多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)中耐密型玉米品種穩(wěn)定性與適應(yīng)性分析

藺 青

多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)中耐密型玉米品種穩(wěn)定性與適應(yīng)性分析

藺 青

山東農(nóng)業(yè)大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院/作物生物學(xué)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 山東 泰安 271018

近年來(lái)，我國(guó)玉米產(chǎn)量不斷攀升，玉米種植密度的提升成為當(dāng)前玉米增產(chǎn)的關(guān)鍵，因此，亟需培育篩選適應(yīng)性強(qiáng)的耐密型新玉米品種。本試驗(yàn)以20個(gè)黃淮海地區(qū)玉米新品種為試驗(yàn)材料，設(shè)計(jì)種植密度為75000株·hm-2，在山東省內(nèi)16個(gè)地點(diǎn)進(jìn)行區(qū)試試驗(yàn)。測(cè)定各地區(qū)不同品種夏玉米產(chǎn)量及其構(gòu)成因素，利用線性回歸分析、AMMI模型分析等方法，篩選耐密型、穩(wěn)定性與適應(yīng)性好的玉米品種。結(jié)果表明，2020年山東玉米區(qū)域試驗(yàn)中，菏玉1906豐產(chǎn)性較好，蘭玉15豐產(chǎn)性較差。AMMI模型分析可知，環(huán)境和環(huán)境與基因型的交互作用對(duì)品種產(chǎn)量穩(wěn)定性的影響分別為58.78%和30.75%；華太708和菏玉1906穩(wěn)定性較好，濱研37穩(wěn)定性最差；在各個(gè)試點(diǎn)之中登海種業(yè)試點(diǎn)鑒別力好，菏澤試點(diǎn)鑒別力最弱。綜合考慮豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)及區(qū)域適應(yīng)性的分析結(jié)果，菏玉1906是適宜山東省區(qū)域大面積推廣的品種。研究結(jié)果解析了參試品種和區(qū)域試點(diǎn)特性，以期為山東省玉米品種選育和品種區(qū)域布局提供理論依據(jù)。

玉米; 品種試驗(yàn); 穩(wěn)定性; 適應(yīng)性

玉米是中國(guó)第一大糧食作物，山東是中國(guó)主要的夏玉米生產(chǎn)省份，2021年玉米產(chǎn)量占全國(guó)玉米產(chǎn)量的9.95%，對(duì)保障國(guó)家糧食安全存在重要意義[1]。近年來(lái)，隨著玉米種植密度的不斷提高，我國(guó)玉米的產(chǎn)量也獲得了一定程度的提升，但是伴隨著玉米種植密度的增加也產(chǎn)生了許多問(wèn)題，玉米單株之間對(duì)于養(yǎng)分和水分的爭(zhēng)奪加劇，光截獲減少，倒伏率和籽粒敗育率增加[2,3]。而優(yōu)良的玉米品種對(duì)環(huán)境改變的適應(yīng)性較好，不但能夠在有利于生長(zhǎng)的環(huán)境下做到高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)，在受到環(huán)境條件的脅迫下也能收獲較為可觀的產(chǎn)量[4]。

多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)?zāi)軌蜩b定出新育成玉米品種的豐產(chǎn)性、穩(wěn)產(chǎn)性和適應(yīng)性等主要特性，并且可以作為品種合理布局的參考[5]。玉米品種間穩(wěn)定性的差異主要被基因型（Genotype）與環(huán)境（Environment）相互作用（G×E）所影響，一般情況下一個(gè)玉米品種都是在一定環(huán)境下表現(xiàn)較好，但是當(dāng)環(huán)境變化時(shí)，各方面的表現(xiàn)都有了較大改變，給選擇和鑒定出在不同環(huán)境下綜合表現(xiàn)最佳的玉米品種帶來(lái)了挑戰(zhàn)[6]。前人研究顯示，玉米品種產(chǎn)量穩(wěn)定性與區(qū)域適應(yīng)性的評(píng)價(jià)多使用AMMI模型和AMMI雙標(biāo)圖分析[7-13]。馬靜等[14]借助AMMI模型對(duì)河北省2017年12份玉米品種材料的多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)數(shù)據(jù)的進(jìn)行了分析，為玉米品種的穩(wěn)定性和適應(yīng)性評(píng)價(jià)提供了理論基礎(chǔ)。魏常敏等[15]采用AMMI模型對(duì)2019年度河南省鮮食玉米多點(diǎn)鑒定試驗(yàn)資料進(jìn)行了分析，明確了玉米品種基因型和環(huán)境的相互作用、參試品種穩(wěn)定性以及各試驗(yàn)點(diǎn)分辨力。

