曾勇軍，吳建富，潘曉華，石慶華，朱德峰，王盛亮，呂偉生，譚雪明，黃 山，商慶銀

(1.江西農(nóng)業(yè)大學 作物生理生態(tài)與遺傳育種教育部重點實驗室/江西省作物生理生態(tài)與遺傳育種重點實驗室/江西省雙季稻現(xiàn)代化生產(chǎn)協(xié)同創(chuàng)新中心，江西 南昌 330045;2.中國水稻研究所，浙江 杭州 310006)

推廣豐產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型超級稻品種是增加水稻產(chǎn)量的重要途徑，水稻的豐產(chǎn)性是反映水稻單產(chǎn)潛力的重要指標［1］，而作物產(chǎn)量的穩(wěn)定性最早由Yates 和Cochran［2］于1938 年提出，是指作物自我調(diào)節(jié)其遺傳型或表現(xiàn)型的狀態(tài)，以適應(yīng)變動的環(huán)境，使產(chǎn)量保持相對穩(wěn)定的能力，它與作物自身對環(huán)境的緩沖性有關(guān)。在水稻品種產(chǎn)量潛力越來越高，品種地域性越來越強［3］，廣適性品種越來越少，水稻小面積生產(chǎn)與大面積栽培產(chǎn)量反差越來越大的情況下，水稻的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性研究也越來越受到重視。

關(guān)于水稻的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性過去一般采用多年多點試驗，利用不同年份、不同種植地區(qū)在氣候、土壤方面的差異來研究作物產(chǎn)量的變化進而評價其產(chǎn)量的高低及穩(wěn)定性。由于作物產(chǎn)量的變化不僅受到生態(tài)條件的影響，還跟栽培措施關(guān)系密切［4-5］，因此相關(guān)研究存在一定的局限性。谷粒產(chǎn)量為典型的數(shù)量性狀，表型受環(huán)境影響大，在較短時間內(nèi)客觀評價其品種基因型的優(yōu)劣，不僅需要科學嚴密的試驗設(shè)計，還需要準確可靠的分析方法及統(tǒng)計模型［6-7］。如向平摘［8］早在1995 年就詳細闡述了穩(wěn)定性參數(shù)在評價水稻適應(yīng)性中的作用，劉大群等［9］通過比較研究發(fā)現(xiàn)，回歸法比非回歸法在評價品種穩(wěn)定性方面更精確。近年來自從張澤等［10］探討了加性主效和乘積交互作用模型(AMMI)在分析作物品種穩(wěn)定性方面的意義及應(yīng)用后，這種模型先后在小麥［11］、谷子［12］和水稻［13-14］等作物的研究上得到廣泛應(yīng)用。

江西是水稻的主要產(chǎn)區(qū)，在保障國家糧食安全方面起著重要作用，推廣高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型水稻品種是進一步提高江西水稻單產(chǎn)，確保江西糧食主產(chǎn)省地位不動搖的重要措施。本研究通過在江西省不同緯度進行種植以及設(shè)置不同氮肥施用量處理來研究雙季超級早稻產(chǎn)量的變化，旨在對江西近年來生產(chǎn)上應(yīng)用的超級早稻品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進行科學評價，為雙季稻生產(chǎn)的發(fā)展提供理論上的依據(jù)。

1 試驗材料與方法

1.1 試驗材料

選用江西生產(chǎn)中應(yīng)用的9 個超級稻品種(組合)為材料，包括中早35、中早39、中嘉早17 等3 個常規(guī)超級稻品種以及陵兩優(yōu)268、03 優(yōu)66、金優(yōu)458、淦鑫203、株兩優(yōu)819、春光1 號(由于應(yīng)用面積達不到要求2013 年被農(nóng)業(yè)部取消了超級稻冠名)等6 個雜交超級稻組合，以雜交組合金優(yōu)463 為對照。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2013 年早季分別在江西省興國縣(東經(jīng)115°17'、北緯26°25')、新干縣(東經(jīng)115°22'、北緯27°42')、進賢縣(東經(jīng)116°01'、北緯28°23')和都昌縣(東經(jīng)116°25'、北緯29°21')進行。

采用大區(qū)試驗，氮肥設(shè)2 個處理，施純氮量分別為165 kg/hm2和210 kg/hm2，1 次重復(fù)，大區(qū)面積66.7 m2，大區(qū)間用塑料薄膜包裹，防止串水串肥。施K2O 量統(tǒng)一為165 kg/hm2，按基肥∶穗肥為7∶3施用;施P2O5的量為90 kg/hm2，做基肥在移栽前一次性施入。雜交稻每蔸插2～3 粒谷苗，常規(guī)稻每蔸插4～5 粒谷苗，栽插株行距統(tǒng)一為13.33 cm×23.33 cm，其它措施按常規(guī)高產(chǎn)栽培管理進行。成熟期實收測定實際產(chǎn)量。

