基因型、环境及其交互效应对长胚芽鞘小麦产量稳定性的影响

赵玉坤，宁东贤，杨秀丽，马 岗，杨丽萍

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

基因型、环境及其交互效应对长胚芽鞘小麦产量稳定性的影响

赵玉坤，宁东贤，杨秀丽，马 岗，杨丽萍

（山西省农业科学院小麦研究所，山西临汾041000）

为了探究旱地长胚芽鞘小麦品种在多变环境条件下产量性状的品种×试点交互效应及加性主效应遗传规律，以山西省南部小麦主产区5个试点的6个小麦品种（系）为研究对象，通过AMMI模型分析方法，比较、评价不同小麦品种（系）基因型的稳定性及试点对品种的辨别能力。结果表明，试点韩村、永固乡具有更好的品种分辨力，品种临科6607、洛旱23表现出更好的稳定性和适应性，而品种晋麦47、西农928的稳定性较差，但田间产量高，且在试点大阳镇、永固乡有较好的特殊适应性。胚芽鞘长度与小麦产量呈显著正相关（P＜0.05），且有较大的直接和间接通径作用，可作为旱地小麦高产的有效鉴选指标之一，为旱作麦区新品种选育及引种工作提供借鉴。

互作效应；长胚芽鞘；稳定性

长胚芽鞘小麦的耐深播特性[1-2]能够克服适播期因干旱少雨、表土悬虚等不利环境条件[3-5]造成的缺苗断垄、减产绝收[6-7]现象，促进旱地小麦正常出苗，保障苗全苗壮，为后期高产打下坚实基础[8-11]。另外，适当深播也可以减少土壤表层除草剂或前茬作物秸秆、地膜等杂物对小麦种子萌发的不利影响[12-14]，有效提高出苗整齐度。小麦胚芽鞘长度与产量呈显著正相关[15-16]，可作为品种抗旱性鉴定的重要依据。利用加性主效应和乘积交互作用（Additive main effects and multiplicative interaction，AMMI）模型[17-18]能够有效地分析和评价不同作物品种在异质环境内的遗传稳定性及适应性[19-23]。

为了确定长胚芽鞘小麦新品系（种）的区域适应性及稳定性，本研究针对山西省南部旱作麦区5个试验点的6个参试品种（系）进行产量及相关性状的AMMI分析及综合评价，以期为旱地小麦新品种选育及高产栽培提供理论依据。

1 材料和方法

1.1 试验材料

试验于2015年10月至2016年6月分别在山西省农科院小麦所韩村试验基地、临汾市尧都区大阳镇、襄汾县永固乡、运城市盐湖区曲村、稷山县西社镇5个地点完成，用E1～E5表示。6个参试小麦品种（系）分别为：运旱115、晋麦47、临科6349、临科6607、西农928和洛旱23，用C1～C6表示。

1.2 试验方法

各试点均采用随机区组设计，3次重复，机械条播，播量225 kg/hm2，每小区长20 m，宽5 m，行距15～20 cm，生育期内田间管理措施与当地大田生产一致。

1.3 调查项目及方法

在大田试验的同时，室内参照文献[23]的方法测定6个品种的胚芽鞘长度（cm），其余产量相关性状的调查参照国家小麦区域试验记载标准进行。记录总生育期天数（d），小麦成熟后，每小区随机选取20株，测量株高（cm）、有效穗数（个）和穗长（cm）；收获后室内考种，调查穗粒数（粒）、千粒质量（g），按小区面积折合计产（kg/hm2），对上述8个性状指标作统计分析。

1.4 数据分析

性状数据处理在软件SAS 9.3，Excel2007中完成。其统计原理如下。

式中，yge指环境e中基因型g的均值，De和Dc分别指试点和品种的相对稳定性参数。μ指总体均值，αg指基因型平均偏差，βe指环境平均偏差，n指主成分因子轴个数，λn指第n个主成分特征值，γgn指第n个主成分的环境得分，δgn指第n个主成分的基因型得分，θge为残差。

2 结果与分析

2.1 不同长胚芽鞘小麦品种（系）的产量变异方差及AMMI模型分析

5个试点6个小麦品种（系）产量试验的AMMI模型分析结果表明（表1），不同品种的产量方差在基因型（G）、环境（E）和基因×环境（GEI）之间均达到极显著水平（P＜0.01）。G，E和GEI三者的产量变异平方和在总处理平方和中的占比分别为61.76%，2.61%，35.63，基因型（G）是造成产量变异的主要因素，分别是E，GEI引起变异的23.62倍和1.73倍。AMMI分析显示，IPCA1，IPCA2，IPCA3这3个互作主成分对产量变异的影响均达到极显著水平，分别解释了交互作用的45.86%，8.02%和16.05%，累计占比95%以上，可以更好地分析GEI效应。

表1 不同小麦品种（系）试验的产量AMMI模型分析结果

2.2 不同长胚芽鞘小麦品种（系）的产量稳定性分析

利用每一个IPCA交互成分的载荷值可以估算综合稳定性参数Di的取值。当IPCA≥3个时，稳定性参数Di更能真实地反映品种间的稳定性差异，其估算值越小越稳定。

表2 不同小麦品种（系）试验的产量变异及稳定性参数分析结果

由表2可知，品种C3和试点E1表现出更好的稳定性。品种间的参数Dc最高值（C1）为最低值（C3）的1.73倍，而试点E5则为E1的46.75倍，说明不同长胚芽鞘小麦品种（系）在试点环境间的产量变异要远高于品种基因型差异引起的变化。不同品种（系）的产量变异度（SCV）与稳定性参数Dc表现出相似的变化趋势。高稳定性的长胚芽鞘小麦品种（系）有C3，C6和C4，而试点E1，E3和E4表现出更好的品种分辨力。

