基于HA-GGE双标图的长江流域棉花区域试验环境评价

采用遗传力校正的GGE (HA-GGE)双标图方法对2000-2010年间27个独立的长江流域棉花品种区域试验的15个试验环境(试验点)在皮棉产量选择上的鉴别力、代表性、理想指数和离优度指数进行分析和综合评价。结果表明,湖北黄冈、江苏南京和湖北荆州是最理想的试验环境,对以长江流域为目标环境的广适性新品种选育和作为区域试验点鉴别理想品种的效率最高,而四川射洪、四川简阳、湖北襄阳和河南南阳不适宜作为针对长江流域的新品种选择与推荐环境。理想试验环境都位于长江流域除南襄盆地以外的中下游棉区,而不理想试验环境中的四川射洪和四川简阳位于长江流域棉区最西边的品种熟期较早且种植密度较高的四川盆地棉区,河南南阳和湖北襄阳位于长江流域棉区最北边, 与黄河流域棉区接壤, 霜期较早且晚秋降温快的南襄盆地棉区。本研究充分展示了HA-GGE双标图在区域试验环境评价方面的应用效果,也为长江流域棉花品种生态区划分和国家棉花区试方案的决策提供了理论依据。     

棉花区试中品种多性状选择的理想试验环境鉴别

农作物品种选育通常需要对多目标性状综合选择,依据育种目标性状和权重建立品种选择指数,选择遗传差异鉴别力强和目标环境代表性好的试验点,有助于提高品种选育的效率并降低实验成本。本研究依据国家棉花品种审定标准构建针对性和实用性强的品种选择指数,即SI=0.40?皮棉产量+0.13?纤维比强度+0.09?(纤维长度+马克隆值)+0.11?抗枯萎病+0.09?抗黄萎病+0.10?霜前花率,采用GGE双标图方法,对2000—2013年间39组(含585个单点试验)长江流域国家棉花区域试验中的15个试验点,综合评价品种选择指数的鉴别力、代表性和理想指数。结果表明,湖北黄冈和江苏南京试验环境被评为最理想的试验环境,湖北荆州、湖北武汉和江苏盐城为理想的试验环境,而河南南阳、湖北襄阳、湖南常德、四川简阳和四川射洪试验环境为不理想试验环境。可以看出,理想的试验环境均位于长江流域的中下游棉区,而不理想的试验环境中四川简阳和四川射洪位于上游的四川盆地、河南南阳和湖北襄阳位于长江流域北缘的南襄盆地、湖南常德虽然位于长江流域中游但栽培密度偏低。本研究构建的选择指数采用与国家棉花品种审定中品种评价准则相统一的目标性状和权重分配策略,理想试验环境对我国长江流域棉区的棉花生态育种试验点的选择提供了切实可行的决策方案。     

黄河流域棉区纤维品质区域分布特征与生态区划研究

【目的】旨在研究黄河流域试验环境与参试品种品质性状互作模式。【方法】选用2005―2014年国家棉花品种区域试验黄河流域棉区中熟常规组19个试验点,作为试验环境;运用GGE模型绘制双标图,结合纤维品质性状选择对适宜的生态区划分进行探讨,并基于GGE双标图对纺纱均匀性指数与其他指标的相关性进行研究。【结果】(1)纤维的纺纱均匀性指数与纤维的上半部平均长度、断裂比强度和长度整齐度指数呈极显著正相关,与断裂伸长率、反射率表现为正相关但不显著,与马克隆值显示为负相关但不显著。(2)黄河流域棉区纤维品质性状在19个生态试点的表现可划分为3个特征明显的纤维品质生态区。第Ⅰ生态区包括江苏泗阳、响水,安徽灵璧,河南新乡和商丘,其纤维上半部平均长度、断裂比强度和纺纱均匀性指数都显著高于其余生态区,长度整齐度指数显著高于第Ⅲ生态区,且纤维上半部平均长度、断裂比强度和马克隆值协调较好,都达到了国家棉花品种审定的Ⅱ型标准,为"优质纤维生态区"。第Ⅱ生态区包括陕西大荔,河南西华,山东宁津,河北石家庄和故城,其马克隆值较高,纤维上半部平均长度和断裂比强度表现一般,纺纱均匀性指数表现最差,为"普通纤维生态区"。第Ⅲ生态区包括陕西杨凌,山西运城,河南安阳,河北邯郸、沧州,天津宁河,山东惠民、金乡和临清,其马克隆值最低,其余性状表现中等,为"低马克隆值生态区"。【结论】本研究明确了黄河流域棉区棉花纤维品质生态区的划分,可为黄河流域广适性棉花品种的选育、生态区划分和理想试验环境选择等提供依据。     

