多点鉴定试验中耐密型玉米品种稳定性与适应性分析

蔺 青

多点鉴定试验中耐密型玉米品种稳定性与适应性分析

蔺 青

山东农业大学生命科学学院/作物生物学国家重点实验室, 山东 泰安 271018

近年来，我国玉米产量不断攀升，玉米种植密度的提升成为当前玉米增产的关键，因此，亟需培育筛选适应性强的耐密型新玉米品种。本试验以20个黄淮海地区玉米新品种为试验材料，设计种植密度为75000株·hm-2，在山东省内16个地点进行区试试验。测定各地区不同品种夏玉米产量及其构成因素，利用线性回归分析、AMMI模型分析等方法，筛选耐密型、稳定性与适应性好的玉米品种。结果表明，2020年山东玉米区域试验中，菏玉1906丰产性较好，兰玉15丰产性较差。AMMI模型分析可知，环境和环境与基因型的交互作用对品种产量稳定性的影响分别为58.78%和30.75%；华太708和菏玉1906稳定性较好，滨研37稳定性最差；在各个试点之中登海种业试点鉴别力好，菏泽试点鉴别力最弱。综合考虑丰产、稳产及区域适应性的分析结果，菏玉1906是适宜山东省区域大面积推广的品种。研究结果解析了参试品种和区域试点特性，以期为山东省玉米品种选育和品种区域布局提供理论依据。

玉米; 品种试验; 稳定性; 适应性

玉米是中国第一大粮食作物，山东是中国主要的夏玉米生产省份，2021年玉米产量占全国玉米产量的9.95%，对保障国家粮食安全存在重要意义[1]。近年来，随着玉米种植密度的不断提高，我国玉米的产量也获得了一定程度的提升，但是伴随着玉米种植密度的增加也产生了许多问题，玉米单株之间对于养分和水分的争夺加剧，光截获减少，倒伏率和籽粒败育率增加[2,3]。而优良的玉米品种对环境改变的适应性较好，不但能够在有利于生长的环境下做到高产稳产，在受到环境条件的胁迫下也能收获较为可观的产量[4]。

多点鉴定试验能够鉴定出新育成玉米品种的丰产性、稳产性和适应性等主要特性，并且可以作为品种合理布局的参考[5]。玉米品种间稳定性的差异主要被基因型（Genotype）与环境（Environment）相互作用（G×E）所影响，一般情况下一个玉米品种都是在一定环境下表现较好，但是当环境变化时，各方面的表现都有了较大改变，给选择和鉴定出在不同环境下综合表现最佳的玉米品种带来了挑战[6]。前人研究显示，玉米品种产量稳定性与区域适应性的评价多使用AMMI模型和AMMI双标图分析[7-13]。马静等[14]借助AMMI模型对河北省2017年12份玉米品种材料的多点鉴定试验数据的进行了分析，为玉米品种的稳定性和适应性评价提供了理论基础。魏常敏等[15]采用AMMI模型对2019年度河南省鲜食玉米多点鉴定试验资料进行了分析，明确了玉米品种基因型和环境的相互作用、参试品种稳定性以及各试验点分辨力。

山东省作为农业大省，玉米品种类型繁多，品种间的产量差异大，为了提高玉米产量水平，亟需紧凑型耐密植、高产、稳产的玉米品种[16]。因此，本试验将20个玉米品种栽培于山东省16个区试试验站点，研究夏玉米杂交种的稳定性、适应性及区试站点的鉴别力，以期为山东省夏玉米品种选育及品种区域布局提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验设计

本试验对2020年山东省玉米区域试验进行资料汇总，20个供试品种如表1所示，区试站点共16个，分别为济宁、登海种业、泰安院、菏泽、长清、金来种业、聊城院、平度、商河、潍坊院、泰安五岳、平邑、淄博禾丰、德州院、省玉米所、广饶。各试点均按照统一方案试验，种植密度为75000 株·hm-2，试验均为完全随机区组设计，3次重复，6行区，小区面积21 m2。

表1 供试品种

1.2 测定项目与方法

根据田块自然情况，去除边行，选取有代表性样点，每样点取样2行5 m进行测产。人工收获，收获后对每个样点所有果穗进行考种，测定产量和产量构成因素。

1.3 数据处理与统计分析

AMMI模型计算公式如下所示：Y=+G+E+∑=lnλαγ+θ

公式中，Y是基因型在环境中的产量；代表总体平均值；G代表基因型平均偏差；E代表环境的平均偏差；λ是第个主成分分析的特征值；α是第个主成分的环境主成分得分；γ是第个主成分的基因型主成分得分；是在模型主成分分析中主成分因子轴的总个数；θ为残差。

