徐良年，鄧祖湖，黃潮華，林兆里，趙新旺，黃國強

（1.福建農林大學國家甘蔗產業(yè)技術研發(fā)中心/農業(yè)農村部福建甘蔗生物學與遺傳育種實驗室，福州 350002；2.廣西大學廣西蔗糖產業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

0 引言

世界主要蔗糖生產大國都已基本實現(xiàn)甘蔗生產機械化[1-4]，而我國甘蔗生產機械化水平較低，特別是甘蔗收獲環(huán)節(jié)基本上還處于手工作業(yè)階段。隨著農村勞動力的轉移和人們生活水平的提高，從事高負荷的田間勞動的勞動力成本還將不斷提高，而人工栽培甘蔗的勞動強度大，用工量大，勢必造成甘蔗生產成本和蔗糖生產成本的提高。甘蔗收獲機械化滯后已成為我國甘蔗生產的瓶頸問題，如不進行機械化生產，我國的蔗糖產業(yè)將失去國際競爭力，也將在作物的比較效益中處于劣勢，因而甘蔗生產機械化將是我國甘蔗產業(yè)存在和發(fā)展的必由之路[5-7]。這也將對甘蔗新品種選育提出新的要求，育種者的育種思路和品種選擇目標也將隨之改變。在高產高糖的基礎上，將由原先手工生產最突出的要求：大莖、中大莖，易剝葉、不開花，分蘗力中等，轉變?yōu)檫m宜機械化生產的要求：出苗率高，分蘗力強，生長整齊，抗倒伏，砍收不破裂，全程機械生產后宿根發(fā)株率高，對除草劑不敏感等[8]。國外雖有適宜機械化的品種，但由于地理和生態(tài)的差異，從國外引進的品種往往在國內的表現(xiàn)都不盡人意，但引進品種可以作為親本利用。當品種選育從手工生產轉為機械化生產時，對親本、家系和無性系選擇評價標準必然要調整。目前，我國對機械化生產條件下，選育適宜機械化生產的甘蔗品種的親本評價、家系選配與評價，新品(系)篩選的系統(tǒng)研究較少。

本研究的目的是通過親本的表現(xiàn)選配適宜機械化生產的家系，研究甘蔗實生苗家系在機械化作業(yè)下甘蔗主要產量、品質、分蘗力、脫葉、抗倒伏和宿根性等表現(xiàn)，采用R 軟件的混合線性模型，估算甘蔗經(jīng)濟遺傳值[9-11]，并采用對機械化生產影響較大的其他重要性狀對經(jīng)濟遺傳值進行修正，進而指導親本評價和家系選擇，為選育適宜機械化生產的高產優(yōu)質高效甘蔗新品種提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料與設計

2016年冬委托海南甘蔗育種場，以全程機械化生產國家美國、澳大利亞，我國臺灣及大陸育成的甘蔗32個親本，成功雜交了33個家系。其中作母本利用21個，父本利用19個，而同時作為母本和父本利用的親本8個（表1）。2017年3月22日播種，4月28—30日假植，6月1日從每個組合中隨機取90株實生苗，并將其定植于福建農林大學白沙科教試驗基地，2018年3月用割鋪機砍收后留根。試驗采用隨機區(qū)組設計，3次重復，重復間步道寬0.6 m，每小區(qū)為雙行區(qū)，行長5 m，行距1.1 m，每行種植15苗。

表1 親本名稱及使用次數(shù)Table 1 Parental clones and their times of hybridization

1.2 試驗數(shù)據(jù)采集

1.2.1 產量性狀調查

分別于2018 年1 月9 日和2019 年1 月20 日，每小區(qū)連續(xù)調查10 叢，分別調查每叢的有效莖（條）、莖徑（cm）、株高（cm），并分別按以下公式來估算甘蔗單莖重、叢重。公式：單莖重=[0.785×莖徑2(cm)×株高(cm)×1.0(kg/cm3)]/1000，叢重=單莖重×有效莖(條/叢)。將所得的數(shù)據(jù)結果取小區(qū)平均值并在Excel 整理，進行有關統(tǒng)計分析。

1.2.2 品質性狀化驗

分別于2018 年1 月9 日和2019 年1 月20 日，每小區(qū)連續(xù)選取10 叢主莖作為樣本，送農業(yè)部甘蔗及制品質量監(jiān)督檢驗測試中心蔗檢室檢測。用近紅外在線檢測系統(tǒng)檢定甘蔗蔗糖分、甘蔗纖維分。

1.2.3 校正性狀的調查

在調查產量性狀的同時對每小區(qū)家系的抗倒伏、脫葉性、整齊度及黑穗病進行調查，依據(jù)表4 校正性狀的標準記載數(shù)據(jù)。

1.3 適宜機械化生產的性狀選擇及其權重

借鑒澳大利亞甘蔗育種機構（SRA）經(jīng)驗，用經(jīng)濟遺傳值評價甘蔗無性系，選用蔗產量（TCH）、甘蔗蔗糖分（CCS）和甘蔗纖維分（Fbr），結合性狀權重與遺傳值，按選擇指數(shù)的方法計算經(jīng)濟遺傳值（EGV），再用抗病性、抗倒能力、脫葉性和生長整齊度對EGV 進行校正。

