謝文錦 李方明 李寧 楊海龍 付俊 張中偉 高旭東

（丹東農(nóng)業(yè)科學(xué)院，遼寧鳳城 118109）

作物品種區(qū)域試驗(yàn)通過分析和評(píng)價(jià)新品種在多環(huán)境試驗(yàn)下的特性，確定其利用價(jià)值和適宜推廣的區(qū)域[1]。區(qū)域試驗(yàn)?zāi)軌蚓C合評(píng)價(jià)品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和區(qū)域適應(yīng)性，是農(nóng)作物新品種選育至關(guān)重要的環(huán)節(jié)，因此對(duì)區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行全面有效分析，直接關(guān)系到新品種能否通過審定并推廣，發(fā)揮其最大價(jià)值[2]。通過基因與環(huán)境互作分析來估計(jì)基因的廣泛及特殊適應(yīng)性，是對(duì)玉米多點(diǎn)試驗(yàn)中品種的穩(wěn)產(chǎn)性評(píng)價(jià)的理論基礎(chǔ)。GGE 雙標(biāo)圖是嚴(yán)威凱[3]提出的，近年來被廣泛應(yīng)用于作物基因與環(huán)境互作分析及試驗(yàn)環(huán)境評(píng)價(jià)的分析方法。目前GGE 雙標(biāo)圖法主要應(yīng)用于普通玉米和鮮食玉米的產(chǎn)量評(píng)價(jià)和試驗(yàn)點(diǎn)鑒定上[4-6]，鮮見于有關(guān)青貯玉米的報(bào)道研究。

以2021 年黃淮海夏播區(qū)的青貯玉米區(qū)域試驗(yàn)為例，以R 語言雙標(biāo)圖為分析方法，對(duì)參試青貯玉米品種的干物產(chǎn)量進(jìn)行了品種基因型和基因與環(huán)境互作的綜合分析，以期對(duì)青貯玉米的品種篩選評(píng)價(jià)以及下一步推廣種植提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)數(shù)據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)來源于2021 年黃淮海夏播青貯玉米區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)匯總，參試品種16 個(gè)，雅玉青貯8 號(hào)、京科青貯932 作為對(duì)照品種（表1），試驗(yàn)點(diǎn)12 個(gè)（表2）。區(qū)域試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，小區(qū)面積不小于20m2，5 行區(qū)，實(shí)收中間3行；試驗(yàn)密度5000 株/667m2，試驗(yàn)周邊設(shè)置與小區(qū)行數(shù)相同的保護(hù)行。

表1 參試品種名稱及對(duì)應(yīng)代號(hào)

表2 區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)及對(duì)應(yīng)代號(hào)

1.2 分析方法試驗(yàn)點(diǎn)聚類分析利用DPS7.5進(jìn)行，利用R 語言進(jìn)行主成分分析和繪制雙標(biāo)圖和聚類熱圖[3-4]，對(duì)參試品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性及區(qū)域適應(yīng)性進(jìn)行作圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 主成分?jǐn)M合度及信息比擬合度和信息比是探討雙標(biāo)圖能否充分解釋品種與環(huán)境兩向表的重要依據(jù)，擬合度高，則雙標(biāo)圖可以較好地代表實(shí)際數(shù)據(jù)。對(duì)原始數(shù)據(jù)做主成分分析（表3），信息比＞1 的主成分有4 個(gè)，累積的擬合度為79.45%。

表3 試驗(yàn)環(huán)境主成分分析表

2.2 試驗(yàn)環(huán)境的聚類分析由于試驗(yàn)品種和試驗(yàn)點(diǎn)較多，試驗(yàn)點(diǎn)分布比較廣泛且主成分分析中前2個(gè)主成分?jǐn)M合度僅為55.93%，無法充分地解釋試驗(yàn)全部信息。因此將試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，基于生物干重產(chǎn)量對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行聚類分析（圖1），將試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分組。其中山東省的泰安和陜西省寶雞、楊凌、富平分為一組，根據(jù)地理位置命名為環(huán)黃淮中心組，分析時(shí)將單獨(dú)一組的濟(jì)寧歸為此組；其余4 省7 點(diǎn)為另一分組，依據(jù)地理位置以河南為中心而命名為黃淮中心組。

