云瑞15系列不同雜交途徑甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)DTOPSIS綜合評價

桃聯(lián)安，經(jīng)艷芬，董立華，安汝東，周清明，邊芯，田春艷，俞華先，孫有芳，楊李和，張鈺，吳才文

（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所瑞麗育種站，云南瑞麗 678600；2.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，云南開遠(yuǎn) 661699）

0 引言

突破性甘蔗品種選育的關(guān)鍵是突破性親本的創(chuàng)新，突破性親本創(chuàng)新的關(guān)鍵又是在甘蔗野生種質(zhì)資源的選用和雜交利用途徑的選擇[1-2]。近年來，瑞麗甘蔗育種站著力利用栽培原種與栽培原種、栽培原種與野生原種雜交獲得F1，再用F1×F1獲得F2，F(xiàn)2×F2獲得F3，F(xiàn)3×F3獲得F4……，與現(xiàn)有親本或品種不發(fā)生雜交，以此“對等雜交”的方式構(gòu)建獨立親本系統(tǒng)，旨在創(chuàng)新親本血緣基礎(chǔ)，保持種質(zhì)遺傳平衡，以期提高野生種質(zhì)資源利用成效，選育突破性甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)。2014年通過對33份09 系列對等F1代進行灰色接近度綜合評價，結(jié)果表明有19 份材料超過對照ROC22 和粵糖93-159[3]。目前，在15 系列創(chuàng)新后代選種圃中完成了對等F2代，對等F1代與商業(yè)種雜交的BC1、BC2代，對等F2代與商業(yè)種雜交的BC1代，以及野生種與親本（或品種）高貴化雜交的F3代等材料的1 年新植、1 年宿根觀察，同時在16 系列、17 系列材料中已獲得對等F3代共35 份材料。對這些材料進行正確的評價可為“對等雜交”方式構(gòu)建獨立親本系統(tǒng)提供參考。

DTOPSIS法（Dynamic Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，逼近理想解排序法)，借助于多目標(biāo)決策的理想解和負(fù)理想解去排序，綜合了多個指標(biāo)，比用單一指標(biāo)進行分析更為合理，因此，該方法在草莓、玉米、馬鈴薯、棉花等作物上[4-7]得到廣泛應(yīng)用，在作物品種區(qū)試評價、性狀分析等方面取得了較好的效果。在甘蔗遺傳育種中對品種區(qū)試、自育品系、創(chuàng)新種質(zhì)的評價和篩選也有不少報道[8-13]。本文對云瑞15系列中不同雜交利用途徑創(chuàng)新的種質(zhì)進行DTOPSIS綜合評價，為進一步雜交利用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試材料共123份（云瑞15系列創(chuàng)新材料），其中有56份對等F2代（A 類）、22 份對等F1-BC1代（對等F1代與商業(yè)種雜交1 次，B 類）、11 份對等F1-BC2代（對等F1代與商業(yè)種雜交2 次，C 類）、23 份對等F2-BC1代（對等F2代與商業(yè)種雜交1 次，D 類），以及11 份傳統(tǒng)高貴化雜交F3代（野生種與傳統(tǒng)親本或品種雜交3 次，E 類）。設(shè)對照新臺糖22號（ROC22，CK1）、粵糖93-159（YT93-159，CK2），詳見表1。

1.2 試驗方法

試驗布置與調(diào)查：2016 年、2017年在瑞麗育種基地布置云瑞15 系列甘蔗創(chuàng)新材料選種圃新植和宿根試驗，行長1.5 m、行距1.1 m，按大田常規(guī)管理。于10 月調(diào)查株高、莖徑、有效莖數(shù)，按公式計算：單莖重（kg）=0.7854×（株高-30 cm）×莖徑2/1000，蔗產(chǎn)量（t/hm2）=單莖重×有效莖數(shù)（條/hm2）/1000，于次年1月份調(diào)查錘度，據(jù)經(jīng)驗公式計算：含糖量（t/hm2）=蔗產(chǎn)量×錘度×0.69/100。

數(shù)據(jù)分析：株高、莖徑、有效莖數(shù)、單莖重、蔗產(chǎn)量、錘度和產(chǎn)糖量7 個性狀，采用DTOPSIS 法（逼近理想解排序法）綜合評價，參見趙培芳的方法[14]，在Excel中完成數(shù)據(jù)處理。

表1 材料及其親系Table 1 The materials and their parentage

續(xù)表1 Continued Table 1

續(xù)表1 Continued Table 1

2 結(jié)果與分析

2.1 DTOPSIS分析法

2.1.1 原始數(shù)據(jù)無量綱化

各材料的性狀指標(biāo)可分為正向指標(biāo)、中性指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)，各類指標(biāo)無量綱化處理公式如下：

式(1)、(2)、(3)分別為正向、中性和負(fù)向指標(biāo)；Xkmez為性狀目標(biāo)值，代表第k個性狀的目標(biāo)；代表材料編號的g＝1，2，3，…，n；代表性狀指標(biāo)的k=1，2，3，…，m；Xgk代表第g個品種第k個性狀值；abs 代表絕對值。本試驗除株高外的6個指標(biāo)均為正向指標(biāo)（株高太高容易倒伏，目標(biāo)值取中性值），對原始數(shù)據(jù)進行無綱量化處理。

