摘 " "要:為篩選出適宜湖南省種植的豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)馬鈴薯新品種,2018-2020年連續(xù)3 a(年)對(duì)引進(jìn)的6個(gè)品種進(jìn)行物候期、植株和塊莖外觀性狀及田間主要農(nóng)藝性狀和產(chǎn)量性狀觀察,采用雙因素方差分析和GGE雙標(biāo)圖分析品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性和適應(yīng)性。結(jié)果表明,不同馬鈴薯品種的外觀和主要農(nóng)藝性狀差異顯著。對(duì)品種產(chǎn)量相關(guān)性狀影響的貢獻(xiàn)度依次為環(huán)境gt;基因型gt;基因型-環(huán)境互作。評(píng)價(jià)品種鮮薯產(chǎn)量、株高、單株薯數(shù)和干物質(zhì)率時(shí),要充分考慮基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)。GGE雙標(biāo)分析篩選出1個(gè)新品種華薯1號(hào),其豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)突出,適宜在本區(qū)域進(jìn)一步示范推廣。
關(guān)鍵詞:馬鈴薯;冬閑田;GGE雙標(biāo)分析;綜合評(píng)價(jià)
中圖分類號(hào):S532 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號(hào):1673-2871(2025)02-123-06
Analysis of adaptability and stability of potato varieties in Hunan province by using GGE-Biplot
LI Lu1, YANG Dan1, WANG Suhua2, JIANG Wan1, LI Shuju1, WAN Guoan1, KUAI Xinglong3, SUN Fang4,ZENG Xianglin4
(1. Changde Academy of Agricultural and Forestry Sciences, Changde 415000, Hunan, China; 2. Crop Research Institute, Hunan Academy of Agricultural Sciences, Changsha 410125, Hunan, China; 3. Dingcheng District Meteorological Administration, Changde 415000, Hunan, China; 4. Changde Agricultural and Rural Bureau, Changde 415000, Hunan, China)
Abstract: In order to screen for high-yield, stable-yield varieties suitable for production in Hunan province, six potato varieties were used as test materials in three years from 2018 to 2020 and observed the phenological period, plant and tuber appearance traits, main agronomic and yield traits in the field. The stability, high-yield and adaptability of the cultivars were analyzed using two factor analysis of variance and GGE-Biplot. The results showed that the appearance and main agronomic traits among different cultivars were significant differences. The contribution degree of the impact on yield related traits of varieties is environmentgt;genotypegt;genotype environment interaction. When evaluating the fresh potato yield, plant height, number of potatoes per plant, and dry matter rate of variety, the interaction effect between genotype and environment should be fully considered. One new variety(Huashu No. 1)with outstanding high and stable yield performance was screened out by GGE-Biplot analysis, which was suitable for further demonstration and promotion in this region.
Key words: Potato; Winner paddy field; GGE-Biplot analysis; Comprehensive evaluation