圖1 試驗(yàn)點(diǎn)聚類分析結(jié)果

2.3 雙標(biāo)圖分析

2.3.1 “哪個(gè)贏在哪里”功能圖“哪個(gè)贏在哪里”功能圖是將同一方向上距離中心原點(diǎn)最遠(yuǎn)的品種依次相連成為一個(gè)將所有品種包含在內(nèi)的封閉多邊形，依據(jù)品種與環(huán)境的相互關(guān)系來對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行分組，并揭示各分組的最高產(chǎn)品種[7-8]。分組后的擬合度分別為80.24%和77.00%（圖2）。在黃淮中心組中7 個(gè)試驗(yàn)環(huán)境被分為3 個(gè)生態(tài)區(qū)亞組，鄭州和洛陽分別各為一個(gè)亞組，其余5 個(gè)試驗(yàn)環(huán)境為一個(gè)亞組。川單99 是大多數(shù)試驗(yàn)點(diǎn)環(huán)境（除鄭州和洛陽）中的“勝出品種”，鄭青貯3 號(hào)是鄭州點(diǎn)的“勝出品種”，雅玉7758 是洛陽點(diǎn)的“勝出品種”。環(huán)黃淮中心組中，5 個(gè)種植環(huán)境分布在4 個(gè)扇區(qū)中，寶雞和富平為共同扇區(qū)。川單99 和渝單805 是泰安的“勝出品種”，雅玉7758 是富平和寶雞扇區(qū)的“勝出品種”，皖農(nóng)科青貯8 號(hào)是濟(jì)寧的“勝出品種”，鄭彭965 和京科青貯932 是楊凌的“勝出品種”。落入沒有試驗(yàn)環(huán)境的扇區(qū)的品種在所有種植環(huán)境中生物干重產(chǎn)量表現(xiàn)都一般，比如黃淮海中心組的鄭彭965 和環(huán)黃淮中心組的大京九317。

圖2 “哪個(gè)贏在哪里”功能圖

2.3.2 “高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖“高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖為解釋參試品種高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性而設(shè)計(jì)。由圖3A 和3B 可知，參試品種在分組內(nèi)穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性表現(xiàn)不同，圖3A 和3B 中的小圓圈代表平均環(huán)境值均值；帶箭頭的直線為平均環(huán)境軸，它的正方向代表品種的平均高產(chǎn)方向，參試品種越接近正方向其豐產(chǎn)性越好；對(duì)平均環(huán)境軸的垂直距離表達(dá)了其穩(wěn)定性，距離越短越穩(wěn)定[5]。圖3A 中豐產(chǎn)性最好的是川單99，其次是皖農(nóng)科青貯8 號(hào)和渝單805，圖3B 中豐產(chǎn)性最好的依次是渝單805、川單99 和鄭青貯2 號(hào)，可見渝單805 和川單99 在黃淮海區(qū)試組中產(chǎn)量豐產(chǎn)性表現(xiàn)均很優(yōu)秀。黃淮中心組中川單99、皖農(nóng)科青貯8 號(hào)和渝單805 是穩(wěn)產(chǎn)性豐產(chǎn)性兼優(yōu)的品種，值得一提的是京科青貯932 和雅玉青貯8 號(hào)作為對(duì)照品種表現(xiàn)出相當(dāng)高的產(chǎn)量穩(wěn)定性。環(huán)黃淮中心組渝單805和鄭青貯2號(hào)是高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)品種，川單99 高產(chǎn)性較好，穩(wěn)產(chǎn)性一般，雅玉7758 豐產(chǎn)性能較高，但穩(wěn)產(chǎn)性略差，其在不同種植環(huán)境產(chǎn)量變異較大，康農(nóng)玉519 產(chǎn)量位居第5 位，穩(wěn)產(chǎn)性較好。而本分組的2 個(gè)對(duì)照品種中雅玉青貯8 號(hào)的產(chǎn)量穩(wěn)定性表現(xiàn)優(yōu)秀，京科青貯932 則表現(xiàn)出對(duì)種植環(huán)境有一定的敏感性。

