合評價寧南山區(qū)參試甜蕎品種在多年多點不同氣候類型區(qū)試驗數(shù)據(jù)進行豐產(chǎn)性穩(wěn)定性、生態(tài)適應性和試驗點的辨別力。【擬解決的關鍵問題】通過品種的穩(wěn)定性分析和綜合評價，篩選出適宜在寧南山區(qū)種植的新品種，并同步進行大面積生產(chǎn)示范和推廣應用進行AMMI模型生產(chǎn)性驗證，為蕎麥品種合理區(qū)劃和品種選育提供科學依據(jù)。

1材料與方法

1.1材 料

參試5個蕎麥品種，分別為固蕎1號、固原紅花蕎、定蕎3號、固蕎3號及信農(nóng)1號，其中固蕎1號、固原紅花蕎、固蕎3號及信農(nóng)1號為寧夏農(nóng)林科學院固原分院自主選育品種（系），定蕎3號由甘肅省定西市農(nóng)業(yè)科學院引進。2017～2019試驗在寧南山區(qū)6縣（區(qū)）分別布設試驗點，其中原州區(qū)頭營、西吉縣馬建和彭陽縣城陽地處半干旱區(qū)，同心縣預旺和鹽池縣花馬池均地處中部干旱帶，每個試驗點參試品種和田間設計相同。

試驗點設在寧南山區(qū)6個縣（區(qū)）具有代表性的半干旱區(qū)、半干旱易旱區(qū)和中部干旱帶進行，寧南山區(qū)半干旱區(qū)（原州區(qū)、西吉縣和彭陽縣）、半干旱區(qū)易旱區(qū)（海原縣）和中部干旱帶（同心縣、鹽池縣）多年降水量分別為416.6～450.0、350.0和215.1～255.6 mm，蕎麥生長期降水量分別為279.2～353.0、331.8和189.8～222.9 mm。年均氣溫分別為5.9～7.2、7.1和8.6℃。生育期氣溫分別為16.7～19.4、18.7和21.3～22.0℃。表1

1.2方 法

采用隨機區(qū)組設計，小區(qū)面積 10 m2，長5 m×寬2 m，每個小區(qū)種植7行區(qū)，行距33 cm，小區(qū)留苗1 580株左右，密度105×104株/hm2左右，重復3次。收獲時每小區(qū)取生長均勻的4 m2脫粒計產(chǎn)，各試驗點的每個品種考種樣取中間1m長單行植株，選取代表性15株考種，對其中剩余植株進行脫粒，計算混合平均單株的株高，主莖分枝、主莖節(jié)數(shù)、單株粒重、粒數(shù)及千粒重等。

播種前結合整地進行旋耕，基肥磷酸二銨肥料150 kg/hm2。6月下旬播種，7月中旬定苗，其它田間管理同大田。

1.3數(shù)據(jù)處理

1.3.1方差及AMMI模型

應用DPS 9.5 系統(tǒng)和Excel 2016軟件進行AMMI模型分析［12］統(tǒng)計分析其品種及試驗點間的穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性參數(shù)及綜合評價。利用AMMI模型作圖和產(chǎn)量數(shù)據(jù)的方差分析均主成分特征值分析，計算品種和區(qū)試點穩(wěn)定性（Di）值。運用R語言支持下的GGE-Biplo軟件包進行雙標圖分析。

AMMI模型公式為［1，4，5，6，13］：

yge=μ+αg+βe+Σni=λnγgnδgn+θgeεger…….（1）

式中，yge表示在某試點e中某一基因型g的平均產(chǎn)量；μ為總體平均值；αg為基因型平均偏差（基因型平均值減總的平均值）；βe為環(huán)境平均偏差（各個環(huán)境的平均值減總的平均值）；λn為第n個主成分特征值平方根；γgn為第n個主成分環(huán)境得分；δgn為第n個主成分基因型主成分得分；θge為殘差。試驗設重復，則誤差項為εger，等于γgn平均值與r個重復的單個觀察值之間的偏差，并具有可加性。

