基于AMMI模型分析内蒙古苦荞品种（系）的稳产性和丰产性

刘伟春，谢 锐，罗中旺，刘锦川，张永虎，辛万和，全 民，金晓蕾

（1.通辽市库伦旗农业技术推广中心，内蒙古 库伦 028200；2.内蒙古自治区农牧业科学院，内蒙古 呼和浩特 010031；3.河北农业大学 农学院，河北 保定 071001；4.神华准格尔能源有限责任公司，内蒙古 准格尔 010300）

内蒙古自治区作为甜荞主产区，每年种植面积为20 万hm2左右，而苦荞主要种植区域为云贵川一带。2008年内蒙古自治区农牧业科学院开展苦荞引种试验，取得了良好的效果。苦荞的产量和黄酮含量高于甜荞[1-3]。苦荞含有均衡的蛋白质、易于消化的退性淀粉、丰富的维生素和矿物质，含有其他作物不含有的生物类黄酮物质，在预防和治疗糖尿病、高血压、肥胖，抗氧化，抗衰老及改善亚健康等方面具有良好效果，被誉为“21 世纪人类理想的功能性食物源”[4-6]。目前，内蒙古种植的苦荞品种较少，满足不了加工企业需求，因此，选育高产、稳产、适应性广的苦荞品种对苦荞生产具有重要意义。

用于品种稳产性和丰产性评价的方法很多，主要包括Shukla 互作方差分解法、秩次分析法、高稳系数法、主效可加互作可乘AMMI 模型和GGE 双标图（GGE-Biplot），但目前常见作物主要应用AMMI模型和GGE 双标图[7-12]进行品种的稳产性和丰产性评价。AMMI 模型将方差分析和主成分分析两种方法相结合，有效利用试验数据，绘制双标图，同时结合稳定性参数，直观描述不同品种的产量差异及试点的辨别力，可以较准确地评价品种的稳产性、丰产性、适应性[13-15]。GGE 双标图是研究基因型与环境互作以及品种产量稳定性和试点代表性的常用方法[16-18]。AMMI 模型分析具有操作简单、分析结果直观简洁等特点，适用于品种与环境互作分析，主要应用于1年多点或多年多点试验。GGE 双标图具有操作复杂、结果精准等特点，更适用于环境评价，主要应用于1年多点或多年多点试验。本试验侧重品种与环境互作分析，采用AMMI 模型对15 个苦荞新品种（系）在内蒙古4 个试点的丰产性、稳产性进行研究，以期为苦荞品种推广提供参考。

1 材料和方法

1.1 试验设计

供试苦荞优良品种（系）15 个，另设九江苦荞为对照（表1），2017—2018年在4 个试点种植，内蒙古自治区农牧业科学院（E1）、呼和浩特市武川县（E2）、包头市固阳县（E4）播种时间为5月下旬，收获时间在9月初；通辽市奈曼旗（E3）播种时间为6月末，收获时间为9月末。试验采用随机区组排列，重复3 次，小区面积10 m2（2 m×5 m），6 行区，行距33 cm，留苗1.05×106株/hm2，田间管理一致。

表1 苦荞品种（系）名称及来源

1.2 测定方法

每个小区选取10 株有代表性的植株进行株高、主茎分枝数、单株粒数、单株粒重、千粒重的测定，成熟期测定小区产量。

1.3 数据处理

利用Microsoft Excel 2013 和DPS 7.05 软件对试验数据进行处理和统计分析。采用AMMI 模型对参试品种的产量稳定性、丰产性进行分析。AMMI 模型公式为[19]

式中，yge代表在环境e 中基因型g 的产量；μ 为总体平均值；αg为基因型平均偏差；βe为环境平均偏差；N 为模型主成分分析中主成分因子轴的总个数；λn为第n 个主成分分析的特征值；γgn为第n 个主成分的环境主成分得分；δgn为第n 个主成分的基因型主成分得分；θge为残差；∊ger为随机误差[10]。

稳定性参数是品种或试验地点的交互效应主成分值（interaction principal component axis，IPCA）在多维空间中图标离原点的欧式距离，公式为[9]

式中，n 为达到显著水平的IPCA 个数；Dg(e)是品种或环境在n 个IPCA 上的得分，可以度量基因型或环境的相对稳定性；基因型Dg值越小，品种越稳定；环境的De值越大，试验地点对品种间差异的分辨力越强[10]。

2 结果与分析

2.1 不同主产区苦荞品种（系）各性状的变异系数

由表2 可知，各性状的变异系数为4.5%～33.4%，变异系数最大的性状是主茎分枝数，变异系数最小的性状是千粒重，不同地区各性状表现出丰富的遗传变异。

表2 不同主产区苦荞品种（系）各性状的变异系数

2.2 苦荞品种（系）的丰产性、稳产性分析

2.2.1 不同品种（系）产量联合方差分析 由表3可知，地点×年份、品种×年份的产量没达到显著水平（P＞0.05），但地点、品种、地点×品种的产量均达到极显著水平（P＜0.01）。这说明品种差异大、试点的选择具有代表性，不同品种产量受试点影响较大，可以利用AMMI 模型对品种的稳产性进行分析。

