GGE雙標(biāo)圖法評價遼棉50的豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性

摘要：棉花新品種選育中豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性和廣適性是重要的育種目標(biāo)。為了分析2022年遼寧省審定的遼棉50（遼審棉20220001）的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，依據(jù)皮棉單產(chǎn)數(shù)據(jù)，利用Genstat 23.0軟件的GGE雙標(biāo)圖對2019年和2020年遼寧省棉花區(qū)域試驗中遼棉50所在組別的10個和11個品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性進(jìn)行了分析評價。結(jié)果表明，2019年和2020年的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性綜合排名中遼棉50分別居于第6位和第1位，豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性良好。適應(yīng)性分析結(jié)果表明，2019年遼棉50在建平縣、喀左縣、錦州市的適應(yīng)性好，2020年在建平縣、喀左縣、朝陽縣和錦州市的適應(yīng)性好，其最適宜種植區(qū)域覆蓋了干旱半干旱的遼寧省植棉區(qū)西部的大部分區(qū)域。本研究結(jié)果可以為遼棉50的推廣提供參考。

關(guān)鍵詞：棉花（Gossypium hirsutum L.）；GGE雙標(biāo)圖；遼棉50；豐產(chǎn)性；穩(wěn)產(chǎn)性；適應(yīng)性；產(chǎn)量

Evaluation on yield stability and adaptability of Liaomian 50 by GGE biplot analysis

Wu Xiaodong， Li Haiyan， Wang Tianshuo， Wang Xiaolei， Li Yue， Zhao Dan， Wang Zisheng*

棉花（Gossypium hirsutum L.）是我國重要的經(jīng)濟(jì)作物之一，而棉花種子是棉花產(chǎn)業(yè)的芯片，培育棉花新品種是我國棉花產(chǎn)業(yè)健康穩(wěn)定發(fā)展的重要保障[1]。品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性是棉花選育的重要目標(biāo)[2]。品種表現(xiàn)出來的產(chǎn)量性狀受到遺傳效應(yīng)、環(huán)境效應(yīng)及環(huán)境和基因型互作效應(yīng)的共同影響，同一品種在不同環(huán)境中的產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)性狀的表現(xiàn)差異較大。利用適合的方法科學(xué)描述和量化基因型與環(huán)境互作效應(yīng)對品種穩(wěn)產(chǎn)的影響，準(zhǔn)確評價品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性對育種有重要指導(dǎo)作用[3]。

GGE雙標(biāo)圖由Yan等[4-5]創(chuàng)立，已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于玉米、油菜、小麥、大麥和棉花等作物品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性的評價分析[6-11]，可以有效地評價作物基因型與環(huán)境互作的遺傳效應(yīng)。

遼棉50[12]（遼審棉20220001）于2022年通過遼寧省審定，該品種具有早熟、豐產(chǎn)、抗病和優(yōu)質(zhì)的特點(diǎn)。遼寧省植棉區(qū)屬于特早熟棉區(qū)，氣候?qū)儆诟珊蛋敫珊殿愋?，積溫、光照及水資源有限，因此對品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性做出準(zhǔn)確評價對該地區(qū)棉花生產(chǎn)尤為重要。本研究利用2019年、2020年遼寧省棉花區(qū)域試驗遼棉50所在組別的皮棉單產(chǎn)數(shù)據(jù)，采用GGE雙標(biāo)圖的“豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖、“適宜種植區(qū)域”功能圖和“綜合排名”功能圖對遼棉50進(jìn)行分析，為遼棉50在特早熟棉區(qū)的合理利用提供依據(jù)，并為其他品種在特早熟棉區(qū)的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性評價提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗設(shè)計

研究數(shù)據(jù)為2019年和2020年遼寧省棉花區(qū)域試驗的皮棉單產(chǎn)數(shù)據(jù)。2019年參試品種有10個，包括遼棉47、遼棉48、遼棉49、新石K27、遼棉50、遼棉51、遼棉52、遼棉53、遼棉54，依次編號為G1～G9，遼棉23號（G10）為對照品種。2020年參試品種有11個，包括遼棉50、遼棉51、遼棉52、遼棉53、遼棉54、遼棉55、遼棉56、九圣禾M138、金墾1964、中生棉47，依次編號為H1～H10，遼棉23號（H11）為對照品種。2019年、2020年各有試驗點(diǎn)6個，分別為遼陽市（LY）、喀左縣（KZ）、朝陽縣（CY）、北票市（BP）、錦州市（JZ）、建平縣（JP）。

2年區(qū)域試驗按隨機(jī)區(qū)組設(shè)計，一壟雙行種植，壟寬110 cm，行距55 cm，種植密度為9.0萬株·hm－2，試驗設(shè)置3次重復(fù)，1個重復(fù)3條大壟，6 m行長，試驗小區(qū)面積19.8 m2，試驗區(qū)周邊種植4行以上保護(hù)行。小區(qū)實收計算產(chǎn)量折算成每公頃皮棉產(chǎn)量。試驗地管理水平高于試點(diǎn)所在地區(qū)大田。

