长江中下游水稻育种基地选址的评价研究

来源:用户上传      作者:

　　摘要 [目的] 探求育种基地选址的评价方法，为育种基地的选址提供参考。[方法]采用2011—2015年国家南方稻区长江中下游中籼迟熟区域试验产量数据，比较分析13个区试点代表性，以及试点对品种的判别力。[结果]不同试点间产量差异较大。其中，江苏盐城、江苏扬州、安徽芜湖和河南信阳4个试点产量表现与整体产量表现的相关性最强，说明这4个试点具有较强的区域代表性。AMMI分析表明，福建建阳、湖北宜昌、江苏盐城和浙江富阳4个试点的稳定性参数Dj最大，分别为34.72、31.91、31.42和30.89，说明这4个试点对品种的判别力最强。结合试点代表性和试点对品种判别力分析，江苏盐城、湖北宜昌、安徽合肥和河南信阳4个试点不仅具较强的试点代表性，同时其对品种的判别力也较强。[结论]江苏盐城、湖北宜昌、安徽合肥和河南信阳4个试点所在的区域比较适合建设育种基地。
　　关键词 水稻;育种基地;试点代表性;判别力;AMMI模型
　　中图分类号 S511文献标识码 A
　　文章编号 0517-6611（2020）02-0055-04
　　doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2020.02.015
　　开放科学（资源服务）标识码（OSID）：
　　Evaluation on Sites Selection for Rice Breeding Base in Middle and Lower Reaches of Yangtze River
　　MA Xiao-chun，ZHANG Jun-jiang，GAO Qian-bao et al （Anhui Longping High-Tech（Xinqiao） Seed Industry Co.，Ltd.，Hefei，Anhui 230088）
　　Abstract [Objective]To find out a method for site selection of rice breeding base，and to provide references for the breeding base selection.[Method]The yield data were from the 13 national region trial locations of Medium-Indica rice late cropping group in Middle and Lower Reaches of Yangtze River during 2011-2015，which were used to evaluate their location representation and discriminating ability.[Result]There were great differences in yield among different locations.Among them，Yancheng in Jiangsu Province，Yangzhou in Jiangsu Province，Wuhu in Anhui Province and Xinyang in Henan Province showed the relatively close correlation between yield performance and overall yield performance，indicating that these four sites had relatively strong regional representation for rice breeding.AMMI model analysis revealed that Jianyang in Fujian Province，Yichang in Hubei Province，Yancheng in Jiangsu Province and Fuyang in Zhejiang Province showed the highest stability parameter （Dj），which were 34.72，31.91，31.42 and 30.89，respectively，which indicated that these four sites had better discriminating ability.Considering both location representation and discriminating ability，Yancheng in Jiangsu Province，Yichang in Hubei Province，Hefei in Anhui Province and Xinyang in Henan Province showed relatively stronger location representation and discrimination ability.[Conclusion]Yancheng in Jiangsu Province，Yichang in Hubei Province，Hefei in Anhui Province and Xinyang in Henan Province were the ideal locations for rice breeding base.
