藥用植物黃芪品種道地產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量的AMMI模型分析*

尚虎山，劉效瑞，王富勝，張 華，李亞杰，魏玉琴定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000；定西市安定區(qū)農(nóng)村能源區(qū)劃辦公室

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藥用植物黃芪品種道地產(chǎn)區(qū)產(chǎn)量的AMMI模型分析*

尚虎山1，劉效瑞1，王富勝1，張 華2，李亞杰1，魏玉琴1
1定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，甘肅 定西 743000；2定西市安定區(qū)農(nóng)村能源區(qū)劃辦公室

目的：篩選適宜在甘肅定西市多樣性生態(tài)條件下種植的優(yōu)良黃芪新品種。方法：采用A M M I模型分析基因型與環(huán)境互作效應(yīng)方面的優(yōu)勢，對2012—2013年定西市4個主產(chǎn)縣區(qū)選用7個參試品系進(jìn)行豐產(chǎn)性及穩(wěn)產(chǎn)性分析。結(jié)果：所有參試品系中H Q ZX 04-03-02表現(xiàn)最穩(wěn)定，但產(chǎn)量最低；H Q ZX 04-04-01的穩(wěn)產(chǎn)性較好，產(chǎn)量最高，較當(dāng)?shù)刂髟云贩N隴芪1號增產(chǎn)24.23%；各試點(diǎn)間的鑒別力具有差異，其順序?yàn)椋赫目h馬泉＞渭源新寨＞岷縣禾馱＞隴西首陽。結(jié)論：黃芪各品系不同試點(diǎn)A M M I模型中的主成分分值共解釋總互作和的87.6%，比線性回歸模型和方差分析能更有效地分析基因與環(huán)境的互作效應(yīng)。

黃芪；A M M I模型；區(qū)域試驗(yàn)；品種穩(wěn)產(chǎn)性

黃芪(Radi x Astragal i)是豆科黃芪屬植物蒙古黃芪[Astragalus membrancweus(Fi sch.)Bge.var.mongholicus(Bge.)H si ao]和膜莢黃芪[Astragalus membrancweus(Fi sch.)Bge.]的干燥根，始載于《神農(nóng)本草經(jīng)》，已有2000多年的藥用史［1］?，F(xiàn)代藥理研究表明，黃芪具有增強(qiáng)機(jī)體免疫、強(qiáng)心降壓、降血糖、利尿、抗衰老、抗疲勞、抗腫瘤、抗病毒、鎮(zhèn)靜、鎮(zhèn)痛等作用［2-4］。甘肅定西市是我國優(yōu)質(zhì)黃芪的主要產(chǎn)區(qū)之一。但是近年來定西當(dāng)?shù)攸S芪的野生資源大量減少，人工栽培品種退化，因此，選育新品種顯得尤為迫切。在品種區(qū)域試驗(yàn)中，品種的穩(wěn)定性決定于基因型與環(huán)境的交互作用［5］，在田間工作中，主要運(yùn)用方差分析鑒別不同品種間的差異，但方差分析不能完全解釋產(chǎn)量的變化波動是由基因型還是環(huán)境引起，忽略了品種產(chǎn)量性狀是品種本身基因型與環(huán)境綜合因素相互作用的結(jié)果。許多學(xué)者由此提出運(yùn)用線性回歸模型評價品種的穩(wěn)定性，但線性回歸模型是建立在基因型——環(huán)境互作效應(yīng)與環(huán)境指數(shù)間的線性關(guān)系，當(dāng)線性關(guān)系不成立時，線性回歸模型也顯得無能為力。為選擇豐產(chǎn)性好，適應(yīng)性廣泛的品種，國外學(xué)者提出運(yùn)用AM M I(Addi ti ve M ai n Effects and M ul ti pl i cati ve Interacti on M odel)模型。

