薛志偉，韓勇，楊春玲

（安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院，河南 安陽(yáng) 455000）

小麥?zhǔn)俏覈?guó)主要的糧食作物，其子粒產(chǎn)量為多個(gè)因素共同作用的結(jié)果，明確各性狀對(duì)產(chǎn)量影響的主次關(guān)系在育種和栽培上都具有重要意義[1]。作物新品種（系） 的選育過(guò)程一般均經(jīng)過(guò)多年多點(diǎn)（環(huán)境） 試驗(yàn)，育種工作者在對(duì)小麥新品種（系） 進(jìn)行鑒定時(shí)，對(duì)產(chǎn)量分析多采用方差分析和新復(fù)極差測(cè)驗(yàn)等方法，對(duì)其他性狀如生育期、株高、基本苗數(shù)量、春季最高分蘗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重、容重等數(shù)據(jù)分析多采用平均法，這種方法雖然有利于品種（系） 之間單一性狀的比較，但是各性狀分析結(jié)果卻是獨(dú)立的，相互之間毫無(wú)關(guān)聯(lián)性。如何更加全面客觀地評(píng)價(jià)小麥新品種（系） 的田間表現(xiàn)，對(duì)其進(jìn)行綜合評(píng)估已經(jīng)成為農(nóng)業(yè)科技工作者普遍關(guān)注的問(wèn)題。

灰色系統(tǒng)理論是由著名學(xué)者鄧聚龍教授首創(chuàng)的一種系統(tǒng)科學(xué)理論。該方法是利用模糊評(píng)價(jià)系統(tǒng)對(duì)多個(gè)性狀進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，已經(jīng)成為育種材料和品種評(píng)價(jià)的一種重要方法[2，3]。作物育種為農(nóng)業(yè)大系統(tǒng)中的一個(gè)子系統(tǒng)，對(duì)于育種工作者來(lái)說(shuō)包含著已知信息和未知信息，其就是一個(gè)典型的灰色系統(tǒng)?；疑到y(tǒng)理論與作物育種學(xué)相結(jié)合能夠綜合考慮多種因素，描述作物育種過(guò)程中極為復(fù)雜的因果關(guān)系，為品種選育做出最優(yōu)決策。灰色關(guān)聯(lián)度分析法是灰色系統(tǒng)中一個(gè)可以分析和確定性狀彼此間相互影響程度的方法，該方法最早由劉錄祥[4]以雜交小麥區(qū)試資料為例探討了其在農(nóng)作物新品種綜合評(píng)估中的應(yīng)用。目前灰色關(guān)聯(lián)度分析法作為綜合評(píng)估作物新品種的方法，已在小麥[5，6]、玉米[7，8]、大豆[9]、花生[10]等多種作物育種上得到了十分廣泛的應(yīng)用。

目前的區(qū)域和生產(chǎn)試驗(yàn)點(diǎn)分布廣泛，且小麥產(chǎn)量是多個(gè)性狀因素共同作用的結(jié)果，性狀數(shù)據(jù)也十分豐富，對(duì)這些數(shù)據(jù)采用適當(dāng)方法進(jìn)行系統(tǒng)分析從而做出全面評(píng)價(jià)比較困難。對(duì)小麥新品種進(jìn)行綜合評(píng)判，其實(shí)也就是將各個(gè)性狀因素所包含的信息用一定的數(shù)學(xué)手段進(jìn)行量化處理，從而使得科研工作者對(duì)其有一個(gè)比較客觀的認(rèn)識(shí)?；疑P(guān)聯(lián)度法是一個(gè)對(duì)發(fā)展變化系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)展態(tài)勢(shì)量化比較的方法[11]，聚類就是一種尋找數(shù)據(jù)之間內(nèi)在結(jié)構(gòu)的技術(shù)，其將全體數(shù)據(jù)組織成一些相似組。利用小麥新品種安麥1241 在2016～2017年14 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的11 個(gè)性狀數(shù)據(jù)資料，采用灰色理論和聚類分析方法對(duì)該品種的田間表現(xiàn)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨為該品種的進(jìn)一步改良和生產(chǎn)利用提供全面客觀的理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)小麥品種為安麥1241，其生育期、株高、基本苗數(shù)量、最高分蘗數(shù)、成穗率、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、黑胚率、千粒重、容重和產(chǎn)量數(shù)據(jù)（表1） 均來(lái)源于2016～2017年河南省種子管理站14 個(gè)試點(diǎn)的冬水生產(chǎn)試驗(yàn)結(jié)果匯總。14 個(gè)試點(diǎn)分布在河南省不同的地市，分別是河南德宏種業(yè)（X1）、河南華慧種業(yè)（X2）、河南平安種業(yè)（X3）、河南省種子管理站（X4）、鶴壁農(nóng)科院（X5）、黃泛區(qū)農(nóng)場(chǎng)（X6）、嘉創(chuàng)種業(yè)（X7）、鹿邑縣前李原種場(chǎng)（X8）、平頂山農(nóng)科院（X9）、新鄭軒農(nóng)農(nóng)作物研究所（X10）、長(zhǎng)葛市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所（X11）、鄭州圣瑞元（X12）、河南省福旺種業(yè)（X13）、駐馬店農(nóng)科院（X14）。X0為各性狀的最優(yōu)值（參考值）。