　　Key words Rice;Breeding base;Location representation;Discriminating ability;AMMI model
　　水稻育種基地的选址直接影响到育种家品种选育的效率[1]。选择理想的地点建设育种基地长期以来困扰着育种家和育种单位。目前，关于育种基地选址的研究鲜有报道，因此探索育种基地选址评价方法，筛选出适合作水稻育种基地的地点对提高育种效率有十分重要的意义。育种基地是育种工作的核心，好的育种基地不仅代表同一生态区气候的普遍性[1]，同时还需对品种具有一定程度的判别力。Hamblin等[2]利用所有品种在单点的表现与所有试点整体表现的相关性来评价试点代表性，并发现某些试点可以代表并预测整体表现。另外，关于试点对品种判别力评价的方法有很多种[3-4]。Brown等[5]利用回归系法判别试点对品种的判别力，即地点对品种指数的回归系数bj值越大，试点的辨别力越强。樊龙江等[4]通过比较变异系数法、回归系数法以及AMMI模型3种估算方法评价试点对品种判别力的差异，得出AMMI模型较其他2种方法更科学准确。AMMI模型最早由Guach[6]提出，主要用于分析作物基因型与环境的互作，该模型结合主成分分析与方差分析，将乘积形式的交互作用加入常规的基因型与环境的加性模型中，不仅能估计交互作用的特点与形态，还能应用稳定性参数评价试点对品种鉴别力的大小[7]。目前，关于AMMI模型用于评价试点对品种判别力的研究已有大量报道[8-15]。一个好的育种基地不仅需要较强的品种判别能力，还需要具有较强的区域代表性。将试点判别力与代表性分析结合起来用于评价育种基地的选址，以提高育种效率还鲜有报道。鉴于此，笔者采用2011—2015年国家南方稻区长江中下游中籼迟熟组区域试验数据，结合试点代表性及判别力分析，对国家区域试验试点所在区域是否合适选址建设育种基地提供参考。 　　1 材料与方法
　　1.1 试验数据来源
　　选用2011—2015年国家南方稻区长江中下游中籼迟熟组区域试验产量结果，该组别每年试点数15个，选取5年内相同的试点13个，各试点采用随机区组试验设计，3次重复，小区面积不少于13.33 m2。试点分布在8个省份，分别为安徽合肥、安徽黄山、安徽芜湖、福建建阳、河南信阳、湖北京山、湖北宜昌、湖南怀化、湖南岳阳、江苏盐城、江苏扬州、江西九江、浙江富阳（表1）。
　　2011—2015年国家南方稻区长江中下游中籼迟熟组区域试验参试品种主要为两系、三系杂交水稻品种。品种数共计达412个，其中两系杂交稻品种326个、三系杂交稻品种86个。各年份参试品种的基本情况见表2。
　　1.2 数据处理与分析 鉴于每年的品种不同，因此在数据的分析过程中将2011—2015年数据合并分析，不考虑年份。
　　利用简单的直线相关，分析品种各点的产量表现与整体产量表现的相关性，通过相关系数评价试点代表性。
　　利用AMMI模型分析各试点对品种的判别力，AMMI模型是加性主效应和乘积交互作用模型，其模型如下：
　　yijk=μ+αi+βj+Nn=1λnθinjn+ρij+εijk（1）
　　式中，yijk是第i品種在环境j的第k次重复的观察值;μ是总的产量平均值;αi是第i基因型与总平均的离差（基因型主效应）;βj是第
　　j环境与总平均的离差（环境主效应）;λn是第n个交互效应主成分轴（IPCA）的差异值;θin是第n轴的基因型特征向量值;jn是第n轴的环境特征向量值;ρij是提取N个IPCA轴后留下的残差;εijk是试验误差。
　　试点对品种判别力的评价参数就是IPCA在k维空间中试点离原点的距离Dj（即欧氏距离），其计算公式如下：
　　Dj=ni=1IPCA2j（2）
　　式中，Dj是试点对品种判别力的评价参数。Dj值越大，基因型在环境中表现出来的遗传差异越大，越有利于充分发挥基因型的特性，试点对品种的判别力也就越强。
　　主要采用Excel 2016、Sigmaplot 12.0和Genstat 18软件进行数据的统计分析和绘图。
　　2 结果与分析
　　2.1 试点及品种
　　由表1可知，试点数13个，分布在8个省份，其中安徽省试点较多，有3个;湖北、湖南、江苏省各有2个试点，福建、河南、江西、浙江各有1个试点。
　　2011—2015年国家南方稻区长江中下游中籼迟熟区域试验品种的汇总信息见表2。试验品种主要为两系和三系杂交稻品种，5年品种总数达412个，其中两系杂交稻品种数326个，占品种总数的79.1%，三系杂交稻品种数86个，占品种总数20.9%。
　　2.2 各试点产量水平分析 2011—2015年国家南方稻区长
