埃塞俄比亚西北部雨养条件下水稻品种适应性及遗传变异性评估

《Heliyon》：Evaluation of rice varieties for adaptability and genetic variability under rainfed conditions in Ebinat district, northwestern Ethiopia

本研究针对埃塞俄比亚西北部埃比纳特地区水稻种植潜力未充分开发的问题，通过评估11个水稻品种在2020-2021年两个生长季的农艺性状和产量表现。研究发现品种Shaga具有稳定的高产性能（产量优势达41.6%），且遗传变异分析显示产量相关性状具有高遗传力（H2≥97.23%）和遗传进展（GAM=64.43）。该研究为雨养稻区品种选育提供了重要理论依据，对提升区域粮食安全具有重要意义。

　　

在埃塞俄比亚西北部的埃比纳特地区，水稻作为仅次于玉米的第二大高产作物，被政府列为战略性粮食安全作物。尽管该国拥有超过3000万公顷适宜水稻种植的土地，但由于改良品种获取有限、投入不足以及气候多变性等制约因素，实际开发利用面积甚微。目前埃塞俄比亚全国水稻平均产量为3.1吨/公顷，显著低于全球平均水平4.4吨/公顷。西北地区作为全国主要水稻产区，贡献了57.9%的种植面积和63%的产量，但相较于其巨大潜力，水稻种植仍然受限。特别是在埃比纳特地区，关于水稻适应性和生产扩张的研究尤为缺乏。

面对人口增长和气候变化的双重压力，评估水稻品种的适应性、农艺表现及遗传变异性，对于筛选适合当地环境的高产基因型、扩大种植面积以增强粮食安全和经济稳定至关重要。为此，研究人员在2020-2021年主要种植季，于埃比纳特地区的泽哈（Zeha）和梅切纳（Mechena）两个地点，对11个不同时期释放的水稻品种进行了田间试验。这些品种包括Adet、Chewaka、Edget、Fogera-1、NERICA-3、NERICA-12、NERICA-13、NERICA-4、Shaga、Superica-1和Wanzaye。试验采用随机完全区组设计（RCBD），每个地点设三次重复，旨在评估这些品种在雨养条件下的适应性、农艺性能以及遗传变异潜力，以期筛选出适合在该地区及类似生态区推广的高产稳产品种。

研究团队开展了一项严谨的田间试验。他们从埃塞俄比亚国家及地区研究中心收集了11个不同年份释放的水稻品种作为实验材料。试验在埃比纳特地区的两个地点（Zeha和Mechena）连续两个生长季（2020年和2021年）进行，采用随机完全区组设计（RCBD）并设置三次重复。数据收集涵盖了多个关键农艺性状，包括株高（PH）、穗长（PL）、每穗粒数（SN）、单株总分蘖数（TTN）、单株有效分蘖数（ETN）、生物产量（BY）和籽粒产量（GY）等。利用SAS（Statistical Analysis System）软件（版本9.2）对数据进行方差分析（ANOVA），并采用LSD（Least Significant Difference）法在5%水平下进行均值比较。此外，研究还估算了遗传参数，包括基因型方差（σ2g）、表型方差（σ2p）、基因型变异系数（GCV）、表型变异系数（PCV）、广义遗传力（H2）、遗传进展（GA）以及遗传进展占均值的百分比（GAM），以评估各性状的遗传变异程度和选择潜力。

3.1. 估算的产量及产量相关性状

结合两年两地的方差分析结果显示，试验地点（L）对株高（PH）、穗长（PL）、生物产量（BY）和籽粒产量（GY）具有极显著（P<0.001）影响。年份（Y）对所有测量性状（除籽粒产量外）均有极显著影响。基因型（G）除穗长外，对其他六个测量性状有极显著影响，对生物产量有显著影响（P<0.05）。基因型与地点互作（GL）对成熟天数（DM）、单株总分蘖数（TTN）、单株有效分蘖数（ETN）、生物产量（BY）和籽粒产量（GY）有显著或极显著影响。基因型与年份互作（GY）对成熟天数（DM）、每穗粒数（SN）和籽粒产量（GY）有极显著影响。三向互作（GLY）对生物产量（BY）和籽粒产量（GY）有极显著影响。这些结果表明环境因素及其与基因型的互作对水稻性状，尤其是产量，有重要影响，强调了在多环境下测试品种的必要性。

在泽哈（Zeha）地点，品种间各性状存在显著差异。Edget成熟最晚（125.83天），Superica-1最早（120.16天）。NERICA-3株高最高（71.16厘米），Wanzaye最矮（61.91厘米）。Shaga的穗长最长（16.15厘米），NERICA-13最短（13.26厘米）。Shaga在每穗粒数（79.15）和单株总分蘖数（9.03）上表现最佳。Edget的单株有效分蘖数最高（7.98），与Shaga（7.86）无显著差异。NERICA-4的生物产量最高（7920.5公斤/公顷），Shaga最低（6929.30公斤/公顷）。籽粒产量方面，Shaga最高（2425.58公斤/公顷），Chewaka最低（1383.00公斤/公顷）。

