GGE双标图在马铃薯产量及试验点评价分析中的应用

袁金海 贾多英 刘续汉 杨 平 李 涛 李自峰 马丽娟 贾晓莉 鲁丽莉

（甘肃省临泽县种子管理局，张掖 734200）

伴随育种事业和经济的发展，马铃薯的种植面积和产量仅次于小麦、水稻和玉米，成为世界第四大粮食作物。甘肃省作为我国马铃薯种植大省，对于马铃薯品种改良和品种适应性评价变得尤为重要。马铃薯属喜凉作物，对生长环境条件十分敏感。近年来，伴随着育种理念和方法的不断发展，马铃薯新品种不断出现，如何对这些品种的适应性和稳产性进行评价，并对它们进行全方位定位，已成为育种家们最为关注的问题。目前用于区域试验分析的方法有很多种，比如SAS、SPSS等软件，虽然这些软件可以很好地对区域试验进行分析，但是它们与GGE双标图相比，其友好性分析较差[1]。严威凯[2]在2010年开发的双标图在分析作物的多年多点试验中，可以很好地解决SAS和SPSS的不足，与此同时GGE双标图可以进行品种评价、试验点评估和生态区的划分，对品种适应性的评估和试验点的代表性判断具有十分重要的作用。GGE双标图分析利用以环境中心化后的数据[3]，可以直观地展示各个因素间的交互作用。近年来 GGE 双标图在玉米[1]、棉花[4]、燕麦[5]、小麦[6]、大豆[7]等作物上广泛应用，但在马铃薯中却鲜有报道。因此使用GGE双标图对参试的马铃薯品种进行分析，不仅可以为甘肃省扩大马铃薯的种植区域和提高马铃薯产量提供依据，而且可以为下一年的区域试验提供依据[8]。本研究使用GGE双标图评估了2015-2016年甘肃省10个晚熟马铃薯品种在6个区试点的稳定性及丰产性，检测了6个区试点的代表性和区分力，并对区试点进行了相关性分析[6]，以期为甘肃省马铃薯品种选育提供相关的理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料 试验材料为2015-2016年参加甘肃省马铃薯区域试验的10个晚熟马铃薯品种（系），各参试品种（系）及选育单位如表1所示，以陇薯6号为对照1（CK1）、当地大面积种植的品种新大平为对照 2（CK2）。

表1 参加区域试验马铃薯品种（系）基本信息

甘肃省马铃薯区域试验共设6个点，各区试点及其在甘肃省的地理位置、年降雨量和平均气温如表2所示。各区试点的年降雨量和平均气温均有差异。

表2 区域试验点的基本信息

1.2 试验设计 采用随机区组设计，3次重复。小区面积约20m2，长6.7m，宽3.0m。每个小区种植5行，每行20株，行距60.0cm，株距33.3cm[9]。考种依据国家统一标准进行。

1.3 统计分析 采用SPSS 22.0软件和GGE-Biplot软件对试验数据进行分析[9]。

2 结果与分析

2.1 2015 -2016年甘肃省马铃薯区域试验产量结果 2015-2016年甘肃省马铃薯区域试验产量情况详见表3。

表3 2015-2016年甘肃省马铃薯区域试验平均产量（kg/667m2）

2.2 马铃薯品种（系）产量差异显著性分析 由表4 可以看出，除天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）和L0528-3（G1）较对照陇薯6号（CK1）产量分别增加17.03%、8.22%和0.97%，表现为增产，且天05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）增产显著外，其余各参试品种（系）产量均低于对照陇薯6号（CK1）。然而，在产量低于对照陇薯6号（CK1）的各参试品种（系）中，L0527-7（G3）、03-5-7（G6）和 0528-30（G7）与当地对照品种（CK2）相比较，表现为增产，而L9901-10（G2）和P2（G8）则表现为减产，且差异均达到极显著水平。因此，综合分析可知，产量显著低于对照陇薯6号（CK1）的各参试品种（系）不再入选下年的区域试验而被淘汰。

表4 品种（系）产量差异性显著分析表（2015-2016年）

2.3 马铃薯品种稳产性差异分析 由表5可以看出，天 05-7-5（G4）、天 06-3-4（G5）、L0528-3（G1）丰产性效应值高于对照陇薯6号（CK1），丰产性较好。03-5-7（G6）稳产性最好，其次是天06-3-4（G5）、陇薯 6 号（G9）和 L0528-3（G1），但 03-5-7（G6）丰产性较差。就丰产性和稳产性而言，表现较好的品种（系）为天 06-3-4（G5）、天 05-7-5（G4）和 L0528-3（G1）；表现较差的品种（系）为 P2（G8）、L9901-10（G2）。

表5 品种（系）丰产性及其稳定性分析表（2015-2016年）

2.4 马铃薯区域试验试验点的相关性分析 试验点的相关性分析可以用于对重复试验点的淘汰和选择，因此可以减少育种工作者对时间和财力的浪费。由图1可知，天水（E2）和静宁（E6）的相关性最为明显，其次是临夏（E3）和宕昌（E5）的相关性较为明显，因此在下一年的区域试验中可以选择它们其中的2个点作为下一年的试验点。