表3 苦荞品种（系）产量联合方差分析

由表4 可知，IPCA1（第一主成分轴）、IPCA2（第二主成分轴）代表基因型与环境交互效应达到极显著水平（P＜0.01），分别解释了品种×地点互作效应平方和的55.87%和36.42%，两个IPCA 轴加起来解释了品种×地点互作平方和的92.29%，残差为7.72%，说明AMMI 模型可以分析品种×地点互作信息。

表4 AMMI 模型分析

2.2.2 苦荞品种（系）丰产性、稳产性分析 利用产量与IPCA1 作双标图1，横坐标代表不同品种、不同地点产量，品种产量越高，丰产性越好对应横坐标值越大；纵坐标IPCA1 反映了互作效应的差异，即纵坐标IPCA1 越接近0，该品种稳定性越好，适应性越强。由图1 可知，在横坐标方向上，试点的分散程度远大于品种，说明同一品种在各地表现的产量差异较大。品种丰产性由高到低的顺序为G12、G13、G8、G2、G4、G1、G5、CK、G3、G15、G14、G7、G11、G9、G6、G10，有8 个品种产量低于对照。品种稳产性由高到低依次为CK、G12、G14、G15、G2、G13、G9、G1、G8、G10、G5、G7、G3、G11、G4、G6。在试点分辨力方面，E4>E1>E2>E3；从垂直方向上看，G6、G10、G11、G14、G15 与试点E1、E2、E3 具有显著的正向互作效应，与E4 试点具有负向互作效应。

图1 IPCA1-产量双标图

利用品种和试点的IPCA1 值和IPCA2 值作AMMI 双 标 图2，X 轴 代 表IPCA1 值，Y 轴 代 表IPCA2 值。图2 直观有效地反映了品种稳定性，IPCA1 和IPCA2 共同解释交互作用的92.29%。由图2 可知，品种G2 的稳定性最好，G6 的稳定性最差。

图2 IPCA1-IPCA2 双标图

虽然AMMI 双标图可以直观反映品种和环境的交互作用，但需结合稳定性参数（Dg）才能更加有效、准确地推断品种的稳定性。稳定性参数越小，品种的稳定性越好。

由表5 可知，参试品种（系）稳定性顺序为G2、G14、G1、G13、G8、G12、G15、CK、G9、G10、G5、G11、G7、G3、G4、G6，即品种G2、G14、G1、G13、G8、G12稳产性较好。综合其丰产性可知，G12、G13、G8、G2、G1 属于高产稳产型品种，G14、G15 属于稳产但丰产性较差品种，G4、G5 属于丰产但稳产性较差品种。

表5 苦荞不同品种的稳定性参数

由表6 可知，各试点的De值大小依次为E4>E3>E1>E2，说明E4（固阳县）具有较强分辨力，E2（武川县）分辨力较差。

表6 苦荞不同地点的稳定性参数

3 讨论与结论

试验选用的15 个品种（系）均由内蒙古自治区农牧业科学院荞麦课题组利用常规选择育种方法选育而成的新品种（系）。通过在内蒙古东西部4 个不同荞麦主产区试种，利用AMMI 模型分析苦荞15 个品种（系）的丰产性、稳产性。每个品种对不同的播种区域有一定的适应性，研究发现，虽然环境、环境与基因交互作用及基因对产量的影响都达极显著水平，但环境对品种产量影响是最主要的因素。试验结果表明，蒙苦53（G5）在固阳县试点产量达到最高，丰产性较好，但稳定性较差，因此，最适宜在固阳县种植。蒙苦36（G7）丰产性与适应性较差，但在奈曼旗产量达到最高。蒙苦09（G13）稳产性与丰产性较好，在武川县产量达到最高。高金峰[20]分别利用AMMI 模型、Franics、Kannenberg 模型、Shukla 模型和采用高稳系数法、秩次分析法分析荞麦品种稳定性与适应性，发现每个模型单独使用均存在缺点，需将几种方法和模型结合起来应用可能对荞麦的评价更具有科学性。王慧等[21]采用高稳系数法与主成分分析等方法对晋北地区不同甜荞麦品种（系）的适应性进行评价，研究表明，荞麦外部表型的变异受环境因子影响较大。AMMI 模型综合了方差分析和主成分分析，在解决实际问题时有很大的灵活性，可以精准找到品种适应地区[22-24]，许多学者采用AMMI 模型分析品种的丰产性、稳产性。由于苦荞产量在不同年份不同地区波动性较大，为了全面评价苦荞品种的丰产性、稳产性，需要进行多年多点的综合分析，才能找到品种最适宜的种植地区，发挥品种的高产、稳产潜力。

试验选择的15 个品种（系）中，蒙苦11（G12）、蒙苦09（G13）、蒙苦93（G8）、蒙苦13（G2）、蒙苦06（G1）属于高产稳产型品种（系），蒙苦45（G14）、蒙苦66（G15）属于稳产但丰产性较差品种（系），蒙苦87（G4）、蒙苦53（G5）属于丰产但稳产性较差品种（系），蒙苦24（G3）、蒙苦110（G6）、蒙苦36（G7）、蒙苦165（G9）、蒙苦72（G10）属于丰产性及稳产性较差品种（系）。综上所述，试验筛选出蒙苦11、蒙苦09、蒙苦93、蒙苦13、蒙苦06 适宜在内蒙古地区大面积种植。