基于适应性干物质产量与多性状稳定性指数筛选野豌豆基因型

《Discover Agriculture》：Selection of adaptable vetch genotypes based on dry matter yield and multi-trait stability index

　　

研究人员于2021至2023年在埃塞俄比亚北部对作为高价值草本豆科牧草的野豌豆开展了研究，旨在分析多环境试验（MET）中的基因型与环境互作（GEI）并筛选适应性野豌豆基因型。研究人员对牧草产量进行了联合方差分析（ANOVA）、AMMI方差分析及Eberhart和Russell回归分析，构建了野豌豆基因型牧草产量的GGE、AMMI1和AMMI2双标图，同时绘制主成分分析（PCA）与相关性网络图，并对农艺性状进行多性状稳定性指数（MTSI）分析。AMMI稳定性度量、基于最佳线性无偏预测（BLUP）的指数以及参数与非参数统计量均通过R统计软件计算。AMMI方差分析显示干物质产量中基因型（G）（28.35% SS）、环境（E）（30.29% SS）及GEI（17.48% SS）效应显著。似然比检验（LRT）表明除出苗天数和存活率外所有农艺性状基因型效应显著，除分枝数外所有性状GEI的LRT显著。AMMI与GGE双标图选出G3和G4为最具适应性基因型。稳定性参数ASTAB、ASI、ASV、AVAMGE、DA、FA、Shukla、Ecovalence、Wi_u、Pi_u、S2 N3和MASI认定G4和G1最稳定；SIPC、DZ、EV、MASV、Wi_g、HMGV、S3、S6、R2和ZA将G4和G3排为最稳定；HMRPGV、HPGV、WAAS、WAASB、Wi_f、Pi_a、Pi_f和GAI同样将G3和G4排为最稳定。平均秩和（ARS）显示AMMI类稳定性统计将G4和G1列为前两位稳定基因型，WAAS指数、BLUP类及非参数统计认定G3和G4最稳定，参数统计将G4列首、G1和G3并列第二。综合来看G4和G3为最稳定基因型。MTSI亦选出G4（MTSI=1.65）和G3（MTSI=1.79），建议在提格雷地区更广泛牧草生产推荐前进一步验证与示范。

研究背景方面，埃塞俄比亚拥有非洲第一、全球第五的牲畜种群，但牧草质量差、牧场萎缩及耕地扩张导致饲料短缺，生产力低下。野豌豆（Vicia spp.）作为高营养草本豆科牧草，具固氮、耐旱、可作覆盖作物与绿肥等优点，但其基因型在不同环境响应差异大，基因型与环境互作（GEI）显著影响干物质产量。既有研究多聚焦单性状产量，较少同时整合多性状稳定性与GEI，且在埃塞俄比亚北部提格雷低地针对野豌豆稳定高产基因型的筛选尚属空白。为此，研究人员在《Discover Agriculture》发表该研究，于2021至2023年在提格雷中部两地点（Tsegede区Endasilassie、Welkait区Wefargf）构成6环境，以随机完全区组设计（RCBD）种植5份材料（4份野豌豆Vicia villosa DZF、Vicia sativa、Vicia dasycarpa、Vicia atropurpurea及1份当地山黧豆对照），测定出苗天数（DE）、50%开花天数（DF）、成熟天数（MD）、收获存活率（SVH）、株高（PH）、分枝数（BRN）、干物质产量（DMY）和种子产量（SY），综合运用联合ANOVA、AMMI ANOVA、Eberhart-Russell回归、GGE/AMMI双标图、PCA、相关网络、AMMI/BLUP/参数/非参数稳定性统计及多性状稳定性指数（MTSI）开展分析。

主要关键技术方法概括：研究人员采用来自埃塞俄比亚Holleta农业研究中心种质库及当地对照的5份基因型，在6环境雨养条件下按RCBD实施田间试验；先后以联合ANOVA与AMMI ANOVA分解基因型（G）、环境（E）及GEI效应，用Eberhart-Russell回归划分线性与非线性互作；借助AMMI1/AMMI2与GGE双标图可视化产量与稳定性；利用R语言metan包计算WAASB、WAASBY及MTSI（以因子分析提取特征根>1因子，按理想型欧氏距离排序，选择强度20%），并以BLUP混合模型获得跨环境预测值；同时用参数法（Shukla、Ecovalence、CV、ACV等）、非参数法（S系、N系）及平均秩和（ARS）整合多类稳定性统计结论。

研究结果部分，3.1节分析基因型与环境互作：联合ANOVA与AMMI ANOVA均显示G、E、GEI极显著（GEI占17.48% SS），Eberhart-Russell回归中基因型×环境线性项显著而非线性离差不显著，IPCA1解释GEI的67.0%，IPCA2解释26.3%；G3平均DMY最高（10.11吨/公顷），其后为G4（9.54）、G1（8.03），G2最低（4.48）。3.2节AMMI与GGE双标图：AMMI1右轴为高产区（G3、G4、G1）与有利环境（E1-E3），AMMI2中G4距原点最近最稳定；GGE双标图PC1（85.34%）与PC2（11.66%）共释97.00%，“谁在何处胜出”显示G3胜E1/E2/E3/E5、G1胜E6、G4胜E4，均值-稳定性视图中G3与G4近平均环境坐标（AEC）且矢量短，基因型排序以G4、G3最优，G2最差，环境排序E3最接近理想同心圆。3.3节AMMI、BLUP、参数与非参数稳定性度量：AMMI类（ASTAB、ASI、ASV等）多将G4列首、G1次位，SIPC/DZ/EV/MASV等将G4、G3排前二，WAAS/WAASB反之将G3列首；BLUP指数（HMRPGV、HPGV、HMGV）中G3、G4居前；参数法Shukla、Ecovalence、Wi_g、Wi_f、Wi_u、Pi_a、Pi_f、GAI、R²一致支持G4与G3；非参数S(3)、S(6)、N(1)、N(3)亦选G4、G3；ARS汇总后AMMI类推G4、G1，WAAS/BLUP/非参数推G3、G4，参数类推G4首、G1/G3次，总体G4第一、G3第二。3.4节多性状均值与稳定性：LRT显示除DE、SVH外基因型效应显著，除BRN外GEI效应显著；广义遗传力以PH（0.767）、SY（0.803）、MD（0.614）、DMY（0.492）较高；因子分析提取三因子共释93.90%方差，MTSI值G4为1.65、G3为1.79居首两位；相关网络与PCA显示DMY与SVH、PH正相关，与DF负相关，Vicia dasycarpa（G3）与Vicia villosa DZF（G4）在性状空间聚集且近高产稳产生长簇。

讨论与结论翻译总结：研究人员指出G、E、GEI对野豌豆DMY均极显著，与既有匈牙利野豌豆、普通野豌豆多环境研究一致；IPCA1主导GEI变异，支持以AMMI1/GGE为主进行筛选。双标图、WAASB-BLUP及MTSI多方法交集一致指向G3（Vicia dasycarpa）与G4（Vicia villosa DZF）为高产、低MTSI、跨环境稳定的基因型，其中G3产量最高、G4稳定性度量最广谱占优。论文结论为：G4（MTSI=1.65）与G3（MTSI=1.79）被AMMI、GGE、BLUP、参数/非参数统计及MTSI共同推荐为最稳定且适应性强的野豌豆基因型，应在提格雷更广牧草生产推广前进入验证与示范阶段。该研究意义在于首次在埃塞俄比亚北部低地将MTSI引入牧草豆科基因型多选种，并为雨养边际区豆科牧草育种提供可复用的多统计融合框架。