經(jīng)艷芬，邊 芯，郎榮斌，桃聯(lián)安，董立華，朱建榮，周清明，安汝東，楊李和，孫有芳

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站，云南 瑞麗 678600)

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4種方法評價甘蔗雜交組合優(yōu)劣的比較

經(jīng)艷芬，邊 芯*，郎榮斌，桃聯(lián)安，董立華，朱建榮，周清明，安汝東，楊李和，孫有芳

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站，云南 瑞麗 678600)

為科學(xué)評價云瑞系列創(chuàng)新親本及組合的育種潛力，文章以云瑞甘蔗創(chuàng)新親本選配的32個雜交組合為研究材料，分別應(yīng)用R軟件分析、灰色接近度評估、同異分析、模糊綜合評判4種方法對參試組合有性世代主要工、農(nóng)藝性狀進行綜合分析，并比較4種方法對雜交組合優(yōu)劣評價的準(zhǔn)確度、區(qū)分度、以及評價等級與雜種圃材料入選率高低的吻合程度，4種方法得出較為一致的結(jié)果：除6號組合外的1～9號組合均為優(yōu)級、較優(yōu)級，29～32號組合為較差級、差級；除少數(shù)組合外，評價等級的優(yōu)劣與其雜種圃入選率的高低基本吻合；灰色接近度評估對組合的區(qū)分度好，但準(zhǔn)確度較差；同異分析、模糊綜合評判對組合的區(qū)分度、準(zhǔn)確度均為最優(yōu)或優(yōu)，可作為甘蔗雜交組合評價優(yōu)先使用的方法，與常用的R軟件分析共同構(gòu)成甘蔗雜交組合評價的技術(shù)方法體系。

雜交組合；育種值；灰色接近度；綜合同一度；綜合優(yōu)級

親本、組合評價是作物育種的永恒命題，亦是作物育種的前提與基礎(chǔ)。在長期的作物育種實踐中，從品種表現(xiàn)反證其親本、組合優(yōu)劣[1]的定性評價到應(yīng)用生物統(tǒng)計、數(shù)量遺傳學(xué)原理的定量評價，隨著定量評價方法的不斷發(fā)展，以及可用于分析不平衡數(shù)據(jù)的最佳線性無偏預(yù)測BLUP(Best Linear Unbiased Prediction)方法的應(yīng)用，對組合選配要求不高，計算簡單、方便使用的評價方法應(yīng)運而生，降低了親本組合評價難度，卻大大提升了對育種的指導(dǎo)作用。甘蔗雜交親本、組合的定量評價始于20世紀(jì)60年代，經(jīng)歷了根據(jù)完全雙列雜交設(shè)計、NC-Ⅱ不完全雙列雜交設(shè)計等[2-3]，到近年來普遍用于甘蔗親本、組合評價的灰色綜合評判[4]、模糊綜合評判[5-6]、R軟件分析[7-10]等，對雜交組合選配的要求從嚴(yán)格的完全、不完全雙列雜交設(shè)計，到任意選配組合的隨機區(qū)組設(shè)計，使得甘蔗親本、組合評價更為容易。R軟件是一款可用于基于多性狀育種值估計的最佳線性無偏預(yù)測(Restricted BLUP)方法的免費分析軟件，也是目前國內(nèi)、外動植物育種普遍應(yīng)用的分析軟件，一般形式為Yijk=u+hi+eijk[11]，近年來，在甘蔗雜交組合親本評價中得到廣泛應(yīng)用[12-14]?；诨疑碚?、同異理論的灰色接近度評估[15]、同異分析等在小麥、大豆、玉米等育種親本、組合評價中已得到普遍應(yīng)用[16-18]，并證明這些方法計算更簡便，結(jié)果可靠，不失為親本、組合評價的好方法。但是這些方法在甘蔗種質(zhì)、親本、組合評價中尚未得到應(yīng)用。

表1 參試組合及其代號

云瑞系列甘蔗創(chuàng)新親本是云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所在云南高原瑞麗內(nèi)陸型氣候條件下，利用原生地為云南的甘蔗野生種及其近緣屬種植物與甘蔗栽培原種(熱帶種、印度種、中國種等)、品種雜交，創(chuàng)新種質(zhì)培育的，其培育的策略是發(fā)掘利用甘蔗野生種的優(yōu)良抗逆基因，培育抗旱、耐寒、抗病性優(yōu)良的甘蔗創(chuàng)新親本，改良甘蔗品種的抗逆性，增強其適應(yīng)性，尋求甘蔗育種的新突破。經(jīng)過本課題組二十多年的努力，云瑞系列甘蔗創(chuàng)新親本已在全國甘蔗育種實踐中普遍應(yīng)用。