1.3.1 權重估算的基礎數(shù)據(jù)

參考國外蔗糖產業(yè)，結合國內近年來的實際情況，經(jīng)濟權重計算基礎見表2。

表2 經(jīng)濟權重計算基礎數(shù)據(jù)Table 2 Basic data for economic weight calculation

1.3.2 實生苗世代經(jīng)濟權重的計算

(1)甘蔗蔗糖分：若甘蔗蔗糖分由13.22%升高1%，即14.22%，則原生產噸糖的8.7 t原料可增加糖的效益為8.7 t×1%×87.00%×5 000.00元/t=378.45元。

（2）纖維分：纖維分對產業(yè)的影響主要表現(xiàn)為增加蔗渣的重量，但同時纖維要帶走部分的糖。纖維分增加1%，8.7 t甘蔗增加的蔗渣產值為8.7 t×1%×200.00元/t=17.40 元，蔗渣帶走蔗糖值為8.7 t×1%×2.2%×5 000.00元/t=9.57（元），產生總的效益為17.40-9.57=7.83元。

（3）蔗產量：不同的量綱對蔗產量的權重影響較大，權重會隨小區(qū)面積而變。本研究采用公頃蔗產量。在同等生產條件下，蔗莖增產所增加的收入對生產管理成本的增減可以不予考慮，只增加部分機收成本，（甘蔗增產，噸蔗砍收成本下降，按75%計），則當公頃蔗產量增加一噸時，增加效益為1.0 t×500.00 元/t×0.193 3-1.0×0.193 3×（120.00×0.75）=79.235元。

1.3.3 校正性狀的調查及標準

適宜機械化生產的品種不僅要滿足傳統(tǒng)的良種評價目標要求，亦即高產、高糖、抗逆(病、蟲、旱、寒、風、鹽、瘠)、強宿根，還應注意適宜機械作業(yè)的形態(tài)學特征。對機械化種植而言，要求芽體不暴凸，生長帶不過分鼓脹，芽體陷入芽溝，芽翼等保護蔗芽避免機械損傷的有益性狀；對機械化中耕管理來說，要求分蘗性強，先促蘗，后伸長，主莖、分蘗整齊均勻的品種，避免使用主莖伸長較早，分蘗出生較晚的品種，以保證中耕培土的作業(yè)適期和作業(yè)質量；機械收獲則要求甘蔗品種抗倒伏、易脫葉，脫葉性不好會導致機收雜率較高，中小莖，株高不整齊等。因而選用以下幾個性狀做為校正參數(shù)。

但因實生苗群體較特殊，每個家系內單株表現(xiàn)都不一樣，對家系評價，我們只能選擇家系群體的綜合表現(xiàn)，本研究只暫對影響機械化生產作業(yè)較大的性狀（抗倒伏、脫葉性、整齊度）及重要病害（黑穗病）進行調查(表3）。

表3 經(jīng)濟遺傳值的校正值Table 3 Correction of economic genetic values

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

采用Excel2010及R軟件的相關程序用親本模型法進行育種值和遺傳值估算。

2 結果與分析

2.1 家系的平均表現(xiàn)

各性狀的平均值綜合反映了家系的總體水平。表4 為33 個家系一年新植一年宿根7 個性狀的平均值。從表4中可看出：33個家系間蔗莖產量的變幅為：54.38～88.57 t/hm2，其中有16個家系超過總平均值（71.92 t/hm2），粵糖91-976×CP94-1100 最高，福農0712×福農05-0230 最低。甘蔗蔗糖分的變幅為：14.36%～16.85%，有17 個家系超過總平均值（15.74%），粵糖91-976×CP94-1100 甘蔗蔗糖分最低，HoCP07-613×德蔗93-88最高；甘蔗纖維分的變幅為：12.70%～14.91%，有19 個家系超過總平均值（13.94%），粵糖93-159×德蔗03-83 甘蔗纖維分最低，CP94-1100×CP72-1210 最高。從變異系數(shù)上看，甘蔗7 個性狀中蔗產量變異系數(shù)最大（12.72%），甘蔗蔗糖分變異系數(shù)最?。?.64%），有效莖、株高、莖徑和甘蔗纖維分的變異系數(shù)分別為：9.90%、6.54%、5.73%、3.75%。

