基于GGE雙標(biāo)圖分析菜用甘薯登記品種的豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)及適應(yīng)性

戴習(xí)彬， 周志林， 李榮德， 邱永祥， 楊新筍， 肖世卓， 孫書軍， 王 遠(yuǎn)， 曹清河

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所，江蘇徐州 221131； 2.全國農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣服務(wù)中心，北京 100125；3.福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所，福建福州 350013； 4.湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，湖北武漢 430072)

2017年5月，我國開始實(shí)施非主要農(nóng)作物品種登記制度，秉承“放管服”改革精神，品種入市不再設(shè)置門檻，多類型多用途的特色品種得以登記入市推廣，不斷滿足市場和人們生活消費(fèi)需求。其中，在甘薯上，除了登記淀粉加工、鮮食的薯塊類品種外，還登記了一批葉菜類的甘薯菜用品種。

菜用甘薯指地上分枝多、莖葉生長快、莖端茸毛少、無苦澀味、口感嫩滑、營養(yǎng)成分豐富的甘薯新類型，其莖葉可作葉菜食用。菜用甘薯除了富含常見的蛋白質(zhì)、膳食纖維、維生素、礦質(zhì)元素外，其莖葉中還含有功能性成分多酚類物質(zhì)，具有豐富的營養(yǎng)價值、保健功能。近年來甘薯莖葉提取物在抗氧化、抑制癌細(xì)胞增值、降血糖、提高免疫力等方面的研究報(bào)道也越來越多。菜用甘薯生長喜高溫高濕，再生能力強(qiáng)，對臺風(fēng)、暴雨的抗性強(qiáng)于其他葉菜類，可作為理想的“伏缺菜”，補(bǔ)充夏季葉菜品種的不足。

品種區(qū)域(生產(chǎn))試驗(yàn)是新品種大面積推廣和科學(xué)布局的重要依據(jù)，主要評價新品種在不同區(qū)域的豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性。3個指標(biāo)中的豐產(chǎn)性最容易評價，而由于品種基因型與環(huán)境之間的互作，使得品種穩(wěn)定性和適應(yīng)性相對較難評價?；蛐椭餍?yīng)及其與環(huán)境互作(genotype main effect plus genotype-environment interaction，GGE)雙標(biāo)圖分析法是一種以雙標(biāo)圖數(shù)學(xué)原理為基礎(chǔ)的區(qū)試數(shù)據(jù)分析方法，該方法綜合考慮基因型效應(yīng)(genotype，G)及基因與環(huán)境的互作效應(yīng)(genotype-environment，GE)，不僅可以直觀地反映出品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性，還能夠分析試點(diǎn)對品種的鑒別力。GGE雙標(biāo)圖分析法已廣泛應(yīng)用于玉米、小麥、大麥、水稻等農(nóng)作物品種區(qū)域試驗(yàn)及種質(zhì)材料的高產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性評價中。目前尚沒有基于GGE雙標(biāo)圖法分析菜用甘薯的報(bào)道。本研究采用GGE雙標(biāo)圖法對4個推廣面積較大的菜用甘薯登記品種在不同地區(qū)進(jìn)行生產(chǎn)試驗(yàn)，探究各品種食味品質(zhì)、豐產(chǎn)性、適應(yīng)性、穩(wěn)定性表現(xiàn)及試點(diǎn)鑒別力，旨在篩選適合各區(qū)域大面積推廣應(yīng)用的菜用甘薯品種。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用4個菜用甘薯品種分別為福菜薯18(g1)、薯綠1號(g2)、鄂薯10號(g3)、福薯7-6(g4)，種苗由福建省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物研究所、江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所、湖北省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所提供，詳見表1。

表1 參試品種信息

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

2018年分別在南方薯區(qū)福建福州(e1)、長江薯區(qū)湖北武漢(e2)、北方薯區(qū)江蘇徐州(e3)3個薯區(qū)國家菜用甘薯區(qū)試鑒定平臺試驗(yàn)基地種植，試驗(yàn)地地勢平坦，肥力均勻，有灌排條件，不遮陰，畦作，株、行距分別為30、20 cm，栽插密度11 000株/667 m，小區(qū)面積不少于50 m，3個重復(fù)，隨機(jī)區(qū)組排列。