表1 安麥1241 在14 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的主要農(nóng)藝性狀Table 1 Major agronomic traits of Anmai 1241 at 14 test sites

1.2 分析方法

1.2.1 灰色關(guān)聯(lián)度分析

1.2.1.1 構(gòu)建參考數(shù)列和比較數(shù)列。將不同地區(qū)各個(gè)性狀作為灰色系統(tǒng)的子系統(tǒng)，以安麥1241 在14 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)各性狀表現(xiàn)共同構(gòu)成一個(gè)灰色系統(tǒng)。首先確定參考數(shù)列（理想數(shù)列），記為X0；然后確定比較數(shù)列，設(shè)定有i個(gè)地區(qū)，觀測(cè)了j個(gè)性狀，指標(biāo)取值記為Xij′ 。

1.2.1.2 數(shù)據(jù)無(wú)量綱化處理。將各性狀原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，使每個(gè)觀察值都處于0～1。其中，基本苗數(shù)量、最高分蘗數(shù)、成穗率、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、千粒重和容重越大越好，屬于正向指標(biāo)；生育期和株高以適中為好，屬于中性指標(biāo)；黑胚率越小越好，屬于逆向指標(biāo)。不同類型指標(biāo)的數(shù)據(jù)無(wú)量綱化計(jì)算公式[11]為：

正向指標(biāo)：X（ijk）=X′（ijx）/X（0k）

逆向指標(biāo)：Xij（k）=X0（k）/X′ij（k）

公式中，Xij（k）為無(wú)量綱化后的值；X′ij（k）為無(wú)量綱化之前的值；k為性狀數(shù)量，取值為1～11。

1.2.2 聚類分析 依據(jù)歐式距離平方，采用離差平方和法，對(duì)11 個(gè)性狀觀測(cè)值進(jìn)行聚類分析。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)方法

利用Excel 軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)的基本統(tǒng)計(jì)分析和灰色關(guān)聯(lián)分析，利用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行性狀的聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的描述性統(tǒng)計(jì)分析

變異系數(shù)（CV） 是衡量觀測(cè)值變異程度的一個(gè)統(tǒng)計(jì)量。小麥各性狀的變異程度是其本身遺傳多樣性的表現(xiàn)，本文中CV反映了各性狀在不同地點(diǎn)表現(xiàn)的穩(wěn)定性程度。統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2） 顯示，11 個(gè)性狀的CV為2.09%～181.64%，指標(biāo)值順序?yàn)樯冢既葜兀贾旮撸蓟久鐢?shù)量＜有效穗數(shù)＜穗粒數(shù)＜千粒重＜產(chǎn)量＜最高分蘗數(shù)＜成穗率＜黑胚率。子粒黑胚率的變異程度最大，表明該性狀最不穩(wěn)定，在育種改良中潛力很大；生育期、容重、株高、基本苗數(shù)量和有效穗數(shù)的CV均＜10%，相對(duì)較小，表明這5 個(gè)性狀穩(wěn)定性較好。

表2 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的基本分析Table 2 Analysis of major agronomic traits of Anmai 1241

2.2 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的灰色關(guān)聯(lián)分析

對(duì)11 個(gè)性狀的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理（表3）后，根據(jù)公式計(jì)算各性狀指標(biāo)與理想指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)（表4）、關(guān)聯(lián)度和權(quán)重（表5）。結(jié)果顯示，安麥1241在14 個(gè)試點(diǎn)的各性狀觀測(cè)值與其最優(yōu)值（X0） 的關(guān)聯(lián)度為0.4675～0.6679，除成穗率和容重外，其他性狀指標(biāo)值均在0.5 以上；各性狀的權(quán)重為0.0736～0.1051，最高值是最低值的1.43 倍，指標(biāo)值順序?yàn)楹谂呗剩净久鐢?shù)量＞株高＞有效穗數(shù)＞穗粒數(shù)＞千粒重＞產(chǎn)量＞最高分蘗數(shù)＞生育期＞容重＞成穗率。11 個(gè)性狀觀測(cè)指標(biāo)中，黑胚率的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重均居第1位，其次是基本苗數(shù)量和株高。產(chǎn)量及其構(gòu)成三要素4 個(gè)指標(biāo)的權(quán)重之和占11 個(gè)性狀觀測(cè)指標(biāo)權(quán)重總和的0.3736，其中產(chǎn)量及其相關(guān)性狀（產(chǎn)量、成穗率、有效穗數(shù)、穗粒數(shù)、黑胚率、千粒重和容重） 的權(quán)重之和是剩余4 個(gè)性狀（生育期、株高、基本苗數(shù)和最高分蘗數(shù)） 權(quán)重之和的1.6974 倍，表明在品種表現(xiàn)中子粒產(chǎn)量及其相關(guān)性狀占居主要地位。