试点（环境）和品种（基因型）相对稳定性参数就是交互效应主成分轴空间里品种或试点到圆点的欧氏距离D()。

计算公式为:D()=∑=ln(IPCA())²

公式中，D是品种的稳定性指标，D值越小则这个品种越稳定；D是试点的稳定性指标，D值越大，则该试点对品种的分辨力越强。

采用DPS19.05和Microsoft Excel2019软件进行数据处理以及数据分析。

2 结果分析

2.1 夏玉米区试品种产量及其构成因素

由表2可知，可以看出品种之间穗粒数、千粒重和产量差异显著，菏玉1906的籽粒产量最高，11.47 t·hm-2，兰玉15的籽粒产量最低，10.06 t·hm-2。各品种籽粒产量从大到小的顺序是：菏玉1906＞华太708＞鲁单506＞鲁星703＞宇玉802＞鲁星714＞茂宇518＞农星1613＞登海DT1821＞雅玉314＞桓丰117＞金种子666＞泉兴680＞鲁单522＞先玉1880＞裕育202＞滨裕736＞滨研37＞金禾7号＞兰玉15。各品种间穗粒数、千粒重也存在显著差异。其中，鲁星703的穗粒数最多，700.28 grain ear-1，华太708的穗粒数最少，487.88 grain ear-1；华太708的千粒重最高，为391.38 g，鲁星703的千粒重最低，为288.81 g。

表2 各参试品种的产量及其构成因素

注：在同列中平均值尾部标有相同小写字母表示不同处理之间差异不显著（<0.05），下同。

Note: The same little letters at average ends in the same line showed there were no significant difference between treatments at<0.05. The same as follows.

2.2 不同品种产量的线性回归分析、方差分析和AMMI分析

环境和基因型均对玉米产量存在显著影响（表3），其中环境间平方和占总平方和的58.78%，而基因型间平方和仅占总平方和的10.46%，这说明环境的变化是引起参试品种差异的主要原因。

由表3线性回归分析结果来看，环境与基因型交互作用平方和占总平方和的30.75%，但结果不显著，而联合回归、基因回归和环境回归总和对交互作用的解释仅占13.32%。

由AMMI模型进一步分析可以看出，基因型和环境交互作用对玉米产量有极显著影响，IPCA1、IPCA2极显著，分别解释了交互作用的10.34%、9.72%。

表3 参试品种产量线性回归分析和AMMI模型分析

2.3 AMMI交互作用双标图分析

利用AMMI模型评价参试品种的相对稳定性，采用AMMI模型2个主成分轴（IPCA1、IPCA2）对基因型与环境交互作用效应进行分析。IPCA1和IPCA2值反映了互作效应的差异，即IPCA1和IPCA2值越接近0，该品种（系）稳定性、适应性越好。从图1可以看出，品种滨裕736、泉兴680茂宇518最稳定。试点离原点越远，其鉴别力越大，从图1可以看出，菏泽、省玉米所和长清等试点鉴别力较强。AMMI双标图只能直观地了解品种和环境的交互作用，为了有效、准确地推断品种的稳定性，须结合稳定性参数对品种稳定性进行度量。

图1 AMMI交互作用双标图

2.4 品种稳定性参数分析

通过AMMI模型分析，我们可以得到品种稳定性系数D，从表4可知。D从大到小的顺序为：滨研37＞裕育202＞兰玉15＞鲁星703＞宇玉802＞金种子666＞金禾7号＞先玉1880＞鲁星714＞鲁单506＞农星1613＞桓丰117＞登海DT1821＞茂宇518＞雅玉314＞鲁单522＞菏玉1906＞华太708＞泉兴680＞滨裕736。稳定性好的品种是滨裕736、泉兴680、华太708以及菏玉1906。结合品种的产量数据可以看出，菏玉1906与华太708属于丰产且稳产品种，而滨裕736和泉兴680属于稳产但不丰产的品种。

表4 品种在显著互作主成分轴上的得分及稳定性参数

2.5 试点分辨力参数分析

从表5可知，试点鉴别力De从大到小顺序为菏泽＞省玉米所=长清＞济宁＞金来种业＞淄博禾丰＞广饶＞泰安院＞菏泽=聊城院＞平邑=德州院＞商河＞潍坊院＞平度＞泰安五岳＞登海种业，结合品种的产量表现可以看出，试点分辨力与试点平均产量呈一定的负相关关系，其中在登海种业和聊城院产量水平高但是试点辨别力低，金来种业试点产量水平和试点辨别力均较高。