隨著馬鈴薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,南方冬閑田已成為糧菜兼用作物馬鈴薯的主栽區(qū)之一[1-2]。湖南省作為馬鈴薯冬種的主要省份之一,馬鈴薯種植面積常年穩(wěn)定在6.98萬hm2,主要分布在武陵山區(qū)一帶[3-4],種植品種以鮮食和飼用為主,種薯來源多為外來引進(jìn),其次為自留種[5-6]。GGE(genotype + genotyp×environment)雙標(biāo)圖模型是研究基因型效應(yīng)及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對(duì)品種(系)影響的新方法[7],對(duì)引進(jìn)的種質(zhì)資源在不同環(huán)境下的豐產(chǎn)性、適應(yīng)性和穩(wěn)定性進(jìn)行綜合分析,從而篩選出適宜當(dāng)?shù)胤N植的優(yōu)質(zhì)新品種。此前,通過其在水稻[8]、高粱[9-10]、玉米[11]等作物的區(qū)域試驗(yàn)和栽培試驗(yàn)的成功應(yīng)用,GGE雙標(biāo)圖已經(jīng)被證明是有效的分析基因與環(huán)境互作的方法。利用GGE雙標(biāo)圖評(píng)價(jià)馬鈴薯種質(zhì)資源的應(yīng)用逐漸增多,其不僅可科學(xué)地篩選鑒定優(yōu)質(zhì)資源,同時(shí)也可為構(gòu)建馬鈴薯種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)體系提供理論依據(jù)[12-14]。
近年來,引進(jìn)的中薯3號(hào)、中薯5號(hào)和興佳2號(hào)等新品種,在一定程度上提升了湖南省馬鈴薯種源的質(zhì)量,提高了良種普及率[15],但在生產(chǎn)過程中,依然存在北種南調(diào)品種適應(yīng)性差、自留種種性退化、品種更新?lián)Q代周期長、生產(chǎn)落后等問題[4]。為提升湖南省馬鈴薯種植水平,加快品種的更新?lián)Q代,筆者引進(jìn)6個(gè)馬鈴薯新育成品種,在冬閑稻田開展連續(xù)3年的品比試驗(yàn),分析其適應(yīng)性和穩(wěn)定性,為湖南冬種馬鈴薯鮮食型優(yōu)良品種的選育及推廣提供科學(xué)依據(jù)。
1 材料與方法
1.1 材料
供試品種:中薯5號(hào)、中薯17號(hào)、中薯18號(hào)、華薯1號(hào)、華薯2號(hào)和冀張薯12號(hào),其中中薯系列由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜花卉研究所提供,華薯系列由華中農(nóng)業(yè)大學(xué)提供,冀張薯12號(hào)由北方學(xué)院提供。
1.2 試驗(yàn)地概況
試驗(yàn)于2018-2020年連續(xù)3年在湖南省常德市農(nóng)林科學(xué)研究院試驗(yàn)基地進(jìn)行,該區(qū)域年平均氣溫16.7 ℃,年降水量1200~1900 mm,無霜期272 d。試驗(yàn)田塊土壤質(zhì)地為壤土,pH 5.2,全氮含量(w,后同)1.09 g·kg-1,全磷含量0.57 g·kg-1,全鉀含量13 g·kg-1,水解氮含量112 mg·kg-1,有效磷含量14.2 mg·kg-1,速效鉀含量119 mg·kg-1,有機(jī)質(zhì)含量17.7 g·kg-1。前茬作物水稻,機(jī)械深翻起壟。耕作層深度30~40 cm,土地平整,肥力中等。2018年和2020年生育期間氣象條件相對(duì)一致(表1),總降雨量分別為508.2、490.3 mm,總?cè)照諘r(shí)數(shù)分別為487.1、615.1 h,而2019年生育期間寡照多雨,總降雨量為579.7 mm,總?cè)照諘r(shí)數(shù)為342.2 h。
1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)
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20 m2,每小區(qū)150株,6行區(qū),單壟雙行種植,壟長5.6 m,壟面包溝寬1.2 m,株行距22 cm×45 cm,小區(qū)周圍設(shè)2行保護(hù)行。667 m2施45%的硫酸鉀型復(fù)合肥100 kg,播種時(shí)作基肥一次性點(diǎn)施在種薯之間。擺好種薯后覆蓋約10 cm的碎土,覆膜前噴施芽前除草劑,覆蓋0.01 cm厚白色地膜。出苗后及時(shí)破膜引苗,生長期間及時(shí)進(jìn)行病蟲害防治,整個(gè)生育期全程雨養(yǎng)。2017年12月22日統(tǒng)一播種,2018年2月24日至3月10日陸續(xù)出苗,2018年5月3日統(tǒng)一收獲;2019年1月26日統(tǒng)一播種,3月17日至3月28日陸續(xù)出苗,5月21日統(tǒng)一收獲;2019年12月9日統(tǒng)一播種,2020年1月28日至2月10日陸續(xù)出苗,4月27日統(tǒng)一收獲。
1.4 測(cè)定項(xiàng)目及分析方法