水肥管理按當(dāng)?shù)卮筇锷a(chǎn)的中等偏上水平進(jìn)行，播種前施(N、PO、KO質(zhì)量比為16 ∶6 ∶20)三元復(fù)合肥50 kg/667 m，栽插后15～20 d，追施高氮復(fù)合肥15～20 kg/667 m，以后每次采摘后追肥1次。各試驗(yàn)點(diǎn)根據(jù)當(dāng)?shù)貧夂驐l件安排栽插及采收測產(chǎn)時間。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

參照國家菜用甘薯聯(lián)合鑒定平臺試驗(yàn)方案對農(nóng)藝性狀及品質(zhì)進(jìn)行鑒定。農(nóng)藝性狀：調(diào)查品種株型、莖端茸毛、葉形、分枝數(shù)、頂葉色、莖色、薯形、薯皮色、薯肉色等。品質(zhì)鑒定：田間采摘莖尖測產(chǎn)后，帶到室內(nèi)進(jìn)行食味綜合評價。洗凈淋干后，放入沸水中漂燙30 s左右，迅速撈出，品嘗打分并對燙后顏色、香味、苦澀味、甜味、脆嫩度等進(jìn)行評價。食味綜合評分按百分制打分，以福薯7-6食味綜合分設(shè)固定分70分，在此基礎(chǔ)上，按每檔5分浮動對參試品種打分。

1.4 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)處理采用Excel 2016，采用DPS v7.05和GGE biplot 8.0軟件分別進(jìn)行方差分析和雙標(biāo)圖分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試點(diǎn)生育期分析

根據(jù)氣候條件的不同，各地栽插時間有所差異。如表2所示，福州、徐州、武漢點(diǎn)分別在6月24日、6月7日、7月13日安排栽插，栽插后平均40 d后進(jìn)行第1次采摘(27～53 d)，福州點(diǎn)首次采摘距栽插期時間最長，主要受臺風(fēng)影響。隨后福州點(diǎn)平均10 d采摘1次，共采收5次；徐州點(diǎn)平均10.2 d采收1次，共采收6次；武漢點(diǎn)平均11.7 d采收1次，共采收6次。從栽插到最后1次采收，3個地區(qū)生育期分別為98、91、98 d，平均95.7 d。

表2 各試驗(yàn)點(diǎn)甘薯品種生育期

2.2 農(nóng)藝性狀調(diào)查

分別對3個地區(qū)種植品種特征特性進(jìn)行調(diào)查(表3)，除了部分品種在薯形、薯皮色和薯肉色有所差異外，其他性狀受環(huán)境影響不大。株型半直立，莖端無茸毛，心形葉，分枝中等，葉色、莖色均為綠色，鄂薯10號紡錘形，福菜薯18長紡錘形，薯綠1號及福薯7-6紡錘形或長紡錘形。

表3 甘薯品種特征特性

2.3 食味品質(zhì)分析

表4食味品質(zhì)分析顯示，多數(shù)試點(diǎn)燙后顏色為綠色，無香味、無甜味、較脆，部分試點(diǎn)薯綠1號和鄂薯10號燙后顏色翠綠色、有香味，部分試點(diǎn)薯綠1號和福薯7-6有苦澀味。福薯7-6食味品質(zhì)綜合評分按70.00分計(jì)，居第4位；福菜薯18食味綜合評分74.00，得分最高；薯綠1號食味綜合評分為72.92，位居第2；鄂薯10號食味綜合評分為72.08，居第3位。

