基于R語言的GGE雙標(biāo)圖在江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗(yàn)中的應(yīng)用

趙青 孫杰 王朋 張志高

摘要 通過基于R語言的GGE雙標(biāo)圖法分析了15個玉米品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性同時分析了8個試驗(yàn)點(diǎn)對參試品種的區(qū)分力和代表性。結(jié)果表明，先玉1980（G10）高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn);而DJ1803（G09）較高產(chǎn)，但穩(wěn)產(chǎn)性稍差。綜合各試驗(yàn)點(diǎn)的區(qū)分力和代表性，如皋（E6）試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗(yàn)點(diǎn)。江蘇中江種業(yè)股份有限公司（E2）、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院（E3）之間以及大華育種研究院鹽城研究所（E5）、江蘇神農(nóng)大豐種業(yè)科技有限公司鹽城基地（E7）之間存在緊密正相關(guān)，表明有些試驗(yàn)點(diǎn)也許是重復(fù)設(shè)置的，應(yīng)該剔除冗余的試點(diǎn)，以減少試驗(yàn)成本。

關(guān)鍵詞 玉米;GGE雙標(biāo)圖;R語言;區(qū)域試驗(yàn)

中圖分類號 S 513? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A

文章編號 0517-6611（2022）06-0025-04

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2022.06.006

開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Application of GGE-biplot Based on R Language in Maize Regional Trial in 2020 in Huainan，Jiangsu Province

ZHAO Qing，SUN Jie，WANG Peng et al （Breeding Research Institute of Jiangsu Dahua Seed Enterprise Co.，Ltd.，Lianyungang，Jiangsu 222344）

Abstract GGE-biplot based on R language was used to analyze high-yield and stability of maize yield，with 15 maize hybrid combinations planted in Huainan，Jiangsu Province. Meanwhile，representativeness and discrimination of eight different testing sites were analyzed. The results showed that Xianyu 1980 （G10） was both the combination with a high and stable yield，and DJ1803 also had a relatively high yield，but its stability was a bit poor. In terms of discrimination and representativeness，Rugao （E6） had the best discrimination and representativeness and it was the best testing site. There was a close positive correlation between Jiangsu Zhongjiang （E2） ，Jiangsu Academy of Agricultural Sciences （E3） and Dahua Yancheng （E5），Shennong Yancheng （E7），indicating that some test sites may be duplicated and redundant test sites should be eliminated to reduce the cost of the test.

Key words Maize;GGE biplot;R language;Regional trial

基金項(xiàng)目 江蘇省農(nóng)墾農(nóng)業(yè)發(fā)展股份有限公司農(nóng)業(yè)科技項(xiàng)目“黃淮海地區(qū)抗病、高產(chǎn)、適宜機(jī)械化生產(chǎn)玉米新品種選育”（NK202007）。

作者簡介 趙青（1992—），女，江蘇揚(yáng)州人，技術(shù)員，碩士，從事玉米遺傳育種工作。

收稿日期 2021-07-06

區(qū)域試驗(yàn)是玉米審定過程中的重要環(huán)節(jié)，目前玉米區(qū)域試驗(yàn)主要采用算數(shù)平均值法來評價品種豐產(chǎn)性。玉米在生長過程中，產(chǎn)量主要受品種（即基因型）和環(huán)境以及基因型-環(huán)境互作影響，方差分析法可以判斷三者是否達(dá)到顯著水平，但是不能解釋基因型以及基因型和環(huán)境互作效應(yīng)。Yan[1]在2001年提出基因型主效加基因型與環(huán)境互作效應(yīng)模型，即GGE雙標(biāo)圖模型。GGE雙標(biāo)圖不僅可以評價區(qū)域試驗(yàn)中品種豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性，還能對試點(diǎn)的區(qū)分力、代表性進(jìn)行合理評價[2]。目前該方法已經(jīng)被科研工作者廣泛應(yīng)用于評價水稻[3-4]、小麥[5-6]、玉米[7-9]、大豆[10-11]、燕麥[12-13]等農(nóng)作物新品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性。鑒于此，筆者利用基于R語言的GGE雙標(biāo)圖對2020年江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗(yàn)進(jìn)行分析，比較各參試品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性以及各試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性，為評價江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗(yàn)中優(yōu)良品種和參試地點(diǎn)提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試玉米品種共有15個（表1），試點(diǎn)共11個，分別為東臺市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（簡稱“東臺所”，代碼“E1”）、江蘇中江種業(yè)股份有限公司（江蘇中江，E2）、江蘇省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所（省農(nóng)科院，E3）、江蘇金色農(nóng)業(yè)股份有限公司（金色農(nóng)業(yè)，E4）、大華育種研究院鹽城研究所（大華鹽城，E5）、如皋市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（如皋，E6）、江蘇神農(nóng)大豐種業(yè)科技有限公司鹽城基地（神農(nóng)鹽城，E7）、鹽城市新洋農(nóng)業(yè)試驗(yàn)站（新洋站，E8）、江蘇沿江地區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（沿江如皋，E9）、江蘇紅旗種業(yè)股份有限公司（紅旗種業(yè)，E10）、江蘇潤揚(yáng)種業(yè)股份有限公司（潤揚(yáng)種業(yè)，E11）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì) 小區(qū)面積24 m2，6行區(qū)，大小行，密度67 500株/hm2，對照品種蘇玉29。試驗(yàn)小區(qū)采取隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，純作，四周設(shè)保護(hù)行，收獲時全小區(qū)計(jì)產(chǎn)，3次重復(fù)的平均產(chǎn)量換算成單位面積的產(chǎn)量。沿江如皋點(diǎn)E9因強(qiáng)臺風(fēng)致所有品種倒伏，紅旗種業(yè)點(diǎn)E10、潤揚(yáng)種業(yè)點(diǎn)E11因受漬害嚴(yán)重，均作報廢處理，不列入統(tǒng)計(jì)分析。

