西北生态区马铃薯产量与品质性状的基因型×环境互作效应及理想型筛选研究

为解决马铃薯(Solanum tuberosum)产量与品质性状受基因型×环境互作(GEI)影响的关键问题，甘肃农业大学团队通过多环境试验(METs)评估32个基因型在甘肃不同生态区的表现，结合AMMI、GGE双标图和MTSI分析，筛选出G25等5个高产优质且适应性强的理想基因型。研究为区域化栽培和品质育种提供了科学依据，成果发表于《BMC Plant Biology》。

　　

马铃薯的“水土不服”难题与破解之道
作为全球第四大粮食作物，马铃薯的产量和品质直接关系粮食安全与加工产业。然而，其核心性状常因基因型与环境“水土不服”（基因型×环境互作，GEI）而表现不稳定——同一品种在干旱区可能高产却淀粉不足，到湿润区又可能糖分超标影响加工品质。这种不可预测的交互作用，使得育种家难以筛选广适性品种，农民也常面临“橘生淮南则为橘”的种植困境。

甘肃农业大学园艺学院王玉萍团队瞄准这一痛点，在甘肃省三大生态区（湿润冷凉的渭源县、半干旱的安定区和干旱的永昌县）展开为期两年的多环境试验(METs)，对32个马铃薯基因型的11项关键性状（如产量TY、干物质DM、维生素C等）进行系统评估。通过创新性整合AMMI（加性主效应乘性交互作用模型）、GGE双标图和MTSI（多性状稳定性指数）分析方法，首次在西北生态背景下揭示了GEI对马铃薯品质的差异化影响，并筛选出兼具高产与营养均衡的“全能选手”。这项突破性研究为破解马铃薯“水土不服”难题提供了新思路，成果发表于植物学权威期刊《BMC Plant Biology》。

关键技术方法
研究团队采用多环境随机区组设计，在6个环境（3地区×2年份）种植32个基因型。利用HPLC测定还原糖(RS)和B族维生素，紫外分光法分析类胡萝卜素(CA)和维生素C(VC)，并通过BLUP（最佳线性无偏预测）模型校正环境噪声。GEI效应通过FW回归、AMMI稳定性值(ASV)和GGE双标图量化，最终用MTSI整合多性状数据筛选理想基因型。

关键发现逐层解析
GEI对性状的差异化调控
方差分析(ANOVA)显示，GEI对所有性状均有显著影响，其中维生素C(VC)受GEI影响最大（贡献率45.26%），而吡哆醇(PN)最稳定（GEI贡献仅19.71%）。有趣的是，干物质(DM)和硫胺素(VB1)的环境方差占比（35.76%和48.13%）甚至超过基因型本身，说明这些性状更易“随环境变脸”。

生态区专属“明星品种”
通过“胜者图”分析发现：渭源高湿区“冠军”G25产量达67.84 t/hm²，且类胡萝卜素(CA)和VC含量分别比对照高56.65%和56.61%，堪称“营养黄金”；安定半干旱区的G18则以低还原糖(RS)（比对照低23.26%）和高VB1成为油炸加工的理想选择；而永昌干旱区的G7虽综合品质稍逊，但其CA、VB1和PN含量分别暴增161.08%、494.12%和513.95%，展现出特殊生态适应性。

多维度稳产密码
传统单性状筛选存在偏倚——例如FW回归选出的高稳产品种G20在VC含量上表现平庸。研究创新性采用MTSI综合评估，最终锁定G23、G25等5个“六边形战士”：它们的TY、DM等主要性状均值超越群体平均水平，且稳定性排名前15%。尤为亮眼的是G25，其产量和VC的BLUP值分别比对照高67.81%和56.60%，堪称“旱涝保收”的典范。

从实验室到田野的启示
这项研究首次量化了西北生态条件下GEI对马铃薯营养品质的调控强度，揭示了VC、CA等“敏感指标”作为环境响应标记物的潜力。提出的“分区适配”育种策略（高湿区重营养、干旱区保产量、加工区控糖分）已应用于甘肃马铃薯产业规划。更值得一提的是，MTSI方法突破了传统育种的“单性状陷阱”，为复杂性状协同改良提供了普适性框架。正如作者王玉萍强调：“未来育种不应只追求产量数字，而要像搭配营养餐一样，针对不同‘饮食需求’（生态/加工需求）定制专属品种。”这一理念或将引领块茎作物育种的新范式。