AM M I模型起源于社會學(xué)和動物學(xué)領(lǐng)域，從Kem pti on 1984年第1次將這一模型應(yīng)用于小麥區(qū)域試驗(yàn)資料的分析［6］開始到目前，育種工作者借助AM M I模型分析了水稻、小麥、煙草、棉花、蓖麻、芝麻、馬鈴薯、油菜等作物品種區(qū)域試驗(yàn)中基因型與環(huán)境互作產(chǎn)量特征分析［7-13］，研究了基因型和環(huán)境的互作模式。本研究利用AM M I模型對定西市黃芪區(qū)域試驗(yàn)參試品種的產(chǎn)量表現(xiàn)情況進(jìn)行分析，比較各參試品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性及AM M I模型應(yīng)用的有效性，為以后的選育工作提供可行的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料 供試材料為定西市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院選育的7個黃芪品種(系)，分別是品種“隴芪1號［Astragalus membrancweus(Fi sch.)Bunge CV (Longqi-1)］”“隴芪 2號［Astragalus membranaceus(Fi sch.)Bunge CV(Longqi-2)］”“隴芪3號［Astragalus membrancweus(Fi sch.)Bunge CV(Long qi-3)”和 品 系 H Q ZX04-09-03、H Q ZX04-03-02、H Q ZX04-07-01和H Q N 03-05。

1.2 試驗(yàn)方法 于2012年至2013年，選擇定西生態(tài)條件代表性強(qiáng)、試驗(yàn)條件好的隴西縣首陽鎮(zhèn)、漳縣馬泉鄉(xiāng)、渭源縣新寨鎮(zhèn)、岷縣禾馱鄉(xiāng)進(jìn)行小區(qū)試驗(yàn)；各試驗(yàn)點(diǎn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，小區(qū)面積40m2(5×8)，3次重復(fù)，每試驗(yàn)點(diǎn)共21個試驗(yàn)小區(qū)，每小區(qū)間設(shè)寬1m的空行隔離帶。田間栽培管理措施按優(yōu)質(zhì)黃芪規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)要求進(jìn)行［14］。每個小區(qū)全部采挖、單獨(dú)計產(chǎn)，折算畝產(chǎn)。各試點(diǎn)平均產(chǎn)量及品種代碼見表1。

表1 2012—2013年參試黃芪品系在各試點(diǎn)的平均產(chǎn)量（kg/667m2）

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 數(shù)據(jù)應(yīng)用DPS 9.5和Excel 2007進(jìn)行統(tǒng)計分析，采用AM M I模型分析法對參試品種的產(chǎn)量進(jìn)行穩(wěn)定性分析。AM M I分析可鑒別一些具有特殊品種基因型和環(huán)境互作效應(yīng)的基因型，能為針對某一特殊環(huán)境的特殊適應(yīng)性品種的選育提供有價值的信息。該模型的主要特點(diǎn)是將方差分析和主成分分析有機(jī)結(jié)合在一起，其原理是對每一基因型與環(huán)境交互作用進(jìn)行主成分分析(簡稱IPCA，Interacti on Pri nci palCom ponent Anal ysi s)，其由2個參數(shù)向量構(gòu)成，即基因型和環(huán)境IPCA軸，在AM M I分析中穩(wěn)定性參數(shù)是IPCA。品種的IPCA平方和與總的平方和之比越大，說明IPCA可以解釋互作的比例越大；品種IPCA的絕對值越大，說明該品種的互作普遍，則該品種越不穩(wěn)定。在IPCA1的平方和較大的情況下，可根據(jù)IPCA1評價品種的穩(wěn)定性。在利用AM M I模型分析的基礎(chǔ)上，通過雙標(biāo)圖可進(jìn)一步了解基因型與環(huán)境互作的效應(yīng)。通過雙標(biāo)圖可直觀看出基因型、環(huán)境及基因型、環(huán)境互作效應(yīng)的大致情況［12］。

2 結(jié)果與分析

2.1 產(chǎn)量間的差異性 圖1中試點(diǎn)和品種在水平方向上的分散程度反映其產(chǎn)量間的差異性，可以觀察到品種G7的產(chǎn)量最低，品種G6的產(chǎn)量最高，畝產(chǎn)673.82 kg，較當(dāng)?shù)刂髟云贩N(G1)增產(chǎn)24.23%；試點(diǎn)E1產(chǎn)量最低，試點(diǎn)E2的產(chǎn)量最高，畝產(chǎn)653.44kg。

