基于AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖的玉米區(qū)域試驗(yàn)分析

李偉綺　支小剛　趙建華　孫建好　曹素珍　谷科強(qiáng)

關(guān)鍵詞：AMMI模型分析，GGE雙標(biāo)圖，玉米新品種，豐產(chǎn)性；適宜性

中圖分類號(hào)：S513 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2097-2172（2023）07-0607-04

玉米是甘肅省第一大農(nóng)作物，在農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展及農(nóng)民增收中具有重大的意義。龍博士7號(hào)是甘肅龍博士種子科技有限公司與甘肅省農(nóng)業(yè)科學(xué)院土壤肥料與節(jié)水農(nóng)業(yè)研究所選育出的優(yōu)良玉米雜交種，適宜在甘肅省河西地區(qū)、中部及隴東地區(qū)種植。玉米品種的產(chǎn)量和穩(wěn)定性受基因與環(huán)境的共同影響，利用模型科學(xué)評(píng)價(jià)玉米品種的區(qū)域試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)品種的選育、推廣和應(yīng)用有至關(guān)重要的作用。AMMI模型通過(guò)方差分析和主成分分析，可以對(duì)品種的穩(wěn)定性、豐產(chǎn)性等進(jìn)行較準(zhǔn)確的評(píng)價(jià)。GGE雙標(biāo)圖分析法能夠補(bǔ)充AMMI模型，更直觀地評(píng)價(jià)和展示基因型和環(huán)境之間的關(guān)系。我們通過(guò)同時(shí)利用AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖聯(lián)合分析2013年甘肅省玉米區(qū)域試驗(yàn)參試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性，為玉米品種的推廣提供理論參考。

1材料與方法

1.1資料來(lái)源

選用2013年甘肅省中晚熟組玉米區(qū)試數(shù)據(jù)。區(qū)域試驗(yàn)地點(diǎn)為5個(gè)，分別是酒泉（P1）、張掖（P2）、武威（P3）、白銀（P4）、平?jīng)觯≒5），各地區(qū)參試新品種（系）均為13個(gè)，對(duì)照為先玉335（表1）。各試驗(yàn)點(diǎn)試驗(yàn)設(shè)置一致，隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，5行區(qū)，行長(zhǎng)7～10m，行距0.60 m，株距0.18 m，保苗90 000株/hm²。試驗(yàn)于4月下旬玉米播前覆寬1.2m、厚0.08 mm地膜，膜上種植3行，底肥施復(fù)合肥（N-P₂O₅-K₂O為25-15-10）600kg/hm²，拔節(jié)期、大喇叭口期分別追施尿素150kg/hm²，其他田間管理與大田生產(chǎn)水平一致。收獲時(shí)每小區(qū)全區(qū)收獲計(jì)產(chǎn)。

1.2分析方法

試驗(yàn)數(shù)據(jù)采用Microsoft Excel 2016進(jìn)行處理，利用R語(yǔ)言進(jìn)行AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖分析。

1.2.1 AMMI模型 利用AMMI模型進(jìn)行穩(wěn)產(chǎn)性分析，其數(shù)學(xué)模型如下：

2結(jié)果與分析

2.1參試品種（系）產(chǎn)量的方差分析和AMMI模型分析

對(duì)14個(gè)參試玉米品種（系）的產(chǎn)量進(jìn)行方差分析和變異分解結(jié)果（表2）表明，基因型主效應(yīng)（G）、環(huán)境主效應(yīng)（E）以及基因型與環(huán)境互作效應(yīng)（GEI）均對(duì)玉米產(chǎn)量存在極顯著影響。環(huán)境變異平方和占總平方和的59.97%，基因型占7.96%，基因與環(huán)境的交互作用占15.06%，可見(jiàn)，試驗(yàn)環(huán)境對(duì)產(chǎn)量的影響占主導(dǎo)因素。利用AMMI模型對(duì)互作效應(yīng)的平方和進(jìn)行分解，得到3個(gè)顯著的互作主成分軸（interaction principle component axis， IPCA），其中IPCA1、IPCA2、IPCA3分別占交互作用的41.06%、33.50%、21.66%，可解釋交互作用的96.22%，表明AMMI模型可以合理有效地剖分平方和。