2.1.2 建立決策矩陣R

首先要確定各性狀的權(quán)重集：

k=1，2，3，…m，權(quán)重系數(shù)的確定有灰色關(guān)聯(lián)度法、德爾菲法、判斷矩陣法、專家經(jīng)驗法等，本文采用的是趙俊等[15]的灰色關(guān)聯(lián)度法，即：各性狀先進行均值化處理，再計算含糖量（參考數(shù)列）與其余性狀（比較數(shù)列）的灰色關(guān)聯(lián)度rk，分別為株高0.719 0、莖徑0.692 4、單莖重0.710 2、有效莖0.785 6、蔗產(chǎn)量0.901 0、錘度0.709 1、含糖量1.000 0，并進行歸一化處理得到各性狀的權(quán)重系數(shù)W(k)，株高0.130 3、莖徑0.125 5、單莖重0.128 7、有效莖0.142 4、蔗產(chǎn)量0.163 3、錘度0.128 5、含糖量0.181 2。然后根據(jù)下面公式計算出決策矩陣R：

Rgk表示R中第g個品種第k個性狀的相應(yīng)值。

2.1.3 求出各性狀值的正負(fù)理想解數(shù)列及其距離

正、負(fù)理想解計算公式如下：

采用歐幾里德范數(shù)作為距離的測度：

2.1.4 計算出各品種與理想解的相對接近程度值

各品種與理想解的相對接近程度計算公式：

根據(jù)Cg進行排序，Cg值最大者為綜合性狀最優(yōu)，結(jié)果見表2。

表2 各材料的決策矩陣Rgk及相對近似程度值CgTable 2 The decision matrixand the approximations of the materials

續(xù)表2 Continued Table 2

2.2 性狀間灰色關(guān)聯(lián)度

蔗產(chǎn)量與含糖量的灰色關(guān)聯(lián)度最大(r5=0.901 0)，說明蔗莖產(chǎn)量對含糖量影響最大，錘度與含糖量的灰色關(guān)聯(lián)度（r6=0.7091）相對較小，蔗莖產(chǎn)量與含糖量的灰色關(guān)聯(lián)度大于錘度與含糖量的灰色關(guān)聯(lián)度，說明提高甘蔗產(chǎn)量比提高糖分對提高含糖量更有效，這與利用野生資源的抗逆性、適應(yīng)性、宿根性改良生產(chǎn)品種，以提高蔗產(chǎn)量、增加含糖量的主要育種目標(biāo)是一致的。在蔗產(chǎn)量構(gòu)成因子中，有效莖（r4=0.785 6）最大，其次是株高（r1=0.719 0）、單莖重（r3=0.710 2），莖徑（r2=0.692 4）最小，說明增加有效莖數(shù)比增粗莖徑對提高蔗產(chǎn)量更有效。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度值rk歸一化處理確定權(quán)重值Wk=(0.130 3，0.125 5，0.128 7，0.142 4，0.163 3，0.128 5，0.181 2)。

2.3 不同雜交途徑的創(chuàng)新種質(zhì)與對照的比較

在表2 中，DTOPSIS 的接近度Cg值反映了與理想品種的理想解的接近程度，Cg值越大材料綜合性狀越好。從表3可看出，在123份材料中Cg值最大的10份材料分別是：云瑞15-88（對等F1-BC1，B類）、云瑞15-150（對等F1-BC2，C 類）、云瑞15-153（F3，E 類）、云瑞15-158（F3，E 類）、云瑞15-127（對等F1-BC1，B 類）、云瑞15-155（F3，E類）、云瑞15-90（對等F2-BC1，D 類）、云瑞15-29（對等F2，A類）、云瑞15-97（F3，E類）、云瑞15-134（對等F1-BC1，B類）。在前10份材料中E類材料有4份，最多，占40%。

在表3 中，云瑞15 系列123 份創(chuàng)新材料分成了A、B、C、D、E 類材料，在123 份材料中，超過ROC22（CK1）有37 份，占30.1%，超過粵糖93-159（CK2）有71 份，占57.7%，有52 份材料未超過雙對照。其中，在56 份對等F2代材料(A類）中，超過ROC22（CK1）有12份，占21.4%，超過粵糖93-159（CK2）有28份，占50.0%，有28份材料未超過雙對照。在超過對照ROC22 的37 份材料中，高貴化F3代（E 類）占相應(yīng)同類中的比例最大，為45.5%，其次為對等F1-BC2（C 類）、對等F1-BC1（B 類）和對等F2-BC1（D 類），對等F2代材料中(A 類)最小，為21.4%；在超過對照粵糖93-159 的71 份材料中，對等F2-BC1（D 類）占相應(yīng)同類中的比例最大，為65.2%，其次是高貴化F3（E類）、對等F1-BC2（C類）和對等F1-BC1（B類），對等F2代(A類)最小，為50.0%。

表3 不同種質(zhì)后代與對照比較結(jié)果Table 3 The results of comparisons with check cultivars for each type of progeny

