應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對遠緣雜交選育的小麥新品系評價

丁明亮，趙 紅，浦秋紅，崔永禎，李宏生，顧 堅，田玉仙，楊木軍，李紹祥

(云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院糧食作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究意義】普通小麥(TriticumaestivumL.,AABBDD,2n=42)是播種面積僅次于玉米與水稻的第3大的糧食作物，對中國糧食安全具有重要意義[1]。近幾十年以來，中國小麥單產(chǎn)和總產(chǎn)均得到了大幅度提高，但由于人類對小麥品種定向選擇以及集約化品種的選育推廣等現(xiàn)代育種技術(shù)和栽培模式導(dǎo)致普通小麥原先積累的優(yōu)良基因受到大量侵蝕，遺傳基礎(chǔ)日益狹窄，使得普通小麥對于生物和非生物脅迫變得更加脆弱，同時嚴重制約了普通小麥產(chǎn)量與品質(zhì)的改良[2-3]。因此，從普通小麥近緣種屬中發(fā)掘利用優(yōu)異的基因資源以拓寬普通小麥遺傳基礎(chǔ)與增加品種的遺傳多樣性，將對開展普通小麥高產(chǎn)、抗病、優(yōu)質(zhì)育種具有重要意義[4-5]?！厩叭搜芯窟M展】硬粒小麥(Tritieumdurum,AABB,2n=28)是普通小麥的二級基因源，攜帶豐富的改良小麥產(chǎn)量和品質(zhì)等的有益基因，比如銹病[6]、黃矮病[7]、紋枯病[8]、白粉病[9]、黑穗病[10]、麥蠅[11]、抗旱、耐寒、耐鹽堿及高蛋白[12]等抗性優(yōu)質(zhì)相關(guān)基因。由于硬粒小麥與普通小麥存在同源的A、B染色體組，所以兩者雜交實現(xiàn)染色體配對、易位和重組，再通過雜種后代的自交或回交能夠?qū)崿F(xiàn)硬粒小麥有益基因向普通小麥的轉(zhuǎn)移以改良普通小麥[13]。通過這種遠緣雜交的方式轉(zhuǎn)移硬粒小麥中的抗病、優(yōu)質(zhì)等有益基因，已培育出一大批普通小麥品種，如意大利的普通小麥Marquilio攜帶硬粒小麥Sr9g/Yr7基因和印度的NP890含有硬粒小麥Giza的葉銹病抗源；國內(nèi)的湖北省荊州地區(qū)農(nóng)科所荊州66以及由阿夫與新疆大顆子(硬粒小麥)雜交選育的臨農(nóng)系列品種均具有硬粒小麥血緣[14-15]?！颈狙芯康那腥朦c】然而近些年在云貴高原麥區(qū)針對利用硬粒小麥資源選育普通小麥的報道較少。本研究利用硬粒小麥與普通小麥雜交再回交1次獲得BC1，再通過小麥×玉米遠緣雜交誘導(dǎo)雙單倍體技術(shù)快速穩(wěn)定獲得的12個遠緣雜交小麥新品系作為試驗材料，應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對選育的小麥新品系進行綜合評價。【擬解決的關(guān)鍵問題】旨在為云貴高原麥區(qū)硬粒小麥資源引入普通小麥選育小麥新品種提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

硬粒小麥資源2003K-13是本項目組由墨西哥引進，該材料具有抗條銹病、分蘗力強和籽粒性狀好等突出特點。普通小麥2008Y3-4471是筆者選育的高代穩(wěn)定品系，該材料具有穗大粒多，抗條銹病和抗白粉病，但是分蘗力弱和籽粒性狀差等特性。因此，本項目組選取硬粒小麥2003K-13與普通小麥2008Y3-4471雜交再回交1次獲得BC1再通過小麥×玉米遠緣雜交誘導(dǎo)雙單倍體技術(shù)快速穩(wěn)定，以期獲得具有抗條銹病、抗白粉病、分蘗力強和籽粒性狀好等特性的普通小麥穩(wěn)定材料。該試驗采用這批材料中抗條銹病和抗白粉病的12個遠緣雜交小麥新品系(表1)為試驗材料，以云麥53為對照。

1.2 試驗設(shè)計

試驗于2014-2015年種植在云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院嵩明基地，隨機區(qū)組設(shè)計，重復(fù)3次，等行距條播，行長4.09 m，平均行距0.233 m，小區(qū)寬1.63 m，7行區(qū)，基本苗為 240萬苗/hm2，小區(qū)面積6.67 m2。2014年10月25日播種，2015年4月29日收獲。整個生育期田間管理同一般同類型的生產(chǎn)大田。苗期在各重復(fù)內(nèi)設(shè)定每個小區(qū)的第2行和第6行2個調(diào)查點調(diào)查基本苗人工定苗為228苗/行(240萬苗/hm2)。分別調(diào)查各重復(fù)分蘗數(shù)、最高莖蘗數(shù)、有效穗、成穗率、千粒重、穗長、小穗數(shù)、退化小穗數(shù)、結(jié)實小穗數(shù)、實粒數(shù)、株高、生育期和產(chǎn)量等 13 個農(nóng)藝性狀。最后取3次重復(fù)的結(jié)果，計算該品系的平均值作為該材料的性狀表現(xiàn)值。

