马铃薯品种在冬闲稻田的稳定性和适应性评价
Stability Analysis and Adaptability Evaluation of Potato Cultivars in Winner Paddy Field
通讯作者:
收稿日期: 2024-01-10 修回日期: 2024-03-26 网络出版日期: 2024-04-09
基金资助: |
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Received: 2024-01-10 Revised: 2024-03-26 Online: 2024-04-09
作者简介 About authors
李璐,主要从事马玲薯品种选育与栽培研究,E-mail:
为揭示马铃薯主要农艺性状的变异规律,筛选出适宜冬闲稻田种植的优良品种,采用双因素分析、相关性分析和主成分分析对6个品种连续3年(2018-2021年)的主要农艺性状进行综合评价。结果显示,不同品种主要农艺性状差异显著或极显著。参试品种各性状年份效应和基因型效应极显著,年份效应大于基因型效应,但株高的基因型效应大于年份效应。相关性分析表明,株高与单薯重、单株薯重、大中薯率和鲜薯产量呈极显著正相关;主茎数与单株薯数呈极显著正相关,与单薯重、大中薯率呈极显著负相关。本研究基于主成分分析建立了鲜食型马铃薯品种在冬闲稻田适应性的综合评价模型,并筛选出适宜栽培推广的优质品种2份。
关键词:
In order to reveal the variation pattern of potato main agronomic traits and screen out the superior cultivars suitable for winner paddy field, six potato cultivars were used as test materials in three years (2018- 2021), and main agronomic characteristics were detected and analyzed by variance analysis, correlation analysis and principal component analysis. The results showed that there were different or significantly different among main agronomic characteristics of different cultivars. The year effects and genetic effects of all characteristics were different or significantly different, and the year effects were more than genetic effects, but only the plant height exhibited a greater genetic effects. Correlation analysis indicated that the plant height was extremely significantly positively correlated with single tuber weight, potato weight of per plant, large-medium potato rate and fresh potato yield. The number of main stems was extremely significantly positively correlated with tuber number per plant, but extremely significantly negatively correlated with single tuber weight and large-medium potato rate. Based on principal component analysis, the comprehensive evaluation model for the adaptability of table potato cultivars in winner paddy field were established and two quality cultivars suitable for popularization were screened out.
Keywords:
本文引用格式
李璐, 杨丹, 王素华, 万国安, 蒋万, 李树举, 张曙光, 李兵.
Li Lu, Yang Dan, Wang Suhua, Wan Guoan, Jiang Wan, Li Shuju, Zhang Shuguang, Li Bing.