表4 33 個家系7 個性狀的平均值Table 4 Average values of 7 traits in 33 families

2.2 適宜機械化生產的親本評價

2.2.1 適宜機械化生產的母本

母本校正經(jīng)濟育種值反映了母本的育種經(jīng)濟效益，從母本的育種值及校正經(jīng)濟育種值表5 可知，粵糖00-319、HoCP07-613、粵糖93-159、HoCP01-564、粵糖92-1287 校正經(jīng)濟育種值為正且較高，為適宜選育機械化生產的母本。進一步從各性狀育種值看，粵糖00-319和HoCP01-564的蔗產量、甘蔗蔗糖分育種值均為正，表明其家系后代多高產和高糖；HoCP07-613則表現(xiàn)為甘蔗蔗糖分育種值較高，可提高后代的糖分；粵糖93-159主要是甘蔗產量育種值較高，抗倒伏和易脫葉。桂糖02-901、桂糖00-245、福農0712、CP94-1100、粵糖00-236、粵糖91-976 校正經(jīng)濟育種值為負且最低，為不適宜選育機械化生產的甘蔗親本。其中桂糖02-901 和桂糖00-245 主要是甘蔗蔗糖分育種值低，脫葉性差。福農0712 為澳大利亞引進的親本，其性狀均為負效應。CP94-1100主要為蔗產量育種值低。

表6 19 個父本3 性狀的育種值及校正經(jīng)濟育種值Table 6 Breeding value and corrected economic breeding value for 3 traits in 19 male parents

2.2.2 適宜機械化生產的父本

從父本的校正經(jīng)濟育種值和各性狀育種值（表6）可知，ROC22、德蔗93-88、德蔗03-83、HoCP00-1142校正經(jīng)濟育種值為正且較高，為適宜選育機械化生產的父本。桂糖92-66經(jīng)濟育種值雖較高，產量及產量構成育種值也均為正，但脫葉性差、感黑穗病，并不適合做機械化生產的父本；粵糖01-71 因后代群體不整齊，不利機收。HoCP91-555、崖城07-71、崖城06-61 的校正經(jīng)濟育種值為負且最低，為不適宜選育機械化生產的甘蔗親本。其中HoCP91-555雖為美國機械化生產國選育的品種，其后代在甘蔗蔗糖分上有所提高，群體也較整齊，但產量低。

2.3 適宜機械化生產的家系

由表7 可知，33 個家系的校正經(jīng)濟遺傳值變幅為-257.489～169.411 元，有15 個家系的經(jīng)濟遺傳值為正值。家系粵糖93-159×德蔗03-83表現(xiàn)最突出，其遺傳值169.411元為最高，且抗倒伏，易脫葉，為適宜機械化生產的家系。其次ROC22×桂糖92-66、粵糖00-319×ROC22 和崖城06-61×ROC22 校正經(jīng)濟遺傳值較高，抗倒伏能性較強，同樣為適宜機械化生產的家系；粵糖92-1287×HoCP00-1142校正經(jīng)濟遺傳值也較高，易脫葉，整齊度好，同樣可做為適宜機械化生產的家系。ROC22×崖城06-66 雖校正經(jīng)濟育種值較高，但難脫葉，整齊度差，不宜做選育機械化生產的甘蔗親本。桂糖02-901×桂糖03-8 抗倒伏，但難脫葉；HoCP01-564×粵糖01-71 植株不整齊，均不適宜做機械化生產的家系。福農0712×福農05-0230、粵糖00-236×HoCP91-555、ROC22×桂糖03-8、CP94-1100×CP72-1210、ROC26×崖城06-61、桂糖02-901×崖城06-61家系的蔗產量遺傳值低，校正經(jīng)濟遺傳值為-109.86～-257.49 元，這些家系有的表現(xiàn)為難脫葉，有的易感黑穗病，建議淘汰這些不適宜機械化生產的家系。

表7 家系校正經(jīng)濟遺傳值Table 7 Corrected economic genetic value of families

3 結論與討論

本研究利用校正經(jīng)濟遺傳值從33 個家系試驗中篩選出4 個母本粵糖00-319、HoCP07-613、粵糖93-159、HoCP01-564和3 個父本ROC22、德蔗93-88、HoCP00-1142 為適宜機械化生產的親本，粵糖93-159×德蔗03-83、ROC22×桂糖92-66、粵糖00-319×ROC22、崖城06-61×ROC22 和粵糖92-1287×HoCP00-1142五個為適宜機械化生產的重點家系，2019年2月從這5個重點家系中選育了30個品系進入選種圃，繼續(xù)對其進行跟蹤評價。對選育出的適宜機械化生產的親本，已于2018年12月至2019年3月在海南甘蔗育種場依據(jù)花期開展雜交試驗，獲得7 個家系的花穗，2019 年4 月播種于福建農林大學校內，進行評價效果驗證。從澳大利亞引進的親本中，福農0712為母本時，蔗產量、甘蔗蔗糖分、甘蔗纖維分3性狀均為負效應。從美國引進的CP94-1100，主要為蔗產量育種值低，甘蔗蔗糖分高，可見機械化生產大國選育的品種做親本利用時還須進行多年與不同品種雜交進行綜合評價，以提高評價的準確性。

適宜機械化生產的親本、家系評價是一項長期工作。本研究僅為33 個家系的試驗，有關利用適宜機械化生產的經(jīng)濟遺傳值評價方法的重演性和實用性及其對無性系的評價，有待今后在廣西、云南主產區(qū)全程機械化生產實踐中對經(jīng)濟權重、性狀的選擇及校正值的不斷調整、修正和完善，以期提高評價的準確性。