1.3 分析方法

數(shù)據(jù)分析參考韓啟秀[16]、許海霞等[17]和崔超崗等[18]利用的灰色關(guān)聯(lián)度分析法進行，具體為：12個參試小麥品系看作一個灰色系統(tǒng)，每個小麥品系看作系統(tǒng)的一個因素。對照選用為退化小穗數(shù)最低值、株高與生育期適宜值，其余性狀最優(yōu)值的理想品種。設(shè)定理想品種構(gòu)成參考數(shù)列(X0)，其余各品系為比較數(shù)列(Xi)，即參考數(shù)列為X0(k)=[X0(1)、X0(2)、…X0(n)]和比較數(shù)列為Xi(k)=[Xi(1)、Xi(2)、…Xi(N)]，其中N為小麥品系數(shù)，n為評估性狀數(shù)。兩組數(shù)據(jù)列作比較，并利用下列公式分別計算出關(guān)聯(lián)系數(shù)、和等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度，其中公式(1)中的ρ為分辨系數(shù)(ρ≤0.5436時分辨力最好，文章采用0.5)，公式(3)中的wi為加權(quán)系數(shù)，由性狀關(guān)聯(lián)度或?qū)＜以u定系統(tǒng)確定[19]。

表1 試驗材料Table 1 The test material

關(guān)聯(lián)系數(shù)：ξi(k)=

(1)

(2)

(3)

2 結(jié)果與分析

2.1 遠緣雜交選育小麥新品系的主要性狀及參考數(shù)列的構(gòu)建

遠緣雜交選育小麥新品系遠緣雜交獲得的12個小麥新品系和對照品種云麥53田間表現(xiàn)列于表2。為了建立參考數(shù)列，需確定“理想品種”各相應(yīng)性狀值。根據(jù)育種目標和云貴高原麥區(qū)的育種實踐，設(shè)定產(chǎn)量、實粒數(shù)、千粒重、有效穗、分蘗數(shù)、最高莖蘗數(shù)、成穗率、穗長、小穗數(shù)和結(jié)實小穗數(shù)10個性狀的最優(yōu)指標為理想品種的相應(yīng)性狀值；株高、生育期為育種中要求適宜為理想品種的相應(yīng)性狀值，株高設(shè)定 80 cm 為宜和生育期設(shè)定為170 d為宜；退化小穗數(shù)則要求值越小越好，根據(jù)其評價值采用下限值設(shè)定為理想品種的相應(yīng)性狀值。該研究中設(shè)定退化小穗數(shù)的最低值、株高與生育期的適宜值、其余10個性狀的最優(yōu)值為理想品種相應(yīng)性狀值。同時由于參考數(shù)列與比較數(shù)列的各性狀值的計量單位不同，在分析之前必須進行無量綱標準化處理，以使各性狀數(shù)量級相同。標準化處理的方法是將每個數(shù)列的Xi(k)數(shù)據(jù)除以該數(shù)列相對應(yīng)的X0(k)，即得到一個數(shù)量級相同的新數(shù)據(jù)，結(jié)果見表3。

2.2 遠緣雜交選育小麥新品系與理想品種在各性狀上的關(guān)聯(lián)系數(shù)計算

首先根據(jù)表3無量綱化處理結(jié)果獲得的數(shù)據(jù)計算Δi(k)，公式為Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|；其中i=1,2,3, …,12，k=1,2,3, …,13。再計算出兩極最大差為 maxΔi(k)=0.3954，兩極最小差minΔi(k)=0.0000。首先把表3的數(shù)據(jù)代入公式(1)，即可得到參考數(shù)列(X0)與比較數(shù)列(Xi)各性狀的關(guān)聯(lián)系數(shù)，結(jié)果見表4。

表2 硬粒小麥與普通小麥遠緣雜交選育小麥新品系的性狀表現(xiàn)Table 2 Traits of 12 new wheat lines from distant hybridization between durum wheat and common wheat

表3 無量綱化處理結(jié)果Table 3 The result of non dimensional treatment for the experimental data

表4 各品系與理想品種的關(guān)聯(lián)系數(shù)及權(quán)重Table 4 The correlation coefficient and weight between 12 new wheat lines and ideal varieties

2.3 遠緣雜交選育小麥新品系的關(guān)聯(lián)度計算及排序

把表4數(shù)據(jù)再代入公式(2)中，即可得出各品系的等權(quán)關(guān)聯(lián)度γi。然而由于評價小麥品系是否優(yōu)劣時每個性狀貢獻不一致，因此不能采用等權(quán)關(guān)聯(lián)度(γi)予以評價，而應(yīng)采用加權(quán)關(guān)聯(lián)度(γi′)。根據(jù)育種目標和經(jīng)驗，研究者對小麥品系的13 個性狀分別賦予不同的權(quán)重系數(shù)(wi)，其中產(chǎn)量為0.1500，其余各性狀權(quán)重系數(shù)(wi)列于表4，將此數(shù)據(jù)代入公式(3)中，即可得出各品系的加權(quán)關(guān)聯(lián)度(γi′)，結(jié)果見表5。