1.3 統(tǒng)計(jì)分析

使用R軟件（版本號：4.0.3）的GGEBiplotGUI包對15個淮南普通玉米區(qū)域試驗(yàn)參試品種和各個試驗(yàn)點(diǎn)間的關(guān)系進(jìn)行GGE雙標(biāo)圖分析。將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為3列表形式，第1列為參試品種（Gen）、第2列為試驗(yàn)地點(diǎn)（Env）、第3列為產(chǎn)量（Yield）。運(yùn)行完各命令行后會出現(xiàn)交互界面，通過鼠標(biāo)操作可得各種GGE雙標(biāo)圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同玉米品種產(chǎn)量比較 由表2可知，15個參試品種平均產(chǎn)量變幅為8 717.1～10 207.9 kg/hm2，其中G10產(chǎn)量最高，但G11產(chǎn)量最低且低于對照，其他品種均比對照平均產(chǎn)量高。在各試點(diǎn)間，E6平均產(chǎn)量最高，為10 743.6 kg/hm2，E5平均產(chǎn)量最低，僅為8 526.2 kg/hm2，E6平均產(chǎn)量比E5高26.0%。從表3的方差分析表可以看出，品種、試點(diǎn)、品種-試點(diǎn)互作分別能解釋16.9%、38.8%、18.8%的變異，均達(dá)極顯著水平。試點(diǎn)成為影響品種產(chǎn)量最主要的因素，品種-試點(diǎn)的互作也是影響品種產(chǎn)量很重要的因素。

2.2 不同品種產(chǎn)量表現(xiàn)和試點(diǎn)劃分

圖1順次連接各個方向上距離原點(diǎn)最遠(yuǎn)的品種構(gòu)成一個多邊形，并將所有品種包含在內(nèi)，過原點(diǎn)向多邊形每條邊做垂線，這些垂線將多邊形劃分為不同的扇區(qū)。8個試驗(yàn)點(diǎn)分布在2個扇區(qū)內(nèi)，E1、E2、E3、E6在第1個扇區(qū)，E4、E5、E7、E8在第2個扇區(qū)。多邊形頂角上的品種是該區(qū)內(nèi)各環(huán)境下名義上最高產(chǎn)的品種，即G10是第1個扇區(qū)產(chǎn)量最高的品種，G09是第2個扇區(qū)產(chǎn)量最高的品種。

2.3 各試驗(yàn)點(diǎn)之間的關(guān)系

圖2從中心到各個環(huán)境做1條線段，2個環(huán)境線段之間的夾角的余弦值是其相關(guān)系數(shù)。夾角小于90°表示正相關(guān)，表明2試點(diǎn)對品種的排序相似;大于90°表示負(fù)相關(guān)，表明2試點(diǎn)對品種的排序相反;接近90°表明無相關(guān)。從圖2可以得出，8個試點(diǎn)之間都存在正相關(guān)，E2、E3之間以及E5、E7之間存在緊密正相關(guān)，表明有些試驗(yàn)點(diǎn)也許是重復(fù)設(shè)置的，如E2和E3分別位于南京的建鄴區(qū)和玄武區(qū)，E5和E7分別位于鹽城的東臺市和鹽都區(qū)，可以去掉這些重復(fù)設(shè)置的試驗(yàn)點(diǎn)，這樣可以節(jié)約成本且不影響對品種的評價。

2.4 試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性

在區(qū)試地點(diǎn)的選擇上，希望試驗(yàn)點(diǎn)對參試品種有較強(qiáng)的區(qū)分力，還希望試驗(yàn)點(diǎn)對目標(biāo)生態(tài)區(qū)有比較強(qiáng)的代表性。圖3中帶箭頭的直線為平均環(huán)境軸，各試驗(yàn)點(diǎn)向量的長度表示的是試點(diǎn)的區(qū)分能力，向量長度越長，則試點(diǎn)區(qū)分力越強(qiáng)，反之越弱。因此該試驗(yàn)中E6、E8試點(diǎn)的區(qū)分力都很好，E7試點(diǎn)區(qū)分力最弱。