利用GGE双标图划分长江流域棉花纤维品质生态区

长江流域棉区棉纤维品质区域特征明显,合理划分纤维品质生态区有助于提高原棉品质和配棉效率。本研究采用GGE双标图的“环境-性状”功能图分析2000-2012年期间长江流域国家棉花品种区域试验中环境与纤维品质性状的互作模式,提出长江流域棉纤维品质生态区划分方案。结果表明,长江流域棉区可划分为“中等品质生态区”、“高长度与比强度生态区”和“低马克隆值生态区”。其中,长江流域中等纤维品质生态区涵盖湖北省江汉平原和鄂东南岗地棉区、河南省与湖北省交界的南襄盆地棉区、湖南省环洞庭湖东部和西部棉区、江西省环鄱阳湖棉区、安徽省沿江与江淮棉区、江苏省宁镇丘陵与沿江棉区和浙江省沿海棉区,纤维品质较好,代表了长江流域的总体水平;高长度与比强度生态区位于湖南省环洞庭湖北部滨湖沃土棉区,纤维长度和比强度优良,而马克隆值偏高;低马克隆值生态区涵盖长江流域最西边海拔较高的棉花熟期早长势较弱的四川丘陵棉区和最东边土壤含盐度较高且棉花长势较弱的江苏沿海棉区,纤维马克隆值达到B级水平,为长江流域马克隆值最好的区域,但纤维比强度水平一般。本研究充分展示了GGE双标图的“环境-性状”功能图在纤维品质生态区划分方面的应用效果,可为长江流域棉花区域化种植和纺织企业合理用棉提供决策支持,也为其他棉区和作物生态区划分研究提供参考。     

GGE双标图在中国农作物品种试验中应用的必要性探讨

探讨了中国区域试验中品种特殊适应性以及品种生态区划分的现状、GGE双标图的统计原理及其在品种生态区划分、品种评价和试验环境评价中的应用方法与优势,指出GGE双标图在我国区域试验中应用的必要性和可行性,正确地使用GGE双标图可以直观地把目标种植区域的试验环境分为若干可能的品种生态区,同时可以依据试验环境对品种的鉴别力和对目标环境的代表性筛选出理想的区域试验环境,提高区域试验效率。     

基于GGE双标图与纤维长度选择的棉花品种生态区探索与划分

采用GGE双标图分析方法对2000~2010年期间27组长江流域国家棉花品种区域试验以安庆、南阳、黄冈、荆州、武汉、襄阳、常德、岳阳、南京、南通、盐城、九江、简阳、射洪和慈溪等15个试验点为代表的长江流域棉区目标环境中可能存在的基于棉花纤维长度选择的品种生态区进行探索与划分,并对品种生态区划分结果进行信息比（IR）校正,以提高品种生态区划分的可靠性,为长江流域棉区棉花品种纤维长度的选择和推荐策略提供科学的决策依据。结果表明：我国长江流域棉区大致可划分为基于纤维长度选择的3个品种生态区,第1个品种生态区包括安庆、九江、武汉、南通、黄冈、常德和岳阳,第2个品种生态区包括荆州、盐城、南京和射洪,第3个品种生态区包括慈溪、简阳、襄阳和南阳。     

基于GYT双标图对西北内陆棉区国审棉花品种的分类评价

西北内陆棉区是我国最重要的主产棉区,对该棉区历年国审棉花品种进行科学分类和综合评价有利于国审品种资源的合理利用和棉花生产效率的提升。本研究采用GYT双标图分析对2003—2019年期间西北内陆棉区37个国审棉花品种的产量与霜前花率、纤维长度、比强度、马克隆值、枯萎病指数和黄萎病指数等性状的组合水平进行了综合分析和品种分类评价。结果表明,西北内陆棉区37个国审棉花品种可划分为3个特征明显的品种类型。其中,I型品种包括新陆早13号、中棉所49、新陆早21号、巴13222、新46、天云0769、Z1112、新石K18、J206-5、新石K21、禾棉A9-9、创棉508、H33-1-4、金科20、新K28、创棉512和J8031等17个品种,是产量与其余性状组合协调最好的品种类型,在生产上推广应用价值最高。II型品种产量和纤维品质表现一般,抗病性差,在当前生产上应用价值有限。III型品种的抗枯萎病性表现最好,但在其余性状上表现略差,综合生产应用价值有限,也许可作为抗病亲本应用。同时,根据各品种的理想指数筛选出创棉512、J8031、新K28、H33-1-4、金科20、新陆早13号和创棉508等综合表现优良的品种,也鉴别出新陆棉1号、新陆早33号、创棉501号和新陆早51号等综合表现相对略差的品种。本研究采用的GYT双标图分析方法是基于“产量-性状”组合水平对品种进行综合评价和分类研究,产量-性状组合之间的相关关系更加简单,多数组合间表现显著正相关,更适用于品种的多性状直观选择和综合评价,通常比先前的GT双标图解释的变异比率高,双标图模型拟合度更好,结果更可靠。本研究采用GYT双标图分析方法对西北内陆棉区国审品种的分类研究揭示了该棉区国审棉花品种的分类特征和应用价值,为本区的国家棉花品种试验审定提供了借鉴,也为其他作物品种的类似研究提供了范例。     