圖1 A M M I1雙標(biāo)圖

2.2 穩(wěn)定性 試點(diǎn)及品系在垂直方向的分布反映了其交互作用在大小和方向上的差異，且IPCA1的絕對值越大表明其交互作用越大，在過零點(diǎn)水平線上下的品種與位于同側(cè)地點(diǎn)之間的互作效應(yīng)為正，與位于另一側(cè)地點(diǎn)間的互作效應(yīng)為負(fù)，即在垂直方向上，品系G2、G5、G6與試點(diǎn)E1、E4及G1、G3、G4與試點(diǎn)E2、E3具有明顯的正向交互作用。G2與各試點(diǎn)之間的交互作用最大，即易受種植環(huán)境的影響，其穩(wěn)定性最差；G7的交互作用不顯著，穩(wěn)定性強(qiáng)。

為能全面利用極顯著與顯著乘積項(xiàng)的信息，采用AM M I模型穩(wěn)定參數(shù)對品種的穩(wěn)定性與試點(diǎn)的鑒別力進(jìn)行進(jìn)一步的分析。AM M I模型穩(wěn)定參數(shù)是定量判定品種穩(wěn)定性與試點(diǎn)鑒別力的重要指標(biāo)，能對品種與試點(diǎn)進(jìn)行量化，其中Di值越小，表明品種的穩(wěn)定性越高，Dj值越大，表明試點(diǎn)對品種的鑒別力越高。各品種的穩(wěn)定性大小依次為G7＞G5＞G1＞G6＞G3＞G4＞G2，各試點(diǎn)的鑒別力大小依次為E2＞E3＞E4＞E1，見表2—3。

表2 黃芪不同品種的穩(wěn)定性參數(shù)D i值對照

表3 試點(diǎn)鑒別力參數(shù)D j值對照

2.3 各參試品系產(chǎn)量的方差分析、線性回歸模型和A M M I模型分析結(jié)果 方差分析顯示基因型、環(huán)境及基因型與環(huán)境交互效應(yīng)對產(chǎn)量的影響均達(dá)極顯著水平，其單因素變異平方和占總變異平方和的比例分別為18.62%、20.53%和28.19%，變異起作用的大小順序依次為交互作用、環(huán)境、基因型，共占互作平方和的67.34%。

AM M I模型分析表明，單因素及交互作用對產(chǎn)量影響的分析結(jié)果與方差分析結(jié)果一致，但是，IPCAl、IPCA2分別解釋了交互作用的55.01%、32.62%，IPCA1和IPCA1的平方和占整個互作平方和的87.63%(大于方差分析結(jié)果)，表明整個互作的絕大部分變異集中在前面兩個IPCA軸上，用AM M I模型進(jìn)行穩(wěn)定性分析更具有代表性，而采用線性回歸模型只解釋1.2%的互作平方和，表明AM M I模型比線性回歸模型能更有效分析基因與環(huán)境互作效應(yīng)，見表4。

表4 黃芪品種產(chǎn)量的方差分析、線性回歸模型和A M M I模型分析

3 討論

本試驗(yàn)采用AM M I模型研究定西市2012—2013年成藥期黃芪品種(系)區(qū)域產(chǎn)量性狀的基因型與環(huán)境互作效應(yīng)，由結(jié)果可知，在參試的7個品種中H Q ZX04-04-01(G6)豐產(chǎn)性好，但穩(wěn)定性一般；H Q ZX04-03-02(G7)穩(wěn)定性雖最好，但產(chǎn)量最低。在試驗(yàn)地點(diǎn)中漳縣馬泉、渭源新寨、岷縣禾馱3個種植區(qū)對品種的選擇性高，隴西首陽對品種的鑒別力低。

通過比較參試地點(diǎn)的鑒別力，可對試驗(yàn)點(diǎn)做出評判，篩選出鑒別力好的地點(diǎn)，提高區(qū)域試驗(yàn)的準(zhǔn)確性和效率［12］，農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果統(tǒng)計分析直接關(guān)系到對品種的評判。AM M I模型的提出及在區(qū)域試驗(yàn)的初步應(yīng)用表明，AM M I模型為研究藥用植物黃芪品種區(qū)域試驗(yàn)交互作用和品種的評價提供了一個較好的分析方法。與傳統(tǒng)回歸模型比較，AM M I模型把方差分析和主成分分析結(jié)合于一個模型，具有兩者的優(yōu)點(diǎn)。AM M I是分析基因型與環(huán)境互作的有效方法，其能估計出交互作用的特點(diǎn)，在對品種的穩(wěn)定性與試點(diǎn)的鑒別力參數(shù)進(jìn)行分析時，應(yīng)根據(jù)多年多點(diǎn)的區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)，最大可能提高模型預(yù)測的可行性，而要揭示其具體的互作機(jī)制還需借助其他方法，對品種的產(chǎn)量表現(xiàn)與具體環(huán)境因子進(jìn)行相關(guān)分析，確定主影響因子，為以后的育種計劃提供一定依據(jù)。

