雜交組合灰色評判在棉花育種上的應(yīng)用

董靈艷,袁海濤,李鳳瑞,史加亮,張東樓

德州市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院/農(nóng)業(yè)部黃淮海流域棉區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)觀測實驗站,山東 德州 253015

自從上世紀(jì)80年代灰色系統(tǒng)理論建立以來，作物灰色育種學(xué)也應(yīng)運而生[1]，已用于玉米[2]、小麥[3]、棉花[4-8]、煙草[9]、大豆[10]等作物的品種選育、品種比較和品種利用上。雜交組合灰色評判作為作物灰色育種學(xué)的一部分，能夠?qū)ψ魑锒鄠€性狀進(jìn)行綜合評價，能夠提高育種效率和加快育種進(jìn)程，在雜交優(yōu)勢利用和雜交育種中發(fā)揮了重要作用，也在多種作物中得到廣泛應(yīng)用。但是關(guān)于雜交組合灰色評判在棉花上應(yīng)用的報道不多?，F(xiàn)階段棉花選育的目標(biāo)要求高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗等綜合性狀好，根據(jù)現(xiàn)代紡織工藝要求，優(yōu)質(zhì)作為一個重要目標(biāo)被放在更加突出的位置，因此不再一味的追求高產(chǎn)。張震[11]等用灰色評判對抗蟲雜交棉組合F1代各主要性狀及產(chǎn)量進(jìn)行綜合分析，并把枯萎病指、黃萎病指加入到綜合性狀中去，得出產(chǎn)量因素對整個關(guān)聯(lián)度的排序影響較小，而綜合性狀對關(guān)聯(lián)度的排序起決定性的作用，不能僅以一時的產(chǎn)量論成敗。湯飛宇[12]等對8個優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)抗蟲雜交棉組合的產(chǎn)量性狀及纖維品質(zhì)性狀進(jìn)行灰色評判分析，指出灰色綜合評判值排名與籽棉產(chǎn)量排名不一致，育種家不應(yīng)從一時的產(chǎn)量高低決定組合的取舍，這也是目前為止國內(nèi)棉花雜交組合灰色評判的最近報道。

已有的棉花雜交組合灰色評判的報道中，在確定各性狀的權(quán)重系數(shù)時，有的根據(jù)專家經(jīng)驗人為確定，有的僅以產(chǎn)量為參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法確定，但同時以產(chǎn)量和品質(zhì)多個目標(biāo)性狀為參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法還未見報道，這樣對組合的客觀評價難免有偏差。為了滿足當(dāng)今棉花的育種目標(biāo)，本文分別以產(chǎn)量、纖維長度、比強(qiáng)度、馬克隆值四個性狀為參考數(shù)列，其他各性狀為比較數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法來確定各性狀的權(quán)重系數(shù)，進(jìn)而對棉花雜交組合各性狀進(jìn)行綜合評價，在雜交F1代確定重點組合，旨在盡快選育高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)雜交棉組合和高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)常規(guī)棉新品種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料由中國農(nóng)科院棉花研究所提供，共11個，包括10個雜交組合F1代和1個對照品種魯棉研28號，雜交組合名稱為HL02、中9169、中9209、中9249、NU771、冀428、中1206、中1311、中 MBZ7121、GB118。

1.2 方法

試驗在德州市農(nóng)科院科技園進(jìn)行。隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)，3行區(qū)，小區(qū)面積18.24 m2，株距30 cm，行距76 cm。試驗地為輕粘土，肥力中等。2014年4月25日播種，田間管理與常規(guī)棉田相同。生育期間按照《2014年國家棉花品種區(qū)試實施方案》對其中的2個重復(fù)進(jìn)行田間農(nóng)藝性狀調(diào)查、室內(nèi)考種和實收測產(chǎn)，共10個測定項目，為株高、果枝數(shù)、單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度、麥克隆值。纖維品質(zhì)送農(nóng)業(yè)部纖維品質(zhì)監(jiān)督檢測中心測定。

1.3 灰色評判分析

（1）將11個棉花品系的10個性狀的觀察值歸納整理，并構(gòu)建參考組合，見表1。

（2）利用性狀測度對各組合觀察性狀數(shù)值進(jìn)行無量綱化處理。

單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度7個性狀，是越大越好，因此采用上限性狀測度，見公式（I），株高、果枝數(shù)要求適中，采用適中性狀測度，見公式（Ⅱ），麥克隆值≥4.2的范圍內(nèi)要求越小越好，采用下限性狀測度，見公式（Ⅲ）。

