優(yōu)良夏玉米品種穩(wěn)定性和適應(yīng)性評價

楊美麗 程建梅 蘇玉杰 趙樹政 鹿紅衛(wèi)

（河南省鶴壁市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，鶴壁 458030）

河南省是全國重要的夏玉米種植區(qū)，玉米生產(chǎn)對保證河南省和國家糧食安全具有十分重要的意義。河南省夏玉米區(qū)地域廣闊，生長季節(jié)常遭遇高溫、大風(fēng)等極端氣候的影響，加之夏玉米品種數(shù)量眾多，品種退化嚴(yán)重，導(dǎo)致品種間產(chǎn)量變幅較大，因此，選育和推廣豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性較好的夏玉米品種成為當(dāng)前河南省玉米育種的重要任務(wù)[1-2]。玉米雜交種受環(huán)境因素影響較大，玉米新組合在多環(huán)境進(jìn)行評價，可以為準(zhǔn)確評價該組合的表現(xiàn)積累寶貴的數(shù)據(jù)，因此在玉米品種選育過程中需要經(jīng)過多年多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)，從而確定最佳種植和推廣區(qū)域。玉米子粒產(chǎn)量是由多基因控制的復(fù)雜數(shù)量性狀，受基因型效應(yīng)（G）、環(huán)境效應(yīng)（E）以及基因型與環(huán)境互作（GE）三者的共同影響，基因型與環(huán)境互作是影響品種產(chǎn)量穩(wěn)定性問題的根源，互作效應(yīng)越大，品種穩(wěn)定性越差，客觀、合理地進(jìn)行穩(wěn)定性評價是玉米新品種區(qū)域推廣種植選擇的重要依據(jù)[3-4]。當(dāng)前玉米品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性評價研究使用較多的是AMMI模型和AMMI 雙標(biāo)圖分析，可以更科學(xué)準(zhǔn)確地分析多年多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)數(shù)據(jù)，為優(yōu)良品種的科學(xué)布局提供參考[5]。本研究以鄭單958 為對照，對3 個玉米新品種在河南省13 個試點(diǎn)的2 年區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，對參試品種的豐產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行綜合評價，為新品種在河南省合理布局和推廣利用提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料選用自主選育的玉米新品種永優(yōu)1583（國審玉20196219）、永優(yōu)1593（國審玉20196218）和永優(yōu)696（國審玉20206165）為試驗(yàn)材料，以鄭單958（國審玉20000009）為對照，上述4 個材料分別以g-1～g-4 表示。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)試驗(yàn)地點(diǎn)為13 個河南省夏玉米區(qū)試點(diǎn)，分別以e-1～e-13 表示河南鶴壁、河南滑縣、河南南樂、河南南陽、河南汝州、河南睢縣、河南溫縣、河南西華、河南新鄉(xiāng)、河南新鄭、河南長葛、河南鎮(zhèn)平、河南鄭州。試驗(yàn)于2017-2018 年進(jìn)行，采用隨機(jī)區(qū)組試驗(yàn)設(shè)計(jì)，行長6m，行距0.66m，5 行區(qū)，3 次重復(fù)，小區(qū)面積20m2，密度為75000 株/hm2。實(shí)收中間3 行（面積12m2）計(jì)產(chǎn)，對照品種鄭單958 成熟時進(jìn)行收獲。

1.3 產(chǎn)量測定收獲時，每個小區(qū)收獲中間3 行，稱取所有果穗鮮重，計(jì)數(shù)所有收獲穗數(shù)，依據(jù)平均穗重，選取有代表性的10 個果穗進(jìn)行測產(chǎn)，最終記錄小區(qū)產(chǎn)量。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析采用Excel 2010 對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理分析和作圖。使用DPS 7.05 進(jìn)行方差分析、品種穩(wěn)定性分析及AMMI 模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析由表1 可知，2017 年、2018 年各試點(diǎn)變異系數(shù)分別為2.36%～10.01%和2.86%～12.13%，變異系數(shù)越小，表明試點(diǎn)穩(wěn)定性越好。2 年間各試點(diǎn)變異系數(shù)差別明顯，說明2 年試驗(yàn)結(jié)果均可靠，效果較好。

表1 2017-2018 年參試品種各試點(diǎn)產(chǎn)量分析

豐產(chǎn)性參數(shù)效應(yīng)值越大，品種產(chǎn)量越高，穩(wěn)定性參數(shù)變異度越小，品種穩(wěn)定性越好。由表2 可知，2 年均是永優(yōu)696 產(chǎn)量最高，鄭單958 產(chǎn)量最低；永優(yōu)1583 穩(wěn)定性最差。2017 年鄭單958 穩(wěn)定性最強(qiáng)，2018 年永優(yōu)1593 穩(wěn)定性最強(qiáng)。