表5 试点在显著互作主成分轴上的得分及稳定性参数

2.6 玉米品种与试点的适应性分析

品种在不同地区种植后的表现不同，为了鉴别各试点中表现最好的品种，绘制了AMMI环境适应性分析图。可以看出荷玉1906对各地环境的适应力较强，裕育202适宜在省玉米所种植，鲁星703适宜在长清以及菏泽种植，鲁单506适宜在金来种业、广饶以及济宁地区种植（图2）。

图2 AMMI环境适应性分析

3 讨论与结论

玉米是我们国家栽培面积最广的粮食作物，玉米产量的高低对于我国粮食安全至关重要。选育高产、稳产、耐密植以及适应性广的玉米新品种是实现我国粮食产量提升的必经之路[13]。在玉米品种的推广当中，通常需要考虑栽培年份、基因、环境以及基因与不同环境之间的相互作用等各个方面，而不仅仅是某一品种在某一栽培区域当年的表现，采用多点试验在新品种的培育当中的作用就是在于能够尽量客观地评价玉米新品种的适应性、稳定性和丰产性，以便为该品种找到适宜的栽培地域[15]。因为基因型和环境互作，在玉米区域试验中产量与环境的相关性很难简单地表现，而AMMI模型的分析能够较为充分明确区域试验在品种合理布局中的主导作用[12]。本试验通过由AMMI模型分析区域试验数据，发现环境对玉米产量影响最大，环境与基因型的互作效应对产量的影响是基因型的2.94倍，且达到极显著水平，这说明在筛选玉米品种时，首先考虑环境适应性，其次是基因型与环境的互作，应选择与环境耦合良好的玉米品种[17]。

AMMI模型分析包括了方差分析和主成分分析，并且能够为玉米品种建立非线性生物学模型，对于品种的合理布局以及试验地点的选取提供参考[18-20]。本试验通过AMMI模型分析表明，不同品种在不同试点的稳定性与适应性不同，2020年在山东省试点品种稳定性最高值为1.87（滨研37），最低值为0.19（滨裕736），二者相差巨大，不同试点地区对品种分辨力差异大，试点辨别力最大值为1.64（菏泽），试点辨别力最小值为0.07（登海种业）（表5）。

在特定的生态区内，理想的品种应当既高产又稳产，脱离高产的稳产没有意义[21]，本研究中，滨裕736和泉兴680虽然稳产性较好，但丰产性一般，因此，大范围推广应用的品种需要同时考虑丰产性和稳产性。考虑一些品种对部分试点具有特殊适应性，可以在局部区域推广应用，本研究中，裕育202在省玉米所试验点适应性较高（图2）。因此，在选择兼顾丰产性和稳产性的品种的同时，还可以为特定试点区域选育区域适应性品种，合理规划布局，从而实现玉米大面积增产。

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Analysis on Stability and Adaptability of Density Tolerant Maize Varieties in Multi-Point Identification Experiment

LIN Qing

271018,

In recent years, China's maize yield has been rising, and the improvement of maize planting density has become the key to increase maize production. Therefore, it is urgent to cultivate and screen new maize varieties with strong adaptability and dense tolerance. In this experiment, 20 new maize varieties from Huang-Huai-Hai region were used as experimental materials, and the designed planting density was 75,000 plant hm-2. The experiment was carried out in 16 locations in Shandong Province. To determine the yield and its constituent factors of different varieties of summer maize in different regions. Linear regression analysis and AMMI model analysis were used to screen maize varieties with good density tolerance, stability and adaptability. The results showed that Heyu 1906 had good yield and Lanyu 15 had poor yield in the regional experiment of maize in Shandong Province in 2020. AMMI model analysis showed that the effects of environment and the interaction between environment and genotype on yield stability were 58.78% and 30.75%, respectively. Huatai 708 and He Yu 1906 had better stability, while Binyan 37 had the worst stability. In each pilot, Denghai seed industry pilot discrimination is good, Heze pilot discrimination is the weakest. Taking into account the analysis results of high yield, stable yield and regional adaptability, He Yu 1906 is a suitable variety for large-scale promotion in Shandong Province. The results analyzed the characteristics of the tested varieties and regional pilot, in order to provide theoretical basis for the selection and breeding of maize varieties and regional layout of maize varieties in Shandong Province.

Maize;variety test; stability; adaptability

S513

A

1000-2324(2022)05-0693-06

2022-06-05

2022-08-14

蔺青(1968-),男,本科,农艺师,研究方向:玉米高产栽培技术研究. E-mail:qlin@sdau.edu.cn