基于AMMI和GGE双标图分析的多环境苦荞基因型产量稳定性评价研究

《Scientific Reports》：AMMI and GGE biplot analysis for seed yield and stability performance of selected buckwheat genotypes under multi-environmental trials

本研究针对苦荞基因型在不同环境下的稳定性评价问题，通过AMMI和GGE双标图分析，对20个苦荞基因型在6个环境下的产量稳定性进行系统评估。研究发现IC109729和Sangla B-129为高产稳产基因型，并确定Shimla2023和Sangla2023为理想测试环境，为苦荞育种提供了重要理论依据。

　　

在全球人口持续增长和遗传多样性缩减的双重挑战下，寻找既能够适应恶劣生长环境又富含营养的作物品种成为当务之急。苦荞作为一种伪谷物，具有营养丰富、抗逆性强、投入需求少等优势，被视为应对粮食安全挑战的重要候选作物。然而，苦荞基因型在不同环境下的表现差异显著，如何筛选出高产稳产的基因型成为育种工作的关键科学问题。

这项发表于《Scientific Reports》的研究通过多环境试验，系统评估了20个苦荞基因型的产量稳定性，为苦荞育种提供了重要科学依据。研究人员采用AMMI（加性主效应和乘性互作）和GGE（基因型+基因型×环境互作）双标图分析方法，在印度喜马偕尔邦的两个地点（西姆拉和桑格拉）连续三年（2022-2024年）进行了田间试验。

主要技术方法

研究选取20个苦荞基因型（13个鞑靼荞麦和7个普通荞麦），在随机完全区组设计下，记录12个农艺性状。使用R语言metan包进行AMMI和GGE双标图分析，通过AMMI稳定性指数（ASI）、AMMI稳定性值（ASV）和加权绝对得分平均值（WAAS）评估基因型稳定性。

个体和联合方差分析

每个环境的单独方差分析表明，基因型在所有性状上均存在显著差异。联合方差分析显示环境、G×E互作及其嵌套效应对所有性状均达极显著水平，表明环境因素对基因型性能具有重要影响。

基于AMMI模型的联合分析

AMMI分析将G×E互作分解为五个主成分，前三个主成分对所有性状均显著，解释了超过80%的G×E互作变异。对于单株种子产量，基因型解释了总变异的42%，G×E互作和环境分别解释了35.1%和22.2%。

基于AMMI的稳定性指数

三个稳定性指数（ASI、ASV、WAAS）综合分析表明，IC109729（单株产量3.80克）和Sangla B-129（单株产量2.86克）为最稳定的高产基因型。IC109729在WAAS排名第一，在ASI和ASV排名第二；Sangla B-129在ASI和ASV排名第一，WAAS排名第三。

单株种子产量的AMMI双标图

AMMI1双标图显示，Shimla B-1、Sangla B-118、Sangla B-129和IC109729产量高于平均值且具有正互作主成分得分。Sangla B-129和IC258233的互作主成分得分接近零且产量高，表明稳定性良好。AMMI2双标图将环境分为四个大环境组，揭示了基因型与环境的特异性适应关系。

单株种子产量的GGE双标图

"谁在何处胜出"视图显示，Sangla B-118在Shimla2022表现最佳，Himpriya在Shimla2024表现优异，IC109729在Sangla的三个环境中均表现突出。 discriminativeness vs. representativeness分析表明Shimla2022、Sangla2023和Sangla2024具有较强基因型区分能力。

基因型-环境互作双标图显示PC1和PC2分别解释了62.86%和14.79%的变异。Sangla B-129、IC109729、Sangla B-214和IC258233靠近原点，表现稳定。平均值vs.稳定性分析确认IC109729和Sangla B-129兼具高产和稳定性。

环境关系分析显示Sangla2022、Sangla2023、Sangla2024和Shimla2024环境条件相似，而Shimla2022环境条件独特。环境排名表明Shimla2023和Sangla2023最接近理想环境，而Shimla2022和Shimla2024最不理想。

讨论与结论

研究发现显著的G×E互作强调了多环境试验在苦荞基因型评价中的重要性。IC109729和Sangla B-129表现出卓越的稳定性，对环境变化不敏感，适合大规模推广。Shimla2023和Sangla2023被确定为理想测试环境，能有效区分基因型性能。

地理位置比较显示桑格拉在西姆拉在单株产量方面表现更优，且变异系数较低，表明苦荞基因型在桑格拉的表现更加一致。海拔、温度和降水等环境因素的差异可能是造成这种变异的主要原因。

该研究不仅确定了优良基因型，还为苦荞育种提供了重要的方法论支持。在气候变化背景下，品种稳定性与产量同等重要。研究结果为开发适应不同环境的苦荞品种奠定了坚实基础，对促进全球苦荞生产、保障粮食安全具有重要意义。

未来研究应关注苦荞在干旱、洪涝、高温和寒冷等非生物胁迫条件下的表现，并结合标记辅助选择、CRISPR/Cas9基因组编辑等现代育种技术，进一步优化苦荞品种的适应性和产量潜力。