基于隸屬函數(shù)的家蠶種質(zhì)資源主要經(jīng)濟(jì)性狀和抗病能力的比較

錢荷英，李 剛，趙國(guó)棟，劉明珠，徐安英

(江蘇科技大學(xué) 生物技術(shù)學(xué)院， 鎮(zhèn)江 212018)

我國(guó)是家蠶(BombyxmoriL.)的原產(chǎn)地,也是世界蠶絲業(yè)的發(fā)源地,擁有豐富的家蠶種質(zhì)資源，按不同生態(tài)類型大致可分為5類,即中國(guó)溫帶種、中國(guó)亞熱帶種、日本種、西亞歐洲種和熱帶種[1]．家蠶種質(zhì)資源為家蠶遺傳學(xué)等蠶業(yè)基礎(chǔ)學(xué)科研究和家蠶育種提供了重要的原始材料,同時(shí)也是蠶業(yè)及繭絲業(yè)賴以發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)[2],因此開(kāi)展家蠶種質(zhì)資源檢測(cè)、評(píng)價(jià)研究十分必要．

世界上蠶絲業(yè)發(fā)達(dá)的國(guó)家都很重視家蠶種質(zhì)資源的基礎(chǔ)性研究．日本在20世紀(jì)70年代就建立了較完善的家蠶種質(zhì)資源保存和研究體系,長(zhǎng)期開(kāi)展品種特性調(diào)查、突變基因分析等研究,其中對(duì)繭絲質(zhì)和生理生化等性狀研究尤多,并先后育成一批具有國(guó)際領(lǐng)先水平的基礎(chǔ)品種和特色實(shí)用品種,極大地推動(dòng)了日本蠶絲業(yè)的發(fā)展[3]．前蘇聯(lián)和印度在家蠶種質(zhì)資源基礎(chǔ)研究方面也有一定成就．

新中國(guó)成立以來(lái),我國(guó)蠶業(yè)科技工作者在家蠶種質(zhì)基礎(chǔ)研究方面也做了大量工作,取得了一定成績(jī)[4-8]．中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所家蠶種質(zhì)資源保存中心現(xiàn)保存家蠶資源品種500余份,基因突變系統(tǒng)220多份,為目前一地保存蠶資源最多的場(chǎng)所．近年來(lái),筆者所在團(tuán)隊(duì)對(duì)家蠶種質(zhì)資源進(jìn)行了抗性鑒定、繭絲質(zhì)調(diào)查及生理生化特性等多方面的研究,獲得了豐富的數(shù)據(jù)資料．為了更好地評(píng)價(jià)和利用這些家蠶種質(zhì)資源,采用科學(xué)、合理的方法對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行歸納、分析就顯得尤為重要．

隸屬函數(shù)評(píng)估法是根據(jù)模糊數(shù)學(xué)的原理,基于隸屬函數(shù)對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行綜合評(píng)估．一般先利用隸屬函數(shù)得到評(píng)估對(duì)象的各單項(xiàng)指標(biāo)的“單因素隸屬度”,對(duì)各指標(biāo)作出單項(xiàng)評(píng)估;然后對(duì)各單因素隸屬度進(jìn)行加權(quán)算術(shù)平均,計(jì)算綜合隸屬度,得出綜合評(píng)估的指標(biāo)值．為了獲得更加科學(xué)、合理的隸屬函數(shù),科學(xué)家們采用擬合、逼近及插值等方法[9-11]優(yōu)化了隸屬函數(shù)評(píng)估法,使之能被廣泛地應(yīng)用到農(nóng)作物、經(jīng)濟(jì)作物的單項(xiàng)性狀或綜合性狀的評(píng)價(jià)中[12-15]．

