基于R語言的GGE雙標圖在江蘇省淮南玉米區域試驗中的應用

趙青 孫杰 王朋 張志高

摘要 通過基于R語言的GGE雙標圖法分析了15個玉米品種的豐產性、穩產性同時分析了8個試驗點對參試品種的區分力和代表性。結果表明，先玉1980（G10）高產且穩產;而DJ1803（G09）較高產，但穩產性稍差。綜合各試驗點的區分力和代表性，如皋（E6）試點的區分力和代表性最好，是理想的試驗點。江蘇中江種業股份有限公司（E2）、江蘇省農業科學院（E3）之間以及大華育種研究院鹽城研究所（E5）、江蘇神農大豐種業科技有限公司鹽城基地（E7）之間存在緊密正相關，表明有些試驗點也許是重復設置的，應該剔除冗余的試點，以減少試驗成本。

關鍵詞 玉米;GGE雙標圖;R語言;區域試驗

中圖分類號 S 513? 文獻標識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）06-0025-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.006

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Application of GGE-biplot Based on R Language in Maize Regional Trial in 2020 in Huainan，Jiangsu Province

ZHAO Qing，SUN Jie，WANG Peng et al （Breeding Research Institute of Jiangsu Dahua Seed Enterprise Co.，Ltd.，Lianyungang，Jiangsu 222344）

Abstract GGE-biplot based on R language was used to analyze high-yield and stability of maize yield，with 15 maize hybrid combinations planted in Huainan，Jiangsu Province. Meanwhile，representativeness and discrimination of eight different testing sites were analyzed. The results showed that Xianyu 1980 （G10） was both the combination with a high and stable yield，and DJ1803 also had a relatively high yield，but its stability was a bit poor. In terms of discrimination and representativeness，Rugao （E6） had the best discrimination and representativeness and it was the best testing site. There was a close positive correlation between Jiangsu Zhongjiang （E2） ，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences （E3） and Dahua Yancheng （E5），Shennong Yancheng （E7），indicating that some test sites may be duplicated and redundant test sites should be eliminated to reduce the cost of the test.

Key words Maize;GGE biplot;R language;Regional trial

基金項目 江蘇省農墾農業發展股份有限公司農業科技項目“黃淮海地區抗病、高產、適宜機械化生產玉米新品種選育”（NK202007）。

作者簡介 趙青（1992—），女，江蘇揚州人，技術員，碩士，從事玉米遺傳育種工作。

收稿日期 2021-07-06

區域試驗是玉米審定過程中的重要環節，目前玉米區域試驗主要采用算數平均值法來評價品種豐產性。玉米在生長過程中，產量主要受品種（即基因型）和環境以及基因型-環境互作影響，方差分析法可以判斷三者是否達到顯著水平，但是不能解釋基因型以及基因型和環境互作效應。Yan[1]在2001年提出基因型主效加基因型與環境互作效應模型，即GGE雙標圖模型。GGE雙標圖不僅可以評價區域試驗中品種豐產性和穩產性，還能對試點的區分力、代表性進行合理評價[2]。目前該方法已經被科研工作者廣泛應用于評價水稻[3-4]、小麥[5-6]、玉米[7-9]、大豆[10-11]、燕麥[12-13]等農作物新品種的豐產性、穩產性和適應性。鑒于此，筆者利用基于R語言的GGE雙標圖對2020年江蘇省淮南玉米區域試驗進行分析，比較各參試品種的豐產性、穩產性和適應性以及各試點的區分力和代表性，為評價江蘇省淮南玉米區域試驗中優良品種和參試地點提供依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試玉米品種共有15個（表1），試點共11個，分別為東臺市農業科學研究所（簡稱“東臺所”，代碼“E1”）、江蘇中江種業股份有限公司（江蘇中江，E2）、江蘇省農業科學院糧食作物研究所（省農科院，E3）、江蘇金色農業股份有限公司（金色農業，E4）、大華育種研究院鹽城研究所（大華鹽城，E5）、如皋市農業科學研究所（如皋，E6）、江蘇神農大豐種業科技有限公司鹽城基地（神農鹽城，E7）、鹽城市新洋農業試驗站（新洋站，E8）、江蘇沿江地區農業科學研究所（沿江如皋，E9）、江蘇紅旗種業股份有限公司（紅旗種業，E10）、江蘇潤揚種業股份有限公司（潤揚種業，E11）。

1.2 試驗設計 小區面積24 m2，6行區，大小行，密度67 500株/hm2，對照品種蘇玉29。試驗小區采取隨機區組排列，3次重復，純作，四周設保護行，收獲時全小區計產，3次重復的平均產量換算成單位面積的產量。沿江如皋點E9因強臺風致所有品種倒伏，紅旗種業點E10、潤揚種業點E11因受漬害嚴重，均作報廢處理，不列入統計分析。

1.3 統計分析

使用R軟件（版本號：4.0.3）的GGEBiplotGUI包對15個淮南普通玉米區域試驗參試品種和各個試驗點間的關系進行GGE雙標圖分析。將原始數據轉化為3列表形式，第1列為參試品種（Gen）、第2列為試驗地點（Env）、第3列為產量（Yield）。運行完各命令行后會出現交互界面，通過鼠標操作可得各種GGE雙標圖。

