一年两季玉米区域试验品种和环境的综合评价研究

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(1.广西农业科学院玉米研究所， 南宁 530007； 2.广西农业科学院， 南宁 530007)

丰产性是玉米育种的首要目标，但玉米的丰产性在很大程度上受到基因型和环境相互作用的影响，其丰产性表现出区域性，不同区域玉米丰产性的差异很大程度上是由生态环境差异造成的[1]，而生态环境是很难改变的，只有把适宜的品种种植在适宜的生态环境，才能获得较高的产量[2]。广西地处热带和亚热带地区，气候条件复杂，玉米在大部分地区适合一年两季种植，即上半年为第一季，下半年为第二季。第一季玉米生长期是气温升高、降雨量增多、日照增强的过程，第二季玉米生长期是气温降低、降雨量减少、日照减弱的过程，两季生长期在热量、水分和光照等自然资源表现出明显的差异。区试是作物审定和推广的必须环节，是鉴定品种适应性、丰产性和稳产性的重要方法。但试验品种因基因型和环境的相互作用，在不同季节或年份、不同生态地区的产量表现并不一致[3]。因此有必要对广西一年两季玉米品种基因型与环境的共同作用进行研究。本研究利用GGE 双标图对2016年一年两季广西普通玉米新品种试验的产量进行比较分析，研究各试验点的鉴别力和代表性，及参试品种的适应性、丰产性和稳产性，对玉米育种及栽培和品种审定工作有重要的参考价值和指导意义。

1 试验材料与统计分析

1.1 材料与地点

2016年广西普通玉米新品种区域试验(二组)12个新品种作为试验材料，见表1。全年有7个试点参与试验，见表2，其中第一季南宁和贺州试点报废，只分析5个试点，第二季分析7个试点。

表1 参试品种及参试单位

序号品种名称供种单位1青青741广西青青农业科技有限公司2S176广西农业科学院玉米研究所3腾丰88南宁市腾鑫种子种苗经营部4LXY599广西壮族自治区种子公司5TL009湖北腾龙种业有限公司65D1025广西柳州五丰种子有限公司7金泉768广西万千种业有限公司8金玉518广西南宁金农种子有限公司9L111广西金典农业科技有限公司10汉单626贵州育种二队11绿海933广西绿海种业有限公司12桂单162广西农科院玉米研究所

图1 品种与环境关系的GGE双标图

表2 2016年广西玉米区试(二组)承担试点基本情况

承试单位(地点)地理位置东经北纬海拔高度(m)年降雨量(mm)年均温度(℃)南宁(广西农科院玉米所)107°45'～108°51'22°13'～23°32'90.0131021.6柳州(柳州市农科所)108°32'～110°28'23°54'～26°03'99.1145020.6贵港(贵港市良种示范场)109°11'～110°39'22°39'～24°20'50.0160021.5桂林(桂林市农科所)109°36'～111°29'24°15'～26°23'170197419.4北海(北海市农科所)108°50'～109°47'20°26'～21°55'3.5167022.9宜州(河池市农科所)108°43'～108°50'24°23'～24°30'147140020.0贺州(贺州市农科所)111°05'～112°03'23°39'～25°09'58153620.0

1.2 试验方法

试验一年两季，随机区组设计，3次重复，5行区，行长5.71 m，行距0.7 m，小区面积20 m2。密度为52 500株/hm2，中间3行(12 m2)统计籽粒产量(水分14%)。试验管理略高于当地生产水平。

1.3 统计分析

应用GGE-biplot[4]软件对广西2016年两季普通玉米区域试验(二组)产量数据进行双标图分析。

2 结果与分析

2.1 品种与环境的关系

GGE双标图中，两环境向量(原点到各试验点图标的连线)间夹角越小，两环境有越大的相关性，小于90°表示正相关，说明两环境对品种的表现排序相似；夹角越大，两环境有越小的相关性，大于90°表示负相关，说明两环境对品种的表现排序相左，接近90°为无相关[5]。如图1所示，第一季北海与贵港，第二季桂林、贺州与南宁的试验环境向量间夹角接近90°，说明环境向量间无相关，其他试点环境向量间均小于90°，表现正相关。而第一季柳州和桂林及第二季桂林和贺州试点环境向量间夹角很小，说明两环境间存在较大的正相关，对品种产量排序影响相近。

品种向量(原点到各品种图标的连线)与环境向量间的夹角能反映出参试品种与承试环境的相关性，当一品种向量与一环境向量间夹角大于90°时，说明此品种在这一环境的表现低于均值；小于90°时优于均值；接近90°时接近均值。由图1可知，2016年第一季汉单626、LXY 599和桂单162及第二季LXY 599和桂单162的品种向量与全部环境向量的夹角都大于90°，表明这些品种的产量均低于承试点当季均产，与单纯的平均产量表现是基本是一致的(见表3和表4)，其他品种向量均与某一环境向量的夹角小于90°，其产量则优于各点当季均值。