2.2 各參試品種環(huán)境與基因型互作效應(yīng)分析對參試玉米品種采用AMMI 模型進(jìn)行環(huán)境與基因型互作效應(yīng)分析，由表3 可知，2017 年品種間、試點(diǎn)間差異均達(dá)到了極顯著水平，其中試點(diǎn)間的平方和占總變異平方和的90.27%，說明試驗(yàn)中環(huán)境因素對產(chǎn)量影響較大；聯(lián)合回歸、基因回歸（品種）和環(huán)境回歸（試點(diǎn)）共解釋交互作用的43.34%；PCA1 和PCA2共解釋了互作效應(yīng)的72.59%，較好地分析了品種和試點(diǎn)間的互作效應(yīng)。

由表4 可知，2018 年參試玉米品種間、試點(diǎn)間平方和分別占總變異平方和的3.28%、79.97%，均達(dá)到極顯著水平；聯(lián)合回歸、基因回歸（品種）和環(huán)境回歸（試點(diǎn)）共解釋交互作用的39.01%；PCA1和PCA2 分別解釋了互作效應(yīng)的65.80%、27.39%，且均達(dá)到極顯著水平。

表2 2017-2018 年參試品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性分析

表4 2018 年參試玉米品種AMMI 模型分析

2.3 品種穩(wěn)定性和試點(diǎn)鑒別力分析由圖1 和圖2可以看出，在水平方向的產(chǎn)量高低上，試點(diǎn)分布位置比品種分散，說明試點(diǎn)變異大于品種變異，即同一品種在不同試點(diǎn)的產(chǎn)量差異較大，而同一試點(diǎn)的不同品種產(chǎn)量差異較小。IPCA1 值反映的是互作效應(yīng)的差異，因此在垂直方向上，品種越靠近0 值線，其穩(wěn)定性越好；試點(diǎn)離0 越遠(yuǎn)，其鑒別力越大。所以2 年中g(shù)-4（鄭單958）的穩(wěn)產(chǎn)性均最好；結(jié)合產(chǎn)量因素，g-2（永優(yōu)1593）和g-3（永優(yōu)696）在2 年期間均表現(xiàn)為穩(wěn)產(chǎn)性居中，豐產(chǎn)性較高。2017 年的試點(diǎn)以e-8（河南西華）、e-13（河南鄭州）、e-5（河南汝州）和e-9（河南新鄉(xiāng)）的鑒別力較強(qiáng)，e-3（河南南樂）的鑒別力最弱。2018 年的試點(diǎn)則是e-7（河南溫縣）、e-4（河南南陽）和e-13（河南鄭州）的鑒別力較強(qiáng)，e-1（河南鶴壁）和e-9（河南新鄉(xiāng)）的鑒別力較弱。

圖1 2017 年品種、試點(diǎn)分布AMMI 雙標(biāo)圖

圖2 2018 年品種、試點(diǎn)分布AMMI1 雙標(biāo)圖

2.4 品種的試點(diǎn)適應(yīng)性分析圖3、圖4 分別將4個品種連接形成多邊形，經(jīng)過原點(diǎn)作出各邊的垂線，從而將多邊形分成幾個扇區(qū)，由此可以將試點(diǎn)分成不同的試驗(yàn)環(huán)境，處于多邊形頂點(diǎn)的品種是該試驗(yàn)環(huán)境中適應(yīng)性最好的品種；試點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，其鑒別力越大，反之越小；同一扇區(qū)內(nèi)的品種和試點(diǎn)解釋了品種的最佳種植區(qū)域。由圖3 可知，2017 年的g-2（永優(yōu)1593）在試點(diǎn)e-1（河南鶴壁）和e-4（河南南陽）適應(yīng)性較好；g-3（永優(yōu)696）在試點(diǎn)e-3（河南南樂）和e-5（河南汝州）適應(yīng)性較好，但e-5（河南汝州）的試點(diǎn)鑒別力極弱；g-1（永優(yōu)1583）與試點(diǎn)e-2（河南滑縣）、e-7（河南溫縣）、e-11（河南長葛）、e-6（河南睢縣）、e-10（河南新鄭）、e-12（河南鎮(zhèn)平）同屬于一個扇面，g-1（永優(yōu)1583）在上述試點(diǎn)適應(yīng)性較好，其中e-2（河南滑縣）、e-7（河南溫縣）的試點(diǎn)鑒別力較弱；g-4（鄭單958）在試點(diǎn)e-13（河南鄭州）、e-8（河南西華）和e-9（河南新鄉(xiāng)）的適應(yīng)性較好，但e-13（河南鄭州）的試點(diǎn)鑒別力較小。

