徐良年，鄧祖湖，林彥銓，陳如凱，傅華英

（福建農(nóng)林大學(xué)/農(nóng)業(yè)部甘蔗遺傳改良重點(diǎn)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)室，福州350002）

親本評(píng)價(jià)和家系選配是甘蔗育種者在品種選育工作中面臨的首要問(wèn)題之一。近30年來(lái)，我國(guó)甘蔗育種者廣泛采用不完全雙列雜交遺傳設(shè)計(jì)（NCⅡ），通過(guò)一般配合力（gca）和特殊配合力（sca）效應(yīng)，從光合、品質(zhì)、抗性、主要經(jīng)濟(jì)性狀等方面對(duì)親本和家系進(jìn)行評(píng)價(jià)[1-7]，提高了選擇率。然而，NCⅡ常因甘蔗花期差異大，無(wú)法配制成家系，或種子發(fā)芽率低，育成苗數(shù)不足等，使試驗(yàn)無(wú)法進(jìn)行，或僅能對(duì)幾個(gè)至十幾個(gè)家系進(jìn)行遺傳評(píng)價(jià)，更無(wú)法對(duì)全國(guó)雜交后代家系進(jìn)行聯(lián)合評(píng)價(jià)。目前，國(guó)際上動(dòng)植物育種者最廣泛采用的一種先進(jìn)的遺傳評(píng)價(jià)方法是最佳線性無(wú)偏預(yù)測(cè)（Best Linear Unbiased Prediction，簡(jiǎn)稱BLUP），它不僅能對(duì)NCⅡ進(jìn)行分析，還能對(duì)不平衡數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并可估算親本的育種值和家系的遺傳值[8－9]。

甘蔗選育種的最終目標(biāo)是選育出使甘蔗原料生產(chǎn)及其加工整個(gè)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益最好的品種，而甘蔗新品種選育涉及蔗莖產(chǎn)量、甘蔗蔗糖分、有效莖、莖徑、株高、錘度和纖維分性狀及抗病蟲性等性狀，且性狀間常交互作用。隨著育種科學(xué)的發(fā)展，確定和評(píng)價(jià)甘蔗親本和家系的方法趨于在多性狀的綜合選擇中用經(jīng)濟(jì)遺傳值表達(dá)數(shù)量化的育種目標(biāo)。是針對(duì)不同性狀的改良使某一目標(biāo)性狀提高相同幅度，但對(duì)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益大小不相同而提出的。其目的就是要把性狀的遺傳與經(jīng)濟(jì)聯(lián)系起來(lái)，使性狀改良更具實(shí)際意義。經(jīng)濟(jì)權(quán)重反映各性狀的經(jīng)濟(jì)重要性，表示某性狀改良單位值對(duì)生產(chǎn)單位商品（如1t糖）能給整個(gè)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生多少的效益（元）[10]。經(jīng)濟(jì)遺傳值是各性狀的改良對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)所帶來(lái)的經(jīng)濟(jì)效益值。其優(yōu)點(diǎn)在于考慮了多個(gè)性狀的經(jīng)濟(jì)重要性、市場(chǎng)需求和遺傳因素。因此，它所反映出的價(jià)值是全面的。有關(guān)這方面的研究國(guó)外己有報(bào)道[11-14]，澳大利亞甘蔗最主要的育種機(jī)構(gòu)BSES（甘蔗試驗(yàn)管理局）以經(jīng)濟(jì)遺傳值為依據(jù)，僅僅幾年就選育和推廣應(yīng)用了工農(nóng)皆歡迎的Q220、Q226、Q228、Q238和Q240等一系列品質(zhì)、產(chǎn)量和抗性協(xié)調(diào)的新品種。為此，本研究以45個(gè)家系的實(shí)生苗為供試材料，選擇對(duì)甘蔗產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)影響最大的蔗莖產(chǎn)量、甘蔗蔗糖分、有效莖、莖徑、株高和甘蔗纖維分6個(gè)主要數(shù)量性狀，依據(jù)各性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重，采用混合線性模型BLUP估算家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值（親本的經(jīng)濟(jì)育種值），并通過(guò)經(jīng)濟(jì)遺傳值對(duì)我國(guó)引進(jìn)及自育的親本及其家系進(jìn)行評(píng)價(jià)，進(jìn)而指導(dǎo)家系選擇，為無(wú)性系選擇提供數(shù)量化的參數(shù)，以期提高甘蔗選育種效率。