2.2 品种适宜环境的划分

将同方向最外面的品种连成一个多边形，从原点出发作多边形各边的垂线，将双标图分为多个扇区，每个扇区内的试验点为一个试验生态区，扇区顶点的品种就是这个生态区最好或最差的品种。由图2可知，2016年第一季区试产量双标图被划分为5个扇区，5个试验点落于其中的2个扇区：北海、柳州和桂林为一个生态区，品种5 D 1025表现最好，北海、贵港和南宁为一个生态区，品种青青741表现最好，而没有落入上述2个扇区的品种在7个试验点表现不佳。

2016年第二季双标图划分为7个扇区，7个承试点落于双标图的3个扇区：桂林和贺州为一个生态区，品种5 D 1025表现最好，柳州和宜州为一个生态区，品种金泉768表现最好，北海、贵港和南宁为一个生态区，品种青青741表现最好，而没有落入上述3个扇区的品种在7个试验点中表现不佳。图2对试验点生态区域进行了更为准确的划分，直观反映了品种生态区域适应性。

图2 品种适宜环境划分GGE双标图

图3 品种丰产性和稳产性GGE双标图

2.3 理想品种的筛选及品种丰产性和稳产性分析

图3中，横轴为平均环境轴(Average Environment Axis，AEA)，2016年第一季A图和第二季A图上横轴上的圆圈与第一季B图和第二季B图横轴上左侧的圆圈为平均环境值，所有下图同。第一季B图和第二季B图中平均环境轴右侧的圆圈为理想品种。双标图中，品种图标在AEA上的垂落点越近正方向则丰产性越好，纵轴右侧的品种产量高于均值，纵轴左侧的品种产量低于均值，品种图标到AEA的垂线长度越短品种稳定性越好[5]。具备在不同生态环境表现较高丰产性和稳产性的品种为理想品种，图中品种图标越靠近理想品种，该品种综合表现越好。

表3 2016年春季广西玉米品种区域试验(二组)产量(单位：kg/hm2)

品种 贵港 北海 柳州 河池 桂林 平均 产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次5D10257643610188184034778437988184021青青741836719029487091806716062880462腾丰88760179963278728767666678579583金泉768831828930584263765076371779384S176741898762880786761787646279045TL009803448837781925774246671678956绿海9337859582131180257789226954377887金玉518810938930576349746796720477728L11168341192133845927683549771174339桂单16271581077121273591070501059459704410LXY5997559887389731111666811469412699311汉单626660912845410713912605112540310673112平均7626 8914 7967 7445 6342 7658

表4 2016年秋季广西玉米品种区域试验(二组)产量(单位：kg/hm2)

品种 贵港 北海 柳州 河池 桂林 南宁 贺州 平均 产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次产量位次金泉768902618532611220199684102354686748534491971青青741830958525710968210392199847739278477591502TL0098342487664107403100763982597041991401913235D1025846838949210035796846106261652519138290604绿海93379268932411008061017621038537151378681189875腾丰88829268916310337494857100015593459041388586金玉51887352844181001389809599758606688282987607S1768142786165972210914399276106875108340785888汉单62664261279161099599906810104342608428472683379L111763410779112101845935181000155067683138833410桂单1627776979929950711866712915011678311750012819611LXY599757511788311925412900911907512561612805810806712平均8054 8471 10168 9569 9914 6450 8430 8722

由图2可知，2016年第一季，品种5 D 1025丰产性最好，其次为青青741、金泉768、腾丰88、TL 009、S 176、绿海933和金玉518，而L 111、桂单162、LXY 599和汉单626丰产性表现不佳。品种S 176、LXY 599、TL 009、青青741和金玉518稳定性较好，5 D 1025、绿海933和L 111的稳定性一般。综合来看，第一季品种青青741距理想品种较近，有较好的丰产性和稳产性。

2016年第二季，品种金泉768丰产性最好，其次青青741、TL 009、5 D 1025、绿海933、腾丰88和金玉518，S 176、L 111、汉单626、桂单162和LXY 599丰产性表现不佳。品种桂金泉768、TL 009、金玉518、LXY 599和青青741稳定性较好，S 176、L 111、汉单626和桂单162的稳定性较差。综合来看，第二季品种金泉768、TL 009和青青741距理想品种较近，具有较好的丰产性和稳定性。

2.4 环境鉴别力与代表性分析及理想环境选择

理想的试验点应该对目标生态区具有较强的代表性和对品种有较强的鉴别力。环境向量的长短反映的是不同承试点对不同品种表现的鉴别能力，向量越长，环境的鉴别能力越强；环境向量与正向AEA之间的夹角则反映了各试验点的代表性，夹角越小说明代表性越强，如果大于90°，该试点不适合作为试验点[5]。