马铃薯是世界第4大粮食作物,营养全面,适应性广。随着马铃薯主粮化战略的推进,南方冬闲田已成为中国马铃薯粮菜兼用品种的主栽区之一[1]。湖南省马铃薯种植面积常年稳定在6.98万hm2左右,以冬种马铃薯为主[2-3]。湖南省冬、春季寡照、多雨、低温的气候特点常对马铃薯生长造成较大影响,而目前市面上主流品种多为北方品种,对本地气候适应性较差,产量年际变化大,难以满足生产需求[4-5]。为筛选出适应性好且产量稳定的马铃薯新品种,国家马铃薯产业技术体系常德综合试验站于2018-2020年从全国各地引进6个鲜食品种进行冬种马铃薯品种比较试验,对年际间不同马铃薯品种主要农艺性状和经济性状进行稳定性分析,并基于主成分分析法建立综合评价模型,揭示不同马铃薯品种在湖南冬闲稻田种植的基因和环境效应,为湖南冬种马铃薯优良品种的选育及推广提供科学依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
供试品种为脱毒种薯中薯3号、中薯13号、中薯191、华薯3号、华薯5号和红美,其中中薯3号、中薯191和中薯13号由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供,华薯3号和华薯5号由华中农业大学提供,红美由内蒙古铃田生物技术有限公司提供。
1.2 试验地概况
试验于2018-2020年连续3年在湖南省常德市农林科学研究院试验基地(111°37' E,29°2' N,海拔35 m)进行,该区域年均气温16.7 ℃,年降水量1200~1900 mm,无霜期272 d。试验田土壤质地为壤土,理化性质为pH 5.2、全氮1.09 g/kg、全磷0.57 g/kg、全钾13 g/kg、水解氮112 mg/kg、有效磷14.2 mg/kg、速效钾119 mg/kg、有机质17.7 g/kg。前茬作物水稻,机械深翻起垄。耕作层深度30~40 cm,土地平整,肥力中等。2018和2020年生育期间气象条件相对一致(图1),总降水量分别为397.2和354.5 mm,总日照时数分别为502.4和504.2 h,而2019年生育期间寡照多雨,总降水量为445.6 mm,总日照时数为277.4 h。
图1
1.3 试验设计
试验采用随机区组设计,3次重复,小区面积20 m2,每小区150株,6行区,单垄双行种植,垄长5.6 m,垄面包沟宽1.2 m,株行距22 cm×45 cm,小区周围设2行保护行。施45%的硫酸钾型复合肥(15:15:15)1500 kg/hm2,播种时作基肥一次性点施在种薯之间。摆好种薯后覆盖约10 cm的碎土,覆膜前喷施芽前除草剂,覆盖0.01 cm的白膜。出苗后及时破膜引苗,生长期间及时进行病虫害防治,整个生育期全程雨养。
2017年12月22日统一播种,2018年2月18日陆续出苗,2018年5月3日统一收获;2019年1月26日统一播种,3月17日陆续出苗,5月21日统一收获;2019年12月9日统一播种,2020年1月28日陆续出苗,4月27日统一收获。
1.4 测定项目与方法
参考《马铃薯品种试验调查记载项目及依据》记录物候期、植株田间性状、块茎表型、产量及相关数据。
1.5 数据处理
采用DPS 7.5进行双因素方差分析,采用SPSS 17.0进行相关性分析和主成分分析。
2 结果与分析
2.1 不同马铃薯品种植株性状与块茎外观特点
由表1可以看出,参试的6个马铃薯鲜食品种生育期较短,为56~70 d,红美极早熟,生育期56 d,其他品种生育期在65~70 d。除中薯191的出苗率低于80%外,其他品种出苗率均能达80%以上。块茎的外观品质对块茎的保鲜和经济效益十分重要,不同品种外观差异明显。
表1 不同品种外观性状表现
Table 1
品种 Cultivar | 生育期 Growth period (d) | 出苗率 Emergence rate (%) | 茎色 Stem color | 叶色 Leaf color | 块茎外观特点 Tuber appearance trait |
---|---|---|---|---|---|
中薯13号Zhongshu 13 | 65 | 88.33 | 绿 | 浅绿 | 椭圆形,表皮光滑,皮色淡黄,肉色淡黄,芽眼浅 |
中薯191 Zhongshu 191 | 67 | 75.52 | 绿 | 绿 | 椭圆形,表皮光滑,皮色黄色,肉色黄色,芽眼浅 |
华薯3号Huashu 3 | 70 | 97.11 | 绿 | 绿 | 长椭圆,表皮光滑,皮色淡黄,肉色乳白色,芽眼浅 |
华薯5号Huashu 5 | 69 | 96.90 | 绿 | 绿 | 短椭圆,表皮光滑,皮色黄色,肉色黄色,芽眼浅 |
红美Hongmei | 56 | 84.46 | 淡紫 | 绿 | 长形,表皮光滑,皮色红色,肉色红色,芽眼红色,浅 |
