应用ＧＧＥ双标图分析湖北省玉米区域试验品种适应性和稳定性

胡飞 马现斌 李新彦 郭莉 潘高峰 李有明

摘要：以湖北省2009年玉米（Zea mays L.）区域试验数据为例，介绍了GGE双标图在评价玉米品种适应性、稳产性、丰产性以及试验点的鉴别力和代表性的运用。结果表明，Hk9509、Sx0759、Hz06148、Kn0901 共4个品种的丰产性、稳产性较好;宜昌市、长阳土家族自治县、建始县地点鉴别力较大;恩施市、仙桃市、长阳土家族自治县地点代表性较强;综合地点鉴别力和代表性分析，长阳土家族自治县和宜昌市试验点较好。

关键词：玉米（Zea mays L.）;GGE双标图;品种;产量;湖北省

中图分类号：S513         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2019）02-0023-03

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.02.005           开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

玉米（Zea mays L.）在中国已有400多年的种植历史，与其他作物相比栽培历史最短，发展速度最快。中国的玉米种植面积和总产量均仅次于美国，居世界第二位。玉米单产水平为4 703 kg/hm2， 超过世界平均水平（4 296 kg/hm2），年产量1.5亿t左右，占世界总产量的20%左右。近些年，玉米生产出现了“北玉南运”的局面，南方地区每年约有50%～80%的玉米从北方调入，其中华中、华南为最大调入区，区域性产需矛盾大。湖北省位于长江中下游，由于畜牧业等兴起，玉米生产缺口严重，供不应求[1]。近年来，湖北省玉米总产量凭借面积增加而有所增加，但玉米单产变化不大，这一现象势必会导致玉米和其他作物生产的矛盾，比如水稻。为解决湖北省玉米生产中遇到的问题，急需选育高产、稳产的品种。

在区域试验中，试验品种各指标受到环境（E）、自身基因型（G）以及环境和基因互作（GE）的影响[2-5]。但是在数据分析时，人们往往把GE视为干扰或者混杂因子予以排除[6]。近年来，研究者创立的GGE双标图充分解释了GE的影响，对区域试验品种的评价、试验地点的鉴别力和代表性有独到的分析[7-10]。本研究以湖北省2009年玉米区域试验数据为例进行分析，旨在介绍GGE双标图在玉米品种适应性以及稳产性评价上的科学性和优胜性，为日后育种工作提供一定的参考。

1  材料与方法

1.1  数据来源

采用湖北省种子管理站提供的2009年玉米区域试验数据，随机区组排列，3次重复，小区面积20 m2，5行区，行距0.67 m，每行24株，种植密度60 000株/hm2。行向与厢沟垂直，四周设保护区（行）。每小区实收中间3行计产，计产面积12 m2。试验点共7个，包括十堰市、建始县、长阳土家族自治县、宜昌市、仙桃市、恩施市、荆门市;参试品种7个分别是宜单629（对照）、Hz06148、农科玉1号、Kn0901、Hk9509、Sx0759、宜单984。

1.2  分析方法

采用GGE-Biplot软件进行双标图分析。

2  结果与分析

2.1  品种适应性

同一品种在不同地点表现不一致，反映出品种对地点的适应性。把各个方向距离原点最远的品种连起来形成一个把所有品种都囊括进去的四边形。过原点分别做各边的垂线，将整个区域分割成4个四边形，位于四边形顶点的品种为该区域内各试验点中表现最好的[7，8]。因此，Kn0901在恩施市、宜昌市、长阳土家族自治县3個试点表现较好，Hk9509在建始县、荆门市、仙桃市表现较好，农科玉1号在各个试验点表现都不理想。

将各试验点与原点相连，称为环境向量;将各品种与原点相连，称为品种向量[11]。某一品种向量与某一环境向量夹角为锐角时，表示该品种在该试验点的产量高于该试验点所有品种产量的平均值;为直角时，表示等于平均值;为钝角时，表示低于平均值[11]。农科玉1号与除建始县以外的试验点夹角均为钝角，产量均低于平均值，不具备很好的适应性;Kn0901与长阳土家族自治县、恩施市的夹角均很小，表现出很好的适应性。

2.2  地点鉴别力和代表性

理想的区域试验点应该具备良好的鉴别力和代表力。鉴别力表示试验点区分品种和提供信息的能力，代表性体现该试验点能否代表目标生态区的能力[8，9]。带单向箭头的为平均环境轴，各环境向量的长度代表了它们的鉴别力，长度越长，鉴别力越大;各环境向量与平均环境轴的夹角表示试验点的代表性，夹角越小，代表性越强。虚线同心圆的圆心表示虚拟理想试验点，越接近圆心的试验点综合能力越好[11]。因此，各试验点鉴别力从强到弱依次为宜昌市、长阳土家族自治县、建始县、荆门市、仙桃市、恩施市、十堰市，代表性由强到弱依次为恩施市、仙桃市、长阳土家族自治县、宜昌市、荆门市、建始县、十堰市。综合评价，长阳土家族自治县试验点距离同心圆圆心最近，因此是各试验点中最理想的，十堰市试验点较差。