图4 环境鉴别力与代表性GGE双标图

图4中，第一季B图和第二季B图中AEA右侧的圆圈为理想环境，试验环境距理想环境越近则更接近理想环境。

本试验中2016年第一季北海、柳州、桂林、宜州和贵港试点的鉴别力均较强；5个试点的环境向量与AEA的夹角均小于90°，均呈正相关，表明各试验点均有较好的代表性，基因型与环境的互作效应相对较小，其中桂林试点环境向量与平均环境向量重合，代表性最好，其次为柳州和宜州试验点。综合来看，第一季桂林、柳州和宜州试点是较理想的试验环境。

2016年第二季7个承试点的鉴别力均较强；7个试点的环境向量与AEA的夹角均小于90°，均呈正相关，表明各试点都有较好的代表性，而宜州试点的代表性最好，距理想环境最近，其次是柳州试验点。综合来看，第二季宜州和柳州试点是较理想的试验环境。

3 结论与讨论

作物育种及区试工作中新品种鉴定为多点多年试验，试验受基因型、气候及环境等多因素的相互作用。目前我国玉米区试中还没有统一的品种适应性评价方法[6]，多采用AMMI模型、线性回归和算数平均值法等方法。AMMI模型只考虑环境与基因型的相互作用，不适合用于品种筛选的承试环境的合理程度与理想水平以及划分生态区域，也不能从品种推广和选育角度对基因型进行综合分析[6]，而后两种方法不能反映环境与基因型的特殊适应性，在环境与品种互作方面的评价有较大的局限性[7]。而GGE双标图分析是将基因型主效(G)加基因型与环境互作效应(GE)相结合，并与双标图技术相互藕合而成的分析模型[8]。GGE双标图目前在美国和加拿大等国家的区试中已有较多的应用[6]。近年来，我国对冬大麦[9]、棉花[10-11]、小豆[12]、大豆[13]、油菜[14]等作物也相继开展了相关应用，在玉米上的应用也有较少报道[3,15-17]，前人研究表明，GGE双标图分析法是一种同时分析基因型和基因型与环境互作直观而有效的方法，有利于生态区域的合理划分和鉴别既高产又稳产的品种。本研究利用GGE双标图对一年两季广西玉米新品种试验的产量数据进行分析，结果表明：

3.1大多数试点间存在正相关。第一季柳州和桂林及第二季桂林和贺州试点环境向量间夹角很小，表明两环境间存在较大的正相关，对品种产量排序影响相近，这意味着试验点可能是重复设置的，可在以后的试验中进一步精简承试点而不影响试验结果。

3.22016年第一季5个承试点被划分在2个生态区：北海、柳州和桂林为一个环境生态区，品种5 D 1025表现最好，北海、贵港和南宁为一个环境生态区，品种青青741表现最好。第二季7个承试点被划分在3个生态区：贺州和桂林为一个环境生态区，5 D 1025表现最好，宜州和柳州为一个环境生态区，品种金泉768表现最好，北海、贵港和南宁为一个生态区，品种青青741表现最好。双标图对试验点生态区域进行了更为准确的分类，且直观反映了品种的生态区域适应性。

3.32016年第一季，品种5 D 1025丰产性最好，其次为青青741、金泉768、腾丰88、TL 009、S 176、绿海933和金玉518；品种S 176、LXY 599、TL 009、青青741和金玉518稳定性较好；青青741距理想品种最近，具有较好的丰产性和稳定性。第二季品种金泉768丰产性最好，其次是青青741、TL 009、5 D 1025、绿海933、腾丰88和金玉518；品种桂金泉768、TL 009、金玉518、LXY 599和青青741稳定性较好；金泉768、TL 009和青青741距理想品种较近，具有较好的丰产性和稳定性。GGE双标图分析结果表明，品种丰产性顺序与单纯的品种平均产量(见表3和表4)顺序不尽相同，因为GGE双标图不仅能同时兼顾对品种丰产性与稳产性的双向选择，综合衡量基因型与基因型和环境的互作，也能鉴别出品种的适生态环境。但产量前2～3名和最后的2～3名的品种在2种方法中表现还是比较一致的。

3.42016年第一季北海、柳州、桂林、宜州和贵港5个试点的鉴别力均较强；5个承试点均有较好的代表性，其中桂林、柳州和宜州试点为较理想的试验环境。第二季7个承试点鉴别力均较强；7个试验点均有较好的代表性，其中宜州和柳州试点为较理想的试验环境。代表性弱但鉴别力强的试验点不能用于筛选优良品种，但可用于淘汰不稳定的品种，只有具较好代表性和较强鉴别力的试验点才能有效地筛选出稳产高产品种。

综合以上分析，GGE-biplot分析结果不仅对玉米品种的稳产性、丰产性、适宜的生态区域及承试环境的代表性和鉴别力等进行了综合的评价，还对试验环境进行准确的划分，是品种基因型和环境互作的结果，信息量丰富，直观简单，对玉米区试和育种工作具有重要参考价值。同时相同的玉米品种在不同的试验环境一年两个生长期所表现出的结果有较大差异，表明广西一年两个玉米生长期的环境差异较大。

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