利用品種的穩(wěn)定性參數(shù)D值綜合評(píng)價(jià)玉米品種（系）的豐產(chǎn)性。從表3可以看出，在品種穩(wěn)定性方面，G1、G12、G2、G10穩(wěn)定性較好，G4、G8、G3穩(wěn)定性較差；不同品種的平均產(chǎn)量以G10、G6、G12、G13較高，G3產(chǎn)量最低。結(jié)合產(chǎn)量和穩(wěn)定性可以看出，G12屬于高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種、G10屬于高產(chǎn)較穩(wěn)產(chǎn)型品種、G3屬于低產(chǎn)不穩(wěn)定品種。從表4可以看出，5個(gè)試點(diǎn)中，P3試點(diǎn)的穩(wěn)定性（辨別力）較強(qiáng)、P4試點(diǎn)的穩(wěn)定性（辨別力）最弱。

2.2 GGE雙標(biāo)圖分析

使用GGE模型對(duì)G和GEI變異進(jìn)行主成分分解，結(jié)果橫坐標(biāo)AXIS1解釋了40.77%的變異平方和，縱坐標(biāo)AXIS2解釋了26.00%的變異平方，該GGE雙標(biāo)圖可以解釋66.77%的變異平方和。參試品種（系）在平均環(huán)境軸上的坐標(biāo)值反映了品種的高產(chǎn)性，參試品種（系）到平均環(huán)境軸的垂直距離反映了品種的穩(wěn)產(chǎn)性。結(jié)果（圖1）顯示，試驗(yàn)中高產(chǎn)性較好的品種（系）依次為G6、G13、G10、G12，這幾個(gè)高產(chǎn)品種（系）中穩(wěn)產(chǎn)性排序由大到小依次為G6、G13、G12、G10。

綜合GGE雙標(biāo)圖的“理想品種”功能圖（圖2），結(jié)合豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性分析，高產(chǎn)品種（系）中理想程度較高的參試品種為G12。圖中原點(diǎn)到各區(qū)試點(diǎn)的向量間的夾角越小表示正相關(guān)性越強(qiáng)，而長(zhǎng)度則與區(qū)分力正相關(guān)，表明綜合區(qū)分力和代表性，本試驗(yàn)中的P1和P3是理想?yún)^(qū)試點(diǎn)，這與利用AMMI模型分析的結(jié)果一致。

根據(jù)扇形分布（圖3），試驗(yàn)的試驗(yàn)點(diǎn)可以劃分為3個(gè)區(qū)域，其中張掖（P2）、武威（P3）為1組，酒泉（P1）為1組，平?jīng)觯≒4）、白銀（P5）為1組。G13、G12、G6均適宜在張掖、武威區(qū)域內(nèi)種植；G10適合在酒泉地區(qū)種植。

3討論與結(jié)論

區(qū)域試驗(yàn)點(diǎn)的地理位置對(duì)品種的適應(yīng)性、穩(wěn)產(chǎn)性及品種的篩選具有重要意義。AMMI模型和GGE雙標(biāo)圖是目前區(qū)域試驗(yàn)中較為廣泛應(yīng)用的分析方法，其中AMMI模型通過(guò)多個(gè)主成分軸上的穩(wěn)定性參數(shù)來(lái)衡量穩(wěn)產(chǎn)性，更側(cè)重于GEI效應(yīng)；GGE雙標(biāo)圖通過(guò)綜合G和GEI兩種效應(yīng)，能夠分析品種的適宜生態(tài)區(qū)和評(píng)價(jià)區(qū)分力和代表性，對(duì)AMMI模型進(jìn)行補(bǔ)充。本研究綜合利用AM-Ml模型和GGE雙標(biāo)圖分析了甘肅省2013年高密玉米品種區(qū)域試驗(yàn)產(chǎn)量數(shù)據(jù)，結(jié)果表明，兩種模型下高產(chǎn)表現(xiàn)一致，產(chǎn)量位居前列的均為泰玉1028（G6）、五谷568（G13）、SN318（ G10）、龍博士7號(hào)（G12），理想?yún)^(qū)試點(diǎn)均為酒泉（P1）和武威（P3）。2種模型中穩(wěn)產(chǎn)性好的品種均有SN318（G10）、龍博士7號(hào)（G12）。綜上分析，高產(chǎn)又穩(wěn)定的理想品種為龍博士7號(hào)，SN318適合在酒泉地區(qū)中種植，龍博士7號(hào)、泰玉1028、五谷568適宜在武威、張掖地區(qū)種植。同時(shí)2014年甘肅省高密B組玉米生產(chǎn)試驗(yàn)和2016年皋蘭縣玉米新品種試驗(yàn)中都證實(shí)龍博士7號(hào)的綜合性狀表現(xiàn)良好，實(shí)測(cè)產(chǎn)量位居前列。