利用GGE双标图分析基因型与环境之间的相互作用，以筛选出能够在高温胁迫下表现更好的热带胡萝卜（Daucus carota L.）基因型

《South African Journal of Botany》：GGE Biplot analysis of genotype-by-environment interactions to identify improved genotypes of tropical carrot ( Daucus carota L.) under high temperature stress

热带胡萝卜46份基因型在四环境中的热稳定性研究显示，PC-100（G11）和PC-171（G1）分别适应高温（E1、E3）与常温（E2、E4），尤其在商业价值显著的市场可用根产量和根径等性状上表现稳定。

　　

Kamaljeet Kaur | Ruma Devi | Tarsem Singh Dhillon

印度旁遮普农业大学蔬菜科学系，卢迪亚纳

摘要

在2022–2023年和2023–2024年期间，研究人员在印度旁遮普农业大学卢迪亚纳的四个不同环境中，对46个热带胡萝卜（Daucus carota L.）基因型的产量稳定性及其相关性状进行了研究。研究的目的是筛选出耐热基因型。数据通过方差分析（ANOVA）和GGE双标图分析（GGE Biplot analysis）进行处理，以确定基因型的稳定性。方差分析结果显示所有研究参数均存在显著差异。此外，基因型与环境之间的显著交互作用（G × E）表明有潜力培育出适应特定环境的基因型。基因型PC-100（G11）和PC-DJAL（G13）在E1和E3（高温胁迫条件）下表现良好，而PC-171（G1）和PC-172（G12）在E2和E4（正常条件）下在总根产量、可销售根产量、根直径、根重量和根长度方面表现更优。由于可销售产量对商业种植至关重要，因此识别在特定条件下表现稳定的基因型十分重要。基因型PC-100在高温胁迫下表现最佳，而PC-171在正常条件下表现最佳；这些基因型可以作为商业品种推广，或用于未来的育种计划以培育耐热品种。

引言

胡萝卜（Daucus carota L.）是一种经济价值较高的可食用一年生植物，属于伞形科，全球范围内作为冷季根茎类蔬菜进行栽培（Surbhi等人，2018；Bolton，2019）。由于其丰富的维生素、矿物质和生物活性化合物，胡萝卜被列为十大蔬菜之一（Alasalvar等人，2001；Aristya等人，2024）。此外，胡萝卜根中多样的颜色、类胡萝卜素和黄酮类化合物使其成为抗氧化剂的优质来源（Rodriguez-Amaya，2001）。

全球气候变化，由自然因素和人为因素共同驱动，导致过去一个世纪全球平均温度显著上升，尤其是在过去50年中每十年上升约0.13°C（Rohde等人，2013）。根据现代气候模型预测，到本世纪末全球平均温度可能再上升1.1°C，这将伴随极端热浪频率的增加（IPCC，2013）。对于胡萝卜的顺利种植而言，温度是一个关键的环境因素，它影响种子发芽、根系形成和颜色发育。当温度超过30°C时，尤其是生长后期，会对根系质量产生不利影响，导致分叉、粗化以及不良风味等问题（Dhaliwal，2007）。从生理学角度来看，热胁迫会缩短植物生命周期，加速衰老并降低产量潜力（Porter，2005）。

育种者的主要挑战在于培育耐热品种，因为热胁迫会导致产量出现显著波动（Khan等人，2019）。基因型的表现受到遗传因素（G）、环境条件（E）及其交互作用（G × E）的复杂影响（Yan等人，2001）。因此，多环境试验对于识别稳定基因型至关重要（Thakur等人，2023）。本研究采用了GGE双标图分析方法，整合了基因型效应（G）和基因型与环境交互作用效应（G × E），对46个胡萝卜基因型在高温胁迫和正常条件下的表现进行了两年评估。这种方法有助于识别具有较高平均产量和稳定性的基因型（Yan和Kang，2002）。这些稳定基因型可以用于未来的育种计划或在不同季节进行商业化生产。

实验地点

卢迪亚纳市位于旁遮普邦，地理坐标约为北纬30.91°、东经72.52°，海拔247米，坐落在苏特莱杰河的历史河岸边（Britannica，2019）。本研究于2022–2023年和2023–2024年在旁遮普农业大学蔬菜科学系的蔬菜研究农场进行。该地区的夏季气温较高。

各种形态性状的方差分析

关于基因型、环境及其交互作用（G × E）对这些形态性状的方差分析（ANOVA）结果见表3。不同环境、基因型及其G × E交互作用之间存在显著差异。具体而言，所有记录的性状（包括发芽天数、根重量、根长度、根直径、根/茎比例、可销售根等）的汇总均方值均具有显著性。

讨论

为了有效改善植物性状并在引入新品种前评估其稳定性，需要在不同的基因型与环境组合中进行测试（Silva Júnior等人，2020；Singh等人，2023）。特定的种植季节和品种选择会显著影响试验期间的农艺表现（Gomes等人，2020）。先前的研究已经证实，发育过程中的高温会对热带胡萝卜基因型产生负面影响（Nascimento等人）。

结论

本研究强调了在评估不同环境条件下胡萝卜基因型的产量及相关性状时，基因型与环境交互作用（G × E）及稳定性分析的重要性。显著的G × E交互作用表明需要进行多环境评估，从而成功筛选出耐热性强的热带胡萝卜基因型。GGE双标图模型清晰地展示了特定的适应模式：基因型PC-100（G11）等。

作者贡献声明

Kamaljeet Kaur： 负责撰写初稿、软件开发、方法设计、实验实施、数据分析及数据整理。 Ruma Devi： 负责审稿与编辑、结果验证、项目监督、资源协调、数据管理及概念构思。 Tarsem Singh Dhillon： 负责项目监督、资金筹措。

利益冲突声明

作者声明没有已知的财务利益冲突或个人关系可能影响本文的研究结果。

致谢

作者感谢蔬菜科学系为研究提供了必要的支持。

本研究未获得任何公共部门、商业机构或非营利组织的资助。