中棉所139的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性分析

賀昆侖，劉艷改，裴小雨，張飛，張文生，王星星，周曉箭，李威，馬雄風(fēng)，楊代剛

（中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所/ 棉花生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，河南安陽(yáng) 455000）

棉花新品種的培育對(duì)棉花產(chǎn)業(yè)至關(guān)重要。在新品種選育過(guò)程中，高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性是棉花品種的重要經(jīng)濟(jì)性狀[1]，因此有效評(píng)價(jià)參試品種的相關(guān)性狀十分必要。

GGE 雙標(biāo)圖（genotype main effects plus genotype×environment interaction biplot）能夠有效評(píng)價(jià)品種×環(huán)境互作的遺傳效應(yīng)，最初由Yan 等[2]創(chuàng)立。 它利用基因型主效應(yīng)加基因型- 環(huán)境互作效應(yīng)模型，進(jìn)行品種評(píng)價(jià)、試點(diǎn)評(píng)價(jià)和品種生態(tài)區(qū)劃 分[3]。 相 比 于AMMI（additive main effects and multiplicative interactions）模型，GGE 模型能夠更直觀(guān)、 更全面地綜合評(píng)價(jià)品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性[4]，目前已廣泛應(yīng)用于棉花、油菜、花生、谷子等作物[5-10]。

棉花區(qū)域試驗(yàn)是品種審定過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)之一。中棉所139 于2021 年通過(guò)國(guó)家審定（審定編號(hào)： 國(guó)審棉20210021， 區(qū)域試驗(yàn)代號(hào)： 中棉所99007）。 本研究以2018―2019 年黃河流域棉區(qū)中熟雜交品種區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)， 利用GGE 雙標(biāo)圖對(duì)中棉所139 的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，為品種推廣提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

研究數(shù)據(jù)來(lái)自2018―2019 年黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉組（D 組）區(qū)域試驗(yàn)的皮棉產(chǎn)量數(shù)據(jù)（表1）。 2018 年參試品種13 個(gè)， 包括中棉所9711、CRIZ140204、中棉所1603、中棉所94A2021、魯雜216、冀1518、冀雜707、中MBH13001、中棉9101、中6913、中M04、中棉所99007、瑞雜816，依次編號(hào)H01～H13，其中瑞雜816（H13）為對(duì)照品種。2019 年參試品種共13 個(gè)， 包括中棉所99007、冀1518、CRIZ140204、邯雜棉9 號(hào)、CRIZ140201、邯雜棉14 號(hào)、GB814、瑞雜816、中雜306、魯雜216、中棉EB002、中棉所96020、中生棉3 號(hào)，依次編號(hào)G01～G13，其中瑞雜816（G08）為對(duì)照品種。 2018年試點(diǎn)共19 個(gè)， 分別是河北省滄州 （試點(diǎn)代號(hào)：CZ）、故城（GC）、邯鄲（HD）、石家莊（SJZ），河南省西華（XH）、商丘（SQ）、新鄉(xiāng)（XX）、安陽(yáng)（AY），天津市（TJ），山東省齊河（QH）、金鄉(xiāng)（JX）、臨清（LQ）、東營(yíng)（DY）、惠民（HM），江蘇省泗陽(yáng)（SY），安徽省靈璧（LB），山西省運(yùn)城（YC）、永濟(jì)（YJ），陜西省楊凌（YL）；2019 年統(tǒng)計(jì)試點(diǎn)調(diào)減山東省臨清、河南省安陽(yáng)、山西省運(yùn)城和永濟(jì)，共15 個(gè)試點(diǎn)。

表1 2018-2019年黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉區(qū)域試驗(yàn)參試品種信息

2 年區(qū)域試驗(yàn)均采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，小區(qū)面積20 m2，3 次重復(fù)，每小區(qū)3～4 行，試驗(yàn)區(qū)周邊種植4 行以上保護(hù)行，小區(qū)實(shí)收計(jì)產(chǎn)后折算成每公頃皮棉產(chǎn)量。試驗(yàn)田管理水平略高于各試點(diǎn)所在地區(qū)的一般大田。

1.2 統(tǒng)計(jì)分析

采用Genstat 19.0 （VSN International Ltd,UK）分析軟件的GGE 雙標(biāo)圖進(jìn)行豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性評(píng)價(jià)，用SPSS v21.0 進(jìn)行方差分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域試驗(yàn)皮棉產(chǎn)量方差分析

由表2 可知，該組品種區(qū)域試驗(yàn)皮棉產(chǎn)量存在極顯著差異。 環(huán)境主效應(yīng)占總變異的比例，2018 年為83.13%，2019 年為63.81%?？梢?jiàn)，環(huán)境主效應(yīng)是皮棉產(chǎn)量變異的重要來(lái)源， 利用GGE 模型可有效避免環(huán)境效應(yīng)的影響，科學(xué)評(píng)價(jià)試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

表2 2018-2019年黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉區(qū)域試驗(yàn)參試品種皮棉產(chǎn)量的方差分析結(jié)果