　　江中下游中籼迟熟组品种在各区试点的产量表现如表3。5年内所有品种（412个）在区试点（13个）的产量水平最大值为12 837.45 kg/hm2，最小值为5 240.70 kg/hm2，其总平均产量为9 244.05 kg/hm2，偏度0.21，峰度0.23。不同试点间产量差异较大，其中湖北京山、湖北宜昌和江苏盐城3个试点的产量水平较高，达9 637.80～10 293.90 kg/hm2;而江西九江、福建建阳和浙江富阳3个试点产量水平较低为8 308.20～8 749.65 kg/hm2。
　　2.3 各试点代表性分析
　　各试点产量与区域整体产量的相关性见表4。除福建建阳外，各试点产量与区域整体产量均表现出显著正相关关系。其中，江苏盐城、江苏扬州、安徽芜湖和河南信阳4个试点的相关性较好，说明试点代表性较强，相关系数r依次为0.80、0.80、0.78和0.75;决定系数r2依次为0.64、0.64、0.60和0.56。湖北京山、江西九江、浙江富阳和福建建阳则表现出较差的相关性，表明试点代表性较差，相关系数r分别为0.44、0.40、0.12和-0.03，决定系数r2分别为0.19、0.16、0.01和0。
　　2.4 AMMI模型分析
　　对412个品种在13个区试点的产量表现进行AMMI分析，结果见表5。交互效应主成分轴（IPCA）显著性测验表明，8个IPCA轴均达极显著水平，其余的IPCA轴的变异合并为残差。从表5可以看出，品种（V）、试点（L）、交互作用（V×L）的平方和分别占整个处理平方和的22.46%、26.74%和50.80%，说明交互作用解释了绝大部分的变异。对交互作用作进一步分解分析，IPCA1～IPCA8轴共解释了91.04%的交互作用。
　　2.5 区试点对品种判别能力分析
　　为了分析各区试点对品种的判别能力，将试点在8个IPCA轴上的值以及试点稳定性参数Dj列于表6。从表6可以看出，福建建阳、湖北宜昌、江苏盐城和浙江富阳Dj值大，说明这4个试点对品种的判别力强。另外，湖南岳阳、安徽芜湖、江西九江和江苏扬州4个试点Dj值较小，试点对品种的判别力较差。
　　2.6 结合代表性和判别力对试点的分类
　　结合试点代表性相关系数（r）与试点对品种判别力参数（Dj）绘制二维图;再以各试点代表性相关系数r与试点稳定性参数Dj的平均值作为分界点，将试点分为A、B、C和D共4类（图1）。其中，A类有4个试点，分别为江苏盐城、安徽合肥、湖北宜昌、河南信阳，该类试点代表性以及试点对品种判别力都较强，其所在区域比较适合选作水稻育种基地，尤其是前3个试点。B类有4个试点，分别为安徽黄山、湖南怀化、安徽芜湖和江苏扬州，该类试点代表性较强，但对品种的判别力较小。C类有2个试点，分别为湖南岳阳和江西九江，该类试点代表性、以及对品种的判别力都较差，其所在区域不适合选作水稻育种基地。D类有3个试点，分别为湖北京山、浙江富阳和福建建阳，该类试点代表性较差，但对品种的判别力较强，该类试点比较适合作品种试验试点。 　　3 讨论
　　该研究采用了长江中下游稻区13个国家区试点的数据，试点分布于8省，5年区试数据分析表明不同试点的产量水平差异较大，同时品种间个体的差异也较大，比较适合作数据统计分析。从品种的结构来看，品种全部为杂交水稻，而且以两系杂交稻为主，占品种总数的79.1%，这表明长江中下游中籼迟熟稻区育种目标主要以两系杂交稻为主。
　　张群远等[16]指出，试点代表性分为普遍代表性和特殊代表性，前者指一个试点结果与整个结果的一致程度，反映了试点环境对整体环境的代表程度;相反后者是指试点结果与整体的不一致程度，反映的是对特殊环境代表程度。利用试点产量表现与整体产量的相关性来评价试点的代表性[2]，结果表明江苏盐城和江苏扬州2个试点的普遍代表性最强，相关系数r值均为0.80;另外，福建建阳试点特殊代表性较强（r=-0.03）。作为品种区域试验试点，为了丰富品种的结果信息，可以通过设置一些特殊代表性试点提高环境多样性，以丰富品种试验结果信息[17];但作为育种基地的选址，为提高品种选育效率，应尽可能地选择普遍代表性强的试点。另外，水稻育种基地的选址一般会倾向性地选择高产的区域，认为高产地域会拉开品种间个体差异;但是高产区域又不能代表广大农民生产的实际。从该研究结果显示，湖北京山的产量最高（10 293.90 kg/hm2），但其试点代表性却一般（r =0.44）。
