《Agronomy》:Genotype, Environment, and Their Interaction Drive Peanut (Arachis hypogaea L.) Grain Chemical Composition: Stability and Optimal Weather Thresholds Across Multi-Environment Trials
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花生籽粒品质受遗传和环境因素共同影响;然而,在不同生产条件下,二者的联合效应仍知之甚少。本研究在阿根廷主要花生产区的12个环境中,评估了基因型(G)、环境(E)及其互作(G × E)对26份高代育种品系和商业品种的油分、蛋白质、矿物质、碳水化合物、脂肪酸和维生
花生籽粒品质受遗传和环境因素共同影响;然而,在不同生产条件下,二者的联合效应仍知之甚少。本研究在阿根廷主要花生产区的12个环境中,评估了基因型(G)、环境(E)及其互作(G × E)对26份高代育种品系和商业品种的油分、蛋白质、矿物质、碳水化合物、脂肪酸和维生素E的影响。试验设计采用随机完全区组设计。利用混合Finlay–Wilkinson模型以环境均值为协变量评估基因型稳定性。环境是油分、蛋白质、矿物质和脂肪酸谱变异的主要驱动因子,而碳水化合物主要受基因型控制。生殖生长阶段的温暖条件促进了油分和矿物质积累,而凉爽湿润的环境则有利于碳水化合物沉积和更高的多不饱和脂肪酸含量。品系G14和G23以及品种ASEM 400 INTA和ASEM 353 INTA在油分含量上表现出高稳定性,而G5、G6和VICTOR ASEM INTA在蛋白质含量上表现稳定。在高温与水分胁迫联合作用下,籽粒油分降低、蛋白质升高,脂肪酸饱和度增加。这些发现支持旨在优化花生品质和氧化稳定性的育种策略与农艺决策。
该研究发表于《Agronomy》,以花生(Arachis hypogaea L.)为对象。花生是全球重要的油料与经济作物,籽粒营养品质由油分、蛋白质、碳水化合物、矿物质、脂肪酸及维生素E等共同决定。已有研究证实基因型(G)、环境(E)及基因型×环境互作(G × E)显著影响这些成分,但多数试验未专门评估生殖生长阶段特定气候变量的相对贡献,也缺乏能最大化油分、蛋白质等组分积累的最优气象阈值信息。为此,研究人员在阿根廷主要花生生产区开展多年多点试验,旨在量化G、E和G × E对22份高代育种品系及4个商业品种籽粒化学组成的影响,识别最优气候阈值,并筛选高稳定性和高适应性的基因型。该研究发表在《Agronomy》。
试验在阿根廷科尔多瓦省7个地点、4个生长季进行,构成12个环境(如MA1、SE1、BU3等),采用随机完全区组设计,4次重复,雨养栽培。材料来自INTA Manfredi试验站花生育种项目,包括4个商业品种(Granoleico、Víctor ASEM INTA、ASEM 400 INTA、ASEM 353 INTA)和22个高代品系,其中10个高油酸(HO)、16个非高油酸(NHO)。品质测定采用索氏提取测油分、凯氏定氮测蛋白质、灰化测矿物质、差减法测碳水化合物;气相色谱测脂肪酸谱,高效液相色谱测生育酚。统计方法包括方差分析、REML混合模型方差分解、Finlay–Wilkinson回归稳定性分析、偏最小二乘(PLS)回归和回归树(RT)阈值识别。
3.1 环境效应:12个环境的气候变幅较大。油分平均49.7%,蛋白质26.7%,碳水化合物15.6%,矿物质2.5%。环境效应是这4个性状的主要变异来源,G和G × E贡献较小;HO品系G18、G16及NHO品系G5、G12碳水化合物含量较高,TC2、G13及G4、G7、G8矿物质含量较高。
3.2 脂质组成方差分析:HO型与NHO型差异显著。HO型平均SFA 13.2%、MUFA 79.8%、PUFA 7.7%、O/L 12.7、IV 84;NHO型对应为18.0%、48.2%、33.9%、1.4、104.3。HO中G21、G22、G20、TC1等油酸谱最优;NHO中G4、G7最接近HO型。NHO型的AT和TT均值高于HO型。
3.3 基因型、环境及其互作对籽粒品质的影响:所有性状的G、E和G × E效应均显著(p < 0.001)。环境解释了油分、蛋白质和矿物质最高达90%的变异,也是NHO型SFA、Sat/Unsat、IV及两类基因型生育酚的主要变异来源;而G和G × E对碳水化合物及HO型脂肪酸谱贡献较大。
3.4 籽粒化学成分的Finlay–Wilkinson稳定性分析:油分方面,G7、G11、G15、G21、G13、G4、G14、G19、G22、G23、G26和TC3斜率接近1且截距高于均值,表现广适稳定;G24响应度最高,G18表现最差。蛋白质方面,G10、G8、G18、G5、G13、G6、G23等高均值且斜率略低于1,高蛋白与稳定性相关。碳水化合物方面,G25、G20、G11稳定,G18、G16等响应度高。矿物质方面,斜率范围窄,G4和TC2表现最优且适应广。
3.5 HO与NHO基因型组斜率分布及稳定性表现比较:HO组O/L和IV斜率分布窄且≤1,以稳定性为主;NHO组SFA和Sat/Unsat斜率接近1,但MUFA和PUFA斜率分散最大,G × E更强。生育酚斜率两组相似,组别本身不决定环境响应强度。
3.6 基因型对环境调节因子的响应:油分对温度、降水、潜在蒸散(PET)的响应因基因型而异;太阳辐射、相对湿度、光热系数影响很小。蛋白质主要受降水、最高温度和相对湿度调节。碳水化合物受降水、温度、PET等影响,G10正响应较强,G4、G19负响应。矿物质受平均温度、PET、太阳辐射和光热系数影响,G13、G18正响应,G10负响应。
3.7 环境对籽粒化学成分的影响:PLS回归与线性回归显示,Tmx和Tm与油分、矿物质、SFA(HO)、AT(HO)、TT(HO)、MUFA(HO)正相关;Tmn与蛋白质正相关、与碳水化合物负相关;降水增加促进碳水化合物和PUFA(NHO)积累,但降低AT(NHO);油分随水分平衡增加而降低,矿物质随PET增加而降低。
3.8 最适气象阈值(OWC):回归树识别出不同组分最大化的气候阈值。油分在降水≥152 mm且Tmx≥31 ℃时达55.5%;蛋白质在Tmx≤30 ℃时达28.4%;碳水化合物在Tmx≤27 ℃且太阳辐射<3258 MJ m
?2时达16.9%;矿物质在Tmx≥30 ℃时达2.9%。SFA在HO型中Tmx≥30 ℃时升高,在NHO型