表5 各品系與理想品種的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序Table 5 The relational degree and relational sequence between 12 new wheat lines and ideal varieties

2.4 遠緣雜交選育小麥新品系的產(chǎn)量表現(xiàn)與關(guān)聯(lián)度分析評價

由表5 可看出，通過小麥×玉米遠緣雜交誘導(dǎo)雙單倍體技術(shù)快速穩(wěn)定硬粒小麥與普通小麥遠緣雜交材料獲得的12個小麥新品系與理想品系的等權(quán)關(guān)聯(lián)度和加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次與產(chǎn)量位次存在著一定的差異，但是加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次要更接近。說明在計算加權(quán)關(guān)聯(lián)度時研究者給各性狀所賦予的權(quán)重系數(shù)是合理的，筆者所構(gòu)建的“理想品種”是符合實際的，選育目標是有可能實現(xiàn)的。依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度法分析的原則，關(guān)聯(lián)大表明與理想品種的關(guān)聯(lián)程度高，即表明綜合性狀優(yōu)異，反之綜合性狀表現(xiàn)較差。由表5 可知，小麥新品系14Y2-919與理想品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度(γi′=0.7480)最大，產(chǎn)量較對照也增產(chǎn)8.16 %，說明小麥新品系14Y2-919在12個新品系中綜合表現(xiàn)最為優(yōu)異，其次為小麥新品系14Y2-873、14Y2-939和14Y2-838的綜合表現(xiàn)也較為優(yōu)異，同時增產(chǎn)顯著。

3 討 論

研究結(jié)果表明在云貴高原麥區(qū)將硬粒小麥資源引入普通小麥選育的小麥新品系的等權(quán)關(guān)聯(lián)度、加權(quán)關(guān)聯(lián)度位次和產(chǎn)量位次排列不一致，但加權(quán)關(guān)聯(lián)度與產(chǎn)量位次結(jié)果較接近，和各品系綜合表現(xiàn)較為吻合，因此使用灰色關(guān)聯(lián)度分析方法對選育小麥新品系進行綜合評估是可行的，此結(jié)果與劉春英等[20]、曲祥春等[21]的研究結(jié)果較一致。

灰色關(guān)聯(lián)度分析法克服了常規(guī)方法中以單一性狀來評價小麥新品系優(yōu)劣的片面做法，能夠全面的考慮多個性狀對品系優(yōu)劣的影響。由于試驗材料已經(jīng)是針對選育的兼抗云貴高原麥區(qū)條銹病和白粉病等主要病害的小麥新品系，因此在此研究中著重從多個產(chǎn)量相關(guān)性狀利用該方法來綜合評價選育材料的優(yōu)劣。如小麥新品系14Y2-919的產(chǎn)量雖不是最高，但是各性狀的綜合表現(xiàn)最為優(yōu)異，適宜進一步關(guān)注。小麥新品系14Y2-918產(chǎn)量位列第5，比對照云麥53增產(chǎn)4.76 %，但是與理想品種的加權(quán)關(guān)聯(lián)度卻位列第8，產(chǎn)量較高但綜合表現(xiàn)一般。說明灰色關(guān)聯(lián)度分析法篩選出的新品系更具有代表性和育種實踐意義。

硬粒小麥攜帶豐富的改良小麥產(chǎn)量和品質(zhì)等的有益基因，并且通過與普通小麥雜交實現(xiàn)A、B同源染色體配對、易位和重組以實現(xiàn)硬粒小麥有益基因向普通小麥的轉(zhuǎn)移達到改良普通小麥的目的[5-13]。通過這種遠緣雜交的方式轉(zhuǎn)移硬粒小麥中的抗病、優(yōu)質(zhì)等有益基因，已培育出一大批普通小麥品種[14-15]。筆者采用小麥×玉米遠緣雜交誘導(dǎo)雙單倍體技術(shù)快速獲得12個普通小麥與硬粒小麥遠緣雜交的小麥新品系，說明小麥×玉米遠緣雜交誘導(dǎo)雙單倍體技術(shù)是使硬粒小麥基因轉(zhuǎn)移到普通小麥的一種快速而有效的技術(shù)手段。

4 結(jié) 論

運用灰色關(guān)聯(lián)度分析法獲得的加權(quán)關(guān)聯(lián)度更能反映品種的真實表現(xiàn)，是綜合評價小麥新品系的有效方法。利用常規(guī)育種技術(shù)和雙單倍體育種技術(shù)相結(jié)合將硬粒小麥資源引入普通小麥而選育的12個普通小麥新品系，各品系性狀表現(xiàn)均較好，性狀穩(wěn)定一致。經(jīng)綜合評價，小麥新品系14Y2-919在12個新品系中綜合表現(xiàn)最為優(yōu)異，其次為14Y2-873、14Y2-939和14Y2-838，可進一步用于培育適合云貴高原麥區(qū)的小麥新品種。

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