圖3 “高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性”功能圖

2.3.3 理想品種綜合排序圖用雙標(biāo)圖的理想品種排序功能圖（圖4）對(duì)品種的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性進(jìn)行同步篩選[9-10]。所謂理想品種是指在GGE 雙標(biāo)圖中距原點(diǎn)距離等于最長(zhǎng)品種向量的長(zhǎng)度，并且位于平均環(huán)境軸正方向上的品種[9-11]。以理想品種為圓心畫出若干個(gè)同心圓以直觀地評(píng)價(jià)品種的理想程度[11]。距離圓心越近的品種越接近于理想品種。黃淮中心組理想品種排序?yàn)椋捍▎?9＞皖農(nóng)科青貯8 號(hào)＞渝單805＞康農(nóng)玉519＞鄭青貯2 號(hào)＞成單3601＞新中玉801＞連青貯101＞鄭青貯3 號(hào)＞大京九317＞雅玉青貯8 號(hào)＞雅玉7758＞安科青1 號(hào)＞京科青貯932＞京科936＞鄭彭965；環(huán)黃淮中心組理想品種排序?yàn)椋河鍐?05＞鄭青貯2 號(hào)＞康農(nóng)玉519＞川單99＞康農(nóng)玉519＞皖農(nóng)科青貯8 號(hào)＞連青貯101＞雅玉青貯8 號(hào)＞雅玉7758＞新中玉801＞安科青1 號(hào)＞京科青貯932＞成單3601＞鄭彭965＞鄭青貯3 號(hào)＞京科936＞大京九317。川單99 和渝單805 分別是黃淮中心組和環(huán)黃淮中心組的最接近理想品種的突出品種。

圖4 理想品種排序功能圖

3 結(jié)論與討論

基因效應(yīng)G 和品種與環(huán)境互作效應(yīng)GE 的數(shù)據(jù)雙標(biāo)圖的應(yīng)用，是用于區(qū)試品種高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)性分析和種植環(huán)境鑒別力分析的理想方法[11]。GGE 雙標(biāo)圖是將品種與試驗(yàn)點(diǎn)第1 和第2 主成分值放到同一平面上的疊圖，因此有且只有前2 個(gè)主成分≥1、擬合度高的情況下，雙標(biāo)圖才能近似全面分析評(píng)價(jià)品種和地點(diǎn)。

3.1 試驗(yàn)環(huán)境分組分析結(jié)果由于本研究試驗(yàn)品種多，試驗(yàn)點(diǎn)地理跨度大，基于地點(diǎn)的主成分分析結(jié)果表明，前4 個(gè)主成分信息比大于1，因此對(duì)試驗(yàn)點(diǎn)進(jìn)行聚類分組，再進(jìn)行雙標(biāo)圖分析以求更準(zhǔn)確地進(jìn)行青貯玉米品種的評(píng)價(jià)分析。試驗(yàn)最終將12 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)分為黃淮中心組和環(huán)黃淮中心組。既可以達(dá)到較高的擬合度，又避免了因試驗(yàn)點(diǎn)過多，產(chǎn)生與平均環(huán)境軸呈鈍角，從而得出不適宜作為試驗(yàn)點(diǎn)的誤導(dǎo)性結(jié)論出現(xiàn)。

3.2 品種穩(wěn)定性適應(yīng)性推薦對(duì)參試品種生物干重分組雙標(biāo)圖分析表明：川單99、渝單805 和康農(nóng)玉519 始終位于同一扇區(qū)，其適應(yīng)同種種植區(qū)域；從綜合產(chǎn)量豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性來看，黃淮中心組表現(xiàn)最好的品種是川單99 和皖農(nóng)科青貯8 號(hào)；環(huán)黃淮中心組表現(xiàn)最優(yōu)的品種是渝單805 和鄭青貯2 號(hào)。川單99 和渝單805 適宜在連云港、邯鄲、合肥、商丘、宿州、泰安以及相似氣候環(huán)境中推廣種植；鄭青貯2 號(hào)適宜在泰安和鄭州地區(qū)推廣種植；皖農(nóng)科青貯8 號(hào)適宜在連云港、邯鄲、合肥、商丘、宿州和濟(jì)寧地區(qū)推廣種植。

本研究利用分組雙標(biāo)圖分析的方法解決了因試驗(yàn)品種繁多、試驗(yàn)種植環(huán)境地理跨度大而造成2個(gè)主成分?jǐn)M合度不足的情況，為多于2 個(gè)主成分的多點(diǎn)試驗(yàn)分析提供方法與依據(jù)[11-12]。本研究中分組雙標(biāo)圖分析僅基于2021 年黃淮海青貯玉米區(qū)域試驗(yàn)組產(chǎn)量數(shù)據(jù)的聚類分析，不宜擴(kuò)展到其他組別或多年應(yīng)用。對(duì)種植區(qū)域的劃分需要結(jié)合多年多組別，并結(jié)合氣候地理環(huán)境進(jìn)行規(guī)律性信息探索，以為品種推廣工作提供參考。