山東省作為農(nóng)業(yè)大省，玉米品種類型繁多，品種間的產(chǎn)量差異大，為了提高玉米產(chǎn)量水平，亟需緊湊型耐密植、高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的玉米品種[16]。因此，本試驗(yàn)將20個(gè)玉米品種栽培于山東省16個(gè)區(qū)試試驗(yàn)站點(diǎn)，研究夏玉米雜交種的穩(wěn)定性、適應(yīng)性及區(qū)試站點(diǎn)的鑒別力，以期為山東省夏玉米品種選育及品種區(qū)域布局提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)對(duì)2020年山東省玉米區(qū)域試驗(yàn)進(jìn)行資料匯總，20個(gè)供試品種如表1所示，區(qū)試站點(diǎn)共16個(gè)，分別為濟(jì)寧、登海種業(yè)、泰安院、菏澤、長(zhǎng)清、金來(lái)種業(yè)、聊城院、平度、商河、濰坊院、泰安五岳、平邑、淄博禾豐、德州院、省玉米所、廣饒。各試點(diǎn)均按照統(tǒng)一方案試驗(yàn)，種植密度為75000 株·hm-2，試驗(yàn)均為完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，3次重復(fù)，6行區(qū)，小區(qū)面積21 m2。

表1 供試品種

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與方法

根據(jù)田塊自然情況，去除邊行，選取有代表性樣點(diǎn)，每樣點(diǎn)取樣2行5 m進(jìn)行測(cè)產(chǎn)。人工收獲，收獲后對(duì)每個(gè)樣點(diǎn)所有果穗進(jìn)行考種，測(cè)定產(chǎn)量和產(chǎn)量構(gòu)成因素。

1.3 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

AMMI模型計(jì)算公式如下所示：Y=+G+E+∑=lnλαγ+θ

公式中，Y是基因型在環(huán)境中的產(chǎn)量；代表總體平均值；G代表基因型平均偏差；E代表環(huán)境的平均偏差；λ是第個(gè)主成分分析的特征值；α是第個(gè)主成分的環(huán)境主成分得分；γ是第個(gè)主成分的基因型主成分得分；是在模型主成分分析中主成分因子軸的總個(gè)數(shù)；θ為殘差。

試點(diǎn)（環(huán)境）和品種（基因型）相對(duì)穩(wěn)定性參數(shù)就是交互效應(yīng)主成分軸空間里品種或試點(diǎn)到圓點(diǎn)的歐氏距離D()。

計(jì)算公式為:D()=∑=ln(IPCA())2

公式中，D是品種的穩(wěn)定性指標(biāo)，D值越小則這個(gè)品種越穩(wěn)定；D是試點(diǎn)的穩(wěn)定性指標(biāo)，D值越大，則該試點(diǎn)對(duì)品種的分辨力越強(qiáng)。

采用DPS19.05和Microsoft Excel2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理以及數(shù)據(jù)分析。

2 結(jié)果分析

2.1 夏玉米區(qū)試品種產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

由表2可知，可以看出品種之間穗粒數(shù)、千粒重和產(chǎn)量差異顯著，菏玉1906的籽粒產(chǎn)量最高，11.47 t·hm-2，蘭玉15的籽粒產(chǎn)量最低，10.06 t·hm-2。各品種籽粒產(chǎn)量從大到小的順序是：菏玉1906＞華太708＞魯單506＞魯星703＞宇玉802＞魯星714＞茂宇518＞農(nóng)星1613＞登海DT1821＞雅玉314＞桓豐117＞金種子666＞泉興680＞魯單522＞先玉1880＞裕育202＞濱裕736＞濱研37＞金禾7號(hào)＞蘭玉15。各品種間穗粒數(shù)、千粒重也存在顯著差異。其中，魯星703的穗粒數(shù)最多，700.28 grain ear-1，華太708的穗粒數(shù)最少，487.88 grain ear-1；華太708的千粒重最高，為391.38 g，魯星703的千粒重最低，為288.81 g。

表2 各參試品種的產(chǎn)量及其構(gòu)成因素

注：在同列中平均值尾部標(biāo)有相同小寫字母表示不同處理之間差異不顯著（<0.05），下同。

Note: The same little letters at average ends in the same line showed there were no significant difference between treatments at<0.05. The same as follows.