以云瑞系列創(chuàng)新親本與國內(nèi)、外引進品種選配的32個雜交組合為研究材料，分析比較了R軟件分析、灰色接近度評估、同異分析、模糊綜合評判四種方法的綜合評價結(jié)果，旨在篩選計算簡單、結(jié)果可靠、方便使用的親本、組合評價方法，構(gòu)建含云南甘蔗野生種血緣創(chuàng)新種質(zhì)、親本、組合評價的方法體系，為甘蔗育種推薦優(yōu)良創(chuàng)新親本、優(yōu)級雜交組合提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

參試材料詳見表1。每個組合隨機選取90株實生苗，按隨機區(qū)組設(shè)計布置3重復(fù)單行區(qū)的雜種圃試驗，每個重復(fù)種植20株，株距25 cm，行距120 cm，于5月上旬定植于大田，12月中下旬結(jié)合雜種圃材料決選，每重復(fù)連續(xù)調(diào)查10叢的有效莖數(shù)，每叢3株，每組合累計調(diào)查30叢的有效莖數(shù)，90個單株的株高、莖徑、錘度，并根據(jù)經(jīng)驗公式計算單莖重(kg)(莖徑2×株高×0.7854/1000)，叢重(kg)(單莖重×叢莖數(shù))，錘重(kg)(叢重×錘度/100)，蔗莖產(chǎn)量(t/hm2)(莖徑2×株高×0.785×有效莖數(shù)÷106)，含糖量(t/hm2)[蔗莖產(chǎn)量×錘度×0.69/100(0.69為經(jīng)驗數(shù)據(jù))]，取各性狀3個重復(fù)的平均值進行雜交組合的優(yōu)劣評價。

1.2 分析方法

由于雜種圃甘蔗生長時間只有7個月，與甘蔗全生育期的12～15個月相比，生長量明顯不足，在分析過程中，各性狀均按上限性狀進行無量綱化轉(zhuǎn)換或相關(guān)處理，公式：ri(k)=Xi(k)/Xi(k)maxi。

R軟件分析[7-14]、灰色接近度評估[15]、同異分析[16-18]、模糊綜合評判[5-6]均參照相關(guān)文獻(xiàn)的方法。為便于4種分析方法之間的優(yōu)劣比較，根據(jù)每種分析方法評價值的極差進行5級分類，劃分評價等級。等級劃分與比較依據(jù)：R軟件分析結(jié)果為組合育種值，模糊綜合評判以綜合優(yōu)級，同異分析、灰色接近度評估為參試組合與理想組合的綜合同一度、灰色接近度。

權(quán)重(Wk)的確定參照文獻(xiàn)[18]的‘離差最大化法’，各性狀的Wk={株高，莖徑，單莖重，叢莖數(shù)，錘度，叢重，錘重}={0.070，0.092，0.183，0.194，0.056，0.188，0.216}。不同分析方法均用此權(quán)重。

表2 32個雜交組合隨機區(qū)組3重復(fù)試驗主要性狀平均結(jié)果

2 結(jié)果與分析

2.1 參試組合7個性狀表現(xiàn)

表2列出了32個參試雜交組合7個性狀3次重復(fù)的平均值，從中可見，由于雜種圃甘蔗的生長時間僅半年，生長量明顯不足，表現(xiàn)為株高偏矮，莖徑偏細(xì)，錘度偏低，但是3個性狀的變異系數(shù)均不大，分別為7.80 %、8.18 %、5.54 %，在幾個直接調(diào)查取得的性狀中，叢莖數(shù)的變異系數(shù)最大為17.7 %，由經(jīng)驗公式計算得到的單莖重、叢重、錘重3個性狀的變異系數(shù)分別為17.82 %、22.67 %、24.54 %。因此，有性世代材料的篩選，錘度、叢莖數(shù)是應(yīng)該重點考慮的性狀。