表4 甘薯品質(zhì)性狀分析

2.4 莖尖產(chǎn)量差異顯著性分析

2.4.1 各試點(diǎn)產(chǎn)量表現(xiàn) 如圖1、表5所示，福州點(diǎn)共計(jì)測產(chǎn)5次，福菜薯18、薯綠1號、鄂薯10號、福薯7-6平均每次測產(chǎn)產(chǎn)量分別為430.3、409.3、399.5、389.2 kg/667 m，總產(chǎn)量分別為2 151.48、2 046.43、1 997.39、1 945.75 kg/667 m，除福菜薯18與福薯7-6產(chǎn)量差異達(dá)到顯著外，其他品種間未達(dá)到顯著水平。

徐州點(diǎn)共計(jì)測產(chǎn)6次，福菜薯18、薯綠1號、鄂薯10號、福薯7-6平均每次測產(chǎn)產(chǎn)量分別為364.4、387.9、357.4、401.4 kg/667 m，總產(chǎn)量分別為 2 186.51、2 327.32、2 144.11、24 08.12 kg/667 m，差異均未達(dá)到顯著水平。

武漢點(diǎn)共計(jì)測產(chǎn)7次，福菜薯18、薯綠1號、鄂薯10號、福薯7-6平均每次測產(chǎn)產(chǎn)量分別為610.51、775.45、674.16、487.60 kg/667 m，總產(chǎn)量分別為4 273.58、5 428.24、4 719.20、 3 413.21 kg/667 m，所有品種產(chǎn)量差異均達(dá)到極顯著水平。

2.4.2 不同地區(qū)數(shù)次采收產(chǎn)量動態(tài)變化 如圖1所示，3個試點(diǎn)隨著采收次數(shù)的增加，每次采收產(chǎn)量都有一個先上升再緩慢下降的過程，其中第2次采收產(chǎn)量在福州和徐州點(diǎn)達(dá)到最高，后緩慢下降，武漢點(diǎn)在第3次采收有明顯的降低，第4次采收達(dá)到最高，后緩慢降低。

2.4.3 品種莖尖產(chǎn)量差異顯著性分析 由4個品種在3個展示點(diǎn)莖尖產(chǎn)量差異顯著性分析(表5)和方差分析(表6)可知，品種、環(huán)境以及品種與環(huán)境之間的互作均達(dá)到顯著或極顯著水平，所占的變異平方和分別為3.89%、87.77%和7.89%。福薯7-6平均莖尖產(chǎn)量2 589.07 kg/667 m，位居第4；福菜薯18平均產(chǎn)量2 870.52 kg/667 m，比福薯7-6增產(chǎn)10.87%，極顯著高于福薯7-6，位居第3；薯綠1號平均莖尖產(chǎn)量3 267.33 kg/667 m，產(chǎn)量最高，比福薯 7-6增產(chǎn)26.20%，與其他3個品種差異達(dá)到極顯著水平；鄂薯10號平均莖尖產(chǎn)量2 953.57 kg/667 m，比福薯7-6增產(chǎn)14.08%，極顯著高于福薯7-6，居第2位。

表5 甘薯品種莖尖產(chǎn)量

表6 方差分析

2.5 品種與試點(diǎn)間的相關(guān)性

如圖2所示，g1與e1的夾角小于90°，與環(huán)境有正向相互作用，而與另2個試點(diǎn)夾角大于90°，不利于在該地點(diǎn)種植；g2與所有試點(diǎn)的夾角都小于90°，說明基因型與環(huán)境間有正向相互作用，適合在3個地點(diǎn)種植；g3與e1和e2試點(diǎn)間夾角小于90°，與e3夾角大于90°，說明g3不適合在e3點(diǎn)種植；g4只適合在e3點(diǎn)種植。

2.6 品種與環(huán)境的最佳適應(yīng)區(qū)域

如圖3所示，雙標(biāo)圖顯示，各品種相連接形成多邊形，過圓點(diǎn)作各連接線垂線，這些垂線將多邊形分為4個區(qū)，落在每個區(qū)域中試點(diǎn)分成不同組，各組中頂角位置品種即為該區(qū)域產(chǎn)量最高的品種。左上角為第1區(qū)，順時針依次為第2、3、4區(qū)。e3處在第1區(qū)中，最優(yōu)品種為g4；e2處在的第2區(qū)，最優(yōu)品種為g2；第3區(qū)沒有落下任何試點(diǎn)和品種；e1所在的第4區(qū)有2個品種，最優(yōu)為g1。