（4）求各組合性狀的達(dá)標(biāo)指數(shù)，即灰色關(guān)聯(lián)系數(shù)：

（5）利用灰色關(guān)聯(lián)度法確定各性狀的權(quán)重系數(shù)Wi。

2 結(jié)果與分析

2.1 參考組合的構(gòu)建

根據(jù)灰色理論，把11個材料作為一個灰色系統(tǒng)，每個組合為該系統(tǒng)中的一個因素，并構(gòu)建參考組合，確定每個性狀的最優(yōu)性狀值，單株鈴數(shù)、單鈴重、衣分、皮棉產(chǎn)量、纖維長度、整齊度、比強(qiáng)度取最大值，株高、果枝數(shù)取適中值，麥克隆值取最小值。

表1 11個棉花組合10個性狀的表型值Table 1 Phenotypic values of 10 traits in 11 cotton combinations

2.2 灰色評判分析結(jié)果

表2 數(shù)據(jù)無量綱化值Table 2 Dimensionless data

表3 11個棉花組合10個性狀的差序列Table 3 Difference sequence of 10 traits in 11 cotton combinations

從表3知道，各組合性狀測度值與最優(yōu)序列值的差序列的最小極差m=0，最大極差M=0.4197。

表4 11個棉花組合10個性狀的達(dá)標(biāo)指數(shù)Table 4 Standard index of traits in 11 cotton combinations

2.3 確定各性狀的權(quán)重系數(shù)

權(quán)重系數(shù)是指雜交組合各個性狀在灰色評判過程中各自的重要程度。由于雜交組合優(yōu)劣的評定，以產(chǎn)量和品質(zhì)為重要依據(jù)，本文用灰色關(guān)聯(lián)度法確定各性狀的權(quán)重，分別以皮棉產(chǎn)量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度為參考數(shù)列，其余9個性狀為比較數(shù)列，求出各比較數(shù)列與參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度并對其進(jìn)行規(guī)一化處理，就得到各性狀的權(quán)重系數(shù)。下面以皮棉產(chǎn)量為參考數(shù)列，求各性狀的權(quán)重系數(shù)。

同理可計算分別以上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度為參考數(shù)列時的權(quán)重，見表7。

表5 皮棉產(chǎn)量與其余9個性狀的差序列Table 5 Difference sequence of ginned cotton yield and the remaining 9 traits

表6 皮棉產(chǎn)量與其余9個性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)、關(guān)聯(lián)度、權(quán)重Table 6 Correlation coefficient,correlation degree,weight coefficient of ginned cotton yield and the remaining 9 traits

組合Combination整齊度指數(shù)/%Uniformity index中1311 0.9058 0.7985 0.7505 0.9848 0.7505 1.0000 0.9998 0.9339 0.7321 0.8010中MBZ712 0.4269 0.4380 0.7950 0.4928 0.4045 1.0000 0.3668 0.3771 0.3668 0.3744 GB118 0.5476 0.5463 0.6215 0.4848 0.7369 1.0000 0.5686 0.8988 0.8420 0.5039 CK 0.5494 0.5413 0.8261 0.8293 0.6403 1.0000 0.5787 0.8951 0.8522 0.5173關(guān)聯(lián)度 0.5925 0.6098 0.7610 0.6800 0.6151 1.0000 0.6511 0.6566 0.6478 0.5979權(quán)重 0.0870 0.0895 0.1117 0.0998 0.0903 0.1468 0.0956 0.0964 0.0951 0.0878株高/cm Height果枝數(shù)/臺Branches株鈴數(shù)/個Bolls單鈴重/g Weight衣分/%Ginning rate皮棉產(chǎn)量/kg·hm-2 Yield上半部均長/mm Mean Length馬克隆值Micron value斷裂比強(qiáng)度/cN/tex Fracture ratio strength

表7 不同參考數(shù)列時各性狀的權(quán)重系數(shù)Table 7 Weight coefficient of each trait in different reference sequence

2.4 棉花各組合的灰色綜合評判值

分別以皮棉產(chǎn)量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度為參考數(shù)列時，11個棉花雜交組合的灰色綜合評判值見表8，并根據(jù)灰色綜合評判值確定位次和等級，得出評價結(jié)果。

表8 11個棉花雜交組合的綜合評判結(jié)果Table 8 Comprehensive evaluation results of 11 cotton cross combinations

根據(jù)表8中的綜合評判值及其位次和等級的排序，把11個組合分成3個等級，中1311、NU771、中9169表現(xiàn)優(yōu)良，被評為1級組合，為重點組合，中MBZ712、冀428、GB118、中9249表現(xiàn)較好，被評為2級組合，其余4個組合表現(xiàn)一般，被評為3級組合.優(yōu)良組合的個數(shù)原則上不超過總組合數(shù)的三分之一。從表8可以看出，分別以皮棉產(chǎn)量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度為參考數(shù)列時，中1311、GB118、CK、中9209、HL02的綜合評判值均排在第1位（1級）、第7位（2級）、第9位（3級）、第10位（3級）、第11位（3級）；NU771以皮棉產(chǎn)量為參考數(shù)列時表現(xiàn)較好，而以三個品質(zhì)性狀為參考數(shù)列時均表現(xiàn)優(yōu)良，故定為1級組合，中9169以皮棉產(chǎn)量、上半部平均長度為參考數(shù)列時，均表現(xiàn)優(yōu)良，以馬克隆值、斷裂比強(qiáng)度為參考數(shù)列時表現(xiàn)較好，但位次比中MBZ712靠前，也被定為1級組合。冀428雖然以皮棉產(chǎn)量為參考數(shù)列時表現(xiàn)優(yōu)良，但以三個品質(zhì)性狀為參考數(shù)列時均表現(xiàn)較好，故定為2級組合，中9249和中1206位次和等級相同，但從綜合評判值上看，中9249要大于中1206，故中9249和中1206分別定為第2級和第3級。