双标图分析在农作物品种多点试验中的应用

双标图分析越来越多地被用于直观分析农作物品种多点试验数据和其他类型的两向数据。这种方法深受植物育种家和农业研究人员的推崇, 认为它可以提高研究者理解和驾驭试验数据的能力;但也受到一些学者的批评, 认为它是统计分析方面的旁门左道。事实上,学术界对什么是双标图的认识尚存混乱。一些双标图的使用者并不总能正确地选择和解释双标图。一些双标图的批评者对双标图分析及其研究对象也缺乏深入了解。为使研究者对双标图分析有一个客观全面的认识, 本文就用双标图分析农作物品种多点试验中的几个问题进行阐述：(1) 如何针对特定的研究目的选择适当的双标图; (2) 如何选择适当的GGE双标图来分析多点试验数据; (3) 如何使用GGE双标图的不同功能形态进行品种评价、试验点评价和品种生态区划分; (4) 如何判断双标图是否充分表现试验数据中的规律; (5) 如何检验双标图显示的结果是否显著。     

GGE双标图在湖南省棉花品种区域试验中的应用

为研究2013年湖南省棉花品种区域试验B组中参试品种与环境的互作关系,科学评价参试品种与试点,从而为品种审定、品种在生产中的有效利用及试点遴选提供理论依据。采用具有直观分析农作物两向数据的GGE双标图软件对参试品种的丰产性与稳定性、理想品种选择、品种适宜种植区域划分、各试点的代表性和鉴别力及理想试点选择等方面进行了分析。结果表明：2013年湖南省棉花品种区域试验B组各品种（系）皮棉产量的基因型、环境（试点）、基因型与环境互作效应均达极显著水平,其中环境主效（试点）、基因型主效及基因型与环境互作效应分别占处理变异平方和的57.99%、13.54%、28.48%;丰产性最好的品种是B3,稳产性最好的品种是B5,但最理想的品种是B3;大通湖管理区、君山和湖南省棉花科学研究所试点为最理想试点。     

我国棉花品种区域试验重复次数和试点数量的设计

农作物区域试验重复次数和试点数量设置直接影响试验的遗传力和品种选择效率。本研究以2000-2014年期间长江流域、黄河流域和西北内陆棉区国家棉花区试数据为资料,依据各棉区的试验发展现状和试验遗传力随着试点数量的变化,分析重复次数和试点数量设置的合理性,提出各棉区试点数量的设置方案。结果表明: (1)我国棉花品种区域试验采用3次重复是保证试验效率的充分条件;(2)长江流域和黄河流域国家棉花区试现行的试点数量设置已经可以充分满足试验的遗传力要求,西北内陆棉区的试点数也符合遗传力达到0.75的基本要求;(3)由于棉花区域试验对品种的推荐审定和应用十分重要,试验过程中也可能会因田间管理、自然灾害或其他异常情况导致试验报废,为充分保证试验的可靠性,长江流域棉区可保持当前20个左右的试点数量,遗传力即可达到0.90的水平;黄河流域和西北内陆棉区可以分别将试点数量增加到27个和19个左右,遗传力达到0.90和0.85的水平。该结果为国家棉花区域试验的优化配置提供理论依据,也为其他作物区域试验布局提供参考。     

The Effectiveness of HA-GGE Biplot Application in Analyzing the Data from the National Cotton Cultivar Regional Trial in the Yangtze River Valley