在品種穩(wěn)定性分析方面，許多學(xué)者提出運(yùn)用不同的方法進(jìn)行區(qū)試數(shù)據(jù)分析，溫振民等［15］提出運(yùn)用高溫系數(shù)法進(jìn)行不同作物的豐產(chǎn)性與穩(wěn)定性分析，楊濤等［16］利用2002—2003年重慶市油菜新品種區(qū)域試驗(yàn)等數(shù)據(jù)資料，對線性回歸Eber hart和Russel l模型、主效可加互作可乘(AM M I)模型以及高穩(wěn)系數(shù)法(H SC)進(jìn)行了比較，最終得出AM M I模型是一種較為理想的品種穩(wěn)定性評價方法。金文林［17］對多年多點(diǎn)不完全平衡試驗(yàn)資料提出運(yùn)用秩次分析模型對區(qū)試品種的穩(wěn)定性進(jìn)行分析。林華等［18］運(yùn)用秩次分析法對2006—2007年連續(xù)2年的國家蕓豆品種區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行綜合分析，評定參試品種的產(chǎn)量性能和品種穩(wěn)定性。筆者對2年的黃芪品種比較試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，對于藥用植物黃芪的綜合評價還需要對質(zhì)量性狀和品質(zhì)進(jìn)行分析，并結(jié)合農(nóng)藝性狀和抗性鑒定，以及針對不同的試驗(yàn)數(shù)據(jù)與要求，選擇相應(yīng)的分析工具及方法才可得到理想結(jié)果。

由于環(huán)境與基因型互作是一個非常復(fù)雜的生物學(xué)現(xiàn)象，可受到多因素控制。外界環(huán)境的影響，品種的生物脅迫與非生物脅迫對產(chǎn)量及其組成成分可能造成誤差，在運(yùn)用AM M I模型的同時，與常用的區(qū)域試驗(yàn)分析相結(jié)合，可更大程度地發(fā)揮AM M I模型的功能。

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AMMI Model of the Yield of Medicinal Plants HuangQi in Genuine Producing Areas

SHANG Hushan1，LIU Xiaorui1，WANG Fusheng1，ZHANG Hua2，LI Yajie1，WEI Yuqin1
1 Dingxi Municipal Academy of Agricultural Sciences，Dingxi 743000，China；2 Rural Energy Division Office of Anding District

Objective：To screen excellent breeds of HuangQi［Astragalus membranaceus（Fisch.）Bunge.］appropriate to Dingxi municipality under diversified ecological conditions.Methods：The advantages of genotype and environment interaction were analyzed by adopting AMMI model，high yield and the yield stability of seven tested breeds in four main producing countries were analyzed from 2012 to 2013.Results：Among all the tested breeds，HQZX04-03-02 showed the characteristics of the highest stability but the lowest yields；HQZX04-04-01 demonstrated higher stability yield and the highest yields，it increased by 24.23%compared with LongQi No.1 mainly cultivated in Dingxi；there were the difference in the comparison of discriminability in different producing areas，their orders were：Zhangxian Maquan＞W(wǎng)eiyuan Xinzhai＞Minxian Hetuo＞Longxi Shouyang.Conclusion：Principal component score of AMMI models in different producing areas could reach 87.6%of total interaction and interpretation，which could better analyze the interaction between genotype and environment compared with linear regression model and variance analysis.

HuangQi；AMMI model；regional trial；breed stability

尚虎山（1981—），男，助理研究員。研究方向：道地中藥材新品種選育及旱地作物栽培。

R282.7

A

1004-6852（2016）01-0008-04

2015-03-23

國家基本藥物所需中藥原料資源調(diào)查和鑒別項(xiàng)目（編號國中醫(yī)藥辦規(guī)財發(fā)［2013］41）；“十二五”國家科技支撐計劃項(xiàng)目（編號2011BA I05B0202）。