中薯3号Zhongshu 3 | 67 | 81.34 | 绿 | 绿 | 椭圆形,表皮光滑,皮色淡黄,肉色淡黄,芽眼浅 |
2.2 不同品种主要农艺性状表现
由表2可知,株高从高至低依次是华薯5号、华薯3号、中薯191、中薯3号、中薯13号和红美,华薯5号和华薯3号极显著高于其他品种。中薯13号主茎数多于其他品种,平均3.30,其他品种1.34~2.86。单薯重表现相对较好的有华薯3号、华薯5号和中薯191,华薯3号和华薯5号单薯重显著高于中薯3号、中薯13号和红美。单株薯数最多的是中薯13号,其次为中薯3号,均显著高于其他品种。单株薯重表现较好的有中薯3号、华薯5号和华薯3号,平均单株薯重超过500 g,显著高于其他品种。大中薯率在80%及以上的品种有3个,分别是华薯5号、华薯3号和红美,其中华薯5号和华薯3号显著高于中薯3号、中薯13号和中薯191。鲜薯产量表现较好的为华薯5号和华薯3号,均在30 000 kg/hm2以上,其中华薯5号极显著高于其他品种,华薯3号极显著高于中薯13号、中薯191和红美。各品种干物质率差异不明显。
表2 马铃薯主要农艺性状比较
Table 2
品种 Cultivar | 单株薯重 Potato weight per plant (g) | 大中薯率 Large-medium potato rate (%) | 鲜薯产量 Fresh potato yield (kg/hm2) | 干物质率 Dry matter rate (%) |
---|---|---|---|---|
中薯13号Zhongshu 13 | 454.11±139.18bcCD | 67.97±18.26dD | 27 105.25±2678.73cC | 20.29±1.32aA |
中薯191 Zhongshu 191 | 464.22±70.74bBCD | 75.51±16.06bcBCD | 27 088.58±3843.19cC | 19.22±1.44abAB |
华薯3号Huashu 3 | 516.39±104.95aABC | 82.29±7.69aAB | 30 747.65±6171.35bB | 19.80±0.66aAB |
华薯5号Huashu 5 | 527.78±73.86aAB | 83.54±10.88aA | 34 284.49±4536.02aA | 19.18±1.57abAB |
红美Hongmei | 414.06±47.80cD | 79.97±11.12abABC | 23 920.64±2312.09dD | 18.58±0.64bB |
中薯3号Zhongshu 3 | 542.06±86.34aA | 72.19±17.89cdCD | 29 710.93±4521.17bBC | 19.67±1.11abAB |
小写字母不同代表显著水平差异(P < 0.05);大写字母不同代表极显著水平差异(P < 0.01)。
The different lowercase letters mean significant difference (P < 0.05); the different capital letters mean extremely significant difference (P < 0.01).
2.3 主要农艺性状的稳定性分析
2.3.1 不同品种主要农艺性状的变异分析
不同基因型马铃薯的总变异系数(CV)依次为红美<华薯3号<华薯5号<中薯3号<中薯13号<中薯191(表3)。相比于其他品种,红美的块茎产量相关因素的变异系数最小,在冬闲稻田区域种植各性状表现最稳定,其次是华薯3号和华薯5号,而中薯191各性状变异系数之和最大,表现最不稳定。
表3 不同品种主要农艺性状的变异系数
Table 3
品种 Cultivar | 株高 Plant height | 主茎数 Main stem number | 单薯重 Weight per tuber | 单株薯数 Tuber number per plant | 单株薯重 Potato weight per plant | 大中薯率 Large-medium potato rate | 鲜薯产量 Fresh potato yield | 干物质率 Dry matter | 总变异系数 Coefficient of total variation |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
中薯13号Zhongshu 13 | 18.54 | 25.71 | 26.76 | 15.44 | 30.65 | 26.86 | 9.88 | 6.49 | 160.33 |
中薯191 Zhongshu 191 | 17.01 | 32.37 | 30.74 | 19.11 | 15.24 | 21.27 | 14.19 | 7.50 | 163.52 |