文中應(yīng)用隸屬函數(shù)分析法對(duì)40份家蠶種質(zhì)資源的多種經(jīng)濟(jì)性狀及抗病毒病能力進(jìn)行了分析、比較和評(píng)價(jià),以期篩選出單項(xiàng)或多項(xiàng)性狀優(yōu)良的蠶種質(zhì)資源應(yīng)用于科研、教學(xué)及蠶業(yè)生產(chǎn),并為家蠶種質(zhì)資源的綜合評(píng)價(jià)研究提供有用參考．

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)用的40份家蠶種質(zhì)資源(表1)由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所保存．實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)在中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院蠶業(yè)研究所家蠶種質(zhì)資源保存中心．實(shí)驗(yàn)品種均按統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行催青、飼育、上蔟、采繭等處理[1]．

表1 供試蠶品種及其基本性狀Table 1 Silkworm varieties and their basic characters

1.2 測(cè)定項(xiàng)目及方法

文中欲從品種資源的蟻蠶孵化率、強(qiáng)健性、繭質(zhì)、絲質(zhì)及抗病抗逆等多方面對(duì)資源進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),因此選取了實(shí)用孵化率、幼蟲(chóng)生命率、蟲(chóng)蛹生命率、全繭量、繭層量、繭層率、繭絲長(zhǎng)、解舒率、潔凈、單蛾產(chǎn)卵量、抗BmCPV和抗BmNPV共12個(gè)性狀進(jìn)行調(diào)查,方法如下．

實(shí)用孵化率的調(diào)查:每個(gè)品種選10個(gè)蛾圈,調(diào)查2d孵化率,計(jì)算平均值作為該品種的實(shí)用孵化率．幼蟲(chóng)生命率及蟲(chóng)蛹生命率的調(diào)查:4齡起每品種數(shù)400頭/匾,3個(gè)重復(fù),正常飼育至老熟結(jié)繭,7天采繭,調(diào)查3區(qū)的平均成績(jī)．全繭量、繭層量和繭層率的調(diào)查:每區(qū)繭隨機(jī)抽樣25個(gè)雌、25個(gè)雄,調(diào)查雌雄平均成績(jī),每品種設(shè)3個(gè)重復(fù)區(qū)．繭絲長(zhǎng)、解舒率和潔凈的檢測(cè):每個(gè)品種按照原種繅絲送樣的要求,選擇大小均勻的75顆上繭送樣,委托農(nóng)業(yè)部蠶桑產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)測(cè)試中心(鎮(zhèn)江)進(jìn)行相應(yīng)項(xiàng)目的檢測(cè)．

抗BmCPV調(diào)查:將BmCPV病毒液逐級(jí)稀釋至目的濃度104、105、106、107、108個(gè)/mL,用打孔器將桑葉打成直徑為2.4 cm的葉片,每片葉上均勻涂抹某一濃度的病毒液50 μL,蔭干后給2 齡起蠶添食,保證每區(qū)蠶充分食用24 h帶有病毒的桑葉;24 h后改喂新鮮無(wú)毒桑葉,至4 齡晌食后開(kāi)始解剖調(diào)查,以撕破表皮在中腸中后部見(jiàn)乳白色橫皺為發(fā)病主要依據(jù);如遇肉眼診斷可疑者則鏡檢,以見(jiàn)BmCPV多角體者為發(fā)病蠶,每個(gè)濃度設(shè)3個(gè)重復(fù),每個(gè)重復(fù)50頭蠶．

抗BmNPV調(diào)查:BmNPV病毒液的處理和蠶的添食方法與抗BmCPV調(diào)查相同,不同的是家蠶血液型膿病(由BmNPV引起)是急性傳染病,發(fā)病時(shí)間一般為3～4 d,且會(huì)迅速死亡,因此調(diào)查時(shí)間為2齡將眠至3齡起,個(gè)別發(fā)育慢的小蠶則采用鏡檢,以發(fā)現(xiàn)蠶體內(nèi)有BmNPV多角體者為發(fā)病蠶．運(yùn)用濃度對(duì)數(shù),采用機(jī)值分析方法計(jì)算,以LC50作為衡量各蠶品種對(duì)BmCPV和BmNPV抵抗性強(qiáng)弱的尺度．

