基于甘薯區(qū)試產(chǎn)量數(shù)據(jù)的AMMI 模型分析

王 仙, 羅正乾, 徐琳黎, 周志林, 唐 君, 高海峰, 劉恩良, 金 平

(1.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所, 烏魯木齊 830091; 2.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院綜合試驗(yàn)場, 烏魯木齊 830013 3.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所, 江蘇徐州 221245; 4.新疆農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所, 烏魯木齊 830091)

0 引 言

【研究意義】作物品種區(qū)域試驗(yàn)是農(nóng)作物新品種選育重要的環(huán)節(jié)，對(duì)區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面有效分析，綜合評(píng)價(jià)品種的穩(wěn)產(chǎn)性、豐產(chǎn)性和區(qū)域適應(yīng)性，關(guān)系到參試品種能否通過審定并推廣[1]。目前主要應(yīng)用主效可加互作可乘模型(AMMI)和GGE雙標(biāo)圖描述和評(píng)價(jià)不同品種的產(chǎn)量差異和試驗(yàn)點(diǎn)辨別力[2-3]。甘薯[Ipomoeabatatas(L.)Lam.]是旋花科1年生或多年生草本塊根植物，是我國重要的糧食、飼料、工業(yè)原料作物[4]。中國2018年甘薯種植面積237.93×104hm2，總產(chǎn)量和種植面積分別占世界57%和29%[5]。甘薯適應(yīng)能力較強(qiáng)，但不同環(huán)境、氣候、土壤條件下，甘薯性狀也存在差異[6-8]。新疆是我國北方優(yōu)質(zhì)甘薯生產(chǎn)區(qū)，篩選適合新疆種植的甘薯新品種，對(duì)新疆甘薯產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】Kivuva等[9]研究發(fā)現(xiàn)，在基因型和環(huán)境效應(yīng)下甘薯產(chǎn)量性狀差異顯著。后猛等[10]研究發(fā)現(xiàn)，不同生態(tài)點(diǎn)甘薯產(chǎn)量性狀變幅較大。Abdullah等[11]評(píng)估了4個(gè)甘薯品種在9個(gè)生態(tài)點(diǎn)的穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，發(fā)現(xiàn)環(huán)境和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)大于單獨(dú)的基因型效應(yīng)。盧會(huì)翔等[12]研究發(fā)現(xiàn)白肉甘薯產(chǎn)量性狀年份效應(yīng)大于基因型效應(yīng)，紫肉甘薯產(chǎn)量性狀主要受環(huán)境影響。肖富良等[13]表明鮮薯產(chǎn)量基因型變異大于環(huán)境效應(yīng)。賈趙東等[14]利用AMMI模型分析了2005～2006年江蘇省6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)10個(gè)甘薯品種產(chǎn)量性狀的穩(wěn)定性和適應(yīng)性。陸國權(quán)[15]運(yùn)用AMMI模型對(duì)21個(gè)甘薯品種在5個(gè)生態(tài)點(diǎn)的優(yōu)質(zhì)性和穩(wěn)定性進(jìn)行了分析，為優(yōu)質(zhì)育種和專用品種產(chǎn)地化生產(chǎn)提供了理論依據(jù)?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】近年來，AMMI模型已在小麥、玉米、水稻、棉花等作物品種區(qū)域?qū)嶒?yàn)分析應(yīng)用，但AMMI模型用于新疆甘薯產(chǎn)量的穩(wěn)定性和適應(yīng)性分析較少。需運(yùn)用AMMI模型分析甘薯區(qū)域品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性?！緮M解決的關(guān)鍵問題】新疆甘薯的種植區(qū)生態(tài)環(huán)境變異較大，以新疆甘薯區(qū)試品種(系)為材料，采用AMMI模型對(duì)其產(chǎn)量資料進(jìn)行分析，分析各個(gè)參試品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性，為甘薯的育種與推廣應(yīng)用提供參考。