华薯3号Huashu 3 | 15.27 | 39.27 | 18.69 | 19.80 | 20.32 | 9.34 | 20.07 | 3.34 | 146.10 |
华薯5号Huashu 5 | 8.27 | 40.24 | 24.91 | 27.18 | 13.99 | 13.03 | 13.23 | 8.18 | 149.03 |
红美Hongmei | 18.80 | 34.11 | 16.91 | 20.16 | 11.54 | 13.91 | 9.67 | 3.46 | 128.56 |
中薯3号Zhongshu 3 | 16.88 | 37.80 | 25.40 | 17.98 | 15.93 | 24.78 | 15.22 | 5.65 | 159.64 |
2.3.2 年份间主要农艺性状的变异性分析
不同年份间马铃薯主要农艺性状变异系数差异较大(表4)。主要农艺性状变异系数依次为干物质率<大中薯率<鲜薯产量<单株薯重<单株薯数<株高<单薯重<主茎数。干物质率的变异系数较小,说明受环境的影响较小。变化最大的是株高,其变异系数在11.57%~30.65%,差异最大的是主茎数,其变异系数在29.08%~42.81%。结合气象条件说明马铃薯植株的生长对环境变化敏感。
表4 年份间主要农艺性状的变异系数
Table 4
年份 Year | 株高 Plant height | 主茎数 Main stem number | 单薯重 Weight per tuber | 单株薯数 Tuber number per plant | 单株薯重 Potato weight per plant | 大中薯率 Large-medium potato rate | 鲜薯产量 Fresh potato yield | 干物质率 Dry matter rate |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
2018 | 11.57 | 39.75 | 16.76 | 16.42 | 13.43 | 4.62 | 13.01 | 5.14 |
2019 | 16.53 | 29.08 | 18.87 | 16.89 | 15.98 | 17.41 | 12.22 | 7.11 |
2020 | 30.65 | 42.81 | 27.19 | 23.69 | 15.62 | 13.39 | 19.78 | 6.36 |
平均Average | 19.58 | 37.21 | 20.94 | 19.00 | 15.01 | 11.81 | 15.00 | 6.20 |
2.3.3 不同品种主要农艺性状的年份与基因型互作效应
对参试品种不同年份的主要农艺性状进行方差分析(表5)可知,年份间植株生长性状和块茎经济性状F>F0.01,说明同一品种在不同年份植株生长性状和块茎经济性状差异极显著,不同的环境因素对品种植株形态和块茎形成有很大影响。基因型间各性状的F>F0.01,即同一环境下不同品种间植株生长性状和块茎经济性状差异极显著。大中薯率、鲜薯产量和株高的年份×基因型F>F0.01,单株薯重和单薯重的年份×基因型F>F0.05,即年份×基因型互作效应对单株薯重和单薯重影响显著,对大中薯率、鲜薯产量和株高影响极显著。
表5 马铃薯主要农艺性状的方差分析
Table 5
变异来源 Variation source | 株高 Plant height | 主茎数 Main stem number | 单薯重 Weight per tuber | 单株薯数 Tuber number per plant | 单株薯重 Potato weight per plant | 大中薯率 Large-medium potato rate | 鲜薯产量 Fresh potato yield | 干物质率 Dry matter rate |
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
年份Year (Y) | 49.96** | 52.33** | 25.79** | 14.37** | 49.81** | 96.45** | 42.70** | 2.71 |
基因型Gene (G) | 61.22** | 23.74** | 7.10** | 4.64** | 8.95** | 8.91** | 26.53** | 2.20 |
Y×G | 10.75** | 2.10 | 2.82* | 1.66 | 2.62* | 3.05** | 7.24** | 0.66 |
“*”、“**”分别表示在0.05和0.01水平上差异显著,下同。
“*”and“**”represent the significant difference at the 0.05 and 0.01 levels, respectively, the same below.