分別對(duì)所測(cè)的各項(xiàng)指標(biāo)用以下公式求出每個(gè)品種各指標(biāo)的具體隸屬函數(shù)值:隸屬函數(shù)值=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100%,式中:X為某品種的某一指標(biāo)的測(cè)定值,Xmax為所有待測(cè)品種該項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值的最大值,Xmin為所有待測(cè)品種該項(xiàng)指標(biāo)測(cè)定值的最小值．將各個(gè)待測(cè)品種的各個(gè)指標(biāo)的具體特性隸屬值進(jìn)行累加,并求平均數(shù),平均數(shù)越大說(shuō)明其品種優(yōu)良性越強(qiáng)[16]．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理及作圖用Excel軟件完成,各項(xiàng)測(cè)定結(jié)果用統(tǒng)計(jì)分析軟件SAS(statistical analysis system)進(jìn)行方差分析[17]．

2 結(jié)果與分析

2.1 不同蠶品種實(shí)用孵化率、幼蟲(chóng)生命率、蟲(chóng)蛹生命率的性狀表現(xiàn)

從表2可看出,40個(gè)家蠶種質(zhì)資源中實(shí)用孵化率最高的是7532A,達(dá)到95.00%,最低的是秋肥,僅有63.73%;幼蟲(chóng)生命率最高是AN525,達(dá)100%,最低的是蘇34,僅為95.00%;蟲(chóng)蛹率最高的是蘇38,高達(dá)98.37%,最低的是AN525,為90.00%．

2.2 不同蠶品種全繭量、繭層量、繭層率性狀表現(xiàn)

從表3可看出,40個(gè)家蠶種質(zhì)資源中全繭量最高的是日13橋,達(dá)到1.94 g,最低的是蘭溪5號(hào),僅有0.59 g;繭層量最高是鎮(zhèn)3改,達(dá)0.39g,最低的是蘭溪5號(hào),僅為0.06 g;繭層率最高的是782,高達(dá)25.50%,最低的是蘭溪5號(hào),僅為10.17%．

2.3 不同蠶品種繭絲長(zhǎng)、解舒率、潔凈的性狀表現(xiàn)

從表4可以看出,40個(gè)家蠶種質(zhì)資源中繭絲長(zhǎng)最長(zhǎng)的是春日,達(dá)到1 117 m,最短的是蘭溪10號(hào),僅為266 m;解舒率最高的是中115滬,達(dá)94.34%,最低的是春日,僅為45.00%;潔凈最高的品種有日8、華五、華六形、中112,都高達(dá)98.00分,最低的品種有歐19吳、意16、鎮(zhèn)14、蘇41、鎮(zhèn)3改、蘭溪10號(hào),僅為90.00分．

2.4 不同蠶品種產(chǎn)卵數(shù)、對(duì)BmCPV和BmNPV抵抗性的性狀表現(xiàn)

從表5可以看出,40個(gè)家蠶種質(zhì)資源中單蛾產(chǎn)卵數(shù)最多的是蘇34,達(dá)到501粒/蛾,最低的是中115滬,僅為213粒/蛾;對(duì)BmCPV抵抗性最強(qiáng)的品種是蘭溪10號(hào),LC50的對(duì)數(shù)為7.72,最弱的是AN525,僅為3.14,兩者相差上萬(wàn)倍;對(duì)BmNPV抵抗性最強(qiáng)的品種是T3,LC50的對(duì)數(shù)為6.70,最低的品種為鎮(zhèn)3改,僅為3.82,兩者相差上千倍．

2.5 不同蠶品種的隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)