1 材料與方法

1.1 材料與試驗(yàn)設(shè)計(jì)

以2007年冬在瑞麗甘蔗育種站和海南甘蔗育種場(chǎng)成功獲得種子的45個(gè)育成苗數(shù)超過(guò)100苗的家系為供試材料。這些家系涉及36個(gè)親本，其中10個(gè)為引進(jìn)親本，26個(gè)為國(guó)內(nèi)親本（5個(gè)來(lái)自臺(tái)灣），作為父本利用26個(gè)，作為母本利用29個(gè)，同時(shí)做為父本和母本利用的8個(gè)。2008年3月22日播種，4月28—30日假植，6月1日從45個(gè)家系中隨機(jī)取99株實(shí)生苗，按隨機(jī)區(qū)組3次重復(fù)種植于本實(shí)驗(yàn)室試驗(yàn)田。小區(qū)為1行區(qū)，行長(zhǎng)10m，行距1.1m，每小區(qū)種植33株。田間管理措施同雜種圃。

1.2 調(diào)查測(cè)試項(xiàng)目與方法

2009 年 1 月 9—13日調(diào)查每小區(qū)成活叢數(shù)（叢/小區(qū)）及每叢的株高（cm）、莖徑（cm）、有效莖（條/叢），并分別以單莖重=[0.785×莖徑2（cm）×株高（cm）×1.0（kg/cm3）]/1000，蔗莖產(chǎn)量=單莖重（kg）×有效莖（條/叢）×成活叢數(shù)（叢/小區(qū)）估算單莖重和小區(qū)蔗莖產(chǎn)量，取小區(qū)平均值進(jìn)行有關(guān)統(tǒng)計(jì)分析。同時(shí)，每小區(qū)隨機(jī)取10叢，每叢取主莖，砍下后10條蔗莖為樣本，送農(nóng)業(yè)部甘蔗及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心蔗檢室檢測(cè)甘蔗蔗糖分和甘蔗纖維分，檢測(cè)方法為二次旋光法。

1.3 統(tǒng)計(jì)與分析

數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析采用軟件R-2.12.2的混合線性模型和數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)完成經(jīng)濟(jì)遺傳值的計(jì)算[15]。

1.3.1 混合線性模型 混合線性模型是將觀察值表示為對(duì)其有影響的各環(huán)境與遺傳因子之和，由于模型中有些效應(yīng)是隨機(jī)效應(yīng)，有些是固定效應(yīng)，故稱為線性混合模型。根據(jù)線性模型理論，混合線性模型可以用矩陣表示為：Y=Xb+Zu+e

式中 Y是觀察值向量，b是固定效應(yīng)向量，X是b的結(jié)構(gòu)矩陣，u是隨機(jī)效應(yīng)向量，Z是u的結(jié)構(gòu)矩陣，e是隨機(jī)殘差向量。

1.3.2 經(jīng)濟(jì)遺傳值（經(jīng)濟(jì)育種值） 經(jīng)濟(jì)遺傳值（經(jīng)濟(jì)育種值）是一個(gè)線性函數(shù)，其模型為：EGV=ΣGiWi

式中EGV為經(jīng)濟(jì)遺傳值（經(jīng)濟(jì)育種值），Gi為性狀i的遺傳值（育種值），Wi為性狀i的經(jīng)濟(jì)權(quán)重。