1.3 統(tǒng)計分析方法

利用AMMI 模型分析各品種的穩(wěn)定性，其模型為:

其中yge是環(huán)境e 中基因型g 的平均產(chǎn)量值，μ 是所有試點、所有品種產(chǎn)量的平均值，αg是基因型平均偏差，βe是環(huán)境的平均偏差，λn是第n 個主成分分析的特征值，δen是第n 個主成分的基因型主成分得分，γgn是第n 個主成分的環(huán)境主成分得分，n 是AMMI 模型中基因型與環(huán)境交互作用主成分的個數(shù)，公式右第4 項即為估算的基因型與環(huán)境交互作用的總和，其中為第i 基因型與環(huán)境交互作用的第n個主成分值，記為iPCAn。θge為提取過n 次iPCA 后留下的殘差。

本研究取PCA1 和PCA2 在多維空間離原點的距離作為基因型穩(wěn)定性的評價指標，記為Di，其值越小，則品種穩(wěn)定性越高。

以各基因型的產(chǎn)量表型值、產(chǎn)量的Di 值和生育期為指標，采用歐氏距離法對所有基因型進行系統(tǒng)聚類分析，并根據(jù)聚類結(jié)果對供試品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性進行綜合評價。

上述所有分析均采用DPS 統(tǒng)計軟件完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 各試點超級早稻品種的產(chǎn)量和生育期表現(xiàn)

表1 顯示，不同品種在不同地點和不同施氮量條件下的產(chǎn)量均有差異。兩種施氮水平下各超級早稻品種的產(chǎn)量均高于對照金優(yōu)463。除春光1 號外，高施氮處理各水稻品種在各試驗點的平均產(chǎn)量均高于低施氮處理。在施氮水平為165 kg/hm2條件下，各品種產(chǎn)量由高到低依次為:中早35、中早39、淦鑫203、陵兩優(yōu)268、中嘉早17、春光1 號、株兩優(yōu)819、03 優(yōu)66、金優(yōu)458;在施氮水平為210 kg/hm2條件下，各品種產(chǎn)量由高到低依次為:淦鑫203、中早39、中嘉早17、陵兩優(yōu)268、中早35、金優(yōu)458、03 優(yōu)66、株兩優(yōu)819、春光1 號。各品種的生育期在107.11～114.74，增加氮肥施用量生育期呈增加的趨勢，平均生育期在111.5 d 左右。

表1 各品種的產(chǎn)量及生育期表現(xiàn)Tab.1 The grain yield and growth duration of early rice cultivars

2.2 各試點超級早稻品種的產(chǎn)量穩(wěn)定性方差分析

對不同施氮量條件下各品種在各試驗點的產(chǎn)量進行聯(lián)合方差分析表明(表2、3)，基因型以及基因型和環(huán)境互作的方差均達到顯著或極顯著水平。在不同施氮量條件下交互作用的平方和分別占到總平方和的38.97%和39.89%，因此有必要進一步分析互作效應(yīng)的特點，以了解各超級早稻品種的產(chǎn)量穩(wěn)定性。

利用AMMI 模型進行品種穩(wěn)定性分析，結(jié)果表明，在高施氮和低施氮條件下基因型與環(huán)境互作效應(yīng)中的PCA1 主成分均達到了顯著水平，PCA2 雖然沒有達到顯著水平，但所占比重分別達到28.57%和30.64%，PCA1 和PCA2 這兩2 個主成分分別解釋了89.98%和75.93%的互作效應(yīng)。

表2 低施氮條件下超級早稻品種的產(chǎn)量聯(lián)合方差分析及穩(wěn)定性方差分析Tab.2 Pooled ANOVA and AMMI analysis for grain yield data of super early rice cultivars under low nitrogen level

表3 高施氮條件下超級早稻品種的聯(lián)合方差分析及穩(wěn)定性方差分析Tab.3 Pooled ANOVA and AMMI analysis for grain yield data of super early rice cultivars under high nitrogen level

2.3 各試點超級早稻品種的穩(wěn)定性分析

利用PCA1 和PCA2 的特征值計算水稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性參數(shù)Di，結(jié)果表明(表4、5)，在低施氮量條件下，產(chǎn)量穩(wěn)定性表現(xiàn)較好的有中早39、中早35 和春光1 號，表現(xiàn)較差的有株兩優(yōu)819、陵兩優(yōu)268 和中嘉早17;在高施氮量條件下，產(chǎn)量穩(wěn)定性表現(xiàn)較好的有中早39、春光1 號和中早35，表現(xiàn)較差的有株兩優(yōu)819、中嘉早17 和金優(yōu)463。兩種不同的施氮條件下，超級早稻品種的產(chǎn)量穩(wěn)定性表現(xiàn)基本一致，說明超級早稻產(chǎn)量的穩(wěn)定性主要受基因型控制。