對(duì)于不同的測(cè)定指標(biāo)來(lái)說(shuō),有的指標(biāo)品種的最大值與最小值之間差異很大,因而該指標(biāo)的絕對(duì)值在參與整個(gè)評(píng)價(jià)過(guò)程中所占的比重就比較大,對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果影響也就會(huì)相應(yīng)增大;而有的測(cè)定指標(biāo)品種的最大值與最小值之間差異比較小,則該指標(biāo)的絕對(duì)值在綜合評(píng)價(jià)過(guò)程中的貢獻(xiàn)就相應(yīng)比較?。@樣就可能錯(cuò)誤地?cái)U(kuò)大或縮小某一個(gè)性狀與品種品質(zhì)的相關(guān)性．采用文獻(xiàn)[18]應(yīng)用的模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法,對(duì)各品種的各個(gè)指標(biāo)求其隸屬值并累加,綜合比較各個(gè)品種的性狀,可消除因絕對(duì)值過(guò)大或過(guò)小而可能造成的對(duì)正確評(píng)價(jià)品種優(yōu)劣所作的貢獻(xiàn)的不同．

文中對(duì)實(shí)用孵化率、幼蟲(chóng)生命率、蟲(chóng)蛹生命率、全繭量、繭層量、繭層率、繭絲長(zhǎng)、解舒率、潔凈、單蛾產(chǎn)卵量、抗BmCPV、抗BmNPV等指標(biāo)進(jìn)行了隸屬函數(shù)分析,得到各品種的平均隸屬函數(shù)值．由于家蠶的經(jīng)濟(jì)性狀與抗逆、抗病性往往有負(fù)相關(guān)關(guān)系[19],為了更客觀地描述品種的綜合性狀,文中又將抗病性與其他性狀分開(kāi)計(jì)算隸屬函數(shù)值，如表6．

表3 不同蠶品種全繭量、繭層量、繭層率Table 3 Cocoon weight, cocoon shell weight andcocoon shell rate of different silkworm varieties

表4 不同蠶品種繭絲長(zhǎng)、解舒率、潔凈Table 4 Filament length of a single cocoon, reelability percentage and neatness of different silkworm varieties

表6 40個(gè)蠶品種的隸屬函數(shù)值Table 6 Membership function of 40 silkworm varieties

從表中可看出,綜合經(jīng)濟(jì)性狀平均隸屬函數(shù)比較高的品種是蘇8、鎮(zhèn)5、華五、蘇16、春日、鎮(zhèn)3改,分別為77.5%、75.6%、74.2%、72.4%、72.3%、71.2%;最低的品種為蘭溪5號(hào)和蘭溪10號(hào),僅僅只有43.7%和27.9%．而抗病性能的平均隸屬函數(shù)比較高的品種是T3、蘭溪5號(hào)、蘭溪10號(hào),分別是95.5%、88.5%、86.5%;較低的品種是鎮(zhèn)3改、意16、日13錫、秋肥,分別是4.5%、21.5%、21.5%、27.0%．

為了更直觀地比較各品種的性狀,根據(jù)不同品種的綜合經(jīng)濟(jì)性狀和抗病性能的隸屬函數(shù)平均值分別作樹(shù)狀圖,如圖1，2．

圖1 40個(gè)家蠶品種的綜合經(jīng)濟(jì)性狀隸屬函數(shù)比較Fig.1 Comparison of comprehensive economic characters of 40 silkworm varieties by membership functions

圖2 40個(gè)家蠶品種的抗病毒病隸屬函數(shù)比較Fig.2 Comparison of antiviral disease of 40 silkworm varieties by membership functions