2 結(jié)果與分析

2.1 性狀的選擇及經(jīng)濟(jì)權(quán)重

甘蔗選育種的最終目的是選育出能讓甘蔗原料生產(chǎn)、制糖及副產(chǎn)品利用等整個(gè)行業(yè)經(jīng)濟(jì)效益好的新品種。而甘蔗不同性狀對(duì)行業(yè)最終產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益是不同的，且性狀間的效應(yīng)常交織在一起。在確定對(duì)甘蔗產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)影響最大的性狀時(shí)，參考國(guó)外并結(jié)合國(guó)內(nèi)甘蔗生產(chǎn)仍是以手工操作為主的實(shí)際情況。認(rèn)為甘蔗生產(chǎn)過(guò)程的勞務(wù)成本是甘蔗也是蔗糖生產(chǎn)的最主要成本，而甘蔗的主要農(nóng)藝性狀有效莖、株高和莖徑都對(duì)甘蔗生產(chǎn)成本構(gòu)成直接的影響，因而這3性狀列為確定經(jīng)濟(jì)權(quán)重的性狀，但僅考察這3性狀對(duì)甘蔗生產(chǎn)過(guò)程中的勞力成本，而不再計(jì)算他們對(duì)產(chǎn)量影響帶來(lái)的效應(yīng)。另一方面，甘蔗制糖的最終目的是產(chǎn)糖，是要單位面積產(chǎn)糖量高，而決定這的直接性狀是甘蔗蔗糖分和產(chǎn)量。另外纖維是一項(xiàng)大宗的副產(chǎn)品，因而也列為一個(gè)主要的性狀。除以上6性狀外，其它性狀如單莖重是莖徑與株高綜合作用的結(jié)果，錘度與甘蔗蔗糖分趨勢(shì)一致，大多已體現(xiàn)在甘蔗蔗糖分中，蔗汁蔗糖分、轉(zhuǎn)光度、視純度、重力純度性狀等都是試驗(yàn)過(guò)程中一些中間性狀，他們的效應(yīng)都已體現(xiàn)在前述的6個(gè)性狀中。表1列出了甘蔗實(shí)生苗經(jīng)濟(jì)遺傳值的性狀經(jīng)濟(jì)權(quán)重，具體計(jì)算依據(jù)及計(jì)算過(guò)程參見(jiàn)鄧祖湖《經(jīng)濟(jì)遺傳值及性狀經(jīng)濟(jì)權(quán)重的確定》[16]

表1 6性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重

2.2 母本經(jīng)濟(jì)育種值

評(píng)價(jià)育種目標(biāo)最科學(xué)合理的方法是在多性狀的綜合選擇中，用經(jīng)濟(jì)評(píng)估的方法確定數(shù)量化的育種目標(biāo)。甘蔗經(jīng)濟(jì)育種值是6性狀的貨幣表現(xiàn)形式，它反映了親本的經(jīng)濟(jì)效益。29個(gè)母本6性狀的經(jīng)濟(jì)育種值列于表2，29個(gè)母本經(jīng)濟(jì)育種值變幅為-320.58～453.09元，有16個(gè)母本經(jīng)濟(jì)育種值為正值?；涋r(nóng)73-204是最理想的母本，其經(jīng)濟(jì)育種值最高（453.09元）；其次是德蔗 93-88、CP84-1198、粵糖 85-177、HoCP93-746、桂糖96-44、云蔗89-351六個(gè)母本，他們的經(jīng)濟(jì)育種值在140～160元；再次為CP88-2143、湛蔗74-141、CP65-357、福農(nóng)91-4710經(jīng)濟(jì)育種值為100～120元；而云瑞99-601、湛蔗16、ROC25、福農(nóng)94-0403經(jīng)濟(jì)育種值最低，為-350～-200 元。