2.2 不同品種產(chǎn)量的線性回歸分析、方差分析和AMMI分析

環(huán)境和基因型均對(duì)玉米產(chǎn)量存在顯著影響（表3），其中環(huán)境間平方和占總平方和的58.78%，而基因型間平方和僅占總平方和的10.46%，這說(shuō)明環(huán)境的變化是引起參試品種差異的主要原因。

由表3線性回歸分析結(jié)果來(lái)看，環(huán)境與基因型交互作用平方和占總平方和的30.75%，但結(jié)果不顯著，而聯(lián)合回歸、基因回歸和環(huán)境回歸總和對(duì)交互作用的解釋僅占13.32%。

由AMMI模型進(jìn)一步分析可以看出，基因型和環(huán)境交互作用對(duì)玉米產(chǎn)量有極顯著影響，IPCA1、IPCA2極顯著，分別解釋了交互作用的10.34%、9.72%。

表3 參試品種產(chǎn)量線性回歸分析和AMMI模型分析

2.3 AMMI交互作用雙標(biāo)圖分析

利用AMMI模型評(píng)價(jià)參試品種的相對(duì)穩(wěn)定性，采用AMMI模型2個(gè)主成分軸（IPCA1、IPCA2）對(duì)基因型與環(huán)境交互作用效應(yīng)進(jìn)行分析。IPCA1和IPCA2值反映了互作效應(yīng)的差異，即IPCA1和IPCA2值越接近0，該品種（系）穩(wěn)定性、適應(yīng)性越好。從圖1可以看出，品種濱裕736、泉興680茂宇518最穩(wěn)定。試點(diǎn)離原點(diǎn)越遠(yuǎn)，其鑒別力越大，從圖1可以看出，菏澤、省玉米所和長(zhǎng)清等試點(diǎn)鑒別力較強(qiáng)。AMMI雙標(biāo)圖只能直觀地了解品種和環(huán)境的交互作用，為了有效、準(zhǔn)確地推斷品種的穩(wěn)定性，須結(jié)合穩(wěn)定性參數(shù)對(duì)品種穩(wěn)定性進(jìn)行度量。

圖1 AMMI交互作用雙標(biāo)圖

2.4 品種穩(wěn)定性參數(shù)分析

通過(guò)AMMI模型分析，我們可以得到品種穩(wěn)定性系數(shù)D，從表4可知。D從大到小的順序?yàn)椋簽I研37＞裕育202＞蘭玉15＞魯星703＞宇玉802＞金種子666＞金禾7號(hào)＞先玉1880＞魯星714＞魯單506＞農(nóng)星1613＞桓豐117＞登海DT1821＞茂宇518＞雅玉314＞魯單522＞菏玉1906＞華太708＞泉興680＞濱裕736。穩(wěn)定性好的品種是濱裕736、泉興680、華太708以及菏玉1906。結(jié)合品種的產(chǎn)量數(shù)據(jù)可以看出，菏玉1906與華太708屬于豐產(chǎn)且穩(wěn)產(chǎn)品種，而濱裕736和泉興680屬于穩(wěn)產(chǎn)但不豐產(chǎn)的品種。

表4 品種在顯著互作主成分軸上的得分及穩(wěn)定性參數(shù)

2.5 試點(diǎn)分辨力參數(shù)分析

從表5可知，試點(diǎn)鑒別力De從大到小順序?yàn)楹蕽桑臼∮衩姿?長(zhǎng)清＞濟(jì)寧＞金來(lái)種業(yè)＞淄博禾豐＞廣饒＞泰安院＞菏澤=聊城院＞平邑=德州院＞商河＞濰坊院＞平度＞泰安五岳＞登海種業(yè)，結(jié)合品種的產(chǎn)量表現(xiàn)可以看出，試點(diǎn)分辨力與試點(diǎn)平均產(chǎn)量呈一定的負(fù)相關(guān)關(guān)系，其中在登海種業(yè)和聊城院產(chǎn)量水平高但是試點(diǎn)辨別力低，金來(lái)種業(yè)試點(diǎn)產(chǎn)量水平和試點(diǎn)辨別力均較高。

表5 試點(diǎn)在顯著互作主成分軸上的得分及穩(wěn)定性參數(shù)

2.6 玉米品種與試點(diǎn)的適應(yīng)性分析

品種在不同地區(qū)種植后的表現(xiàn)不同，為了鑒別各試點(diǎn)中表現(xiàn)最好的品種，繪制了AMMI環(huán)境適應(yīng)性分析圖。可以看出荷玉1906對(duì)各地環(huán)境的適應(yīng)力較強(qiáng)，裕育202適宜在省玉米所種植，魯星703適宜在長(zhǎng)清以及菏澤種植，魯單506適宜在金來(lái)種業(yè)、廣饒以及濟(jì)寧地區(qū)種植（圖2）。

