基于BLUP和GGE双图方法的Acacia melanoxylon家族生长性状的基因型与环境互作分析

《Frontiers in Plant Science》：Genotype by environment interaction for growth traits of families of Acacia melanoxylon based on BLUP and GGE biplot

本研究采用BLUP-GGE双图法评估47个银合欢家族在福建4个试验点的生长稳定性与适应性，发现ZX等站点分组明显，家族38、35等兼具高产与稳定性，为遗传改良提供理论依据。

　　本研究聚焦于一种高价值的木材树种——黑桉（*Acacia melanoxylon*），探讨其在福建省的适应性、稳定性及生产潜力。作为原产于澳大利亚的常绿乔木，黑桉以其快速生长、固氮能力和优质木材而闻名。自1985年中国开始系统引入桉树种群以来，黑桉逐渐成为福建南部地区人工林的重要组成部分，广泛用于生态修复和木材生产。然而，尽管黑桉在该地区的种植面积不断扩大，其遗传改良计划仍面临挑战，特别是在基因型与环境互作（G×E）方面的研究不足。传统的单点试验难以准确评估基因型在不同环境下的表现，限制了育种和推广策略的有效性。

为了弥补这一研究空白，本研究在福建省的四个代表性试验点开展了区域试验，涵盖了47个黑桉家系。试验点分别位于张浦中溪国有林场（ZX）、泉州洛溪国有林场（LX）、南安罗山国有林场（LS）和南平溪琴教学林场（XQ）。这些地点被选择以反映福建南部黑桉种植区域的多样化生态条件，包括地形和微气候的变化。试验设计采用了随机完全区组设计（RCB），每个试验点设置了不同数量的重复（即区块），以确保数据的可靠性与可比性。试验过程中，对5年生黑桉的胸径（DBH）和树高进行了测量，其中DBH的测量更为经济高效且准确，因此成为本研究的主要评估指标。

本研究采用了一种结合最佳线性无偏预测（BLUP）和基因型加基因型与环境互作（GGE）双图的方法，对家系的生长表现和适应性进行了系统分析。BLUP方法基于混合线性模型，能够更准确地估计基因型的遗传效应，尤其适用于数据不平衡的情况。通过BLUP值的计算，研究者可以剔除环境因素的干扰，更加聚焦于基因型本身的遗传潜力。GGE双图则用于可视化基因型与环境的相互作用，帮助识别在特定环境条件下表现优异的家系，并揭示不同试验点之间的环境相似性或差异性。

研究结果显示，四个试验点在DBH数据的GGE双图中被划分为两个主要群体。第一群体包括ZX、LX和XQ，而第二群体仅包含LS。这表明ZX、LX和XQ在生态条件上具有较高的相似性，能够产生一致的家系排名。相比之下，LS与其他三个试验点表现出负相关，暗示其环境条件与其他地点存在显著差异，导致基因型的表现趋势相反。进一步分析显示，ZX在基因型评估中展现出较高的判别能力和代表性，能够有效识别出适应性广、表现稳定的家系。这表明ZX是一个理想的试验点，可以作为评估黑桉家系性能的参考。

在DBH和树高的BLUP值分析中，部分家系表现出显著的高产和稳定性。例如，家系38、35、9、17和24在多个试验点中均表现出较高的生长速度和稳定性，被推荐为未来大规模种植的优选家系。这些家系不仅在特定环境中表现优异，而且具有广泛的适应性，能够在不同条件下保持较高的生长性能。这一发现对于制定针对性的育种计划和推广策略具有重要意义。

此外，研究还揭示了不同试验点之间的环境差异及其对基因型表现的影响。尽管ZX、LX和XQ的土壤类型相似，均为山地红壤，但LS的土壤类型为沙壤，这可能对黑桉的生长产生影响。同时，LS的海拔显著高于其他三个试验点，导致其气候条件与其他地点有所不同。较高的海拔通常意味着温度波动更大，可能形成独特的微气候环境，从而影响黑桉的生长表现。而ZX、LX和XQ的平均气温相对较低，且树木主要生长在阴坡，这可能有助于维持较稳定的生长环境，从而增强基因型的稳定性。

从家系来源来看，17个来自澳大利亚的引入家系中，仅有7个在多点试验中表现出优异的生长性能，占总引入家系的41.18%。而来自洛溪国有林场的30个家系中有18个表现出良好的生长表现，占该组的60%。这一结果表明，本地选择的家系在遗传改良方面更具优势，其适应性和稳定性显著优于直接引入的家系。这也反映了人工选择在提高种群质量方面的重要性，即通过科学筛选和培育，可以有效提升基因型的优良性，从而增强种群的生长能力和适应性。

本研究的成果不仅为黑桉在福建省的推广提供了理论依据，还为其他经济林木的遗传改良提供了参考。通过结合BLUP和GGE双图的方法，研究者能够更准确地评估基因型的适应性和稳定性，同时识别出在特定环境中表现优异的家系。这种方法的优势在于，它不仅考虑了基因型本身的遗传潜力，还综合了环境因素的影响，从而提高了育种和推广决策的科学性和可行性。

在实际应用中，DBH作为主要评估指标，因其测量简便、成本低廉以及与育种目标的高度一致性而受到重视。与树高相比，DBH的测量更为精准，且能够更好地反映树木的生长潜力。因此，本研究将DBH作为核心指标，以确保评估结果的可靠性。同时，研究也指出，虽然DBH数据在评估中表现出较高的解释力，但长期的生长趋势可能随着树木的成熟而发生变化，因此需要持续监测和跟踪，以确保选择结果的适用性。

综上所述，本研究通过区域试验和先进的统计分析方法，为黑桉的遗传改良和推广提供了科学依据。其结果不仅揭示了不同试验点之间的环境差异，还识别出了一批适应性广、生长稳定的家系，为未来的大规模种植和育种计划奠定了基础。同时，研究强调了环境与基因型互作在林业育种中的关键作用，并提出了进一步优化育种策略和拓展研究范围的建议。未来的工作应更加注重对环境因素的控制和监测，以确保基因型评估的准确性，并推动黑桉在更广泛区域内的可持续发展。