埃塞俄比亚高产且稳定型面包小麦（Triticum aestivum L.）基因型的多环境评估

《Ecological Genetics and Genomics》：Multi-environment evaluation of high-yielding and stable bread wheat ( Triticum aestivum L.) genotypes in Ethiopia

　　

摘要

小麦（Triticum aestivum L.）是全球粮食安全的重要基础作物，尤其是在撒哈拉以南非洲地区，由于缺乏高产、稳定的品种，该地区的生产力受到限制。了解基因型与环境之间的相互作用对于识别适应性强的高产品种至关重要。本研究在埃塞俄比亚提格雷东部和东南部的不同环境下评估了30个小麦基因型，采用了α格子设计并进行了三次重复试验。使用R软件（版本4.5.2）记录和分析了物候、形态和产量等性状。通过加性主效应和乘积交互作用（AMMI）分析、Eberhart和Russell回归模型、最佳线性无偏预测（BLUP）模型、BLUP交互作用矩阵的加权平均值（WAASB）以及多性状基因型-理想型距离指数（MGIDI）来评估基因型的表现、稳定性和适应性。在分蘖期到抽穗期天数、株高、穗长和每穗种子数等性状上观察到显著的遗传变异（P ≤ 0.05），这些性状均对生物量和产量有贡献。环境因素解释了总变异的83.31%，而基因型效应占6.64%。产量范围为1671.6至2982.8公斤/公顷，平均产量为2502.17公斤/公顷。基因型ETBW7698、ETBW6850和ETBW8481在各种环境中的表现和稳定性均优于对照品种，根据AMMI、Eberhart和Russell回归、BLUP、WAASB交互作用矩阵和MGIDI分析结果均表现出色。所鉴定的基因型（ETBW8481、ETBW6850和ETBW7698）具有高产量潜力、稳定性和广泛的适应性，是进一步验证和潜在推广的候选品种。建议继续研究影响产量的遗传机制，以改进小麦育种计划。

引言

Triticum aestivum，通常被称为面包小麦，是全球种植最广泛的小麦品种，因其适应性和优良的烘焙特性而受到重视。尽管统计报告通常涵盖所有小麦品种，但面包小麦占全球产量的大部分，对国际粮食安全至关重要。主要的小麦生产国包括中国、印度、俄罗斯、美国、法国、巴基斯坦、加拿大和德国，这些国家共同贡献了世界小麦产量的大部分[1]。埃塞俄比亚是非洲主要的小麦生产国之一，常被认为是撒哈拉以南非洲最大的小麦生产国[2]。埃塞俄比亚的小麦生产面积约为170万至200万公顷，采用雨养和灌溉方式。然而，由于小农户耕作、投入有限、品种改进不足、病害和虫害、频繁的干旱以及气候挑战等原因，该作物的生产力通常低于全球平均水平，一般在2.8至3.0吨/公顷之间[3]。如今，面包小麦已成为主要的小麦类型，占据了埃塞俄比亚90%以上的小麦种植面积，取代了较老的硬质小麦和二粒小麦品种[3]。它适应多种农业生态区，从温带到热带地区都有种植，对全球粮食安全至关重要[4]。小麦对人类营养和经济增长非常重要，因为它在许多国家的饮食中占重要比例，也是许多食品的关键成分。随着全球人口的增长，预计对小麦的需求将增加，因此需要提高其产量和农艺性状，以确保可持续生产[5,6]。评估小麦基因型对于识别能够在不同环境条件下表现良好并具备理想农艺性状和产量特性的品种至关重要。

多年来，小麦的遗传改良一直是农业研究的主要目标，通过传统育种方法和最近的生物技术方法取得了显著进展[[7], [8], [9]]。在育种计划中使用分子标记和基因组选择大大提高了识别理想性状的效率[[10], [11], [12]]。然而，这些努力的成功在很大程度上取决于是否有特征明确的基因型以及对它们在各种环境下表现的全面了解。评估表现不仅有助于选择优良基因型，还能加深对基因型-环境相互作用的理解，这对于做出明智的育种决策至关重要。最近，气候变化对农业系统的影响变得更加明显，温度上升、降水模式变化以及极端天气事件频发给小麦生产带来了重大挑战[13,14]。采用高产和耐逆的小麦品种可以显著改善农村生计、粮食安全和经济发展[[15], [16], [17]]。因此，迫切需要培育能够在这些压力下保持高产量潜力的小麦品种。因此，在环境中评估面包小麦的农艺和产量性状变量对于专注于提高粮食安全的育种计划具有宝贵价值。