2.4 主要农艺性状的相关性分析
对不同鲜食品种的主要农艺性状进行K-S检验,均呈正态分布,然后进行相关性分析,结果(表6)表明,株高与单薯重、单株薯重、大中薯率和鲜薯产量呈极显著正相关;主茎数与单薯重、大中薯率呈极显著负相关,与鲜薯产量呈显著负相关,与单株薯数呈正相关,分枝多,单薯重低,商品薯率低,但单株块茎数增多。鲜薯产量与株高、单薯重、单株薯重和大中薯率呈极显著正相关,与主茎数呈显著负相关。大中薯率与株高、单薯重和单株薯重呈极显著正相关,与单株薯数呈极显著负相关,与主茎数呈极显著负相关。
表6 不同品种农艺性状相关性分析
Table 6
性状 Trait | 株高 Plant height | 主茎数 Main stem number | 单薯重 Weight per tuber | 单株薯数 Tuber number per plant | 单株薯重 Potato weight per plant | 大中薯率 Large-medium potato rate | 鲜薯产量 Fresh potato yield |
---|---|---|---|---|---|---|---|
主茎数Main stem number | -0.184 | ||||||
单薯重Weight per tuber | 0.517** | -0.523** | |||||
单株薯数Tuber number per plant | -0.180 | 0.663** | -0.573** | ||||
单株薯重Potato weight per plant | 0.491** | -0.064 | 0.531** | 0.220 | |||
大中薯率Large-medium potato rate | 0.546** | -0.567** | 0.693** | -0.355** | 0.600** | ||
鲜薯产量Fresh potato yield | 0.668** | -0.297* | 0.576** | -0.214 | 0.478** | 0.448** | |
干物质率Dry matter rate | 0.086 | 0.065 | 0.063 | -0.090 | 0.085 | 0.195 | 0.132 |
2.5 适宜冬闲田马铃薯品种评价模型的建立
为建立一个适宜冬闲田马铃薯品种的评价模型,利用SPSS 17.0软件对不同农艺性状和产量性状进行主成分分析。根据特征值>1的原则提取了3个主成分(表7),累计贡献率达78.660%,说明这3个主成分基本解释了8个变量的大部分信息。主成分1解释了45.904%的总变异信息,主要描述了产量相关性状,如株高、单薯重、大中薯率和鲜薯产量,植株长势旺盛的品种块茎膨大增重率高,大中薯率高,鲜薯产量高。主成分2解释了20.167%的总变异信息,主要是描述了植株的分枝性,包括主茎数和单株结薯数,主茎数多的品种结薯多。主成分3解释了12.588%的总变异信息,主要是光合产物的积累,即干物质率。
表7 马铃薯农艺性状主成分分析
Table 7
性状 Trait | 主成分1 Component 1 | 主成分2 Component 2 | 主成分3 Component 3 | |||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|
特征值 Eigenvalue | 特征向量 Eigenvector | 特征值 Eigenvalue | 特征向量 Eigenvector | 特征值 Eigenvalue | 特征向量 Eigenvector | |||
X1 | 0.729 | 0.308 | 0.343 | 0.145 | -0.061 | -0.026 | ||
X2 | -0.628 | -0.265 | 0.618 | 0.261 | 0.122 | 0.052 | ||
X3 | 0.884 | 0.373 | -0.108 | -0.046 | -0.067 | -0.028 | ||
X4 | -0.523 | -0.221 | 0.772 | 0.326 | -0.143 | -0.060 | ||
X5 | 0.612 | 0.258 | 0.645 | 0.272 | -0.137 | -0.058 | ||
X6 | 0.856 | 0.361 | 0.031 | 0.013 | 0.049 | 0.021 | ||
X7 | 0.746 | 0.315 | 0.259 | 0.109 | -0.018 | -0.008 | ||
X8 | 0.165 | 0.070 | 0.144 | 0.061 | 0.971 | 0.410 | ||
总特征值Total eigenvalue | 3.672 | - | 1.613 | - | 1.007 | - | ||
贡献率Contribution rate (%) | 45.904 | - | 20.167 | - | 12.588 | - | ||
累计贡献率Accumulative contribution rate (%) | 45.904 | - | 66.071 | - | 78.660 | - |
X1~X8分别表示株高、主茎数、单薯重、单株薯数、单株薯重、大中薯率、鲜薯产量、干物质率。
X1-X8 represent separately the plant height, main stem number, weight per tuber, tuber number per plant, potato weight per plant, large-medium potato rate, fresh potato yield and dry matter rate.