1 材料與方法

1.1 材 料

參試品種(系)5個(gè)，分別為Z15-1、H6-1、印尼紫薯、煙薯25號(hào)和徐薯18號(hào)，均由江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)院供種。試驗(yàn)于2018～2019年進(jìn)行，分別設(shè)置了新疆農(nóng)科院綜合試驗(yàn)場(安寧渠)、烏蘇、伊寧3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)。隨機(jī)區(qū)組排列，小區(qū)面積18.75 m2，密度為3 555株/667m2，3次重復(fù)，田間管理同當(dāng)?shù)卦耘喙芾泶胧┮恢隆?/p>

1.2 方 法

AMMI模型是將方差分析與主成分分析相結(jié)合，充分利用試驗(yàn)所獲得的信息，最大程度地反映基因型與環(huán)境互作變異，分析不同試驗(yàn)點(diǎn)基因型與環(huán)境互作特征，對(duì)品種進(jìn)行穩(wěn)定性和適應(yīng)性分析[16-18]。

式中Yger：在環(huán)境e中基因型g的產(chǎn)量，u：總體平均值，αg：第g個(gè)環(huán)境型的主效應(yīng)；βe：第e個(gè)基因型的主效應(yīng)；λn：第n個(gè)主成分分析特征值，δgn：第n個(gè)主成分的品種得分，γen：品種環(huán)境互作第n個(gè)主成分的環(huán)境成分得分，n：主成分因子軸的總個(gè)數(shù)，θger：誤差。

1.3 數(shù)據(jù)處理

利用 Microsoft Excel 2013 進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，DPS7.05 軟件進(jìn)行AMMI模型分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量AMMI模型

研究表明，基因型、環(huán)境、基因型×環(huán)境互作的差異性都達(dá)到極顯著水平，AMMI分析理論產(chǎn)量的基因型、環(huán)境、基因型×環(huán)境互作都很重要。3種效應(yīng)的平方和分別占總平方和的55.44%、4.60%和39.96%，甘薯產(chǎn)量總變異起作用的因素依次為基因型>基因型×環(huán)境互作>環(huán)境。產(chǎn)量的PCA1已經(jīng)解釋了91.57%的交互作用平方和，PCA1代表的互作部分，能對(duì)產(chǎn)量穩(wěn)定性作出判斷。表1

表1 產(chǎn)量的基因型和環(huán)境互作效應(yīng)Table 1 Analysis of genotypic and environmental interactions of yield

2.2 產(chǎn)量穩(wěn)定性的雙標(biāo)

研究表明，H6-1(G2)的產(chǎn)量最低，煙薯25號(hào)(G4)的產(chǎn)量最高；伊寧市試驗(yàn)點(diǎn)(E3)參試品種產(chǎn)量最低，烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)(E2)參試品種產(chǎn)量最高。

在水平方向上，品種的分布較地點(diǎn)分散，直觀地反映了參試甘薯品種產(chǎn)量的基因型變異大于環(huán)境變異。H6-1(G2)、印尼紫薯(G3)在烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)(E2)有正向交互作用，在安寧渠試驗(yàn)點(diǎn)(E1)和伊寧市試驗(yàn)點(diǎn)(E3)有負(fù)向交互作用；而對(duì)照徐薯18號(hào)(G5)、Z15-1(G1)和煙薯25號(hào)(G4)的情況正好相反。越靠近水平線的品種越穩(wěn)定，即5個(gè)參試品種中，徐薯18號(hào)(G5)、H6-1(G2)和對(duì)照徐薯18號(hào)(G5)最穩(wěn)定，印尼紫薯(G3)最不穩(wěn)定；在3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)中，烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)(E2)的交互作用影響最大，伊寧市試驗(yàn)點(diǎn)(E3)的交互作用影響最小。圖1

圖1 AMMI1 雙標(biāo)圖Fig.1 The biplot of AMMI1

G3離原點(diǎn)最遠(yuǎn)，其穩(wěn)定性最差；G1、G2、G4、G5與原點(diǎn)距離相差不大，其穩(wěn)定性也相差不多。品種G4在試驗(yàn)點(diǎn)E1、品種G2在試驗(yàn)點(diǎn)E2和E3與原點(diǎn)的連線上具有最大的投影距離，煙薯25號(hào)在安寧渠試驗(yàn)點(diǎn)、H6-1在烏蘇和伊寧試驗(yàn)點(diǎn)具有較強(qiáng)的適應(yīng)性，適合當(dāng)?shù)氐臍夂颦h(huán)境，可得到較高的產(chǎn)量。圖2