2.2 4種方法評價結(jié)果比較

2.2.1 4種方法分析結(jié)果 各種分析方法對組合的評價結(jié)果均按五級分類，從表3～4可見，R軟件分析結(jié)果，組合育種值≥7.184為優(yōu)級、1.190≤育種值<7.184為較優(yōu)級、-4.804≤育種值<1.190為一般級、-10.798≤育種值<-4.804為較差級、育種值<-10.798為差級，則1～9、12、15、19、24、26號共13個為優(yōu)級與較優(yōu)級組合，25、28～32號共6個為較差級與差級組合；灰色接近度分析結(jié)果：接近度≥0.8802為優(yōu)級，0.8254≤接近度<0.8802為較優(yōu)級、0.7706≤接近度<0.8254為一般級、0.7158≤接近度<0.7706為較差級、接近度<0.7158為差級，則1～12號共12個為優(yōu)級與較優(yōu)級組合，24～32號共9個為較差級與差級組合；同異分析結(jié)果：綜合同一度≥0.841為優(yōu)級，0.752≤綜合同一度<0.841為較優(yōu)級、0.663≤綜合同一度<0.752為一般級、0.574≤綜合同一度<0.752為較差級、綜合同一度<0.574為差級，則1～19號共19個為優(yōu)級與較優(yōu)級組合，28～32號共5個為較差級與差級組合；模糊綜合評判結(jié)果：綜合優(yōu)級(b1)≥0.470為優(yōu)級，0.378≤綜合優(yōu)級(b1)<0.470為較優(yōu)級、0.285≤綜合優(yōu)級(b1)<0.378為一般級、0.193≤綜合優(yōu)級(b1)<0.285為較差級、綜合優(yōu)級(b1)<0.193為差級，則除6外的1-16、19、21共17個為優(yōu)級與較優(yōu)級組合，6、24、25、26、27、29、30、32共8個為較差級與差組合。各種分析方法對32個參試組合的排序結(jié)果大同小異，相同的是4種方法分析結(jié)果1、2、4、5 4個組合均為優(yōu)級，9、12均為較優(yōu)級，20、22-23均為一般級，32號組合均為差級。

表3 雜交組合4種評價方法結(jié)果比較

表4 雜交組合優(yōu)劣評價結(jié)果及其雜種圃入選率

Notes: RJ=R Judgment, GCDJ=Grey Closeness Degree Judgment, SDJ=Similarity-difference Judgment, FCEJ=Fuzzy comprehensive evaluation Judgment, RSHN=Ratio of selection into hybrid nursery.

表5 4種分析方法的區(qū)分度與離均差比較

2.2.2 雜交組合優(yōu)劣評價結(jié)果及其雜種圃入選率 從表4可見，雜種圃入選率達(dá)到4 %以上的6個組合依次為7(7.2 %)、3(5.8 %)、10(5.0 %)、19(4.6 %)、11(4.4 %)、6(4.2 %)，其中除6號組合模糊綜合評判評語為較差級，19號組合接近度、R軟件分析為一般級外，其余4個均為優(yōu)級、較優(yōu)級。4種評價結(jié)果均為優(yōu)級、較優(yōu)級的1～9、12號組合中，除4、5號組合外，雜種圃均有材料入選升級，4種方法評價結(jié)果在一般級以下的20～32號組合中，雜種圃材料的入選率與評價結(jié)果吻合程度稍差。

2.2.3 4種方法的區(qū)分度比較 區(qū)分度即表示評判值的離散程度，一般地，離散程度越大，區(qū)分度越好，相應(yīng)的分析方法則越優(yōu)。文章參照文獻(xiàn)[17]的方法，定義區(qū)分度，式中：γmax、γmin表示參數(shù)中最大值、最小值的絕對值。如同異分析的γmax為0.930，γmin為0.485，根據(jù)各種分析方法評判值計算區(qū)分度詳見表5，從中可見，模糊綜合評判的區(qū)分度最優(yōu)，其次是同異分析，區(qū)分度較差的是灰色接近度評估和R軟件分析。

2.2.4 4種方法的離均值比較 根據(jù)數(shù)理統(tǒng)計原理，離均差值反映的是各種分析方法的分析結(jié)果偏離平均值的距離，用絕對差值表示，離均差值越小，反應(yīng)分析結(jié)果的準(zhǔn)確率越高。如果用離均差的絕對值比較各種分析方法的優(yōu)劣，從表5可見，R軟件分析、灰色接近分析、同異分析、模糊綜合評判4種分析方法的離均差值分別為0.487、0.325、0.272、0.112，即4種分析方法對雜交組合評價準(zhǔn)確率優(yōu)劣依次為：模糊綜合評判、同異分析、灰色接近度分析、R軟件分析。

3 討 論

部分組合評價結(jié)果與入選率吻合程度較差的原因：一是評價為優(yōu)級的組合其多數(shù)性狀表現(xiàn)均較接近理想組合，但是往往因某一性狀的明顯不足，而導(dǎo)致其雜種圃入選率不高，反之，評價為較差級或差級的組合，多數(shù)性狀不盡人意，但是可能在雜種圃側(cè)重考慮的性狀上有較好表現(xiàn)，而導(dǎo)致其有較好的入選率；二是云瑞系列創(chuàng)新親本是以發(fā)掘利用云南的甘蔗野生種優(yōu)良抗逆基因為目的而培育的親本，以其為主選配的雜交組合，除篩選品系外，篩選某方面性狀優(yōu)良的創(chuàng)新親本亦是雜種圃材料篩選的重要目的，勢必造成評價結(jié)果與雜種圃入選率的差別。