2.7 品種的豐產(chǎn)性與穩(wěn)定性

在雙標(biāo)圖中，橫軸代表品種平均產(chǎn)量，剪頭方向?yàn)檎?，越靠右，豐產(chǎn)性越好；縱軸代表了品種的穩(wěn)定性，與橫坐標(biāo)垂線越短，穩(wěn)定性越好。如圖4所示，品種豐產(chǎn)性g2>g3>g1>g4，其中g(shù)2、g3位于箭頭方向圓心右側(cè)，說明其平均產(chǎn)量大于4個品種的平均值。穩(wěn)定性方面g3>g2>g4>g1，g3穩(wěn)定性最高，g1穩(wěn)定性最差。

2.8 試點(diǎn)的代表性與鑒別力

試點(diǎn)向量與平均環(huán)境向量的角度是其對目標(biāo)環(huán)境的代表性的度量，角度越小，代表性越強(qiáng)；試點(diǎn)向量的長度代表對品種的鑒別力，長度越長，鑒別力越強(qiáng)。圖5可以看出，e2代表性和鑒別力最強(qiáng)，e1鑒別力最低，e3代表性最低。

3 結(jié)論與討論

作物豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性一般受基因型和基因型與環(huán)境互作效應(yīng)的影響，前人已經(jīng)提出許多分析方法，目前最常用的為AMMI模型分析和GGE雙標(biāo)圖分析。AMMI模型分析缺點(diǎn)是不能同時分析品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，GGE雙標(biāo)圖可以對品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進(jìn)行同步評價。

本研究結(jié)果顯示，莖尖產(chǎn)量受基因型及環(huán)境影響較大，同一地區(qū)不同品種間產(chǎn)量差異達(dá)到顯著或極顯著水平；同一品種在不同地區(qū)差異也較大，其中武漢點(diǎn)平均產(chǎn)量最高，徐州與福州地區(qū)較為接近。4個參試品種中薯綠1號平均產(chǎn)量最高，鄂菜薯10號次之；食味品質(zhì)方面福菜薯18最好，薯綠1號次之。數(shù)次采摘莖尖產(chǎn)量動態(tài)變化結(jié)果與邱永祥等的研究結(jié)果有一定相似系，都是在第2次產(chǎn)量有一個大幅躍升，主要是莖尖分枝數(shù)達(dá)到一定數(shù)量，對產(chǎn)量有顯著促進(jìn)作用。但沒有發(fā)現(xiàn)第6次采摘有大幅提升，主要是本研究最多采摘7次，而邱永祥等采摘9次，同時與相鄰采摘間隔時間也有一定關(guān)系。

采用GGE雙標(biāo)圖對4個菜用甘薯登記品種豐產(chǎn)性、穩(wěn)定性和適應(yīng)性及試點(diǎn)鑒別力進(jìn)行綜合分析表明，薯綠1號豐產(chǎn)性最好，鄂薯10號次之，福薯 7-6 最差。穩(wěn)產(chǎn)性方面鄂薯10號最好，薯綠1號次之，福菜薯18最差。品種與試點(diǎn)相關(guān)性及最適種植區(qū)方面，薯綠1號最適合在武漢地區(qū)種植，鄂薯10號、福菜薯18適合在福建地區(qū)種植，福州地區(qū)最佳種植品種為福菜薯18，而徐州地區(qū)最適種植品種為福薯7-6。武漢試點(diǎn)在代表性及鑒別力方面最好。GGE雙標(biāo)圖為研究不同環(huán)境下菜用甘薯豐產(chǎn)性適應(yīng)性提供了直觀的分析方法，為品種的推廣利用提供了參考。