使用多性状稳定性指数对尼日利亚草原地区芝麻（Sesamum indicum L.）基因型的稳定性进行分析

《Ecological Genetics and Genomics》：Stability analysis of sesame ( Sesamum indicum L.) genotypes in the savannas of Nigeria using multi-traits stability index

芝麻遗传多样性及多环境适应性研究。采用参数、非参数及多性状稳定性指数模型评估15个品系在尼日利亚萨瓦纳四地的稳定性，发现NCRIBEN02M产量最高且单性状稳定，Kangarawa多性状稳定性更优，推荐NCRIBEN02M用于高产及广泛适应性，Kangarawa适用于综合环境适应需求。

　　

A.S. Shaibu|U. Abduljalil|A.B. Yakubu

尼日利亚卡诺贝莱罗大学农学院农学系

摘要

芝麻（Sesamum indicum L.）是一种重要的油料作物，主要因其可食用的种子而被种植。然而，在尼日利亚，多种生产限制因素导致了单位面积产量较低，其中之一就是缺乏适合且稳定的品种。为了鉴定适合尼日利亚草原的高产且稳定的芝麻基因型，本研究在2024年的雨季对15个基因型进行了评估。研究采用参数模型、非参数模型和多性状稳定性指数（MTSI）来评估其稳定性。田间试验采用随机完全区组设计，关键农艺性状的数据经过方差分析和AMMI模型处理。除每株植物的蒴果数外，所有性状在基因型（G）、环境（E）及其交互作用（G × E）之间均表现出显著差异。NCRIBEN02M的籽粒产量最高（447.76公斤/公顷），其次是NCRIBEN04E（424.08公斤/公顷）。AMMI方差分析显示环境、基因型和基因型与环境交互作用对芝麻产量有显著影响（p < 0.01）。虽然参数分析和AMMI分析认为NCRIBEN02M是最稳定的基因型，但MTSI（考虑多个性状）则认为Kangarawa是最理想的基因型。本研究推荐NCRIBEN02M因其高产和广泛的稳定性，而Kangarawa则因其多性状稳定性而受到推荐。

引言

芝麻（Sesamum indicum L.）是一种备受重视的油料作物，因其富含油脂、独特的坚果风味和美妙的香气而被称为“油料之王”。它在许多国家是重要的健康食品，在全球农业中发挥着重要作用[1]。2022年全球芝麻产量约为670万吨，其中非洲和亚洲占总产量的97%以上。在非洲，多个国家是主要生产国，尼日利亚在全球排名前五，在非洲排名第二，2023年的产量约为42万吨[2]。这使得芝麻成为尼日利亚重要的非石油出口商品，对其外汇收入和农村生计贡献显著。该作物在尼日利亚的北部、南部及某些中部地区广泛种植[3]。

尽管芝麻具有经济价值，但其生产受到多种限制。这些限制包括生物胁迫（如害虫和疾病）和非生物胁迫（如干旱），以及传统耕作方法的使用[3]。培育能够抵御这些胁迫的高产品种是育种者的主要目标，尤其是在气候变化的背景下[4,5]。国家谷物研究所（NCRI）在开发改进型芝麻品种（如NCRIBEN-01M、NCRIBEN-02M和NCRIBEN-04E）方面处于领先地位，这些品种已被农民广泛采用以提高产量。然而，由于这些品种的广泛种植，其表现存在差异，并且主要在南部几内亚草原地区开发。这导致尼日利亚南部和北部几内亚草原缺乏稳定的改良品种。据报道，芝麻产量潜力受到环境、地点、管理实践和季节变化等多种不可控因素的显著影响[6]。

芝麻的种子产量是一个受多个基因控制的复杂数量性状。成功的育种计划高度依赖于现有种质的遗传变异性质和程度[7]。因此，直接选择单一的高产性状可能会导致误导性的结果[8]。不同的芝麻基因型在多种生长环境中的表现各异，这使得鉴定在广泛条件下表现一致的稳定基因型成为植物育种者的持续挑战[9,10]。虽然单性状稳定性分析（仅关注籽粒产量）是作物改良的常见方法，但它可能无法完全反映基因型在多种环境条件下的表现。其他性状，如开花天数、每株植物的蒴果数和种子质量，也对整体适应性和农民偏好有贡献[11]。因此，仅依赖籽粒产量可能导致选择偏差，即那些在产量上表现优异但在其他关键性状上表现较差的基因型被错误地优先选择[12]。在气候多变和农业需求变化的背景下，这一问题尤为突出，多维度表现变得越来越重要[13]。因此，有必要超越单性状分析。此外，现代植物育种越来越多地采用多性状基因组选择和多环境测试，强调需要理解将复杂性简化为单一性状所带来的权衡。研究这种简化的效果可以帮助育种者判断何时单性状稳定性估计足够，何时可能导致次优结果[14]。先进的统计方法（如各种稳定性模型）对于鉴定优良亲本系至关重要[15]。本研究的目的是利用多性状稳定性指数评估尼日利亚草原地区不同环境条件下芝麻基因型的稳定性，以鉴定出优良且稳定的基因型。

实验地点

本研究于2024年雨季在尼日利亚草原的四个具有不同环境特征的地点进行。各地点的环境条件总结见表1。

植物材料、实验设计和田间管理

评估了15个基因型，包括来自国家谷物研究所（NCRI）的6个改良品种和其他9个来自WACOT芝麻学院和当地农民的基因型（表2）。这些基因型是在种质资源收集期间汇集的

四个地点芝麻农艺性状的均值平方和表现

所有测量的性状（表4）在基因型之间均表现出显著差异（p < 0.05）。环境对所有测量的性状也有显著影响，除了每株植物的蒴果数和荚果重量。基因型与环境交互作用（GEI）对叶面积指数、开花天数、成熟天数、100粒种子重量和籽粒产量（公斤/公顷）有显著影响。

表5展示了15个芝麻基因型在四个地点的平均表现。

四个地点芝麻农艺性状的均值平方

随着气候变化的影响，针对不同环境的产量稳定性育种成为当前最受欢迎的研究方向。每年气候记录都会出现显著波动，尤其是水资源短缺、温度和湿度方面。这些胁迫因素被认为是影响芝麻生产的主要因素[1]。因此，在这种情况下，开发适用于各种环境的高产且稳定的基因型尤为重要，尤其是在热带地区

结论

本研究通过结合参数模型、非参数模型和多性状稳定性分析，成功鉴定了适合尼日利亚草原的高产且稳定的芝麻基因型。观察到的显著遗传变异性和基因型与环境交互作用表明，在芝麻育种中进行稳定性分析是必要的。这些稳定基因型适合广泛适应，而其他基因型可能更适合特定环境。

CRediT作者贡献声明

A.S. Shaibu：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，软件使用，方法学，数据分析，概念化。U. Abduljalil：撰写 – 审稿与编辑，撰写 – 原稿，监督，软件使用，方法学，数据分析，概念化。A.B. Yakubu：撰写 – 审稿与编辑，方法学，数据分析。

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。