中棉所139的丰产稳产性及适应性分析

贺昆仑，刘艳改，裴小雨，张飞，张文生，王星星，周晓箭，李威，马雄风，杨代刚

（中国农业科学院棉花研究所/ 棉花生物学国家重点实验室，河南安阳 455000）

棉花新品种的培育对棉花产业至关重要。在新品种选育过程中，高产稳产性和适应性是棉花品种的重要经济性状[1]，因此有效评价参试品种的相关性状十分必要。

GGE 双标图（genotype main effects plus genotype×environment interaction biplot）能够有效评价品种×环境互作的遗传效应，最初由Yan 等[2]创立。 它利用基因型主效应加基因型- 环境互作效应模型，进行品种评价、试点评价和品种生态区划 分[3]。 相 比 于AMMI（additive main effects and multiplicative interactions）模型，GGE 模型能够更直观、 更全面地综合评价品种的丰产性和稳产性[4]，目前已广泛应用于棉花、油菜、花生、谷子等作物[5-10]。

棉花区域试验是品种审定过程中的重要环节之一。中棉所139 于2021 年通过国家审定（审定编号： 国审棉20210021， 区域试验代号： 中棉所99007）。 本研究以2018―2019 年黄河流域棉区中熟杂交品种区域试验数据为基础， 利用GGE 双标图对中棉所139 的丰产稳产性和适应性进行综合评价，为品种推广提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验设计

研究数据来自2018―2019 年黄河流域棉区中熟杂交棉组（D 组）区域试验的皮棉产量数据（表1）。 2018 年参试品种13 个， 包括中棉所9711、CRIZ140204、中棉所1603、中棉所94A2021、鲁杂216、冀1518、冀杂707、中MBH13001、中棉9101、中6913、中M04、中棉所99007、瑞杂816，依次编号H01～H13，其中瑞杂816（H13）为对照品种。2019 年参试品种共13 个， 包括中棉所99007、冀1518、CRIZ140204、邯杂棉9 号、CRIZ140201、邯杂棉14 号、GB814、瑞杂816、中杂306、鲁杂216、中棉EB002、中棉所96020、中生棉3 号，依次编号G01～G13，其中瑞杂816（G08）为对照品种。 2018年试点共19 个， 分别是河北省沧州 （试点代号：CZ）、故城（GC）、邯郸（HD）、石家庄（SJZ），河南省西华（XH）、商丘（SQ）、新乡（XX）、安阳（AY），天津市（TJ），山东省齐河（QH）、金乡（JX）、临清（LQ）、东营（DY）、惠民（HM），江苏省泗阳（SY），安徽省灵璧（LB），山西省运城（YC）、永济（YJ），陕西省杨凌（YL）；2019 年统计试点调减山东省临清、河南省安阳、山西省运城和永济，共15 个试点。

表1 2018-2019年黄河流域棉区中熟杂交棉区域试验参试品种信息

2 年区域试验均采用随机区组设计，小区面积20 m2，3 次重复，每小区3～4 行，试验区周边种植4 行以上保护行，小区实收计产后折算成每公顷皮棉产量。试验田管理水平略高于各试点所在地区的一般大田。

1.2 统计分析

采用Genstat 19.0 （VSN International Ltd,UK）分析软件的GGE 双标图进行丰产稳产性及适应性评价，用SPSS v21.0 进行方差分析。

2 结果与分析

2.1 区域试验皮棉产量方差分析

由表2 可知，该组品种区域试验皮棉产量存在极显著差异。 环境主效应占总变异的比例，2018 年为83.13%，2019 年为63.81%。可见，环境主效应是皮棉产量变异的重要来源， 利用GGE 模型可有效避免环境效应的影响，科学评价试验数据。