1.3.2R語言GGE雙坐標圖及穩(wěn)定性

采用GGE 運用R語言支持下的GGE Biplo軟件包功能進行雙標圖分析，分別評價“豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”、“區(qū)分力與代表性”、“品種生態(tài)適應性”功能圖分析參試品種與環(huán)境交互效應主成分值（interaction principal component axis，IPCA）在多維空間中圖標與原點的歐氏距離，其計算公式［1，3，4，13］如下。

Dg（e）=Σni-1（IPCA）2g（e）t…….（2）

式中，n表示達到顯著水平的IPCA個數(shù)；Dg（e）用來度量基因型或環(huán)境的相對穩(wěn)定性，為基因型或環(huán)境在 n個IPCA上的歐式距離。

2結果與分析

2.1參試蕎麥品種產(chǎn)量的基因型和環(huán)境互作方差及AMMI互作效應

2.1.1品種產(chǎn)量的方差和AMMI互作效應

研究表明，甜蕎產(chǎn)量顯著受到基因型（genotype，G）、環(huán)境（environment，E）以及基因型與環(huán)境互作效應（G×E）的影響。環(huán)境和基因和交互作用占總變異的比例從小到大排列為甜蕎品種環(huán)境效應占總變異平方和的比例為（46.1%）＞基因（38.1%）＞基因與環(huán)境互作作用（15.9%），基因型和環(huán)境互作效應達到3個顯著水平的互作效應主成分軸為 IPCA1 （Interaction principle component axis）、PCA2和PCA3分別占互作效應的81.9%、12.0% 和5.1%，即IPCA的交互作用信息占99.0%。AMMI 模型可以較好地解釋品種和試點互作效應。表2

2.1.2AMMI模型對品種的豐產(chǎn)性穩(wěn)定性

研究表明，固蕎3號多年平均產(chǎn)量為1 719.6 kg/hm2，表現(xiàn)最佳，且超過對照品種信農(nóng)1號；按品種平均產(chǎn)量互作主成分得到穩(wěn)定參數(shù)（Dg）值，品種的穩(wěn)定性依次為固蕎1號＞固蕎3號＞信農(nóng)1號＞定蕎3號＞固原紅花蕎，其中固蕎1號品種的穩(wěn)定性最好。以品種的穩(wěn)定性參數(shù)結合產(chǎn)量綜合分析，參試品種固蕎1號和固蕎3號品種豐產(chǎn)性穩(wěn)定性比較好，其次為信農(nóng)1號。表3

試點穩(wěn)定性值（De）與品種穩(wěn)定性值（Dg）相反，其De值越大，試點代表性與辨別力越強。試點平均產(chǎn)量在E2（西吉縣）＞E1（原州區(qū)）＞E4（海原縣）＞E6（鹽池縣）＞E5（同心縣）＞E3（彭陽縣）的情況下，試點的穩(wěn)定性De值以E2（西吉縣）最好，其次為E3（彭陽縣）。選擇半干旱區(qū)的西吉縣或彭陽縣，半干旱易旱區(qū)的海原縣及中部干旱帶的鹽池縣布設試點較理想。表4

2.2參試品種與試點GGE雙標圖

2.2.1品種豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性雙坐標圖

研究表明，參試品種高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性以帶箭頭的直線為環(huán)境平均軸，其箭頭方向表示品種所有環(huán)境下的近似平均產(chǎn)量的走向。固蕎1號和固蕎3號表現(xiàn)最高，其次為品種定甜蕎3號。坐標功能圖與平均產(chǎn)量、互作主成分得到的品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性結果基本一致。圖1，表3～4

2.2.2試點代表性與辨別力GGE雙坐標圖

研究表明，試點E1或E2（原州區(qū)或西吉縣）均處于同一生態(tài)環(huán)境范圍，E4（海原縣），試點E5（同心縣）和E6（鹽池縣）處于同一生態(tài)環(huán)境范圍，以選擇鹽池縣試點與平均環(huán)境軸的夾角小。應該選擇試點E1（E2）、E4和E6其代表性和辨別力比較強。圖2

2.2.3參試蕎麥品種生態(tài)適應性

研究表明，整個雙標圖被垂線劃分為4個扇形區(qū)域，位于該扇區(qū)多邊形的頂角為最適合在該區(qū)域種植的品種。第一扇區(qū)品種固蕎1號在試驗點E3、E5表現(xiàn)比較好；第二扇區(qū)品種固蕎3號在試驗點E1、E2、E4和E6適應范圍比較廣闊；第三扇區(qū)有品種定甜蕎3號，第四扇區(qū)品種豐產(chǎn)性低和適應性較差。圖3