表4 低施氮條件下早稻品種產(chǎn)量的穩(wěn)定性參數(shù)Tab.4 Yield stability parameter of the early rice cultivars under low nitrogen level

表5 高施氮條件下早稻品種產(chǎn)量的穩(wěn)定性參數(shù)Tab.5 Yield stability parameter of the early rice cultivars under high nitrogen level

2.4 各試點超級早稻品種的聚類分析

圖1 低施氮條件下早稻品種聚類分析Fig.1 Cluster analysis of early rice cultivars under low nitrogen level

圖2 高施氮條件下早稻品種聚類分析Fig.2 Cluster analysis of early rice cultivars under high nitrogen level

AMMI 模型從多維空間分解基因型×環(huán)境的互作效應(yīng)，能對品種的穩(wěn)定性做出合理分析。但是僅根據(jù)AMMI 分析結(jié)果，尚不能對供試品種做出全面而合理的評價。品種的推廣利用價值如何，受其穩(wěn)產(chǎn)性和豐產(chǎn)性好壞和生育期長短等綜合因素的影響，為此，本研究以品種產(chǎn)量、穩(wěn)定性參數(shù)(Di)和生育期為指標，采用歐氏距離法對供試品種進行系統(tǒng)聚類(圖1、2)。低施氮條件下，取閾值T=239 可以將10 個品種分為4 類，第1 類品種產(chǎn)量最高，穩(wěn)產(chǎn)性也較好，生育期適中，包括中早35、陵兩優(yōu)268、中嘉早17、中早39 和淦鑫203 等5 個品種;第2 類品種穩(wěn)產(chǎn)性較好、產(chǎn)量中等，生育期適中，包括春光1 號;第3 類品種產(chǎn)量較低，穩(wěn)產(chǎn)性一般，生育期適中，包括03 優(yōu)66 和株兩優(yōu)819;第4 類品種產(chǎn)量最低，穩(wěn)產(chǎn)性一般，生育期較長，包括金優(yōu)458 和金優(yōu)463。

高施氮條件下，取閾值T=300 也可以將10 個品種分為4 類，第1 類品種產(chǎn)量最高，穩(wěn)產(chǎn)性也較好，生育期適中，包括中早39 和淦鑫203;第2 類品種產(chǎn)量較高，穩(wěn)產(chǎn)性較好，生育期適中，包括中早35、陵兩優(yōu)268 和中嘉早17;第3 類品種產(chǎn)量較低，穩(wěn)產(chǎn)性一般，生育期適中，包括03 優(yōu)66、金優(yōu)458、株兩優(yōu)819 和春光1 號;第4 類品種產(chǎn)量最低，穩(wěn)產(chǎn)性也較差，生育期較長，包括金優(yōu)463。

3 結(jié)論與討論

關(guān)于水稻豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的研究，過去一般采用不同年份、不同地點的相關(guān)數(shù)據(jù)進行評價［15-18］，沒有結(jié)合不同栽培措施進行分析。本研究結(jié)果表明，不同超級早稻的穩(wěn)產(chǎn)性主要受基因型控制，但在不同的施氮水平下，其穩(wěn)產(chǎn)性略有差異，而超級早稻品種的豐產(chǎn)性除了受種植地點影響外還受到栽培措施的影響，少數(shù)超級稻品種如春光1 號、中早35 等在施氮水平相對較低條件下豐產(chǎn)性較好，但在增施氮肥條件下其豐產(chǎn)性表現(xiàn)則并不突出，可能與這類品種耐肥性較差有關(guān);而有的品種如金優(yōu)458 在低肥水平下豐產(chǎn)性較差，而在增施氮肥條件下其豐產(chǎn)性則有明顯改善，可能這類品種屬耐肥品種，增加施氮量有利于其產(chǎn)量水平的發(fā)揮。因此，對于水稻豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性的評價必需結(jié)合不同環(huán)境、不同栽培措施等多因素進行綜合評價，所得結(jié)論才更加可靠。

綜合本試驗的結(jié)果，中早39 和淦鑫203 無論在高施氮水平還是低施氮水平其豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均較好，屬典型的高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)型品種，值得進一步大力推廣;而中早35、中嘉早17、陵兩優(yōu)268 等在較低的施氮水平下豐產(chǎn)性較好，因此適宜在施肥水平中等的地區(qū)種植;而金優(yōu)463 等品種由于年代較為久遠，豐產(chǎn)性和穩(wěn)產(chǎn)性均相對較差，所以生產(chǎn)中應(yīng)及時推陳出新，穩(wěn)步提高水稻品種的產(chǎn)量潛力。

由于本研究為一年的試驗數(shù)據(jù)，而水稻品種的豐產(chǎn)性和穩(wěn)定性又是個十分復(fù)雜的問題，因此相關(guān)研究結(jié)果還有待于進一步驗證。

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