表2 2018-2019年黄河流域棉区中熟杂交棉区域试验参试品种皮棉产量的方差分析结果

2.2 中棉所139丰产稳产性分析

图1（a）中2018 年区域试验各品种皮棉产量的GGE 双标图可以有效解释基因型和基因型与环境互作效应65.10%的变异。 其中， 第一主成分（PC1）贡献率为50.66%，第二主成分（PC2）贡献率为14.44%。图1（a）中，带箭头的直线为平均环境轴（average environment axis, AEA 轴）， 箭头为正方向，参试品种越靠近正方向产量越高[11]，因此在平均环境轴正向的参试品种皮棉产量表现为H06＞H12＞H05＞H02＞H04＞H10＞H01； 向该轴作垂线，品种到该轴的垂线越短稳产性越好，则稳产性表 现 为H03 ＞H11 ＞H10 ＝H09 ＞H12 ＞H13 ＞H05＞H01＞H08＞H06＞H04＞H07＞H02。 值得注意的是，在作物育种评价中须以高产为前提兼顾稳产性，应排除两者综合表现不佳的品种，例如稳产性最好、产量最差的H03 和产量排名靠前、稳产性较差的H02。 因此， 高产且稳产的品种为H12、H06、H05、H10、H04。 同理，由图1（b）可知，2019 年参试品种皮棉产量表现为G04 ＞G01 ＞G09 ＞G02 ＞G10 ＞G11， 稳 产 性 表 现 为G07 ＞G10 ＞G06 ＞G08 ＞G02 ＞G04 ＞G13 ＞G09 ＞G11 ＞G01＞G05＞G12＞G03， 高产且稳产的品种为G04、G02、G09、G01、G10、G11。

图1 2018 年（a）和2019 年（b）黄河流域棉区中熟杂交棉区域试验参试品种的丰产性与稳产性双标图

图2 是对棉花品种的高产稳产性的综合排名图，以AEA 轴上的理想品种为圆心作同心圆，以便于对各品种的丰产性和稳产性进行综合排序，靠近圆心的品种高产稳产性好。 因此，2018 年参试品种的丰产稳产性综合表现为H12、H06 和H05 最好，H04、H10 和H01 较好，而H03 最差。 2019 年参试品种的丰产性稳产性综合表现为G04、G02、G10和G09 最好，G01、G11、G08、G06 和G07 较好，而G13 最差。

图2 2018 年（a）和2019 年（b）黄河流域棉区中熟杂交棉区域试验参试品种的丰产稳产性综合排名双标图

2.3 品种的适应性分析

图3 中将位于顶点的品种连接成多边形，过坐标轴原点向多边形各边引垂线，多边形被划分为不同扇区，同一扇区内属于相同环境组合，各扇区内位于多边形顶点的品种为扇区内试点皮棉产量最高的品种。 由图3 （a） 可知，2018 年中棉所139（H12）在安徽省灵璧（LB）、山西省运城（YC）、江苏省泗阳（SY）、陕西省杨凌（YL）、山东省东营（DY）、河北省石家庄（SJZ）表现良好。 由图3（b）可知，2019 年中棉所139（G01）位于所在扇区的顶点，因此在河北省沧州（CZ）、河南省商丘（SQ）和新乡（XX）、山东省金乡（JX）和齐河（QH）试点中棉所139 皮棉产量最高。综合2 年试验结果，中棉所139适宜种植区域涵盖了黄河流域棉区重点植棉省份。

图3 2018 年（a）和2019 年（b）黄河流域棉区中熟杂交棉区域试验参试品种的适应性分析双标图

3 讨论与结论

2019 年品种丰产稳产性分析中， 中棉所139（G01）虽然皮棉产量排名第2 位，但稳产性并不突出。 经数据分析发现，当年中棉所139 在除杨凌外的其余14 个试点较对照增产0.8%～14.8%； 而杨凌试点仅有3 个品种较对照品种增产，且增产不显著，初步推断杨凌试点结果异常。 当剔除该疑似异常试点后，中棉所139 在品种丰产稳产性综合排名中居第1 位。

高产和稳产性是作物品种选育和推广的重要指标，也是育种家追求的重要目标之一[1]。本研究利用GGE 双标图对2018―2019 年区域试验中棉所139 的丰产稳产性分析发现，中棉所139 属于高产稳产品种，其皮棉产量尤其突出。 2 年的适应性分析表明，山东省金乡、齐河和东营，河北省石家庄和沧州，河南省商丘和新乡，安徽省灵璧，山西省运城，江苏省泗阳等为中棉所139 优势种植区。 需要注意的是，本研究是在假设试点误差方差同质的前提下应用GGE 双标图而得出的结论， 考虑误差异质性进行品种和试点分析的评价结果可能更准确[12]。 此外，本研究仅是基于区域试验皮棉产量构建GGE 双标图的评价，还应结合品种的纤维品质、抗病性等因素对品种进行综合评价。