試點(diǎn)代表性用試點(diǎn)向量與平均環(huán)境軸夾角的余弦值表示，即角度越小，則試點(diǎn)代表性越強(qiáng)。如果1個試驗(yàn)點(diǎn)和平均環(huán)境軸夾角為鈍角，則它不適合作為試驗(yàn)點(diǎn)。從圖3可以看出，所有試點(diǎn)均與平均環(huán)境軸呈正相關(guān)，說明都對目標(biāo)環(huán)境具有不同程度的代表性。E5、E6、E7試點(diǎn)代表性強(qiáng)。E2、E3、E4等代表性較差。綜合來看，E6試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗(yàn)點(diǎn)。需要強(qiáng)調(diào)的是，1個試點(diǎn)只有在所有或者多數(shù)年份中具有代表性，才能認(rèn)定該試點(diǎn)是有代表性的試點(diǎn)。1年品種試驗(yàn)數(shù)據(jù)只能用于提出對試點(diǎn)適合性的初步結(jié)論[14]。

2.5 品種高產(chǎn)性與穩(wěn)定性

圖4中通過原點(diǎn)且與平均環(huán)境軸垂直的直線表示品種與試點(diǎn)相互作用的傾向性。箭頭位置表示平均環(huán)境值，品種在平均環(huán)境軸上的投影距離箭頭所指方向代表品種產(chǎn)量平均表現(xiàn)，越靠近箭頭所指方向平均表現(xiàn)就越好。在該試驗(yàn)中，部分高產(chǎn)品種產(chǎn)量排序?yàn)镚09>G10>G03>G02>G05，而G11產(chǎn)量最低。將品種點(diǎn)和平均環(huán)境軸做一條垂線（綠色虛線），垂線長度代表品種穩(wěn)定性，長度越短表示品種越穩(wěn)定。G09和G10產(chǎn)量都很高，但G10更穩(wěn)定。因此綜合來看，G10是既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)的品種。

3 結(jié)論與討論

玉米品種的高產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性一直是育種目標(biāo)，如何客觀地評價江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗(yàn)參試玉米品種，有利于提高玉米的推廣效率。GGE雙標(biāo)圖相比于其他傳統(tǒng)分析方法更加優(yōu)越，不僅能評價品種的豐產(chǎn)性與穩(wěn)產(chǎn)性，還能評價試驗(yàn)點(diǎn)的區(qū)分力和代表性以及品種生態(tài)區(qū)的劃分。

該研究首次利用基于R語言的GGE雙標(biāo)圖分析江蘇省淮南玉米區(qū)域試驗(yàn)，結(jié)果表明先玉1980（G10）高產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn);而DJ1803（G09）較高產(chǎn)，但穩(wěn)產(chǎn)性稍差。綜合各試驗(yàn)點(diǎn)的區(qū)分力和代表性，如皋（E6）試點(diǎn)的區(qū)分力和代表性最好，是理想的試驗(yàn)點(diǎn)。

對一套品種試驗(yàn)來說，試點(diǎn)選擇應(yīng)該遵循下述規(guī)則[14]：①所有試點(diǎn)與平均環(huán)境軸都應(yīng)正相關(guān);該試驗(yàn)中8個試點(diǎn)均與平均環(huán)境軸正相關(guān)，說明都對目標(biāo)環(huán)境具有不同程度的代表性。②不同試點(diǎn)在與平均環(huán)境軸的相關(guān)性上應(yīng)存在差異。與平均環(huán)境軸高度相關(guān)的試點(diǎn)更適合于評價基因型平均表現(xiàn)，而那些與平均環(huán)境軸相關(guān)性一般的試點(diǎn)更適合于評價基因型的穩(wěn)定性;該試驗(yàn)中，E5、E6、E7與平均環(huán)境軸高度相關(guān)，更適合于評價基因型平均表現(xiàn);E2、E3、E4等代表性較差的試點(diǎn)仍然是有用的試點(diǎn)，其在選擇優(yōu)良品種方面是不理想的，但有助于剔除不穩(wěn)定的品種。③所有試點(diǎn)應(yīng)該具有較好的區(qū)分力。該試驗(yàn)中，除E7區(qū)分力較差外，其余7個試點(diǎn)區(qū)分力都較好。④應(yīng)該剔除冗余的試點(diǎn)，以減少試驗(yàn)成本。在該試驗(yàn)中，江蘇中江（E2）、省農(nóng)科院（E3）之間是高度正相關(guān)的，二者選一就可以達(dá)到試驗(yàn)?zāi)康摹Ｍ瑯?，大華鹽城（E5）、神農(nóng)鹽城（E7）高度正相關(guān)，可以只保留1個試點(diǎn)。

通過以上分析可以看出，GGE雙標(biāo)圖能夠?qū)⒋罅繑?shù)據(jù)清楚地用圖展示品種和試驗(yàn)點(diǎn)的關(guān)系。由于GGE biplot是收費(fèi)軟件，而R語言免費(fèi)且可擴(kuò)展性好[15]，進(jìn)行雙標(biāo)圖分析操作簡單，因此能夠成為評價玉米及其他作物的好方法。

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