2 結果與分析

2.1 不同玉米品種產量比較 由表2可知，15個參試品種平均產量變幅為8 717.1～10 207.9 kg/hm2，其中G10產量最高，但G11產量最低且低于對照，其他品種均比對照平均產量高。在各試點間，E6平均產量最高，為10 743.6 kg/hm2，E5平均產量最低，僅為8 526.2 kg/hm2，E6平均產量比E5高26.0%。從表3的方差分析表可以看出，品種、試點、品種-試點互作分別能解釋16.9%、38.8%、18.8%的變異，均達極顯著水平。試點成為影響品種產量最主要的因素，品種-試點的互作也是影響品種產量很重要的因素。

2.2 不同品種產量表現和試點劃分

圖1順次連接各個方向上距離原點最遠的品種構成一個多邊形，并將所有品種包含在內，過原點向多邊形每條邊做垂線，這些垂線將多邊形劃分為不同的扇區。8個試驗點分布在2個扇區內，E1、E2、E3、E6在第1個扇區，E4、E5、E7、E8在第2個扇區。多邊形頂角上的品種是該區內各環境下名義上最高產的品種，即G10是第1個扇區產量最高的品種，G09是第2個扇區產量最高的品種。

2.3 各試驗點之間的關系

圖2從中心到各個環境做1條線段，2個環境線段之間的夾角的余弦值是其相關系數。夾角小于90°表示正相關，表明2試點對品種的排序相似;大于90°表示負相關，表明2試點對品種的排序相反;接近90°表明無相關。從圖2可以得出，8個試點之間都存在正相關，E2、E3之間以及E5、E7之間存在緊密正相關，表明有些試驗點也許是重復設置的，如E2和E3分別位于南京的建鄴區和玄武區，E5和E7分別位于鹽城的東臺市和鹽都區，可以去掉這些重復設置的試驗點，這樣可以節約成本且不影響對品種的評價。

2.4 試點的區分力和代表性

在區試地點的選擇上，希望試驗點對參試品種有較強的區分力，還希望試驗點對目標生態區有比較強的代表性。圖3中帶箭頭的直線為平均環境軸，各試驗點向量的長度表示的是試點的區分能力，向量長度越長，則試點區分力越強，反之越弱。因此該試驗中E6、E8試點的區分力都很好，E7試點區分力最弱。

試點代表性用試點向量與平均環境軸夾角的余弦值表示，即角度越小，則試點代表性越強。如果1個試驗點和平均環境軸夾角為鈍角，則它不適合作為試驗點。從圖3可以看出，所有試點均與平均環境軸呈正相關，說明都對目標環境具有不同程度的代表性。E5、E6、E7試點代表性強。E2、E3、E4等代表性較差。綜合來看，E6試點的區分力和代表性最好，是理想的試驗點。需要強調的是，1個試點只有在所有或者多數年份中具有代表性，才能認定該試點是有代表性的試點。1年品種試驗數據只能用于提出對試點適合性的初步結論[14]。

2.5 品種高產性與穩定性

圖4中通過原點且與平均環境軸垂直的直線表示品種與試點相互作用的傾向性。箭頭位置表示平均環境值，品種在平均環境軸上的投影距離箭頭所指方向代表品種產量平均表現，越靠近箭頭所指方向平均表現就越好。在該試驗中，部分高產品種產量排序為G09>G10>G03>G02>G05，而G11產量最低。將品種點和平均環境軸做一條垂線（綠色虛線），垂線長度代表品種穩定性，長度越短表示品種越穩定。G09和G10產量都很高，但G10更穩定。因此綜合來看，G10是既高產又穩產的品種。

3 結論與討論

玉米品種的高產性與穩產性一直是育種目標，如何客觀地評價江蘇省淮南玉米區域試驗參試玉米品種，有利于提高玉米的推廣效率。GGE雙標圖相比于其他傳統分析方法更加優越，不僅能評價品種的豐產性與穩產性，還能評價試驗點的區分力和代表性以及品種生態區的劃分。

該研究首次利用基于R語言的GGE雙標圖分析江蘇省淮南玉米區域試驗，結果表明先玉1980（G10）高產且穩產;而DJ1803（G09）較高產，但穩產性稍差。綜合各試驗點的區分力和代表性，如皋（E6）試點的區分力和代表性最好，是理想的試驗點。

對一套品種試驗來說，試點選擇應該遵循下述規則[14]：①所有試點與平均環境軸都應正相關;該試驗中8個試點均與平均環境軸正相關，說明都對目標環境具有不同程度的代表性。②不同試點在與平均環境軸的相關性上應存在差異。與平均環境軸高度相關的試點更適合于評價基因型平均表現，而那些與平均環境軸相關性一般的試點更適合于評價基因型的穩定性;該試驗中，E5、E6、E7與平均環境軸高度相關，更適合于評價基因型平均表現;E2、E3、E4等代表性較差的試點仍然是有用的試點，其在選擇優良品種方面是不理想的，但有助于剔除不穩定的品種。③所有試點應該具有較好的區分力。該試驗中，除E7區分力較差外，其余7個試點區分力都較好。④應該剔除冗余的試點，以減少試驗成本。在該試驗中，江蘇中江（E2）、省農科院（E3）之間是高度正相關的，二者選一就可以達到試驗目的。同樣，大華鹽城（E5）、神農鹽城（E7）高度正相關，可以只保留1個試點。

通過以上分析可以看出，GGE雙標圖能夠將大量數據清楚地用圖展示品種和試驗點的關系。由于GGE biplot是收費軟件，而R語言免費且可擴展性好[15]，進行雙標圖分析操作簡單，因此能夠成為評價玉米及其他作物的好方法。

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