《Ecological Genetics and Genomics》：Genotype by environment interaction and grain yield stability of barley (
Hordeum vulgare L.) genotypes using GGE biplot analysis under acidic soil conditions in the Southern Highlands of Ethiopia
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摘要土壤酸性和缺乏耐酸性大麦基因型是埃塞俄比亚易酸高原土壤大麦生产的主要限制因素。在本研究中，于 2021 年和 2022 年主种植季，采用三次重复的随机完全区组设计，在八个环境中评估了十个大麦基因型。合并方差分析表明，籽粒产量受基因型、环境以及基因型与环境互作（GEI）的显
摘要
土壤酸性和缺乏耐酸性大麦基因型是埃塞俄比亚易酸高原土壤大麦生产的主要限制因素。在本研究中，于 2021 年和 2022 年主种植季，采用三次重复的随机完全区组设计，在八个环境中评估了十个大麦基因型。合并方差分析表明，籽粒产量受基因型、环境以及基因型与环境互作（GEI）的显著影响。结果表明，位于平均环境协调（AEC）视图 PC1 左侧的基因型 G9、G1、G10 和 G3 表现出更好的籽粒产量性能和更大的稳定性。平均籽粒产量最高（3.56 吨/公顷）的基因型 G9 被认定为理想基因型，而 G1、G3 和 G10 由于接近 G9 也被认为是理想的。GGE 双标图“哪里获胜”分析确定了一个超级环境，顶点基因型为 G9、G1、G5、G2、G6 和 G7。在各环境中，E6 是最具区分性和代表性的环境。施用石灰提高了籽粒产量，并可能通过增加施石灰土壤与未施石灰土壤之间的土壤肥力差异而增加了环境变异。基于各环境下的籽粒产量表现和稳定性，G9、G1、G10 和 G3 被选为优良基因型。建议扩大品种（G9）的使用，进一步评估和使用种质 G1 和 G3 以及当地对照（G10），并对该地区易酸土壤进行石灰化处理，以提高大麦的产量和生产率，并帮助应对粮食安全挑战。
引言
埃塞俄比亚被公认为大麦（Hordeum vulgare L.）多样性中心，该作物数个世纪以来在各种农业生态区都有种植。与世界收集品种相比，埃塞俄比亚大麦地方品种表现出显著的遗传多样性 [1,2]。大麦是埃塞俄比亚的主要粮食作物，种植面积近百万公顷，年产籽粒约 234 万吨 [3]。在高地区域，大麦籽粒提供了超过一半的食物需求，并是膳食能量的主要来源，正如当地农民所认可的 [4,5]。除了籽粒外，大麦秸秆和啤酒厂副产品是高地区域动物饲料的重要来源，那里经常出现饲料短缺 [5]。埃塞俄比亚农民也非常重视大麦秸秆的饲用价值和品质 [6]。尽管大麦生产具有重要的经济价值，但仍面临生物和非生物胁迫的重大挑战。土壤酸性是埃塞俄比亚高地区域的一个特别严重的限制因素，这些地区的特点是降雨量大且海拔高于 1500 米 [7]。这些高地区域遍布该国几乎所有地区，普遍受土壤酸性影响 [8,9]。不恰当的农艺措施导致养分通过侵蚀和淋溶流失，进一步加剧了埃塞俄比亚的土壤酸性问题。由于这些问题，埃塞俄比亚超过 40% 的耕地受土壤酸性影响 [10]，其中 28.1% 的区域被归类为强酸性至中酸性条件 [11,12]。近年来，土壤酸性问题的范围有所扩大，影响了超过 45% 的雨水农业 [13]。酸性土壤条件由于铝和锰毒性、氢离子毒性以及必需营养元素缺乏等因素抑制植物生长 [9,14]。特别是铝毒性，是限制酸性土壤农业生产力的主要因素 [15,16]。当 pH 值低于 5.0 时，铝会溶解成有毒的离子形式，迅速抑制根系生长，破坏养分吸收，并降低作物生产力 [17,18]。大麦被认为是对土壤酸性最敏感的主要农作物，埃塞俄比亚已记录到显著的产量下降 [9,19]。
给定环境中每个品种的产量是环境（E）、基因型（G）和基因型与环境互作（GE 或 GEI）共同作用的结果 [20,21]。因此，识别在不同环境条件和年份下 consistently 表现出高产和理想农艺性状的基因型至关重要。基因型与环境互作是基因型在不同环境中表现差异的主要因素 [22]。因此，定义不同的目标环境组是多环境试验（MET）研究的关键方面，也是有效品种评估和推荐所必需的 [23]。