在梅切纳（Mechena）地点，Fogera-1成熟最晚（127.71天），Adet最早（122.45天）。Shaga株高最高（58.26厘米），NERICA-4最矮（49.70厘米）。Edget穗长最长（14.13厘米），Chewaka最短（11.23厘米）。Shaga在每穗粒数（73.63）和单株总分蘖数（9.96）上领先，Superica-1的单株总分蘖数最低（5.86）。Shaga的生物产量最高（7109.60公斤/公顷），Chewaka最低（6129.80公斤/公顷）。Shaga的籽粒产量最高（1915.15公斤/公顷），与NERICA-3无显著差异，Chewaka最低（1153.62公斤/公顷）。

结合两地数据分析表明，基因型对所有测量性状均有显著影响。Fogera-1成熟最晚（126.6天），Superica-1最早（121.5天）。Shaga株高最高（64.1厘米），Adet最矮（57.1厘米）。除Chewaka外，各品种间穗长无显著差异，Adet最长（14.25厘米）。Shaga的每穗粒数最多（76.39），Fogera-1最少（58.55）。Shaga的单株总分蘖数（9.50）和单株有效分蘖数（8.57）最高，Superica-1最低（分别为6.72和5.81）。NERICA-4的生物产量最高（7282.90公斤/公顷），Chewaka最低（6686.80公斤/公顷）。Shaga的籽粒产量最高（2170.37公斤/公顷），其次是NERICA-4（1929.22公斤/公顷），Chewaka最低（1268.31公斤/公顷），总平均产量为1631.37公斤/公顷。Shaga在籽粒产量及相关性状上的整体表现突出，表明其在该试验地点具有推广潜力。

3.2. 遗传变异性估计

遗传参数分析显示，所有测量性状的表型方差（σ2P）均大于基因型方差（σ2G）。同样，所有性状的表型变异系数（PCV）都大于基因型变异系数（GCV），表明性状表达受环境影响较大。籽粒产量（GY）和单株有效分蘖数（ETN）具有较高的PCV和GCV估计值。单株总分蘖数（TTN）也具有高PCV（23.26%）和中等GCV（18.01%）。株高（PH）和穗长（PL）表现为中等PCV（分别为10.68%和13.11%）和低GCV（分别为7.23%和5.17%），说明这些性状的表型变异主要受环境影响。成熟天数（DM）和生物产量（BY）的PCV和GCV值最低，表明基因型间这些性状的变异性较小。

PCV与GCV之间的差异大小反映了环境对性状表达的影响程度。籽粒产量和单株有效分蘖数的高PCV和GCV值之间差异较小，意味着环境对这些性状表达的影响较低，因此基于表型值进行选择是可行的。

遗传力估计显示，大多数性状表现为中等遗传力。籽粒产量（GY，97.23%）、成熟天数（DM，64.26%）和单株有效分蘖数（ETN，64.74%）具有较高的遗传力（≥60%），表明测试品种在这些性状上存在显著的遗传变异。穗长（PL）的遗传力最低（15.58%），说明其表达受环境影响很大。

遗传进展（GA）范围从籽粒产量的1051.03到穗长的0.58。遗传进展占均值百分比（GAM）最高的是籽粒产量（64.43%）、单株有效分蘖数（34.57%）和单株总分蘖数（28.71%）。生物产量（BY，6.44%）、穗长（PL，4.21%）和成熟天数（DM，3.45%）的GAM最低。籽粒产量同时具有高遗传力和高GAM，表明控制该性状的基因可能具有加性效应，基于该性状进行基因型选择是有效的。

4. 研究的局限性

本研究虽然提供了有价值的信息，但也存在一定的局限性。评估仅在埃比纳特地区内的有限地点和季节进行，可能无法完全捕捉到环境和季节的变异性，从而难以完全确认所评估品种的稳定性和适应性。此外，由于资源限制，遗传变异性评估仅基于表型性状，未使用分子标记技术。使用分子标记本可以更精确、更全面地了解水稻品种间的遗传差异。

5. 结论

本研究评估了11个水稻品种在埃比纳特地区的适应性、农艺表现和遗传变异性。结果表明，测试品种在关键产量相关性状（如籽粒产量、单株总分蘖数和单株有效分蘖数）上存在显著的遗传变异性。这些性状表现出高遗传力和高遗传进展，表明对其进行选择可以有效改良水稻性能。然而，大多数品种在不同年份间表现不稳定，导致产量低于预期。尽管如此，Shaga品种表现最佳，在两个研究年份中保持了稳定的高产，相较于最低产品种Chewaka，具有41.6%的产量优势。这种稳定的表现，加上其关键产量性状的高遗传力和遗传增益，使得Shaga成为推荐在试验地点种植的品种。

为了有效推广所选品种Shaga，策略应侧重于通过种子繁殖、示范田和农户参与来促进其广泛采用，以建立信心并确保其在不同环境下的适应性。加强农户在品种选择和反馈机制中的参与度，将有助于调整管理措施并提升品种表现。此外，需要进一步的研究，特别是通过多季节、多地点并包含农户参与的试验，以识别在不同环境条件下高产的其他品种，并评估它们在各种气候和管理实践中的适应性。

该研究由德布雷塔伯大学（Debre Tabor University）的研究人员完成，并得到了埃比纳特地区农业办公室（Ebinat District Office of Agriculture）的支持，论文发表在《Heliyon》期刊上。这项研究为埃塞俄比亚西北部雨养水稻生产的品种选择提供了重要的科学依据，对应对气候变化、保障粮食安全具有积极意义。