圖2 AMMI環(huán)境適應(yīng)性分析

3 討論與結(jié)論

玉米是我們國(guó)家栽培面積最廣的糧食作物，玉米產(chǎn)量的高低對(duì)于我國(guó)糧食安全至關(guān)重要。選育高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、耐密植以及適應(yīng)性廣的玉米新品種是實(shí)現(xiàn)我國(guó)糧食產(chǎn)量提升的必經(jīng)之路[13]。在玉米品種的推廣當(dāng)中，通常需要考慮栽培年份、基因、環(huán)境以及基因與不同環(huán)境之間的相互作用等各個(gè)方面，而不僅僅是某一品種在某一栽培區(qū)域當(dāng)年的表現(xiàn)，采用多點(diǎn)試驗(yàn)在新品種的培育當(dāng)中的作用就是在于能夠盡量客觀地評(píng)價(jià)玉米新品種的適應(yīng)性、穩(wěn)定性和豐產(chǎn)性，以便為該品種找到適宜的栽培地域[15]。因?yàn)榛蛐秃铜h(huán)境互作，在玉米區(qū)域試驗(yàn)中產(chǎn)量與環(huán)境的相關(guān)性很難簡(jiǎn)單地表現(xiàn)，而AMMI模型的分析能夠較為充分明確區(qū)域試驗(yàn)在品種合理布局中的主導(dǎo)作用[12]。本試驗(yàn)通過(guò)由AMMI模型分析區(qū)域試驗(yàn)數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)環(huán)境對(duì)玉米產(chǎn)量影響最大，環(huán)境與基因型的互作效應(yīng)對(duì)產(chǎn)量的影響是基因型的2.94倍，且達(dá)到極顯著水平，這說(shuō)明在篩選玉米品種時(shí)，首先考慮環(huán)境適應(yīng)性，其次是基因型與環(huán)境的互作，應(yīng)選擇與環(huán)境耦合良好的玉米品種[17]。

AMMI模型分析包括了方差分析和主成分分析，并且能夠?yàn)橛衩灼贩N建立非線性生物學(xué)模型，對(duì)于品種的合理布局以及試驗(yàn)地點(diǎn)的選取提供參考[18-20]。本試驗(yàn)通過(guò)AMMI模型分析表明，不同品種在不同試點(diǎn)的穩(wěn)定性與適應(yīng)性不同，2020年在山東省試點(diǎn)品種穩(wěn)定性最高值為1.87（濱研37），最低值為0.19（濱裕736），二者相差巨大，不同試點(diǎn)地區(qū)對(duì)品種分辨力差異大，試點(diǎn)辨別力最大值為1.64（菏澤），試點(diǎn)辨別力最小值為0.07（登海種業(yè)）（表5）。

在特定的生態(tài)區(qū)內(nèi)，理想的品種應(yīng)當(dāng)既高產(chǎn)又穩(wěn)產(chǎn)，脫離高產(chǎn)的穩(wěn)產(chǎn)沒(méi)有意義[21]，本研究中，濱裕736和泉興680雖然穩(wěn)產(chǎn)性較好，但豐產(chǎn)性一般，因此，大范圍推廣應(yīng)用的品種需要同時(shí)考慮豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性?？紤]一些品種對(duì)部分試點(diǎn)具有特殊適應(yīng)性，可以在局部區(qū)域推廣應(yīng)用，本研究中，裕育202在省玉米所試驗(yàn)點(diǎn)適應(yīng)性較高（圖2）。因此，在選擇兼顧豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的品種的同時(shí)，還可以為特定試點(diǎn)區(qū)域選育區(qū)域適應(yīng)性品種，合理規(guī)劃布局，從而實(shí)現(xiàn)玉米大面積增產(chǎn)。

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Analysis on Stability and Adaptability of Density Tolerant Maize Varieties in Multi-Point Identification Experiment

LIN Qing

271018,

In recent years, China's maize yield has been rising, and the improvement of maize planting density has become the key to increase maize production. Therefore, it is urgent to cultivate and screen new maize varieties with strong adaptability and dense tolerance. In this experiment, 20 new maize varieties from Huang-Huai-Hai region were used as experimental materials, and the designed planting density was 75,000 plant hm-2. The experiment was carried out in 16 locations in Shandong Province. To determine the yield and its constituent factors of different varieties of summer maize in different regions. Linear regression analysis and AMMI model analysis were used to screen maize varieties with good density tolerance, stability and adaptability. The results showed that Heyu 1906 had good yield and Lanyu 15 had poor yield in the regional experiment of maize in Shandong Province in 2020. AMMI model analysis showed that the effects of environment and the interaction between environment and genotype on yield stability were 58.78% and 30.75%, respectively. Huatai 708 and He Yu 1906 had better stability, while Binyan 37 had the worst stability. In each pilot, Denghai seed industry pilot discrimination is good, Heze pilot discrimination is the weakest. Taking into account the analysis results of high yield, stable yield and regional adaptability, He Yu 1906 is a suitable variety for large-scale promotion in Shandong Province. The results analyzed the characteristics of the tested varieties and regional pilot, in order to provide theoretical basis for the selection and breeding of maize varieties and regional layout of maize varieties in Shandong Province.

Maize;variety test; stability; adaptability

S513

A

1000-2324(2022)05-0693-06

2022-06-05

2022-08-14

藺青(1968-),男,本科,農(nóng)藝師,研究方向:玉米高產(chǎn)栽培技術(shù)研究. E-mail:qlin@sdau.edu.cn