2.3 不同长胚芽鞘小麦品种（系）的AMMI双标图分析

AMMI1双标图（图1）水平x轴方向品种（C）的变化幅度要大于试点（E），说明品种的变异要大于试点的变异。图中品种对其临近试验点均有正向效应，越接近IPCA1零值，表示C和E的稳定性越好或分辨力越低。品种C2，C6具有较高的稳定性，而试点E1，E3分辨力最低，说明不同小麦品种（系）在这2个试点中具有更好的适应性。

AMMI2双标图（图2）反映了品种和环境交互效应在IPCA1和IPCA2这2个交互成分上的二维分布图，其值离坐标轴原点越近，品种稳定性越好或试点分辨力越低。同时，也可以部分反映品种的特殊适应性，品种和原点的连线垂直投影越大，说明其交互效应值越大，即品种有更好的特殊适应性。品种C2，C3在试点E2中，C4在E5中，C1在E4中，C5在E3中，均表现出最大的交互效应值，特殊适应性更强。稳定性参数Di分析结果与AMMI1，AMMI2双标图存在部分差异，这与统计方法不同有关。其中Di涉及IPCA1～3共3个交互主成分，且结合不同成分的权重值来综合评价。

2.4 不同小麦品种（系）的胚芽鞘长度与产量的相关分析

因小麦胚芽鞘长度测量时，田间取样复杂且存在破坏性，选择在室内培养幼苗来测定种子萌发后的胚芽鞘长度，最后结合田间农艺性状表现和实际产量来对品种（系）进行评价。小麦品种的胚芽鞘长度与穗长、穗粒数、千粒质量、产量呈极显著正相关，而与有效穗数呈极显著负相关（表3）。与产量达到显著相关的性状指标有有效穗数、穗长、穗粒数、千粒质量和胚芽鞘长度。胚芽鞘长度对产量有最大的直接通径作用，通径系数值为1.27，是有最小直接通径作用性状穗长的4.10倍。胚芽鞘长度通过有效穗数、千粒质量、穗长这3个性状对产量有较大的间接通径作用。通过逐步回归分析可得关于产量的线性回归方程：y＝1 778.71－5.00x1－0.92x2－3.42x3＋2.40x4，生育期（x1）、株高（x2）、有效穗数（x3）、穗长（x4）入选，而胚芽鞘长（x7）没有入选方程，说明性状之间存在多重共同线性关系，x7的效应可被其他性状的变量效应分解取代，也能更科学地解释了关于产量的多变量回归方程。

表3 不同小麦品种（系）胚芽鞘长度与产量的相关分析

3 结论与讨论

AMMI模型能够根据产量性状的环境变异揭示品种×试点的交互效应及加性主效应等遗传规律，有效地评价不同作物品种的稳定性，其双标图能够直观地展现品种的适应性、稳定性和丰产性，并能对各试点间的相互关系作形象表述，最终为制定适宜的区域育种目标和新品种的引种推广提供参考依据。

本研究中，结合交互主成分IPCA1～3的稳定参数Di的变化范围和不同品种（系）的实际田间产量表现，表明长胚芽鞘小麦新品系临科6349（C3）和洛旱23（C6）具有更好的稳定性和环境适应性，而晋麦47（C2）和西农928（C5）虽然稳定性不好，但田间产量较高，且在试点大阳镇（E2）和永固乡（E3）具有较好的特殊适应性。在小麦新品种的示范推广中，应注重筛选丰产、稳产性好的品种，同时也要在特定生态农业区域侧重选择特殊适应性好的品种。

小麦品种（系）的胚芽鞘长度与产量呈显著正相关（P＜0.05），且对产量性状有较大的直接和间接通径作用，可作为有效鉴选旱地小麦高产特性的形态指标之一，更具直观性和可操作性，能够为旱作麦区的新品种选育及引种工作提供理论借鉴。

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Effect of Genotype，Environment and Their Interaction Effects on Yield Stability of Long Coleoptile Wheat

ZHAOYukun，NINGDongxian，YANGXiuli，MAGang，YANGLiping

（Institute ofWheat，ShanxiAcademy ofAgriculturalSciences，Linfen 041000，China）

To explore the long coleoptile dryland wheatcultivars yield characters G×E interaction effects and additive main effects' genetic regularity under differentenvironmentconditions,five sites,six breeds were surveyed in southern Shanxiwheatbelt,which was for comparatively evaluating different wheat cultivars'genotype stability and environment discrimination ability with AMMI model analysis.The results showed that Hancun village and Yonggu township had better cultivars discrimination,Linke 6607 and Luohan 23 cultivars showed better genetic stability and adaptability.Jinmai 47 and Xinong 928 had worse genetic stability,but were high yield, which showed better specialadaptation in Dayang town and Yonggu township.Coleoptile length was significantly positive correlated with wheat yield（P＜0.05）,also had more directly and indirectly path impact.It could be as an effective selected index for high yield in dryland wheat,which provided guidance forcrops breeding and introduction experiments in dryland wheatbelt.

interaction effects;long coleoptile;stability

S512.1

：A

：1002-2481（2017）09-1397-04

10.3969/j.issn.1002-2481.2017.09.01

2017-04-12

山西省科技攻关项目（20140311001-4B）；山西省2011年“百人计划”项目

赵玉坤（1984-），男，山西运城人，助理研究员，主要从事作物遗传育种及高产栽培研究工作。宁东贤为通信作者。