2.3  品种稳产性和丰产性分析

一个理想的品种应该具备高产和稳产两个性质。带单箭头的直线表示平均环境轴，沿箭头方向产量越高。过原点与平均环境轴垂直的带双箭头的直线代表品种与环境互作的倾向性，越偏离平均环境轴越不稳定[10]。图中第1主成分效应值为65.7%，第2主成分效应值20.6%，GGE双标图共解释了G与GE互作信息的86.3%。各品种产量从高到低依次是Kn0901、Hz06148、Hk9509、Sx0759、宜单629、宜单984、农科玉1号。稳定性最好的是Sx0759，最不稳定的是农科玉1号。

从以上分析可以看出，产量高的品种稳定性不一定好，如Kn0901;稳定性好的品种不一定高产，如宜单629。但评价一个品种必须结合稳产性和丰产性。虚线同心圆的圆心表示虚拟的具备最高产量和最好稳定性的品种，距离圆心越近的品种综合表现越好，因此，Hk9509表现最好，Sx0759、Hz06148次之，农科玉1号表现最不理想。

3  小结与讨论

一个玉米品种在推广之前要参与多次区域试验，由于年度间气象因素差异大、各试验点环境不一致以及人为误差等因素的存在，如何客观、公正地评价一个品种成为育种学家和生物统计学家越来越重视的问题。GGE双标图的问世，极大地解决了这个问题，相比于之前的AMMI模型，GGE双标图不仅能直观地表现出数据所蕴含的信息，更能充分考虑年际间的差异。GGE双标图能很好地分析出不同品种对不同地点的特殊适应性，这也是AMMI等其他模型所不及的。

湖北省玉米生产在前期遇到低温、渍涝，后期遇到高温等问题，而且由于湖北省处于南北方的过渡地点，生态环境复杂。因此，育种工作应结合不同生态区进行。结合GGE双标图并使用聚类分析对多年数据进行分析，可以对试验点进行生态区分类，从而将多个试验点归结为几个大的生态区，对生态区有特殊适应性的品种值得在该区域内推广。

通过对2009年区域试验数据进行分析，筛选出了Hk9509、Sx0759、Hz06148、Kn0901 4个丰产性、稳产性较好的品种，农科玉1号在各试验点表现均不理想，产量均未超过各试验点平均值，稳定性也最差。地点鉴别力较大的试验点为宜昌市、长阳土家族自治县、建始县，地点代表性较强的为恩施市、仙桃市、长阳土家族自治县，综合地点鉴别力和代表性分析，较好的试验点为长阳土家族自治县和宜昌市。试验点的筛选有利于提高区域试验的准确性。

参考文献：

[1] 官成贵，杨新笋.湖北省玉米产业化的现状与对策[J].玉米科学， 2003（专刊）：101-103.

[2] 张志芬.用GGE双标图分析燕麦区域试验品系产量稳定性及试點代表性[J].作物学报，2010（8）：1377-1385.

[3] 高金锋.荞麦品种稳定性与适应性分析及评价研究[D].陕西杨凌：西北农林科技大学，2008.

[4] 金文林.作物区试中品种稳定性评价的秩次分析模型[J].作物学报，2000，26（6）：925-930.

[5] YAN W K，TINKER N A. Biplot analysis of multi-environment trial data：Principles and applications[J].Can J Plant Sci，2006，86：623-645.

[6] YAN W K. GGEbiplot—a windows application for graphical analysis of multi-environment trial data and other types of two-way data[J].Agron J，2001，93：1111-1118.

[7] YAN W K. Singular-value partitioning for biplot analysis of multienvironment trial data[J].Agron J，2002，94：990-996.

[8] 严威凯，盛庆来，胡跃高，等.GGE叠图法-分析品种×环境互作模式的理想方法[J].作物学报，2001，27（1）：21-28.

[9] 严威凯.双标图分析在农作物品种多点试验中的应用[J].作物学报，2010，36（11）：1805-1819.

[10] 陈四龙，李玉荣，程增书，等.用GGE双标图分析种植密度对高油花生生长和产量的影响[J].作物学报，2009，35（7）：1328-1335.

[11] YAN W，HOLLAND J B. A heritability-adjusted GGE Biplot for test environment evaluation[J].Euphytica，2010，171：355-369.