西北地区马铃薯基因型与环境互作效应分析及优异品种筛选
张连瑞, 唐振三, 何振明, 宋金凤, 栾倩倩, 杨秋华
作物学报
2026, 52 ( 10):
3142-3152.
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2026.64020
解析马铃薯基因型在不同年份及试点环境下的性状表现, 明确基因型与环境互作(G×E)对表型变异的影响, 筛选关键性状优异且稳定的基因型及其适宜环境, 为特定区域品种选育及合理布局提供依据。本研究以17份马铃薯品种为供试材料, 2023—2025年连续种植于甘肃省张掖市山丹县清泉镇、位奇镇和霍城镇, 测定植株农艺性状(株高、茎粗、主茎数)和块茎产量组分(单株结薯数、单株产量、小区产量)。采用联合方差分析与基因型与环境互作效应(GGE)双标图评价基因型适应性、稳定性及试点区分力和代表性; 采用多性状稳定性指数(MTSI)进行综合筛选。联合方差分析表明, 除茎粗外, 其余农艺与产量性状在基因型、年份及试点间均差异显著。基因型效应及其与年份、试点的互作是引起基因型表型变异的主要因素。单株结薯数基因型效应占比最高(50.04%), 其次为单株薯重(36.72%)和小区产量(20.92%); 在互作效应中, 茎粗的基因型×年份×试点互作效应占比最高(36.85%), 主茎数、小区产量及单株薯重次之, 分别为27.35%、25.89%和25.04%。对照品种大西洋、陇薯23号和中薯18号在株高、产量等关键性状上表现优异且稳定性高。清泉与霍城试点对基因型具有较强的区分力和环境代表性, 且2024—2025年试点区分力整体优于2023年。GGE双标图及MTSI可有效鉴定基因型并筛选出理想试点环境。大西洋、陇薯23号等基因型在关键性状上表现优异且稳定, 2024—2025年的清泉与霍城试点可代表理想环境用于品种精准评价与推广。
序号
Code | 品种
Variety | 来源
Source | 序号
Code | 品种
Variety | 来源
Source | | G1 | 克新1号 Kexin 1 | 黑龙江农业科学院
Heilongjiang Academy of Agricultural Sciences, China | G10 | 陇薯23号Longshu 23 | 甘肃省农业科学院
Gansu Academy of Agricultural Sciences, China | | G2 | 陇薯红1号 Longshuhong 1 | 甘肃省农业科学院
Gansu Academy of Agricultural Sciences, China | G11 | 甘农薯9号Gannongshu 9 | 甘肃农业大学
Gansu Agricultural University, China | | G3 | 云薯304
Yunshu 304 | 云南省农业科学院
Yunnan Academy of Agricultural Sciences, China | G12 | 甘农薯7号Gannongshu 7 | 甘肃农业大学
Gansu Agricultural University, China | | G4 | Innovator | 荷兰 Netherlands | G13 | 青薯2号Qingshu 2 | 青海省农林科学院
Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Sciences, China | | G5 | 甘引9号 Ganyin 9 | 定西马铃薯研究所
Dingxi Potato Research Institute, China | G14 | 青薯9号Qingshu 9 | 青海省农林科学院
Qinghai Academy of Agriculture and Forestry Sciences, China | | G6 | 夏波蒂
Shepody | 加拿大 Canada | G15 | 陇薯17号Longshu 17 | 甘肃省农业科学院
Gansu Academy of Agricultural Sciences, China | | G7 | 冀张薯12号Jizhangshu 12 | 张家口市农业科学院
Zhangjiakou Academy of Agricultural Sciences, China | G16 | 中薯18号Zhongshu 18 | 中国农业科学院蔬菜花卉研究所
Institute of Vegetables and Flowers, Chinese Academy of Agricultural Sciences, China | | G8 | 陇薯10号Longshu 10 | 甘肃省农业科学院
Gansu Academy of Agricultural Sciences, China | G17 | 大西洋
Atlantic (CK) | 美国 USA | | G9 | 天薯11号Tianshu 11 | 天水市农业科学研究所
Tianshui Institute of Agricultural Sciences, China | | | |
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表1
17份供试材料
正文中引用本图/表的段落
马铃薯(Solanum tuberosum L.)是全球重要的粮菜兼用作物, 其在不同生态环境下的稳定性受基因型、环境及其互作(G×E)效应的复杂调控[1]。解析关键性状的G×E效应, 科学评价品种适应性与稳定性, 是选育广适品种、优化区域布局的重要基础。多环境试验(multi-environment trial, MET)表明, 作物品种农艺及产量性状多为多基因控制的复杂数量性状, 其表型变异主要源于基因型、环境及其互作共同驱动[1-2]。G×E是导致同一基因型在不同生态区域适应性差异的核心因素, 会制约品种推广[3-4]。研究表明, 光、温、水、肥等环境因子显著影响马铃薯农艺、产量及品质性状[5-8]。光温变化直接调控块茎膨大与最终产量; 干旱胁迫影响植株冠层结构, 抑制光合产物分配与块茎形成[7-8]; 高海拔冷凉环境有利于块茎干物质与淀粉积累, 而温暖地区种植的马铃薯还原糖含量可能升高, 影响块茎加工及食味品质[7,9-13]。解析G×E对选育优质高产且稳定性好、符合市场需求的新品种具有关键作用。
以17份马铃薯品种为供试材料(表1), 2023—2025年种植于甘肃省张掖市山丹县清泉镇、位奇镇和霍城镇(表2)。试验采用完全随机区组设计, 3次重复。小区面积10 m × 3.3 m, 单垄双行, 垄距110 cm、垄宽70 cm、垄高30 cm, 播深7~8 cm。各试点统一栽培管理, 基施有机肥600 kg hm-2、磷酸二铵300 kg hm-2、尿素225 kg hm-2、硫酸钾375 kg hm-2、马铃薯专用复合肥(12-19-16) 450 kg hm-2及中量元素水溶肥150 kg hm-2, 全生育期灌水5次。参照《马铃薯试验研究方法》[23]和《马铃薯栽培生理》[24]测量主茎数、茎粗、株高, 统计块茎产量组分。
2023—2025年多环境试验结果表明, 基因型株高、主茎数、单株结薯数、单株薯重及小区产量在试点间差异显著, 而茎粗在试点与年份间的差异不显著(图1-A~F)。除主茎数外, 其余性状的基因型、环境、年份×环境、基因型×环境及基因型×年份×环境互作效应均达极显著水平; 主茎数仅基因型效应显著(表3)。单株结薯数的基因型效应平方和占总变异平方和的比例最大(50.04%), 其次为单株薯重(36.72%)、小区产量(20.92%)、主茎数(10.85%)和株高(10.70%), 茎粗最小(9.45%)。各性状环境效应在总变异平方和中的占比较低(0.23%~4.54%)。在互作效应中, 茎粗的基因型×年份×环境互作效应在总变异平方和中的占比最高(36.85%), 主茎数、小区产量及单株薯重次之, 分别为27.35%、25.89%和25.04%。
本文的其它图/表
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