各种统计方法已被开发用于描述基因型与环境互作（GEI）[[24], [25], [26], [27]]。虽然稳定性分析可以利用单变量和多变量方法，但多变量分析提供了对 GEI 更全面的解释 [28]。GGE 双标图结合了基因型和基因型与环境互作，是评估 GEI 最有效和最广泛使用的多变量方法之一 [29]。与 AMMI 分析模型类似，GGE 双标图将方差分析的加性主效应与主成分分析的乘性效应相结合，使用双向数据矩阵 [25,30,31]。GGE 双标图常被应用于各种作物的多环境试验（METs）中的 GEI 研究 [[32], [33], [34], [35], [36]]。GGE 双标图方法已被证明在分析小麦 [37] 和大豆 [38] 的性状与环境及因子与环境关系方面是有效的。这种方法能够识别高产、稳定的基因型，并表征具有代表性和区分性的环境。作物物候 [39]、温度 [40] 和养分可用性，包括氮 [41] 和磷 [42] 等因素会影响 GEI。"哪里获胜"研究中的 GGE 双标图分析，促进了将环境归类为四个超级环境，并识别出埃塞俄比亚北部提格雷地区提高大麦籽粒产量的优良大麦基因型 [43]。同样，参考文献 [36] 的研究确认了 GGE 双标图分析在埃塞俄比亚中部大麦研究中的有利应用。然而，关于使用 GGE 双标图评估埃塞俄比亚不同农业生态区大麦基因型的研究仍然有限且记录不完善，特别是关于土壤酸性和不同管理策略下酸性土壤中的基因型适应性。以前关于埃塞俄比亚酸性土壤耐受性的工作主要集中在除大麦以外的田间作物上 [11,44]。此外，大麦中与土壤酸性相关的基因型与环境互作（GEI）尚未得到充分探索，特别是在埃塞俄比亚南部高原地区。该地区面临严重的自然和人为因素，正在加剧酸化过程并导致粮食不安全。由于基因型与环境互作（GEI）的影响，在不同环境中进行籽粒性能试验至关重要 [26]。因此，本研究旨在评估埃塞俄比亚南部高原地区不同土壤酸性环境下大麦籽粒产量的基因型与环境互作（GEI），评估基因型在酸性和石灰处理条件下的适应性和稳定性，并识别在埃塞俄比亚南部高原地区 consistently 高产的优良基因型。该研究将石灰应用与基因型选择相结合，以解决土壤酸性限制，拓宽农民的品种选择，并增强粮食和经济安全。
章节片段
研究地点描述
实验于 2021 年和 2022 年主种植季在埃塞俄比亚南部高原的八个不同环境中进行，地点位于胡拉和古默区。这两个区代表了该国南部地区主要的大麦生产环境，那里土壤酸性构成生产的主要限制因素，与埃塞俄比亚大多数高地区域类似。从两个区选择的代表性农场分析了土壤酸度水平以确定
方差分析和基因型表现
表 4 展示了在八个环境中评估的 10 个大麦基因型籽粒产量的合并 ANOVA。结果表明，环境（E）和基因型（G）主效应及其互作（GEI）效应对大麦籽粒产量表现具有显著变异（P < 0.0001）。从总方差来看，环境主效应占 60.45%，而基因型及其互作效应分别占总变异的 32.38% 和 7.18%（E + G + GE），
方差分析和基因型表现
合并 ANOVA 显示，试验环境、基因型以及基因型与环境互作对大麦籽粒产量表现具有高度显著的影响。环境（E）占总籽粒产量变异的 60.45%，而基因型（G）和基因型与环境互作（GEI）分别解释了 32.38% 和 7.1%。环境对总籽粒产量变异的较高影响与 [[49], [50], [51], [52]] 的报告一致，他们认为环境
结论
大麦基因型的籽粒产量因环境而异，这是由于基因型、环境及其互作（GEI）效应的差异造成的。在总方差中，环境主效应占 60.45%，而基因型和互作效应分别解释了总变异的 32.38% 和 7.18%（E + G + GEI）。本研究中显著 GEI 的存在表明基因型在试验环境中籽粒产量表现不一致，这些环境具有
CRediT 作者贡献声明
奇格恩·门吉斯特: 写作 - 初稿，方法论，调查，形式分析，数据整理。 瓦莱林·沃库: 写作 - 审查与编辑，监督，资源，项目管理，方法论，资金获取，形式分析，概念化。 贝尔哈努·阿巴特: 写作 - 审查与编辑，监督，资源，调查，概念化。 阿勒马耶胡·基夫卢: 写作 - 审查与编辑，监督，资源，项目管理。 盖扎哈恩·凯贝德: 写作 - 审查&
竞争利益声明
作者声明，他们没有已知的竞争经济利益或个人关系可能影响本论文报告的工作。
奇格恩·门吉斯特 | 瓦莱林·沃库 | 贝尔哈努·阿巴特 | 阿勒马耶胡·基夫卢 | 盖扎哈恩·凯贝德
沃尔基特大学，植物科学系，PO Box. 07, 沃尔基特，埃塞俄比亚