3 討論

所選擇的參考數(shù)列即育種目標(biāo)不同，所得的綜合評判值及其位次和等級也不同，表8中只有5個組合的位次和等級劃分完全一致，其余6個組合的位次和等級則部分一致。按照等級優(yōu)先、等級相同看位次、位次相同看綜合評判值的原則確定最終級別。這種評價方法更加合理，若結(jié)合田間表現(xiàn)，則效果更好。如果知道組合的雙親，根據(jù)綜合評判結(jié)果，還可以判斷親本配合力的高低。

參考數(shù)列不同，各性狀的權(quán)重系數(shù)也不同。從表7可以看出，株鈴數(shù)、單鈴重、皮棉產(chǎn)量的權(quán)重系數(shù)以皮棉產(chǎn)量為參考數(shù)列時最大，分別為0.1117、0.0998、0.1468。湯飛宇等[11]以籽棉產(chǎn)量為參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法得到各性狀的權(quán)重系數(shù)，果枝層數(shù)、株鈴數(shù)、單鈴重、衣分、籽棉產(chǎn)量、纖維長度、比強(qiáng)度、馬克隆值分別為0.0928、0.1112、0.0915、0.0872、0.1531、0.0954、0.0830、0.1003，與本文以皮棉產(chǎn)量計算的權(quán)重系數(shù)相差不大。

雜交組合灰色評判的關(guān)鍵在于如何確定各性狀的權(quán)重系數(shù)，權(quán)重系數(shù)不同，則綜合評判值不同。確定權(quán)重系數(shù)的方法有多種，如專家評定法、判斷矩陣法、育種家根據(jù)經(jīng)驗人為賦值、灰色關(guān)聯(lián)度法。陳全家[13]等采用人工分別賦予相同權(quán)重和不同權(quán)重，得出等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度排序。湯飛宇等[11]采用以籽棉產(chǎn)量為參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法確定權(quán)重系數(shù)。由于雜交組合各性狀的重要程度不同，所以不建議賦予相同權(quán)重，況且人為賦值本身具有不確定性；灰色關(guān)聯(lián)度法分析時，僅以籽棉產(chǎn)量為參考數(shù)列時，則產(chǎn)量及其產(chǎn)量性狀所占權(quán)重就偏大,其它性狀所占權(quán)重則偏小。本文分別采用產(chǎn)量和品質(zhì)共4個目標(biāo)性狀為參考數(shù)列的灰色關(guān)聯(lián)度法來確定各性狀的權(quán)重系數(shù)，既能權(quán)衡多個目標(biāo)性狀的權(quán)重系數(shù)，又能夠看出其它性狀對目標(biāo)性狀影響程度的大小。如對皮棉產(chǎn)量影響最大的是株鈴數(shù)，其次是單鈴重。這一點可從表6和表7中看出。

雜交組合灰色評判是一種評價棉花雜交組合的有效方法，尤其對多個育種目標(biāo)進(jìn)行綜合評價時更加全面，它用起來簡單、明確、易懂，可在雜交早代確定重點組合，以便盡早地集中精力于較優(yōu)組合的選擇，從而減少工作量，提高選擇效率，加快育種進(jìn)程。對于雜交優(yōu)勢利用，則可以幫助育種工作者綜合判斷優(yōu)良雜交種，為雜交種的有效利用提供依據(jù)。也無需定性經(jīng)驗，只要將基本原理融會貫通，即使是育種新手，亦能運用自如。

4 結(jié)論

11個棉花組合表現(xiàn)優(yōu)劣的順序依次為：中1311＞NU771＞中9169＞中MBZ712＞冀428＞GB118＞中9249＞中1206＞CK＞中9209＞HL02。對于1級組合，在下年度應(yīng)當(dāng)擴(kuò)大種植規(guī)模，并在F1以后的各世代中重點選擇，選育常規(guī)種，或者直接進(jìn)行雜交優(yōu)勢利用，申報區(qū)域試驗；對于2級組合，在雜種后代中適當(dāng)注意選擇優(yōu)良單株；3級組合表現(xiàn)一般，若沒有特殊優(yōu)點，應(yīng)淘汰。

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