由圖4 可知，2018 年g-2（永優(yōu)1593）在試點(diǎn)e-8（河南西華）、e-5（河南汝州）和e-9（河南新鄉(xiāng)）適應(yīng)性較好；g-3（永優(yōu)696）在試點(diǎn)e-10（河南新鄭）、e-11（河南長葛）適應(yīng)性好；g-1（永優(yōu)1583）與試點(diǎn)e-4（河南南陽）、e-12（河南鎮(zhèn)平）、e-3（河南南樂）、e-6（河南睢縣）、e-2（河南滑縣）、e-1（河南鶴壁）同屬于一個扇面，因此其在以上區(qū)域適應(yīng)性較好，其中e-4（河南南陽）、e-12（河南鎮(zhèn)平）的試點(diǎn)鑒別力較差；g-4（鄭單958）在e-7（河南溫縣）、e-13（河南鄭州）適應(yīng)性好，但e-7（河南溫縣）的試點(diǎn)鑒別力較差。

圖3 2017 年品種穩(wěn)定性及試點(diǎn)鑒別力AMMI 雙標(biāo)圖

圖4 2018 年品種穩(wěn)定性及試點(diǎn)鑒別力AMMI 雙標(biāo)圖

3 結(jié)論與討論

在品種推廣應(yīng)用中，往往要考慮多年的綜合表現(xiàn)，而不是特定某一年的表現(xiàn)，因?yàn)橥黄贩N在同一地點(diǎn)、不同年份往往表現(xiàn)不同，作物育種中的多年多點(diǎn)試驗(yàn)的目的就在于客觀評價新品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，最終為品種找到最佳種植區(qū)域[6]。不同參試品種的試點(diǎn)適應(yīng)性及穩(wěn)定性相差較大，且不同年份差異顯著。如本研究中永優(yōu)696 和永優(yōu)1593 在2 年中產(chǎn)量均較高，但他們的試點(diǎn)適應(yīng)性相對較弱；滑縣、睢縣和新鄭這3 個試點(diǎn)的穩(wěn)定性在2 年間均相差較大，造成這種差異的原因主要是品種特性和試點(diǎn)的氣候條件。AMMI 模型分析可以將方差分析和主成分分析融為一體，能夠?qū)ζ贩N和試點(diǎn)互作進(jìn)行顯著性分析，側(cè)重于品種穩(wěn)定性分析，是分析品種、環(huán)境互作效應(yīng)的有效方法[7-8]。方差分析結(jié)果顯示，2017 年、2018 年試點(diǎn)間平方和分別占總變異平方和的90.27%和79.97%，說明參試品種對環(huán)境極為敏感，環(huán)境是引起參試品種產(chǎn)量差異的主要原因。通過AMMI 模型對基因型與環(huán)境互作進(jìn)行分解，2 年的主成分軸PCA1、PCA2 合計(jì)占交互作用平方和的72.59%、93.19%，其中2018 年表達(dá)的基因型與環(huán)境交互作用達(dá)到差異極顯著水平。AMMI 模型分析可以有效克服方差分析對于品種互作效應(yīng)分析過程中存在的局限性。在多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)中，參試品種和試點(diǎn)的選擇要綜合考慮品種和試點(diǎn)的代表性以及試點(diǎn)對品種的分辨能力[9-10]。通過AMMI 雙標(biāo)圖對品種多年多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)進(jìn)行比較分析可以直觀地看出參試品種的適宜種植區(qū)域，不同生態(tài)環(huán)境中，最理想的玉米品種應(yīng)具有高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、適應(yīng)性廣等特性[11]。本研究中永優(yōu)696 產(chǎn)量突出，適宜種植區(qū)域?yàn)槟蠘贰⑷曛荨⑿锣嵑烷L葛，但汝州的試點(diǎn)鑒別力較弱；永優(yōu)1593 的產(chǎn)量較高，最佳種植區(qū)域?yàn)辁Q壁、南陽、西華、汝州和新鄉(xiāng)；永優(yōu)1583 產(chǎn)量中等，在溫縣、滑縣、長葛等多個區(qū)域適應(yīng)性較好，說明該品種屬于廣適性品種；鄭單958 穩(wěn)產(chǎn)性較好，在鄭州、西華、新鄉(xiāng)的適應(yīng)性最好。

在篩選玉米品種進(jìn)行大面積推廣時，首先要考慮環(huán)境因素的影響，也要高度重視基因型與環(huán)境的互作效應(yīng)，選擇與當(dāng)?shù)丨h(huán)境適應(yīng)性更強(qiáng)的玉米新品種[12-13]。本研究通過AMMI 模型與AMMI 雙標(biāo)圖2種分析方法相結(jié)合，一方面分析了品種和試點(diǎn)之間的互作效應(yīng)，明確了參試品種穩(wěn)定性和各試點(diǎn)的分辨力；另一方面對參試品種的豐產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行綜合評價，為參試品種找到最適種植區(qū)域提供了科學(xué)依據(jù)。