記錄物候期、植株田間性狀、塊莖表型、產(chǎn)量及相關(guān)數(shù)據(jù),調(diào)查方法參考農(nóng)作物品種試驗(yàn)技術(shù)規(guī)程 馬鈴薯:NY/T 1489-2007[15]。大中薯率:?jiǎn)问碣|(zhì)量50 g(含)以上為大中薯,收獲時(shí)分級(jí)后稱質(zhì)量,計(jì)算大中薯率。干物質(zhì)率:利用烘干法測(cè)干質(zhì)量,計(jì)算干物質(zhì)率。變異系數(shù)/%=標(biāo)準(zhǔn)偏差/平均值×100。利用DPS7.5進(jìn)行雙因素方差分析,利用GGE模型分析品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性。
2 結(jié)果與分析
2.1 不同馬鈴薯品種農(nóng)藝性狀表現(xiàn)
由表2可知,參試品種平均生育期在63.7~66.3 d,但實(shí)際觀測(cè)中只有華薯1號(hào)、中薯17號(hào)和中薯5號(hào)進(jìn)入生理成熟期,其他品種收獲時(shí)均未完全成熟。另外,2019年1—2月連續(xù)低溫寡照天氣導(dǎo)致參試品種整體出苗較正常年份偏遲1個(gè)月左右,導(dǎo)致生育期縮短。不同品種出苗率均在85%以上,其中中薯18號(hào)、華薯1號(hào)、冀張薯12號(hào)和中薯5號(hào)在93%以上。不同品種間塊莖的外觀差異明顯,中薯17號(hào)和華薯1號(hào)為彩色薯皮品種,其他為黃色薯皮品種。
2.2 不同品種主要農(nóng)藝性狀表現(xiàn)
由表3可知,中薯18號(hào)、華薯2號(hào)、冀張薯12號(hào)的株高與中薯17號(hào)和華薯1號(hào)差異極顯著;株高最高的是中薯18號(hào),平均50.0 cm。華薯1號(hào)、冀張薯12號(hào)、中薯17號(hào)、中薯5號(hào)的主莖數(shù)顯著多于中薯18號(hào)。單薯質(zhì)量最大的品種是冀張薯12號(hào),平均103.8 g,極顯著高于華薯2號(hào)和中薯18號(hào),顯著高于中薯5號(hào)。中薯17號(hào)的單株薯數(shù)最少,平均4.7個(gè),其他品種間差異不顯著。中薯17號(hào)的單株薯質(zhì)量也最小,平均450.2 g;中薯5號(hào)單株薯質(zhì)量最大,平均544.4 g,其次為冀張薯12號(hào)。參試品種間大中薯率差異不顯著,在74.7%~77.8%。中薯5號(hào)、冀張薯12號(hào)和華薯1號(hào)鮮薯平均產(chǎn)量均在2000 kg·667 m-2以上,其中中薯5號(hào)和冀張薯12號(hào)極顯著高于華薯2號(hào)、中薯17號(hào)和中薯18號(hào),華薯1號(hào)極顯著高于華薯2號(hào)和中薯17號(hào)。華薯2號(hào)干物質(zhì)含量最高,平均20.7%,顯著高于其他品種。
2.3 主要農(nóng)藝性狀的變異分析
2.3.1 年份間主要農(nóng)藝性狀的變異分析 由表4可知,不同年份間馬鈴薯主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)差異較大。2018年主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)從小到大依次為大中薯率lt;干物質(zhì)率 lt;主莖數(shù)lt;單薯質(zhì)量lt;鮮薯產(chǎn)量lt;單株薯質(zhì)量lt;單株薯數(shù) lt;株高。2019年主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)從小到大依次為干物質(zhì)率lt;主莖數(shù)lt;單薯質(zhì)量lt;大中薯率lt;鮮薯產(chǎn)量lt;單株薯質(zhì)量lt;單株薯數(shù)lt;株高。2020年主要農(nóng)藝性狀變異系數(shù)從小到大依次為大中薯率lt;單株薯質(zhì)量lt;干物質(zhì)率lt;主莖數(shù)lt;單薯質(zhì)量lt;鮮薯產(chǎn)量lt;單株薯數(shù)lt;株高。干物質(zhì)率的變異系數(shù)及年份間變異系數(shù)變化相對(duì)較小,說明受環(huán)境的影響較小。變異系數(shù)最大的是株高,年份間變異系數(shù)變化最大的是大中薯率,且均在2019年變化較大,結(jié)合氣象情況說明植株的生長對(duì)環(huán)境變化敏感,寡照多雨嚴(yán)重影響植株的生長。
2.3.2 不同品種主要農(nóng)藝性狀的變異分析 由表5可知,不同基因型馬鈴薯的總變異系數(shù)(CV總)依次是:華薯1號(hào)lt;華薯2號(hào)lt;中薯17號(hào)lt;中薯18號(hào)lt;中薯5號(hào)lt;冀張薯12號(hào)。品種穩(wěn)定性最好的是華薯1號(hào)和華薯2號(hào),其次是中薯17號(hào)和中薯18號(hào),表現(xiàn)最不穩(wěn)定的是冀張薯12號(hào)。但變異系數(shù)只能從基因?qū)用娼忉屍贩N表現(xiàn),無法反映品種與環(huán)境的互作效應(yīng),因此有必要做進(jìn)一步的分析。
2.3.3 不同品種主要農(nóng)藝性狀的年份與基因型互作效應(yīng) 對(duì)參試品種不同年份的主要農(nóng)藝性狀進(jìn)行方差分析(表6)可知,同一品種在不同年份種植性狀差異極顯著,說明環(huán)境因素對(duì)品種植株形態(tài)和塊莖形成有很大影響。同一環(huán)境下,不同品種的株高、主莖數(shù)、單薯質(zhì)量、鮮薯產(chǎn)量、干物質(zhì)率差異極顯著,單株薯數(shù)和單株薯質(zhì)量差異顯著,說明這些品種特性突出,遺傳差異較大。品種和年份互作表明,鮮薯產(chǎn)量和株高差異達(dá)到極顯著水平,單株薯數(shù)、單株薯質(zhì)量和干物質(zhì)率差異達(dá)到顯著水平,說明基因型和環(huán)境互作效應(yīng)明顯,評(píng)價(jià)這些性狀時(shí)要充分考慮環(huán)境的因素。