2.3參試品種AMMI模型生產(chǎn)示范性驗證及推廣成效

2.3.1AMMI模型分析與大面積生產(chǎn)相結合驗證品種的穩(wěn)定性

研究表明，固蕎1號、固蕎3號在寧山區(qū)半干旱區(qū)、半干旱區(qū)易旱區(qū)、中部干旱帶及寧南6縣（區(qū)）分別較對照品種信農(nóng)1號增產(chǎn)11.2%、19.4%、11.4%%和12.7%。而在寧南山區(qū)不同氣候類型區(qū)進行多年多點生產(chǎn)示范，其中半干旱區(qū)旱地平均產(chǎn)量為1 687.0 kg/hm2，較對照品種增產(chǎn)13.7%，半干旱偏旱區(qū)旱地平均產(chǎn)量為1 484.0 kg/hm2，較對照品種增產(chǎn)10.0%，中部干旱帶平均產(chǎn)量為1 038.0 kg/hm2，較對照品種增產(chǎn)8.5%。另外，鹽池縣花馬池鎮(zhèn)生育期滴灌水量120 mm條件下，其產(chǎn)量達到1 902.0～2 475.0 kg/hm2，較對照品種增產(chǎn)18.7%～35.5%。

固蕎1號、固蕎3號在不同氣候類型區(qū)生產(chǎn)示范區(qū)增產(chǎn)趨勢及穩(wěn)定性與AMMI模型分析結果基本一致，該方法能夠準確有效的綜合評價品種，其方法可行，結果可靠，驗證效果良好。表5

2.3.2蕎麥品種生產(chǎn)示范和推廣成效

研究表明，2020～2023年在寧南山區(qū)8縣（區(qū)）進行大面積生產(chǎn)示范與推廣，累計示范推廣面積達1 266.8 hm2，旱地產(chǎn)量為1 300.8～1 583.7 kg/hm2，較信農(nóng)1號增產(chǎn)10.8%～14.4%。固蕎1號、固蕎3號品種先后由內蒙古、陜西、甘肅、山西、河北、貴州和云南等省（區(qū)）引進生產(chǎn)示范和輻射推廣150 hm2以上。

3討 論

品種與環(huán)境適應性的選擇重要性［2，4，10-14］?；赑CA1、PCA2和PCA3的互作主成分計算得到參試品種的穩(wěn)定性參數(shù)Dg，其Dg值越小，表示品種的穩(wěn)定性越好［5-8］。按照蕎麥品種在不同氣候類型區(qū)和不同生產(chǎn)條件下對生態(tài)適應性的影響程度看，新品種選育過程中對品種的客觀評價，既要具備豐產(chǎn)性，又能獲得穩(wěn)產(chǎn)性才是評價品種比較理想的目標［4］。GGE雙標圖中橫坐標（PAC1）可以解釋互作信息量為84.61%，縱坐標（PAC2）可以解釋互作信息量為12.54%，總計 97.15%的環(huán)境和基因環(huán)境互作的變異信息［4-5，9，12，13］。試點線段和平均環(huán)境軸間的夾角表示該試點的代表性，角度越小，代表性越強，若一個試點與平均環(huán)境軸的夾角為鈍角，則表示該試點不適合作為試驗點［2，4，7，11-15］。同一品種在不同種植區(qū)域表現(xiàn)不一致，在一定程度也反映出品種對區(qū)域種植的生態(tài)適應性。GGE雙標圖中的“品種生態(tài)適應性”功能圖，將同一方向上距離原點最遠的品種連成一個多邊形［8，9，11，16-18］，確保所有品種都落在多邊形內，過原點作多邊形各邊的垂線，雙標圖被垂線分成若干個區(qū)域［19-24］，處于多邊形頂端的品種則是各區(qū)域內表現(xiàn)最好的品種。西北干旱地區(qū)7-8月正值蕎麥開花授粉期，此階段經(jīng)常遇到干旱少雨，降水量減少致使不能滿足作物需水供水要求［25-26］，由此導致結實率下降而影響生產(chǎn)能力提升?；谑w麥授粉期大氣溫度、相對濕度、降水量和土壤蓄水供水能力對產(chǎn)量的影響有待進一步研究。