2.3 父本經(jīng)濟(jì)育種值

26個(gè)父本6性狀的經(jīng)濟(jì)育種值列于表3，有10個(gè)父本經(jīng)濟(jì)育種值為正，其經(jīng)濟(jì)育種值變幅為42.91～138.47元。CP84-1198是最理想的父本，其經(jīng)濟(jì)育種值最高，為138.47元，是第二名的2倍，可作為重點(diǎn)父本加大利用；其次為福農(nóng)91-4621和粵糖89-240的經(jīng)濟(jì)育種值分別為69.22元和46.88元，分別位居參試父本的第二和第三，可擴(kuò)大利用；再次為CP81-1254和桂糖00-122，其經(jīng)濟(jì)育種值分別為29.83元和24.88元。而德蔗93-94、云蔗94-375、桂糖91-116、ROC10和云瑞05-189父本經(jīng)濟(jì)育種值較小，為-45～-30元。

2.4 家系經(jīng)濟(jì)遺傳值

家系經(jīng)濟(jì)遺傳值是家系6性狀的貨幣表現(xiàn)形式，它反映了家系的產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益。45個(gè)家系6性狀的經(jīng)濟(jì)遺傳值列于表4，45個(gè)家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值變幅為-560.39～776.97元，有20個(gè)家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值為正。粵農(nóng)73-204×CP84-1198和福農(nóng)91-4710×粵糖89-240表現(xiàn)最突出，經(jīng)濟(jì)遺傳值分別為776.97元和616.76元；其次為 HoCP93-746×福農(nóng) 91-4621、CP84-1198×ROC22、 粵糖 91-976×CP84-1198、HoCP93-746×ROC22、CP88-2143×粵糖 97-76家系，經(jīng)濟(jì)遺傳值為300～450元，可上升為生產(chǎn)性家系；再次桂糖96-44×ROC10、云蔗 89-351×CP84-1198、湛蔗 74-141×CP81-1254、HoCP93-746×湛蔗 74-141、 德蔗 93-88×云瑞 99-601、ROC11×桂糖 91-116 家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值為 200～299元；CP65-357×云瑞 05-578、粵糖 85-177×桂糖 00-122、桂糖94-116×ROC22、ROC22×桂糖 00-122 家系的經(jīng)濟(jì)遺傳值為100～199元，建議繼續(xù)雜交觀察；而ROC25×桂糖91-116、云瑞99-601×CP72-1210、RB72-454×云瑞 05-189、云瑞99-601×德蔗 93-94、 湛蔗 16×CP84-1198家系經(jīng)濟(jì)遺傳值為-600～-300元，應(yīng)淘汰。

表2 29個(gè)母本6性狀的經(jīng)濟(jì)育種值

表3 26個(gè)父本6性狀的經(jīng)濟(jì)育種值

3 討論

本研究結(jié)果表明，粵農(nóng)73-204和CP84-1198可作為重點(diǎn)親本加以利用?；涋r(nóng)73-204含有熱帶種 （59.33%）、印度種（10.93%）、中國(guó)種（6.25%）和割手密（10.94%）血緣，是我國(guó)甘蔗育種常用親本。在29個(gè)母本中，粵農(nóng)73-204的經(jīng)濟(jì)育種值最高。以其為母本已選育出粵農(nóng)87-759、粵糖 91-976、粵糖 91-1102、粵糖93-159、福農(nóng) 95-1702、粵糖 00-236、粵糖00-318七個(gè)通過(guò)國(guó)家和省審（認(rèn)）定的品種。其中粵糖91-976和粵糖93-159公頃含糖量分別位居國(guó)家第2、3輪區(qū)試材料的首位。福農(nóng)95-1702和粵糖93-159在區(qū)試中糖分性狀突出，為早熟高糖，最高甘蔗蔗糖分曾達(dá)17%以上[17]。CP84-1198是近年引起我國(guó)甘蔗育種者重視的親本之一，父母本經(jīng)濟(jì)育種值均高。以往的研究結(jié)果也表明該親本具有良好的配合力[18－19]。以其為母本已選育出福農(nóng)30號(hào)通過(guò)國(guó)家鑒定。ROC22高產(chǎn)高糖宿根好適應(yīng)性強(qiáng)，1998年從臺(tái)灣引進(jìn)，2007年占當(dāng)年廣西甘蔗面積的62.1%、全國(guó)甘蔗面積35%以上[20]。目前仍是我國(guó)生產(chǎn)上種植面積最大的栽培品種。本試驗(yàn)中ROC22是個(gè)父母本經(jīng)濟(jì)育種也較高的親本。因ROC22作為親本使用年限短，其后代仍處在選育階段。