表3 主要農(nóng)藝性狀的無(wú)量綱化處理Table 3 Data disposal of major agronomic traits with non-dimensional treatment

表4 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 4 Correlation coefficient of major agronomic traits of Anmai 1241

表5 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重Table 5 Correlation and weight of major agronomic traits of Anmai 1241

2.3 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的聚類分析

圖1 安麥1241 主要農(nóng)藝性狀的聚類分析Fig.1 Cluster analysis of major agronomic traits of Anmai 1241

聚類分析結(jié)果（圖1） 顯示，采用系統(tǒng)聚類中的離差平方和方法將11 個(gè)農(nóng)藝性狀可分為3 類，其中，第一類性狀包括產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重，第二類性狀包括生育期、株高、基本苗數(shù)量、最高分蘗數(shù)和黑胚率，第三類性狀包括成穗率、有效穗數(shù)和容重。第一類性狀和第三類性狀均屬于子粒產(chǎn)量的相關(guān)性狀；第二類性狀屬于生育與形態(tài)性狀。

3 結(jié)論與討論

變異系數(shù)代表著概率分散程度，變異系數(shù)越小，變異（偏離） 程度越小，風(fēng)險(xiǎn)就越??；反之，則風(fēng)險(xiǎn)越大[12]。本研究結(jié)果顯示，安麥1241 生育期、株高、基本苗數(shù)量、容重和有效穗數(shù)的變異系數(shù)均低于10%，表明這5 個(gè)性狀在河南省14 個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)不同區(qū)域均能穩(wěn)定表達(dá)，且受環(huán)境條件影響較小。梁曉龍等[13]認(rèn)為，小麥黑胚病成因復(fù)雜，環(huán)境條件、真菌侵染和酶促褐變均會(huì)導(dǎo)致黑胚的形成，但3 個(gè)因素對(duì)不同品種的作用可能不同。安麥1241 子粒粒黑胚率為0.01%～5.00%，變異系數(shù)高達(dá)181.64%，其子粒變黑的形成原因是病理型還是生理型尚不明確，還需進(jìn)一步探索。

對(duì)小麥品種進(jìn)行評(píng)估，實(shí)際上就是將各性狀本身反映的灰色信息通過(guò)一定的數(shù)學(xué)手段進(jìn)行量化，從而使人們?cè)谡w上對(duì)品種有一個(gè)比較客觀的認(rèn)識(shí)和準(zhǔn)確的把握，這不僅具有科學(xué)的理論依據(jù)，而且在實(shí)際工作中也是切實(shí)可行的[14，15]。在本研究中，參考數(shù)列的數(shù)值是依據(jù)同一品種在不同試驗(yàn)點(diǎn)的最優(yōu)值確定的，據(jù)此確定的參考數(shù)值可以反映出安麥1241 在河南省區(qū)域內(nèi)性狀表現(xiàn)的最優(yōu)值。權(quán)重是依據(jù)品種不同性狀的實(shí)際表現(xiàn)并根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)的原理計(jì)算得到的，使得評(píng)價(jià)結(jié)果具有一定的可靠性[16]。本研究中，利用聚類分析法將11 個(gè)農(nóng)藝性狀分為3 類，根據(jù)各性狀的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重結(jié)果，計(jì)算得到第一類性狀的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重分別為1.7000 和0.2784，第二類性狀的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重分別為3.0241 和0.4758，第三類性狀的關(guān)聯(lián)度和權(quán)重分別為1.5619 和0.2458。第一類性狀包括產(chǎn)量、穗粒數(shù)和千粒重，第三類性狀包括成穗率、有效穗數(shù)和容重，兩類性狀均為子粒產(chǎn)量的相關(guān)性狀，表明在本試驗(yàn)條件下對(duì)小麥品種安麥1241 的品種綜合評(píng)價(jià)中產(chǎn)量及其相關(guān)性狀占有十分重要的地位。

在作物育種中各農(nóng)藝性狀之間的具體關(guān)系很難明確，且不容易量化。在灰色關(guān)聯(lián)度分析中，灰色關(guān)聯(lián)度數(shù)值揭示了某比較性狀數(shù)列對(duì)參考性狀數(shù)列的重要程度，以及該比較性狀數(shù)列在其他比較性狀數(shù)列中所處的地位?；疑P(guān)聯(lián)度分析法是一個(gè)對(duì)發(fā)展變化系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)量化比較的方法，不同的時(shí)間和生態(tài)氣候環(huán)境都會(huì)影響農(nóng)藝性狀的分析結(jié)果。因此，在今后對(duì)安麥1241 的研究中，應(yīng)增加多年多點(diǎn)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，加強(qiáng)研究的系統(tǒng)性和深入性。小麥農(nóng)藝性狀有很多，本研究中只涉及了其中的一部分，在后續(xù)工作中應(yīng)多增加一些其他性狀觀測(cè)指標(biāo)如抗病性、抗逆性和品質(zhì)等，以使品種（系） 評(píng)價(jià)更加全面。