A large number of regional crop trials have demonstrated the ubiquitous existence of genotype × environment interactions (G×E), which make it complicated to select superior cultivars and identify the ideal testing sites. The GGE (genotype main effect plus genotype × environment interaction) biplot is the most powerful statistical and graphical displaying tool available for regional crop trial dataset analysis. The objective of the present study was to demonstrate the effectiveness of the biplot in evaluating the high and stable yields of candidate cultivars simultaneously, and in delineating the most adaptive planting region, analyzing trial location discrimination ability and representativeness, and identifying the ideal cultivar and trial locations. The lint cotton yield dataset with nine experimental genotypes and 17 test locations (three replicates in each) was collected from the national cotton regional trial in the Yangtze River Valley (YaRV) in 2012. The results showed that: (1) the effects of genotype (G), environment (E), and genotype × environment interaction (G×E) were significant (P < 0.01) for lint cotton yield. Differences among environments accounted for 78.7% of the treatment total variation in the sum of squares, whereas the genotype main effect accounted for 8.7%, and the genotype × environment interaction accounted for 12.6%. (2) The “ideal cultivar” and “ideal location” view of the HA-GGE biplot identified Zhongcj408 (G2) and Nannon12 (G9) as the best ideal genotypes; Cixi in Zhejiang Province and Jiangling in Hubei Province were the most ideal locations.(3) The “which-won-where” view of the biplot outlined the adaptive planting region for each experimental cultivar. (4) The “similarity among locations” view clustered the trial locations into four groups, among of which the two outlier locations, Shehong (SH) and Chengdu (QBJ), located in Shichuan Basin in the upper reaches of YaRV, were clustered in one group, whereas the Nanyang (NY) of Henan Province at the northern edge of YaRV was singled out as a sole group. Such location clustering results implied an apparent association with the geographical environment.     

棉花品种区域试验适宜试验点数量的抽样估计

 基于长江流域国家棉花区域试验的对照品种泗棉3号、湘杂棉2号、湘杂棉8号和鄂杂棉10号在2000－2011年期间84～270次试验中早熟性、农艺性状、产量性状和纤维品质性状表现,构建了对照品种抽样总体,采用随机抽样方法估计了在不同精确度水平下鉴别棉花品种主要性状表现所需要的试验点数量,旨在为长江流域棉区国家棉花区域试验的试验点数量设置提供理论依据,并为其它棉区乃至其它作物区域试验中适宜试验点数量的估计提供参考方法。研究结果表明：试验点数量的需求与目的性状选择及变异度密切相关,皮棉产量的表型标准差最高,在同等精确度水平下需要的试点数量也最多。目前,长江流域棉花区域试验设置18个试点,对皮棉产量的估计精确度为90%;增加16个试点,估计精确度将提高到93%;而随后再增加试点数量对提高估计精确度收效甚微。     

基于HA-GGE双标图的甘蔗试验环境评价及品种生态区划分

采用遗传力校正的GGE双标图(heritability adjusted GGE,HA-GGE),分析基因型(G)、环境(E)、基因型与环境互作效应(GE)对产量变异的影响,对14个试验点的分辨力、代表性和理想指数进行分析,并对这些试验点的生态区进行划分。结果表明,甘蔗试验环境对产量变异的影响大于基因型和基因型与环境互作;互作因素中以环境×基因型的互作效应最大,基因型×年份的互作效应最小。广东遂溪(E3)和广西崇左(E6)为最理想试验环境,对筛选广适性新品种和鉴别理想品种的效率最高;福建福州(E1)、福建漳州(E2)、广东湛江(E4)、云南保山(E11)、云南临沧(E13)、云南瑞丽(E14)为理想试验环境;广西百色(E5)、广西河池(E7)、海南临高(E10)、云南开远(E12)为较理想试验环境;广西来宾(E8)、广西柳州(E9)为不太理想的试验环境。根据HA-GGE双标图分析结果,可将我国甘蔗生态区划分为3个,即以广西百色、河池、来宾和柳州为代表的华南内陆甘蔗品种生态区,以云南保山、开远、临沧、瑞丽为代表的西南高原甘蔗品种生态区,涵盖福建福州、漳州、广东湛江、遂溪、广西崇左等试点的华南沿海甘蔗品种生态区。     

我国棉花品种区域试验精确度的演变分析

农作物区域试验精确度分析是品种和试验环境科学评价的基础。本研究分析了2000―2014年期间长江流域、黄河流域和西北内陆棉区国家棉花区试的试验精确度分布与演变动态,并分析比较了棉花12个主要性状的精确度差异,旨在全面分析和评价我国棉花品种区域试验精确度的发展水平和演变规律,为全国棉花品种区域试验的合理布局和优化设计提供参考依据。研究结果表明:(1)单年单点棉花区域试验能鉴别出5%、8%、10%、12%、15%和20%品种间差异的比率分别约为20%、50%、70%、83%、92%和98%。(2)单年多点棉花区域试验精确度呈逐年提高的演变趋势,RLSD0.05(RLSD,relative least significant difference)由2000年的11.43%下降到2014年的7.1%,其中长江流域的RLSD0.05已经连续9年、黄河流域棉区的RLSD0.05连续4年稳定在5%以下,可以稳定地鉴别品种间5%的差异;西北内陆棉区的RLSD0.05也呈逐年下降趋势,目前可以可靠鉴别品种间10%的差异。(3)棉花12个主要性状的试验精确度差异显著,其中皮棉产量和结铃数的精确度较低,霜前花率、衣分、纤维长度和生育期的精确度较高,其余性状精确度中等。