3 討論

在文中的飼養(yǎng)條件下,對(duì)40 個(gè)不同地理系統(tǒng)的家蠶種質(zhì)資源進(jìn)行綜合經(jīng)濟(jì)性狀的比較和分析后發(fā)現(xiàn)，綜合性狀最好的品種主要集中在育成品種區(qū)域,如蘇8、華五、鎮(zhèn)3改、春日等,這些品種都曾作為生產(chǎn)用種在蠶業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮過(guò)重要作用;而一些地方品種,如中14號(hào)、小白圓,以及引進(jìn)的歐洲品種,如意16、AN525等經(jīng)濟(jì)性狀一般,而熱帶多化性品種則表現(xiàn)最差,主要體現(xiàn)在全繭量及繭層量低、繭絲長(zhǎng)短、產(chǎn)卵量少等．究其原因是育成品種的經(jīng)濟(jì)性狀經(jīng)過(guò)人為的選拔和提高,達(dá)到了一定的生產(chǎn)指標(biāo),因此得以在生產(chǎn)上推廣使用;而一些地方品種還保持原生態(tài),其經(jīng)濟(jì)性狀表現(xiàn)一般;熱帶多化性品種則由于全齡經(jīng)過(guò)比一化性、二化性品種短4 d以上,食桑量明顯少于一化性、二化性品種,造成與繭質(zhì)、繭量相關(guān)的經(jīng)濟(jì)性狀明顯偏低．

對(duì)40 個(gè)不同地理系統(tǒng)的家蠶種質(zhì)資源進(jìn)行抗病毒病(BmCPV和BmNPV)能力的比較和分析發(fā)現(xiàn)，抗病毒能力最強(qiáng)的品種集中在T3、蘭溪5號(hào)和蘭溪10號(hào)等熱帶、亞熱帶多化性品種區(qū)域,而常規(guī)育成品種及一化、二化的家蠶種質(zhì)資源則表現(xiàn)較差,對(duì)兩種病毒病都較為敏感的品種是鎮(zhèn)3改、意16和日113錫,尤其是鎮(zhèn)3改達(dá)到極為敏感的程度．綜合來(lái)看,家蠶的經(jīng)濟(jì)性狀與抗病毒病性能有負(fù)相關(guān)性，這與文獻(xiàn)[20]的結(jié)論一致,這也是家蠶育種中需要解決的核心矛盾,即家蠶繭絲量與生命力性狀間的生物學(xué)負(fù)相關(guān)矛盾[21];文獻(xiàn)[22]采用繭絲量性狀和生命力性狀的綜合選擇方法,克服了繭絲量與生命力難以兼顧的矛盾,可為選配抗性強(qiáng)、產(chǎn)量高、繭絲質(zhì)優(yōu)的家蠶品種提供實(shí)用性參考依據(jù)．

家蠶種質(zhì)資源是遺傳育種工作的物質(zhì)基礎(chǔ),正確地選擇原始育種材料很大程度上決定了育種的效果,根據(jù)育種目標(biāo)選擇合適的育種親本能夠起到事半功倍的作用．如果育種目標(biāo)是選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)品種,則可以選擇生產(chǎn)上已育成推廣的品種作為雙親;如果要選育強(qiáng)健性抗病毒病品種則可選擇多化性品種作為一個(gè)親本,再通過(guò)雜交、回交、累代添病毒等技術(shù)手段達(dá)到育種目標(biāo)[23]．因此對(duì)育種素材進(jìn)行相對(duì)性狀的檢測(cè)和正確的評(píng)價(jià)就顯得尤為重要．文中采用模糊數(shù)學(xué)中隸屬函數(shù)的方法,對(duì)不同品種的各項(xiàng)指標(biāo)求其隸屬值并累加,綜合比較各個(gè)品種的性狀,可消除因絕對(duì)值過(guò)大或過(guò)小而可能造成的對(duì)正確評(píng)價(jià)品種優(yōu)劣造成的干擾．

由于現(xiàn)代農(nóng)業(yè)推廣優(yōu)良高產(chǎn)品種的要求,在選育品種的過(guò)程中往往過(guò)多關(guān)注高產(chǎn)性能,必然導(dǎo)致基因的單一化,而相應(yīng)地忽略了品質(zhì)基因、抗病基因等,造成這類基因的丟失．一旦條件突變或者環(huán)境不適宜,可能對(duì)產(chǎn)業(yè)造成毀滅性的危害．因此從遺傳侵蝕角度看，保持品種多樣性就顯得特別重要,家蠶種質(zhì)資源的收集、保存和深度研究任重道遠(yuǎn)．