4種方法均是依據(jù)參試組合有性世代多個性狀的表現(xiàn)綜合評價其優(yōu)劣，均可提供大量的信息，評價結(jié)果則各有千秋。R軟件是一款可用于不平衡數(shù)據(jù)分析的免費軟件，其混合線性模型是將觀察值表示為對其有影響的各遺傳與環(huán)境因子之和，育種值估計是數(shù)量遺傳學(xué)和育種學(xué)的核心內(nèi)容之一[12-13]。近年來，R軟件分析已在甘蔗雜交親本、組合評價中普遍應(yīng)用，文章依據(jù)家系育種值計算的區(qū)分度與離均差值評判結(jié)果不太理想，原因有待進一步研究。模糊綜合評判用于甘蔗雜交組合評價時有報道[5-6]，從區(qū)分度與離均差值比較結(jié)果，不失為一種雜交組合評價的好方法，但是計算工作量大；灰色接近度評估對組合評價的準(zhǔn)確度較好，但是區(qū)分度較差，計算簡單，使用方便，這與郭瑞林[15]等的研究結(jié)果一致。同異分析是郭瑞林[18]繼灰色綜合評判之后，基于作物育種的同異理論與方法提出的一種綜合評價雜交組合優(yōu)劣的方法，已在小麥、玉米、大豆[18]等作物組合評價中得到較普遍的應(yīng)用，在甘蔗品種綜合評價中亦得到應(yīng)用[19-21]，其用于甘蔗雜交組合的評價由本課題組開始，本文應(yīng)用其評價甘蔗雜交組合具有區(qū)分度好、準(zhǔn)確率高的特點，而且，在4種分析方法中計算最為簡便，不失為一種甘蔗雜交組合評價的好方法。由此，提出R軟件分析、模糊綜合評判和同異分析3種方法相結(jié)合，構(gòu)建云瑞甘蔗創(chuàng)新親本、組合評價方法體系，旨在對含甘蔗野生種血緣的云瑞系列創(chuàng)新親本、組合進行科學(xué)評價，盡快為中國甘蔗育種推薦抗旱、耐寒、高產(chǎn)、高糖等特色鮮明的親本、組合提供科學(xué)依據(jù)。

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(責(zé)任編輯 王家銀)

Comparison of Four Methods for Evaluation of Sugarcane Hybrid Combinations

JING Yan-fen, BIAN Xin*, LANG Rong-bin, TAO Lian-an, DONG Li-hua, ZHU Jian-rong, ZHOU Qing-ming, AN Ru-dong, YANG Li-he, SUN You-fang

(Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Yunnan Ruili 678600, China)

32 innovative combinations which made of Yunrui parents were used as materials in this study, four methods of R software analysis, grey closeness degree evaluation, similarity- difference analysis and fuzzy comprehensive evaluation were used to test the main technical and agronomic characters of sexual generation, and the accuracy, degree of differentiation, evaluation grade and coincidence degree of the ration of selection on hybrid nursery by the four methods were compared. The results from the 4 methods were consistent. Except combination 6, combination 1 to 9 all were excellent or better, and combination29 to 32 were less inferior, inferior. Except a few combinations, the results of evaluate grade quality were same with the selection ration on hybrid nursery. The degree of differentiation of gray closeness degree analysis was good, but its accuracy was poor. The degree of differentiation and the accuracy of similarity- difference analysis and fuzzy comprehensive evaluation were all best excellent and excellent, so they could be used as priority methods in evaluating sugarcane hybrid combinations, and R software could be used with them to make a system to evaluate sugarcane hybrid combinations.

Hybrid combination; Specific combining ability; Gray closeness degree; Comprehensive identical degree; High degree of membership

1001-4829(2016)07-1514-07

10.16213/j.cnki.scjas.2016.07.004

2014-09-23

云南省科技惠民專項(農(nóng)業(yè))(2014RA059)；國家基金項目(31360358)；國家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系專項資金(CARS-20-1-1)；云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院專項資金(YAAS2014ZY012)

經(jīng)艷芬(1965-)，女，云南麗江人，研究員，研究方向為甘蔗遺傳育種，E-mail:rljyf@126.com，*為共同第一作者。

S566.1

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