1.2 統(tǒng)計分析

采用Genstat 23.0（VSN International Ltd， UK）分析軟件的GGE雙標(biāo)圖進(jìn)行豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性評價，用SPSS v27.0.1進(jìn)行聯(lián)合方差分析，用最小顯著差數(shù)法進(jìn)行多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 區(qū)域試驗皮棉單產(chǎn)方差分析

對2019年、2020年參試品種皮棉單產(chǎn)進(jìn)行多環(huán)境聯(lián)合方差分析，結(jié)果（表1）顯示，皮棉單產(chǎn)表型變異來源中，基因型主效應(yīng)、環(huán)境主效應(yīng)在2年均達(dá)到極顯著水平，基因型×環(huán)境互作效應(yīng)在2019年達(dá)到極顯著水平，在2020年達(dá)到顯著水平。2019年基因型主效應(yīng)、環(huán)境主效應(yīng)和基因型×環(huán)境互作效應(yīng)的變異分別占處理總變異的8.29%、61.03%和3.96%，2020年基因型主效應(yīng)、環(huán)境主效應(yīng)和基因型×環(huán)境互作效應(yīng)的變異分別占處理總變異的9.01%、72.44%和2.01%?？梢?，環(huán)境是皮棉單產(chǎn)變異的主要來源。

2.2 遼棉50品種的穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性分析

2019年、2020年遼棉50的皮棉單產(chǎn)都極顯著高于對照品種遼棉23號（表2）。

利用GGE雙標(biāo)圖的“豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖對各參試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進(jìn)行分析，結(jié)果見圖1。2019年各參試品種皮棉單產(chǎn)的GGE雙標(biāo)圖中第1主成分（PC1）和第2主成分（PC2）共解釋了總變異的88.49%，其中PC1貢獻(xiàn)了75.36%，PC2貢獻(xiàn)了13.13%（圖1a）。2020年參試各品種皮棉單產(chǎn)的GGE雙標(biāo)圖中PC1和PC2共解釋了總變異的95.35%，其中PC1貢獻(xiàn)了85.46%的變異，PC2貢獻(xiàn)了9.89%的變異（圖1b）。由圖1可知：2019年各參試品種的豐產(chǎn)性表現(xiàn)為G8＞G7＞G9＞G4＞G3＞G5＞G6＞G10＞G1＞G2，穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)為G3＞G9＞G5＞G4＞G10＞G6＞G1＞G8＞G7＞G2；2020年參試品種的豐產(chǎn)性表現(xiàn)為H1＞H6＞H3＞H4＞H8＞H5＞H2＞H10＞H9＞H11＞H7，穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)為H8＞H4＞H5＞H6＞H2＞H10＞H1＞H9＞H3＞H7＞H11。

在作物育種中，品種同時具有良好的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性才能被評價好品種。2019年G8和G7的豐產(chǎn)性很好但是穩(wěn)產(chǎn)性不佳，G9和G4的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性都排名靠前，G3的穩(wěn)產(chǎn)性最好，G5的穩(wěn)產(chǎn)性排名第3，G2的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均最差，2020年產(chǎn)量高并且表現(xiàn)較穩(wěn)定的品種為H1、H6、H4、H8、H5。由此可見，遼棉50在2019年表現(xiàn)出了較好的穩(wěn)產(chǎn)性，在2020年豐產(chǎn)性較為突出，且明顯高于對照遼棉23號。綜合2年豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析結(jié)果評價，其表現(xiàn)在參試品種中為中等偏上。

2.3 遼棉50品種的理想距離分析

GGE雙標(biāo)圖的理想品種是指在所有品種中平均環(huán)境軸向量最長并且在正方向的虛擬品種，具有最理想的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性。以理想品種作為參照，各參試品種與理想品種間的相對距離稱為理想距離，理想距離越小參試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)越好。由圖2a可知，2019年參試品種中，G9最接近理想品種，說明其豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的綜合表現(xiàn)最優(yōu)，G4、G3豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性次之，G7、G8、G5豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)中等，而G2豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性較差。從圖2b可以看出，2020年參試品種中H6豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性綜合表現(xiàn)最理想，H1其次，H8、H4、H5、H3、H2豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)一般，H7豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性表現(xiàn)較差。2年的理想距離分析表明，遼棉50是本試驗中較接近理想品種的品種。