了解不同基因型的表现有助于提高农业生产，并对农业领域的政策制定和资源分配具有重要意义。总体而言，评估面包小麦的农艺和产量性状是一个关键的研究领域，它解决了粮食安全和气候变化的挑战。本研究通过识别能够在多样化环境条件下适应的高性能品种，为发展可持续的小麦生产系统做出了贡献。整合多种遗传资源可以增强小麦品种对环境挑战的抵抗力，提高其表现和适应性。因此，本研究旨在实现以下目标：

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  评估30个小麦种质（28个基因型+2个品种）在多种环境下的物候、形态和产量相关性状方面的遗传变异。
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  利用方差组合分析研究基因型×环境（G×E）交互效应对产量和相关性状的影响。
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  基于加性主效应和乘积交互作用、Eberhart和Russell回归以及最佳线性无偏预测模型评估基因型的表现、稳定性和适应性。

章节片段

研究地点描述

该研究在埃塞俄比亚北部提格雷地区的Hintalo农田以及Illala和Wukro试验地点进行（见图1）。这些地点代表了典型的中高海拔农业生态区，该地区的特点是混合农作物-畜牧系统。研究区域位于提格雷东部和东南部。Hintalo的地理位置大约在北纬13°20′–13°50′，东经39°20′–39°50′之间，

物候性状

不同基因型在达到50%抽穗所需的天数上存在显著差异，表明了抽穗期的差异。抽穗期从51.5天到66.5天不等，平均为58.72天。如ETBW8481（51.4天）、ETBW6939（54.4天）、ETBW8470（54.5天）、ETBW7190（55.3天）和ETBW8469（55.1天）等早抽穗的基因型在易受水分胁迫的环境中表现出明显优势。相反，如ETBW7258等基因型

讨论

结果显示不同类型的小麦之间存在显著的遗传变异，表明环境因素对生长、外观和产量相关性状有显著影响。基因型与环境之间的相互作用，特别是与生长阶段和产量相关的性状，表明某种类型的小麦的生长情况受其所处环境的影响。这与先前的研究结果一致，这些研究表明小麦的生长和产量受环境因素的显著影响

结论与建议

研究揭示了面包小麦基因型之间的显著遗传变异以及在不同农业生态环境下物候、形态和产量相关性状方面的显著基因型×环境交互作用。观察到的分蘖期到抽穗期天数、株高、穗长、每穗种子数、生物量产量和产量等方面的变异表明，有很大的遗传潜力可以用来提高小麦的生产力和适应性。结果进一步表明

CRediT作者贡献声明

Teka Selomun：验证、资源管理、项目管理、方法论、研究调查、资金获取、数据管理、概念构思。 Atsbha Gebreslasie：写作——审阅与编辑、初稿撰写、可视化、验证、软件使用、方法论、正式分析、数据管理。 Zeray Siyoum：写作——审阅与编辑、验证、监督、资源管理、项目管理、方法论、研究调查。 Azeb Hailu：可视化、资源管理、方法论、研究调查，

伦理声明：

本研究未涉及人类参与者或脊椎动物。所有实验程序均遵循埃塞俄比亚提格雷农业研究所的伦理标准和研究指南进行。使用的植物材料是通过授权的研究渠道获得的，田间试验在具有适当机构许可的研究站进行。未涉及任何濒危或受保护的物种，所有适用的国家法规均得到遵守

利益冲突声明

作者声明他们没有已知的可能会影响本文报告工作的经济利益或个人关系。

致谢

作者感谢以下机构和个人的资金支持和研究协助： 国际干旱地区农业研究中心（ICARDA）项目，得到CGIAR气候变化、农业和粮食安全（CCAFS）研究计划、谷物豆类和干旱地区谷物（GLDC）的支持，并由CGIAR捐助者资助（http://www.cgiar.org/about-us/our-funders/）；Bill和

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