2.2 中棉所139豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性分析

圖1（a）中2018 年區(qū)域試驗(yàn)各品種皮棉產(chǎn)量的GGE 雙標(biāo)圖可以有效解釋基因型和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)65.10%的變異。 其中， 第一主成分（PC1）貢獻(xiàn)率為50.66%，第二主成分（PC2）貢獻(xiàn)率為14.44%。圖1（a）中，帶箭頭的直線(xiàn)為平均環(huán)境軸（average environment axis, AEA 軸）， 箭頭為正方向，參試品種越靠近正方向產(chǎn)量越高[11]，因此在平均環(huán)境軸正向的參試品種皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為H06＞H12＞H05＞H02＞H04＞H10＞H01； 向該軸作垂線(xiàn)，品種到該軸的垂線(xiàn)越短穩(wěn)產(chǎn)性越好，則穩(wěn)產(chǎn)性表 現(xiàn) 為H03 ＞H11 ＞H10 ＝H09 ＞H12 ＞H13 ＞H05＞H01＞H08＞H06＞H04＞H07＞H02。 值得注意的是，在作物育種評(píng)價(jià)中須以高產(chǎn)為前提兼顧穩(wěn)產(chǎn)性，應(yīng)排除兩者綜合表現(xiàn)不佳的品種，例如穩(wěn)產(chǎn)性最好、產(chǎn)量最差的H03 和產(chǎn)量排名靠前、穩(wěn)產(chǎn)性較差的H02。 因此， 高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)的品種為H12、H06、H05、H10、H04。 同理，由圖1（b）可知，2019 年參試品種皮棉產(chǎn)量表現(xiàn)為G04 ＞G01 ＞G09 ＞G02 ＞G10 ＞G11， 穩(wěn) 產(chǎn) 性 表 現(xiàn) 為G07 ＞G10 ＞G06 ＞G08 ＞G02 ＞G04 ＞G13 ＞G09 ＞G11 ＞G01＞G05＞G12＞G03， 高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)的品種為G04、G02、G09、G01、G10、G11。

圖1 2018 年（a）和2019 年（b）黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉區(qū)域試驗(yàn)參試品種的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性雙標(biāo)圖

圖2 是對(duì)棉花品種的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性的綜合排名圖，以AEA 軸上的理想品種為圓心作同心圓，以便于對(duì)各品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進(jìn)行綜合排序，靠近圓心的品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性好。 因此，2018 年參試品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性綜合表現(xiàn)為H12、H06 和H05 最好，H04、H10 和H01 較好，而H03 最差。 2019 年參試品種的豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性綜合表現(xiàn)為G04、G02、G10和G09 最好，G01、G11、G08、G06 和G07 較好，而G13 最差。

圖2 2018 年（a）和2019 年（b）黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉區(qū)域試驗(yàn)參試品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性綜合排名雙標(biāo)圖

2.3 品種的適應(yīng)性分析

圖3 中將位于頂點(diǎn)的品種連接成多邊形，過(guò)坐標(biāo)軸原點(diǎn)向多邊形各邊引垂線(xiàn)，多邊形被劃分為不同扇區(qū)，同一扇區(qū)內(nèi)屬于相同環(huán)境組合，各扇區(qū)內(nèi)位于多邊形頂點(diǎn)的品種為扇區(qū)內(nèi)試點(diǎn)皮棉產(chǎn)量最高的品種。 由圖3 （a） 可知，2018 年中棉所139（H12）在安徽省靈璧（LB）、山西省運(yùn)城（YC）、江蘇省泗陽(yáng)（SY）、陜西省楊凌（YL）、山東省東營(yíng)（DY）、河北省石家莊（SJZ）表現(xiàn)良好。 由圖3（b）可知，2019 年中棉所139（G01）位于所在扇區(qū)的頂點(diǎn)，因此在河北省滄州（CZ）、河南省商丘（SQ）和新鄉(xiāng)（XX）、山東省金鄉(xiāng)（JX）和齊河（QH）試點(diǎn)中棉所139 皮棉產(chǎn)量最高。綜合2 年試驗(yàn)結(jié)果，中棉所139適宜種植區(qū)域涵蓋了黃河流域棉區(qū)重點(diǎn)植棉省份。

圖3 2018 年（a）和2019 年（b）黃河流域棉區(qū)中熟雜交棉區(qū)域試驗(yàn)參試品種的適應(yīng)性分析雙標(biāo)圖

3 討論與結(jié)論

2019 年品種豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性分析中， 中棉所139（G01）雖然皮棉產(chǎn)量排名第2 位，但穩(wěn)產(chǎn)性并不突出。 經(jīng)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，當(dāng)年中棉所139 在除楊凌外的其余14 個(gè)試點(diǎn)較對(duì)照增產(chǎn)0.8%～14.8%； 而楊凌試點(diǎn)僅有3 個(gè)品種較對(duì)照品種增產(chǎn)，且增產(chǎn)不顯著，初步推斷楊凌試點(diǎn)結(jié)果異常。 當(dāng)剔除該疑似異常試點(diǎn)后，中棉所139 在品種豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性綜合排名中居第1 位。

高產(chǎn)和穩(wěn)產(chǎn)性是作物品種選育和推廣的重要指標(biāo)，也是育種家追求的重要目標(biāo)之一[1]。本研究利用GGE 雙標(biāo)圖對(duì)2018―2019 年區(qū)域試驗(yàn)中棉所139 的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性分析發(fā)現(xiàn)，中棉所139 屬于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種，其皮棉產(chǎn)量尤其突出。 2 年的適應(yīng)性分析表明，山東省金鄉(xiāng)、齊河和東營(yíng)，河北省石家莊和滄州，河南省商丘和新鄉(xiāng)，安徽省靈璧，山西省運(yùn)城，江蘇省泗陽(yáng)等為中棉所139 優(yōu)勢(shì)種植區(qū)。 需要注意的是，本研究是在假設(shè)試點(diǎn)誤差方差同質(zhì)的前提下應(yīng)用GGE 雙標(biāo)圖而得出的結(jié)論， 考慮誤差異質(zhì)性進(jìn)行品種和試點(diǎn)分析的評(píng)價(jià)結(jié)果可能更準(zhǔn)確[12]。 此外，本研究?jī)H是基于區(qū)域試驗(yàn)皮棉產(chǎn)量構(gòu)建GGE 雙標(biāo)圖的評(píng)價(jià)，還應(yīng)結(jié)合品種的纖維品質(zhì)、抗病性等因素對(duì)品種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。