通过对3个主成分特征向量分析和各性状指标数值的标准化处理,建立线性回归方程:
将3个主成分的方差贡献率作为权重系数建立综合评价模型F=(45.904×PC1+20.167×PC2+ 12.588×PC3)/78.660。根据3个主成分的线性回归方程及综合评价模型,计算出参试品种各主因子得分和综合得分,并按分值进行排序,结果见表8,得分越高说明该品种越适宜在冬闲稻田种植。华薯5号和华薯3号这2个品种得分较高,分别在植株产量构成性状、植株分枝性方面表现突出,比较适合在冬闲稻田种植。中薯13号在植株分枝性和光合产物积累上表现较好,而中薯191和红美综合评价得分较低。
表8 不同马铃薯品种综合得分及排名
Table 8
品种 Cultivar | 主成分Component | 综合得分 Comprehensive score | 排名 Ranking | ||
---|---|---|---|---|---|
PC1 | PC2 | PC3 | |||
中薯13号 Zhongshu 13 | -2.277 | 0.792 | 0.650 | -1.022 | 6 |
中薯191 Zhongshu 191 | -0.243 | -0.369 | -0.107 | -0.254 | 4 |
华薯3号 Huashu 3 | 1.613 | -0.151 | 0.200 | 0.935 | 2 |
华薯5号 Huashu 5 | 2.187 | -0.052 | -0.317 | 1.212 | 1 |
红美 Hongmei | -0.761 | -0.984 | -0.472 | -0.772 | 5 |
中薯3号 Zhongshu 3 | -0.519 | 0.764 | 0.047 | -0.099 | 3 |
3 讨论
品种适应性表现主要受遗传效应、环境效应及两者互作效应的综合影响,一个优良的品种必定是综合性状表现好的品种[6-7]。本研究对不同品种连续3年的植株生长和块茎经济相关因素进行方差分析,结果表明不同品种不同年份各农艺性状的表现差异显著。稳定性表现较好的品种有红美、华薯3号和华薯5号。主要农艺性状变异系数依次为干物质率<大中薯率<鲜薯产量<单株薯重<单株薯数<株高<单薯重<主茎数,主茎数的变异系数最大,株高的变异系数差异最大,2019年4月相较2018年4月和2020年4月寡照多雨,结合气象说明这些农艺性状存在很大差异,具有丰富的遗传信息和选择潜力,对于种质创新和新品种选育具有重要指导意义,这与何虎翼等[8]的研究结果一致。这些农艺性状变异的产生是由基因型、年份和年份与基因型互作共同作用的,变异显著的主要农艺性状中,主茎数、单薯重、单株薯数、大中薯率、单株薯重和鲜薯产量的变异因素作用为年份>基因型>年份与基因型互作,而株高为基因型>年份>年份与基因型互作,说明块茎形成和产量易受遗传和环境的双重影响,年度间气候环境等的变化能较大影响块茎形成和产量因素,因此稳产品种的筛选尤为重要。
4 结论
马铃薯新品种选育和推广不仅要考虑高产、优质,还需要考虑区域适应性和稳定性。经过连续3年的品种比较试验,对6个马铃薯新品种的生育期、田间表现、块茎外观、块茎经济性状等进行综合评价,初步筛选出黄皮黄肉品种华薯5号和华薯3号在湖南冬闲稻田试种推广。红美为红皮红肉的彩色马铃薯,产量为23 920.64 kg/hm2。
参考文献
不同海拔点食粒豌豆新品种丰产性和稳定性分析
DOI:10.11923/j.issn.2095-4050.cjas2020-0169
[本文引用: 1]
为了科学评价滇中山区新引进的6个秋播食粒豌豆品种的适应性、丰产性和稳定性,采用DPS软件一年多点品种试验的新复极差法、AMMI模型分析和回归系数法,分别对不同海拔试点新品种的综合表现进行分析。结果表明:随着海拔的升高,参试豌豆品种生育期增长,病情指数呈下降趋势,单株生产力逐渐增大。‘云豌18号’具有很高的稳定性,在3个海拔试点有很好的适应性,与对照品种相比平均产量达极显著水平,而‘云豌38号’和‘云豌25号’属于不稳定品种,仅海拔1758 m试点有很好的适应性,综合表现为一般。‘云豌17号’、‘云豌53号’和‘云豌8号’丰产性低、稳定性差,仅海拔1572 m试点有一定适应性,综合表现为较差,没有推广价值。在海拔为1500~1900 m滇中山区秋播食粒豌豆以‘云豌18号’为最佳品种,该品种在此海拔区域内具有很好的稳定性和丰产性,是一个具有推广前景的品种。
GGE双标图在马铃薯品种适应性及产量稳定性分析中的应用评价
红壤旱地食用型甘薯主要农艺性状的稳定性分析及适应性评价
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