德克萨斯州香稻产量稳定性与适应性的GGE双标图分析

《Agrosystems, Geosciences & Environment》：GGE biplot analysis of aromatic rice yield stability and adaptability in Texas

本文通过GGE双标图分析，系统评估了120个香稻基因型在德克萨斯州两个不同环境下的产量稳定性与适应性。研究发现，不同基因型在抽穗天数、株高和产量等关键农艺性状上存在显著差异，并成功筛选出在特定环境下表现优异的基因型。该研究为香稻育种提供了重要的理论依据和实践指导，对提高水稻产量和稳定性具有重要意义。

　　

摘要

本研究通过GGE双标图分析，系统评估了120个香稻基因型在德克萨斯州两个不同环境下的产量稳定性与适应性。研究发现，不同基因型在抽穗天数、株高和产量等关键农艺性状上存在显著差异。GGE双标图分析成功筛选出在特定环境下表现优异的基因型，其中G85和G98在Beaumont表现最佳，G73和G90在Eagle Lake表现突出。此外，G27被鉴定为高稳定性基因型，具有高于平均水平的产量。聚类分析将基因型分为四个明显组别。该研究强调了多环境试验在香稻育种中的重要性，为区域特异性品种选育提供了理论依据。

材料与方法

植物材料

研究选用120个香稻重组自交系，这些材料源自Amber33与Antonio的杂交组合。Amber是伊拉克著名的香稻品种，而Antonio是德克萨斯州传统的长粒稻品种，具有早熟特性。研究采用单粒传法将群体推进至F7代。

田间试验

试验在德克萨斯州Beaumont和Eagle Lake两个地点进行，采用增广设计的随机完全区组设计，设两次重复。两地土壤类型存在差异，Beaumont为粘土，Eagle Lake为粉砂壤土。田间管理遵循德克萨斯州水稻生产指南。

性状测定

研究测定了多个生长、产量和品质相关性状，包括抽穗天数、株高、分蘖数、旗叶面积、穗长、每穗粒数、千粒重和籽粒产量等。所有性状的测量均按照标准方法进行。

GGE双标图分析

使用GenStat软件进行GGE双标图分析，通过奇异值分解产生前两个主成分，以图形化方式展示基因型与环境互作。分析包括均值与稳定性分析、"哪个在哪儿获胜"模式、试验地点关系评估等多种视角。

统计分析

数据经过方差齐性和正态性检验后，采用增广设计进行方差分析。使用SAS软件进行统计分析，Origin软件进行层次聚类分析。

结果

方差分析

方差分析结果显示，抽穗天数、株高、分蘖数等多数性状在两地间存在极显著差异。基因型间所有性状均表现显著差异，而基因型与地点互作对部分性状影响显著。

GGE双标图

散点双标图

GGE双标图显示前两个主成分解释了100%的变异。Beaumont向量的长度大于Eagle Lake，表明前者具有更高的鉴别能力。两地向量呈直角，说明环境间无相关性。

哪个在哪儿获胜双标图

该分析揭示了基因型与环境的特异性互作。G85和G98在Beaumont表现最佳，而G73和G90在Eagle Lake表现突出。这种特异性表现强调了环境适应性在品种选择中的重要性。

排序双标图

基于平均环境坐标的排序显示，G85、G98和G27等基因型具有较高的产量表现。其中G27在保持高产的同时表现出优异的稳定性，是理想的育种材料。

比较双标图

以Beaumont为理想环境的比较分析表明，G85是该环境下的理想基因型。同心圆分析显示，各环境与理想环境的相似度存在差异，这为试验地点评价提供了依据。

联合双标图

两地联合分析显示，G90在综合表现中最优，其次是G73和G85。不同基因型在两地的表现差异揭示了其特定的环境适应性。

聚类分析

层次聚类分析将120个基因型分为四个明显类群。第一类包含64个高产稳定基因型，第二类38个中等产量基因型，第三类15个变异较大基因型，第四类仅3个低产基因型。这种分类为育种选择提供了明确指导。

讨论

研究结果充分证实了基因型与环境互作对水稻性状表达的重要影响。两地环境条件的差异，特别是土壤类型和气候因素，导致了基因型表现的显著差异。这一发现与植物育种中环境特异性适应的重要原则相一致。

GGE双标图分析在本研究中表现出色，前两个主成分完全捕获了基因型与环境互作的变异。这种高效的信息提取能力使得育种者能够快速识别优良基因型，并评估其稳定性。与传统的统计方法相比，GGE双标图提供了更直观的视觉化分析结果。

研究中发现的基因型特异性适应现象强调了区域化育种策略的重要性。例如，G85和G98在Beaumont的优异表现，以及G73和G90在Eagle Lake的突出表现，表明针对特定环境选育专用品种的必要性。同时，G27的高稳定性为其在广泛适应性育种中的应用提供了可能。

聚类分析结果进一步证实了供试材料的遗传多样性。四个明显类群的划分不仅反映了产量表现的差异，更揭示了其背后可能存在的遗传基础差异。这为后续的遗传研究和分子育种提供了重要线索。

结论

本研究通过GGE双标图分析，系统评估了香稻基因型在德克萨斯州两个不同环境下的适应性。研究成功筛选出在特定环境下表现优异的基因型，并鉴定出具有广泛适应性的稳定基因型。聚类分析为基因型分类和育种选择提供了新的视角。研究结果强调了个性化育种策略的重要性，为香稻品种改良提供了实践指导。建议后续研究应扩大环境范围，结合分子标记技术，深入解析优良基因型的遗传基础。