图1 基于GGE对区域试验试验点相关性的分析

2.5 马铃薯区域试验品种（系）的适应性分析 使用多边形法，把双标图中离原点最远品种的点用直线两两连接起来，形成一个多边形，可以把所有的品种都包含在内，过原点向各边做垂线，可以把整个双标图划分为若干个扇形区域，在每一个区域里位于区域顶端的为表现最好的品种。

由图2可以看出，被分成了4个扇形区域，6个试验点分在2个扇形区域，其中E2、E3、E4、E6为第1组，G4、G5和G7在第1组表现较好，并且G4和G5为本组的最佳品种（系）；E1和E5为第2组，G3、G9（CK1）和G1在第2组表现较好，并且G3是本组的最佳品种（系）。与此同时可以看出G4和G5的适应性要强于G3。

图2 基于GGE对区域试验中马铃薯品种（系）适应性分析

2.6 马铃薯区域试验品种（系）稳产性与丰产性分析 通过GGE可以很好地对品种（系）的稳产性和丰产性进行解释，在GGE双标图中，圆点代表的是“平均环境”，带单向箭头的直线为平均环境轴，沿着平均环境轴方向丰产性越来越强。与平均环境轴垂直并通过原点的、带有双箭头的直线代表各品种稳定性的大小，线段长度越短，稳定性越强，反之则稳定性越差，但稳定性差的品种适应性却强[10]。位于双向箭头线右侧的品种比对照高产，而位于左侧的则和对照相比较为低产。从图3可以看出：就丰产性而言，G4和G5表现最好，其次是G9、G3、G1，表现最差的为G6和G8；就稳定性大小而言，G6的稳定性最好，但其增产性差，其次是当地品种G10（CK2）、G7，G3的稳定性最差。

图3 基于GGE对区域试验中马铃薯品种（系）稳定性和丰产性分析

2.7 马铃薯区域试验试验点的区分力和代表性分析 试验点的选育是育种工作成败的关键因素[11]，理想的试验点的选择应具备以下2个条件：一是试验点对参试品种要有较强的区分能力；二是试验点对目标生态区要有较强的代表性。对于各试验点向量的长度是其区分力优劣的度量，向量长度越长，区分力越好，反之，则区分力越差。而试验点与平均环境向量的夹角是试验点代表性强弱的度量，角度越小，代表性越强，角度越大，代表性越弱。一个试验点与平均环境向量的夹角是钝角，则它不适合作为试验点，在本次区域试验中没有这样的点。

图4中圆点代表平均环境，其中E1和E4的区分力最好，其次是E2和E3，E5和E6的最差。就代表性而言，E3的代表性最好，其次是E6、E2、E5，E1和E4的代表性最差。综上所述E2和E3为最理想的试验点。

图4 基于GGE对区域试验试验点区分力和代表性的分析

3 结论与讨论

在本次试验中，利用GGE双标图以及结合显著性分析对甘肃省2015-2016年马铃薯区域试验的产量数据进行了综合分析，从10个晚熟的马铃薯品种（系）中筛选出了丰产性和稳定性好以及适应性广的品种（系）。从6个区试点中选出了区分力和代表性高的区试点。结果表明，丰产性高低依次为天05-7-5＞天06-3-4＞陇薯6号＞L0527-7＞L0528-3＞0528-30＞当地品种＞L9901-10＞03-5-7＞P2，稳定性高低依次为03-5-7＞当地品种＞L0528-3＞0528-30＞陇薯6号＞L9901-10＞P2＞天05-7-5＞天06-3-4＞L0527-7，利用GGE分析的丰产性和稳定性结果与丰产性和稳定性参数分析评价的结果基本一致。天06-3-4和天05-7-5在天水、临夏、安定和静宁地区适应性最好，其次是0528-30；L0527-7在会川和宕昌两地区适应性最好，其次是L0528-3和陇薯6号，L9901-10、03-5-7、P2和当地品种的适应性较差。从试验点的区分力和代表性大小分析可知，天水和临夏两地区分力和代表性均表现较好，但天水区分力表现最为突出，静宁代表性最好。因此，通过GGE分析可以选择出既高产又稳产的马铃薯品种（系）L0528-3、天05-7-5和天06-3-4，可以在下一年的区域试验中进行种植，完成后续的育种工作。

农作物品种区域试验一般采用多年多点试验，试验结果受多因素影响，比如环境、品种、环境与品种的互作效应，应当充分分析试验结果，对参加区域试验的品种作出科学而准确的评价。GGE双标图相比于其他传统的分析方法具有“一图胜千言”[2]的功效，GGE双标图一方面为品种的适应性、稳定性和丰产性的筛选提供了依据，另一方面也为试验点的代表性与区分力的筛选提供了依据[7]。试验点的选择是育种工作成败的关键因素，试验点应当具备高的区分力和代表性，才能用于选择既高产又稳产的品种[12]。GGE双标图相比于AMMI模型可以更加友好的解释基因和基因型×环境互作效应（GGE）。通过GGE双标图的使用不仅可以为品种的选育和试验点的选择提供依据，而且还能为育种家选育既高产又稳产的品种提供依据。