4結 論

4.1

參試蕎麥品種的豐產(chǎn)性穩(wěn)定性以固蕎1號和固蕎3號最佳，其次為定甜蕎3號。試點代表性與辨別力在半干旱區(qū)的西吉縣和彭陽縣，半干旱易旱區(qū)的海原縣，中部干旱帶的鹽池縣為比較理想的蕎麥試點環(huán)境。

4.2AMMI和GGE雙標圖分析方法可行，結果可靠，驗證性良好，值得創(chuàng)新應用。

4.3

2020～2023年對篩選出的品種固蕎1號和固蕎3號在寧南山區(qū)不同氣候類型區(qū)建立科技核心展示區(qū)、大面積生產(chǎn)示范和推廣面積達1 266.8 hm2。

4.4

蕎麥品種在不同氣候類型區(qū)種植，其生產(chǎn)能力提升的關鍵決定于當?shù)厣a(chǎn)條件和對水肥的滿足程度。蕎麥品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性以及生產(chǎn)能力提升受諸多因素的影響，特別是開花授粉期大氣溫度、降水量對產(chǎn)量影響較大。

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Analysis of stable yield and adaptability of buckwheat varieties based on AMMI model and GGE double label graph

CHANG Keqin，DU Yanping，MU Lanhai，YANG Chongqing，CHEN Yixin

（Guyuan Branch of Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences / Dry Farming Agricultural Engineering Technology Research Center of Ningxia，Guyuan Ningxia 756000， China）

Abstract：【Objective】 Evaluate the high yield， stable yield， and ecological adaptability of new varieties of tartary buckwheat.

【Methods】 Through the analysis of experimental data from 5 varieties （lines） in 6 counties （districts）， By combining the AMMI model with the GGE-Blilot software package of R language， principal component analysis was conducted on sweet buckwheat varieties from different climate zones in the southern mountainous areas of Ningxia for multiple years and the stability， adaptability， pilot representativeness were comprehensively evaluated.

【Results】 The buckwheat pilot area represented by Xiji County or Yuanzhou District in semi-arid areas and Haiyuan County in semi-arid areas prone to drought， and Yanchi County in the central arid zone was better. "The new varieties of Guqiao 1 and Guqiao 3 had the best yield， stability， and ecological adaptability.

【Conclusion】 By combining the AMMI model analysis with production practice verification， the method is feasible， the results are reliable， and the validation is good.

Key words：sweet buckwheat crop varieties；AMMI model；GGE Biplot；stability and adaptability

Fund projects：Avena sativa and Buckwheat Industry Technology System of the Ministry of Agriculture and Rural Affairs-Guyuan Comprehensive Experimental Station（CARS-07-G-15）；Local Cooperation of Ningxia Academy of Agriculture and Forestry Sciences-Key Technology Integration and Light and Simple Cultivation Technology Demonstration of Yanchi Characteristic Industry （NNKZZCGZH-2021-04）;Ningxia Science and Technology Key Project - Ningxia Small Coarse Grain Innovation Team （2020CXTDLX04）

Correspondence author：CHANG Keqin （1965-）， male， from Guyuan，Ningxia，researcher， research direction：breeding new varieties of buckwheat and oat crops and water-saving cultivation techniques，（E-mail）nxgychkq@163.com

收稿日期（Received）：2024-02-17

基金項目：農(nóng)業(yè)農(nóng)村部國家燕麥蕎麥產(chǎn)業(yè)技術體系-固原綜合試驗站（CARS-07-G-15）；寧夏農(nóng)林科學院院地合作-鹽池特色產(chǎn)業(yè)關鍵技術集成及輕簡栽培技術示范（NNKZZCGZH-2021-04）；寧夏科技重點-寧夏小雜糧創(chuàng)新團隊（2020CXTDLX04）。

作者簡介：常克勤（1965-），男，寧夏固原人，研究員，研究方向為蕎麥和燕麥作物新品種選育及栽培，（E-mail）nxgychkq@163.com