2.4 遼棉50品種適應(yīng)性分析

將位于頂點(diǎn)的品種連線成多邊形，將所有品種都包圍在多邊形內(nèi)，過坐標(biāo)原點(diǎn)向各邊做垂線，將多邊形劃分為不同的扇區(qū)，同一個扇區(qū)內(nèi)分布的試驗點(diǎn)為環(huán)境相同的組合，處于多邊形頂點(diǎn)的品種是這一扇區(qū)內(nèi)（相同環(huán)境）皮棉單產(chǎn)最高的品種。利用GGE雙標(biāo)圖分析參試品種的適宜種植區(qū)域，分為4個扇區(qū)（圖3）。由圖3a可以看出，BP、LY、CY在同一扇區(qū)，在這一扇區(qū)表現(xiàn)最好的品種為G7；JP、KZ、JZ在同一扇區(qū)，在此扇區(qū)內(nèi)的試點(diǎn)，適宜種植G5、G3、G4、G8。2019年遼棉50（G5）產(chǎn)量表現(xiàn)不突出，且坐標(biāo)接近原點(diǎn)，說明其對環(huán)境變化反應(yīng)不敏感，適應(yīng)性廣。由圖3b可以看出，H1、H6在JP、JZ、KZ、CY扇區(qū)內(nèi)，H1位于該扇區(qū)的頂點(diǎn)，說明2020年遼棉50（H1）是最適宜上述區(qū)域種植的品種。2年的試驗結(jié)果表明，遼棉50的適宜種植區(qū)域為遼寧省西部的建平縣、喀左縣和錦州市等區(qū)域，其最適宜種植區(qū)域覆蓋了遼河流域植棉區(qū)的大部分區(qū)域。

3 討論與結(jié)論

棉花品種需要通過多年多點(diǎn)的區(qū)域試驗后方可審定并推向市場，品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性直接影響品種的市場價值和推廣前景。由于試驗?zāi)攴蓍g氣候以及試點(diǎn)間生態(tài)環(huán)境存在差異，品種的產(chǎn)量和農(nóng)藝性狀表現(xiàn)不穩(wěn)定[9，13-15]。GGE雙標(biāo)圖評價體系經(jīng)過多年的發(fā)展，已被廣泛用于評價區(qū)域試驗結(jié)果，得到諸多科研工作者的認(rèn)可[15-17]。

本研究對2019年、2020年遼寧省棉花區(qū)域試驗中遼棉50的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性分析發(fā)現(xiàn)遼棉50屬于豐產(chǎn)兼顧穩(wěn)產(chǎn)的品種，在參試品種中其產(chǎn)量綜合表現(xiàn)為中等偏上，且明顯高于對照遼棉23號。在2020年品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性分析中，遼棉50（H1）的皮棉單產(chǎn)排第1位，穩(wěn)產(chǎn)性排第7位，理想距離排第2位，表現(xiàn)為豐產(chǎn)性突出，穩(wěn)產(chǎn)性優(yōu)良，是試驗區(qū)域內(nèi)較為符合理想品種的品種。2年的適應(yīng)性分析表明建平縣、喀左縣和錦州市等干旱半干旱區(qū)域為遼棉50的適宜種植區(qū)域。對比2019年和2020年的皮棉單產(chǎn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，2020年各個參試品種的皮棉單產(chǎn)要高于2019年，究其原因可能是2019年花鈴期遼寧省的降雨較多，出現(xiàn)低溫寡照，影響了棉花結(jié)鈴，加上秋季霜期較早，棉花霜前花率低。本研究利用GGE雙標(biāo)圖對遼棉50豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性的初步評價，可為該品種的科學(xué)推廣提供依據(jù)。

本研究僅針對皮棉單產(chǎn)構(gòu)建了GGE雙標(biāo)圖，但是要評價棉花品種的優(yōu)劣還應(yīng)當(dāng)對其纖維品質(zhì)、抗病蟲性、早熟性、是否適于機(jī)械化采收等因素進(jìn)行綜合評價[15，18-21]。只有通過對棉花品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的綜合評價，并結(jié)合多個性狀的綜合表現(xiàn)全面分析，才能育成豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、能適應(yīng)多種環(huán)境的棉花品種。

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（責(zé)任編輯：付毓 責(zé)任校對：秦凡）

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中國棉花 · GGE雙標(biāo)圖法評價遼棉50的豐產(chǎn)性穩(wěn)產(chǎn)性及適應(yīng)性 · 2024， 51（7）：33－37

https：//doi.org/10.11963/cc20230201

收稿日期：2023-12-11" " " " "第一作者簡介：吳曉東，男，副研究員，從事棉花育種與栽培技術(shù)研究，Wuxiaodong_1999@163.com。*通信作者： 王子勝，博士，研究員，wangzisheng6666@

126.com

基金項目：國家農(nóng)業(yè)生物育種重大項目“早熟抗病棉花新品種設(shè)計與培育”（2023ZD04041）；國家棉花產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系遼河綜合試驗站（CARS-15-31）