2.4 品種與年份的GGE雙標(biāo)圖分析
2.4.1 品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析 為評(píng)價(jià)品種的穩(wěn)定性和適應(yīng)性,利用GGE 雙標(biāo)圖對(duì)不同年份的品種鮮薯產(chǎn)量進(jìn)行分析。如圖1所示,第一主成分(PC1)解釋了G+GE平方和的67.6%,第二主成分(PC2)解釋了G+GE平方和的29.4%,GGE雙標(biāo)圖共解釋了G+GE總變異平方和的97.0%,可信度高。
圖1中帶有箭頭的直線是平均環(huán)境軸,代表整體平均產(chǎn)量,箭頭正方向?yàn)樨S產(chǎn)品種,品種所在點(diǎn)到平均環(huán)境軸的垂線代表品種的穩(wěn)產(chǎn)性,長度越短穩(wěn)產(chǎn)性越好。根據(jù)圖1可知,本次試驗(yàn)中,中薯5號(hào)豐產(chǎn)性最好,其次是冀張薯12號(hào)和華薯1號(hào),平均產(chǎn)量均在2000 kg·667 m-2以上;而在穩(wěn)產(chǎn)性方面,華薯1號(hào)表現(xiàn)最穩(wěn)定,其次是中薯17號(hào)。
2.4.2 品種綜合分析 利用GGE雙標(biāo)圖可以確定一個(gè)理想品種的位置,在品比試驗(yàn)中,理想品種是指在所有農(nóng)藝性狀中表現(xiàn)最好的品種,現(xiàn)實(shí)中不一定存在,但可作為參試品種理想程度比較的參照[16-17]。以理想品種為圓心畫出多個(gè)同心圓,根據(jù)與理想品種的接近程度,直觀地比較各參試品種的相對(duì)理想程度。距離圓心越近,理想程度越高。根據(jù)圖2可知,華薯1號(hào)距離圓心最近,是最符合理想品種的參試品種。
3 討論與結(jié)論
大多數(shù)品種試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析往往基于單一性狀,過分強(qiáng)調(diào)品種特性而忽略了環(huán)境與基因的交互作用,不能很好地體現(xiàn)品種的適應(yīng)性和穩(wěn)定性[18-20]。筆者連續(xù)3 a(年)對(duì)產(chǎn)量相關(guān)性狀數(shù)據(jù)進(jìn)行分析,發(fā)現(xiàn)環(huán)境是首要影響因素,其次是基因型,除主莖數(shù)、單薯質(zhì)量和大中薯率外,環(huán)境-基因型互作效應(yīng)均對(duì)其余性狀有顯著影響,與他人的研究結(jié)果一致[13,21]。
相比于2018年和2020年,2019年參試品種整體產(chǎn)量降低,且CV總較高。相關(guān)研究表明,在塊莖形成期和膨大期日照時(shí)數(shù)與馬鈴薯產(chǎn)量呈正比[22],結(jié)合氣象數(shù)據(jù)分析,2019年寡照多雨,生育期間日照時(shí)數(shù)較2018年和2020年分別減少了144.9和272.9 h,推測(cè)日照時(shí)數(shù)的減少是導(dǎo)致2019年產(chǎn)量整體降低的主要因素。根據(jù)品種在特定生態(tài)環(huán)境下的綜合表現(xiàn)評(píng)價(jià)其適應(yīng)性和穩(wěn)定性,是品種推廣的前提。前人研究結(jié)果表明,性狀表現(xiàn)是遺傳基因和環(huán)境因素共同作用的結(jié)果。馬鈴薯基因型對(duì)不同環(huán)境的反應(yīng)差異較大,高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)的品種才有實(shí)際生產(chǎn)意義,符合推廣要求[16,23]。GGE雙標(biāo)圖模型既能用圖像宏觀展示,還可以分析基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)[24-25]。筆者運(yùn)用GGE分析方法評(píng)價(jià)了不同品種的鮮薯產(chǎn)量,結(jié)果顯示,華薯1號(hào)為豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性較好的品種,中薯5號(hào)和冀張薯12號(hào)豐產(chǎn)性突出,但穩(wěn)產(chǎn)性相對(duì)較差。中薯17號(hào)穩(wěn)定性突出,但豐產(chǎn)性最低。中薯18號(hào)和華薯2號(hào)豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性表現(xiàn)一般。
綜上所述,通過雙因素方差分析和GGE雙標(biāo)圖分析不同馬鈴薯品種在不同年際間的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性,篩選出華薯1號(hào)表現(xiàn)最突出,豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性較好,適合在湖南省常德市進(jìn)一步推廣種植。
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