表4 45個(gè)家系6性狀的經(jīng)濟(jì)遺傳值

家系粵農(nóng) 73-204× CP84-1198，福農(nóng) 91-4710×粵糖 89-240、HoCP93-746×福農(nóng) 91-4621、CP84-1198 ×ROC22、粵糖 91-976×CP84-1198、HoCP93-746×ROC22、CP88-2143×粵糖 97-76、桂糖 96-44×ROC10、云蔗89-351×CP84-1198、 湛蔗 74-141×CP81-1254、HoCP93-746×湛蔗 74-141、 德蔗 93-88×云瑞 99-601、ROC11×桂糖91-116等經(jīng)濟(jì)遺傳值高，綜合性狀較好，可上升為生產(chǎn)性組合。2010年1月已從這些家系宿根蔗中入選一批優(yōu)異材料進(jìn)入選種圃，正在進(jìn)一步驗(yàn)證評(píng)價(jià)效果。

在甘蔗育種中，如何客觀合理地評(píng)價(jià)雜交親本和家系，進(jìn)而有針對(duì)性地進(jìn)行選育是育種者的重要課題。應(yīng)用不完全雙列雜交遺傳設(shè)計(jì)估算親本的一般配合力（gca）和家系的特殊配合力（sca）能合理評(píng)判親本育種潛力和家系優(yōu)劣，提高家系選配的預(yù)見(jiàn)性和后代選擇的效率。但近30多年來(lái)，我國(guó)育種者采用NCⅡ僅對(duì)我國(guó)極少數(shù)親本和家系進(jìn)行了評(píng)價(jià)，更無(wú)法對(duì)全國(guó)雜交后代進(jìn)行聯(lián)合評(píng)價(jià)，而混合線性模型克服了數(shù)據(jù)的不平衡性，不僅可擴(kuò)大評(píng)價(jià)范圍，而且能對(duì)全國(guó)雜交后代家系進(jìn)行聯(lián)合評(píng)價(jià)。經(jīng)濟(jì)遺傳值是對(duì)產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)效益有較大關(guān)系的各種主要經(jīng)濟(jì)性狀的遺傳效應(yīng)與性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重形成的一種選擇指數(shù)，綜合考慮了多個(gè)性狀的遺傳因素、經(jīng)濟(jì)重要性和市場(chǎng)需求，因此，它能全面反映所評(píng)價(jià)材料對(duì)產(chǎn)業(yè)的價(jià)值，有效地提高育種效率。值得注意的是性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重會(huì)隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展、育種目標(biāo)不同而變。但經(jīng)濟(jì)權(quán)重是一個(gè)反映性狀間經(jīng)濟(jì)重要性的參數(shù)，只要影響其相對(duì)重要性的基礎(chǔ)沒(méi)有變，為保持年份間數(shù)據(jù)的可比性，經(jīng)濟(jì)權(quán)重要保持相對(duì)的穩(wěn)定。有關(guān)經(jīng)濟(jì)遺傳值這種評(píng)價(jià)方法的重演性和實(shí)用性及其對(duì)無(wú)性系的評(píng)價(jià)有待進(jìn)一步研究。

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