基于GGE双标图分析的玉米单交、双交及群体间杂交种在巴西里约热内卢地区的适应性与稳定性研究

本研究通过GGE双标图方法，系统评估了8个玉米杂交种（包括单交、双交及UENF群体间杂交种）在巴西里约热内卢北部/西北部3个地点、2个生长季的表现。研究发现商业单交种（如30F35R和LG6036）产量最高但稳定性较差，而UENF群体间杂交种（如UENF 506-11）虽产量较低但稳定性优异，其低成本特性更适合当地小农户。研究为热带地区玉米品种选育提供了关键数据支持，GGE biplot方法有效解析了基因型与环境互作（GEI）。

　　

玉米（Zea mays L.）作为全球最重要的粮食作物之一，其产量表现高度依赖基因型与环境的复杂互作。在巴西里约热内卢州北部/西北部地区，多变的热带气候条件和土壤异质性使得玉米品种选育面临严峻挑战——商业杂交种虽然高产但成本昂贵且适应性有限，而本地传统品种又难以满足现代农业生产需求。这一矛盾催生了一个关键科学问题：如何在该地区特殊生态条件下，筛选出兼具高产潜力与稳定表现的玉米杂交种？

针对这一挑战，巴西北里约热内卢州立大学（UENF）的Vivane Mirian Lanhellas Gon?alves团队在《Scientific Reports》发表了一项创新研究。研究人员采用GGE（Genotype + Genotype × Environment Interaction）双标图方法，系统比较了单交种（如30F35R）、双交种（如AG 1051）和UENF开发的群体间杂交种（如UENF 506-16）在6种环境组合（3个地点×2个季节）中的表现。结果显示，商业单交种平均产量达9,644-9,743 kg ha^-1但稳定性差（PC2值偏离零值较大），而UENF群体间杂交种虽然产量降低12-34%（6,408-7,047 kg ha^-1），但其稳定性指数显著优于商业品种（PC2投影距离缩短40%以上）。这一发现为热带小农经济提供了重要的品种选择依据——当环境波动较大时，牺牲部分产量换取稳定性可能更具经济效益。

研究团队运用了三个关键技术方法：1）多环境试验设计（Campos dos Goytacazes、Cambuci和Itaocara三地，冬夏两季）；2）GGE双标图分析（PC1+PC2解释率80.85-97.7%）；3）表型性状多维评估（包括穗长LEWS、穗径DEWS、单穗重WEWS和千粒重W1000等）。田间试验采用随机区组设计，4次重复，通过NPK配方施肥（04-14-08基肥+20-00-20追肥）标准化管理。

关键结果呈现

1. 方差分析：所有性状均显示显著（P<0.01）的基因型×环境互作（GEI），其中产量变异16.76%来自环境效应，遗传力H²达0.92，证实多环境测试的必要性。

2. 双标图解析：

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     "胜者象限"分析显示，单交种30F35R在Campos夏季表现最佳（PC1=52.51），而UENF 506-11在Itaocara冬季最稳定（PC2≈0）。

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     平均环境坐标（AEC）显示，UENF杂交种全部位于稳定性优势区域（纵坐标投影<5%），而商业品种则分散在高产高波动区。

3. 理想基因型筛选：通过同心圆模型（图3）鉴定出BM 207最接近穗长性状理想型，UENF 506-16则是繁殖力（prolificness=1.16 ear/plant）的最佳平衡选择。

这项研究的重要价值在于：首先，首次在热带小农生态区验证了"产量-稳定性权衡"规律，UENF群体间杂交种每公顷种子成本可降低约30%，为资源受限农户提供可行方案；其次，GGE双标图方法在解释GEI复杂性方面表现出色（累计解释率>80%），为类似生态区作物育种建立了分析范式。正如作者Messias Gonzaga Pereira强调的，该成果不仅完善了UENF玉米育种体系（已培育出UENF 506-16等注册品种），更重要的是为理解杂种优势（heterosis）的生态限制提供了新视角——在热带农业系统中，过度追求单产最大化可能并非最优策略。