圖2 AMMI2 雙標(biāo)圖Fig.2 The biplot of AMMI2

2.3 穩(wěn)定性參數(shù)

研究表明，參試品種穩(wěn)定性參數(shù)越小，其穩(wěn)定性越好。H6-1(G2)的穩(wěn)定性參數(shù)最小，為10.26，印尼紫薯(G3)的穩(wěn)定性參數(shù)最大，為20.91，各品種(系)產(chǎn)量的穩(wěn)定性大小為H6-1(G2)> Z15-1(G1)> 徐薯18號(hào)(G5)> 煙薯25號(hào)(G4)>印尼紫薯(G3)。安寧渠、烏蘇、伊寧3個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)鑒別力參數(shù)分別為20.72、21.45和0.73，各試驗(yàn)點(diǎn)鑒別力大小為烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)(E2)>安寧渠試驗(yàn)點(diǎn)(E1)>伊寧試驗(yàn)點(diǎn)(E3)，烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)(E2)對(duì)品種具有較高的選擇性，品種與地點(diǎn)的交互作用較大；而伊寧試驗(yàn)點(diǎn)(E3)對(duì)品種具有較低的鑒別力，對(duì)各品種的適應(yīng)性較廣泛。表2,表3

表 2 品種穩(wěn)定性參數(shù)Table 2 Stability parameter of cultivar

表 3 試驗(yàn)點(diǎn)鑒別力參數(shù)Table 3 Discernment parameter of test site

3 討 論

通過各品種做試驗(yàn)點(diǎn)與原點(diǎn)連線的垂線，垂直投影距離越長，反映品種在試驗(yàn)點(diǎn)的交互作用越大，反之越小[19]。作物產(chǎn)量受基因型和環(huán)境因素的共同影響，對(duì)作物基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的研究對(duì)品種的合理利用和適宜推廣地區(qū)的選擇有重要的意義[20]。AMMI模型是分析品種穩(wěn)定性非常有效的工具，結(jié)合雙標(biāo)圖，可直觀了解各參試品種的穩(wěn)產(chǎn)性、豐產(chǎn)性及品種適應(yīng)地區(qū)[21-22]。

在試驗(yàn)中，利用AMMI模型對(duì)新疆維吾爾自治區(qū)2018～2019年甘薯區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，篩選出豐產(chǎn)性與穩(wěn)定性優(yōu)良的品種，以及鑒別力與代表性高的試驗(yàn)點(diǎn)。試驗(yàn)表明，5個(gè)參試品種(系)穩(wěn)定性大小依次為H6-1>Z15-1>徐薯18號(hào)>煙薯25號(hào)>印尼紫薯。綜合分析參試甘薯品種(系)的產(chǎn)量性狀，Z15-1和徐薯18號(hào)屬于較高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種，可作為示范推廣品種；H6-1屬于低產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種；煙薯25號(hào)屬于高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)品種；印尼紫薯屬于中產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)品種。

各試驗(yàn)點(diǎn)的鑒別力順序?yàn)闉跆K試驗(yàn)點(diǎn)>安寧渠試驗(yàn)點(diǎn)>伊寧試驗(yàn)點(diǎn)，其中烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)品種的選擇性最高，具有較強(qiáng)的代表性，伊寧試驗(yàn)點(diǎn)對(duì)品種的鑒別力低，試驗(yàn)點(diǎn)鑒別力的差異最大可能性由環(huán)境因素影響，包括氣候因子、土壤條件等。

4 結(jié) 論

參試品種產(chǎn)量的基因型、環(huán)境和基因型×環(huán)境互作效應(yīng)差異均達(dá)到極顯著水平(P<0.001)，其中基因型×環(huán)境互作的影響較大。Z15-1和徐薯18號(hào)為較高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種，可在新疆甘薯產(chǎn)區(qū)推廣種植；煙薯25號(hào)屬于高產(chǎn)不穩(wěn)產(chǎn)品種，可在局部地區(qū)示范推廣。烏蘇試驗(yàn)點(diǎn)代表性較好且鑒別力較強(qiáng)，伊寧試驗(yàn)點(diǎn)鑒別力較差。