　　试点判别力是试点对品种的区分能力，试点判别力高，品种间的变异就大，说明试点所代表的环境条件有利于品种间差异的充分展现。樊龙江等[4]采用不同方法进行对比研究，结果显示AMMI模型比较适合试点判别力的分析，该方法在糜子、甘蔗、西瓜、水稻等作物中均有报道[7-11]。该研究采用AMMI模型分析试点判别力，结果显示福建建阳、湖北宜昌、江苏盐城和浙江富阳试点稳定性参数Dj值较大（30.89～34.72）、对品种的判别力最强，这些试点较适合选作为水稻品种区域试验试点。
　　育种基地的选址应有助于提高品种选育的效率，需要具有较强的普遍代表性以及对品种较强的判别力。结合这2个因素，该研究将13个水稻区试点分为4类，其中A类试点普遍代表性、对品种的判别力都较强，其所在区域是长江中下游稻区育种基地选址的理想位置，分别为江苏盐城、湖北宜昌、安徽合肥和河南信阳试点。
　　4 结论
　　基地的选址对提高育种基地品种选育的效率至关重要，它不仅需要考虑地域代表性，以保证品种的选育符合相应区域的整体结果，同时还需要关注地域对品种的判别力，使品种间的个体差异得以充分体现。该研究结合长江中下游稻区国家区试点的代表性和其对品种的判别力分析，结果显示江苏盐城、湖北宜昌、安徽合肥和河南信阳试点所在的区域较适合建设育种基地。
　　参考文献
　　[1] 徐加平，王学辉，周莉.云贵高原水稻育种试验基地规划探讨[J].中国稻米，2017，23（1）：115-117.
　　[2] HAMBLIN J，FISHER H M，RIDINGS H I.The choice of locality for plant breeding when selecting for high yield and general adaptation[J].Euphytica，1980，29（1）：161-168.
　　[3] 樊龙江，胡秉民，许德信.水稻区域试验点对品种判别能力估计方法的研究[J].中国水稻科学，2000，14（1）：58-60.
　　[4] 樊龍江，胡秉民.作物区域试验点区辨力估算方法的比较研究[J].生物数学学报，2000，15（2）：175-179.
　　[5] BROWN K D，SORRELLS M E，COFFMAN W R.A method for classification and evaluation of testing environments[J]..Crop science，1983，23（5）： 889-893.
　　[6] GAUCH H G.Model selection and validation for yield trials with interception[J].Biometrics，1988，44（3）： 705-715.
　　[7] 李辛村，张恩和，董孔军，等.用AMMI双标图分析糜子品种的产量稳定性及试点代表性[J].中国生态农业学报，2012，20（4）：422-426.
　　[8] 汪洲涛，苏炜华，阙友雄，等.应用AMMI和HA-GGE双标图分析甘蔗品种产量稳定性和试点代表性[J].中国生态农业学报，2016，24（6）：790-800.
　　[9] 王志强，刘声锋，郭守金，等.用AMMI 双标图分析西瓜品种的产量稳定性及试点分辨力[J].干旱地区农业研究，2013，31（4）：89-93.
　　[10] 杨仕华，程本义.应用AMMI模型评价水稻区试点对品种的判别力[J].江西农业大学学报，2000，22（4）：479-481.
　　[11] 杨仕华，胡小军.中国水稻新品种试验：2011年南方稻区国家水稻品种试验汇总报告[M].北京：中国农业科学技术出版社，2011.
　　[12] 杨仕华，曾波.中国水稻新品种试验：2012年南方稻区国家水稻品种试验汇总报告[M].北京：中国农业科学技术出版社，2012.
　　[13] 杨仕华，曾波.中国水稻新品种试验：2013年南方稻区国家水稻品种试验汇总报告[M].北京：中国农业科学技术出版社，2013.
　　[14] 杨仕华，曾波.中国水稻新品种试验：2014年南方稻区国家水稻品种试验汇总报告[M].北京：中国农业科学技术出版社，2014.
　　[15] 杨仕华，曾波.中国水稻新品种试验：2015年南方稻区国家水稻品种试验汇总报告[M].北京：中国农业科学技术出版社，2015.
　　[16] 张群远，孔繁玲，廖琴.作物品种区域试验的评价体系及评价方法[J].农业系统科学与综合研究，2000，16（2）：81-86.
　　[17] 陈双龙.福建省水稻品种区试点综合评价研究[J].福建农业学报，2005，20（1）：1-5.
转载注明来源:https://www.xzbu.com/1/view-15121855.htm