表4 云瑞15 系列對等F2代材料按野生血緣代數(shù)與對照比較結(jié)果Table 4 The results of comparisons between hybridization within equal generation F2(A)and check cultivars

在表4中，根據(jù)野生種血緣組成，設(shè)定栽培原種為F0，F(xiàn)0×F0的后代為F0，野生種F1×野生種F1的后代為F1，則可把云瑞15 系列56 份對等F2代材料（A 類）分成F0、F1、F2代3 類材料，在超過對照ROC22 的12 份材料中，F(xiàn)1占同類材料的比例最高，為50%，其次是F2類、F0類；與對照粵糖93-159 相比較，F(xiàn)0、F1、F2類分別為36.4%、50.0%、60.7%，F(xiàn)2類占同類材料比例最高。所以，按“對等雜交”方式利用甘蔗野生資源具有潛在的優(yōu)勢。

2.4 不同雜交類型的創(chuàng)新種質(zhì)之間比較

在表5中可看出，各類材料的相對接近度Cg的平均值從小到大的順序為：A類（對等F2代）B 類（對等F1-BC1代）>D 類（對等F2-BC1）>C 類（對等F1-BC2）>CK（對照）>E類（F3代）。所以，在整體上按傳統(tǒng)高貴化利用野生資源具有較好的優(yōu)勢。

表5 不同種質(zhì)類型的接近度及其排位平均值Table 5 The Cg and the order of distinguished type materials

2.5 材料田間表現(xiàn)

從表6中可看出，在11份傳統(tǒng)高貴化F3代參試材料中，接近程度值Cg排名越靠前的材料，超過平均值的性狀就越多。如排名第一的F3云瑞15-153其株高、莖徑、單莖重、有效莖、蔗產(chǎn)量、錘度、含糖量7個性狀均超過平均值；排名第二的F3云瑞15-158除株高沒有超過平均值外，其它莖徑、單莖重、有效莖、蔗產(chǎn)量、錘度、含糖量6 個性狀均超過平均值；排名第三的F3云瑞15-155 除株高、有效莖沒有超過平均值外，其它莖徑、單莖重、蔗產(chǎn)量、錘度、含糖量5 個性狀均超過平均值；排名最后的F3云瑞15-156 除莖徑、錘度超過平均值外，株高、單莖重、有效莖、蔗產(chǎn)量、含糖量等5 個性狀沒有性狀超過平均值，倒數(shù)第二的F3云瑞15-105 則沒有任何一個性狀超過平均值。

所以，DTOPSIS 法相對接近度排名靠前的材料通常是某些性狀綜合表現(xiàn)較好的材料，DTOPSIS 法評價結(jié)果與材料表現(xiàn)比較一致。

表6 傳統(tǒng)高貴化F3代材料性狀優(yōu)良值分布Table 6 Distribution of the excellent value of the characters for F3

3 討論

本研究采用DTOPSIS法，對云瑞15系列對等F2代（A 類）、對等F1-BC1代（對等F1代與商業(yè)種雜交1次，B類）、對等F1-BC2代（對等F1代與商業(yè)種雜交2 次，C 類）、對等F2-BC1代（對等F2代與商業(yè)種雜交1 次，D 類），以及傳統(tǒng)高貴化雜交F3代（野生種與傳統(tǒng)親本或品種雜交3次，E類）5類123份材料進行了綜合評價，Cg均值最大的是E類，其次是C類、D 類、B類、A 類，表現(xiàn)出趨勢：Cg值與商業(yè)種雜交次數(shù)呈正比。所以，在甘蔗種質(zhì)雜交利用中，在擴大栽培原種、野生種遺傳基礎(chǔ)的同時，盡快與商業(yè)種或生產(chǎn)型親本雜交更容易獲得綜合性狀表現(xiàn)較好的后代。

本研究超過對照ROC22 有37 份材料，超過粵糖93-159有71 份材料。云瑞15系列材料基本上是甘蔗野生血緣F1、F2、F3代，常表現(xiàn)為生勢強，生長快，有效莖多，在產(chǎn)量上具有較好的優(yōu)勢，容易超過對照種，雖然DTOPSIS的Cg值超過對照，但通常莖徑偏小，中小莖，糖分較低。另外，試驗種植為單行距，野生血緣后代較對照種生長快，受封行早、遮光等影響，對照種粵糖93-159 等往往沒有表現(xiàn)出大田生產(chǎn)中的產(chǎn)量優(yōu)勢。還有，云瑞系列創(chuàng)新材料野生血緣含量較高，一般還表現(xiàn)出早花、空蒲心重、纖維分高、難脫葉、毛群多等不良性狀，難以達到生產(chǎn)品種的農(nóng)藝性狀要求，只能用于親本材料的篩選。所以，本研究僅依據(jù)7 個性狀的初步評價，試圖比較不同雜交方式的優(yōu)劣，旨在為甘蔗種質(zhì)資源的雜交利用方式和途徑提供參考，若要對云瑞創(chuàng)新材料和對照種做出更為科學(xué)的評價尚需從試驗設(shè)計、布置和評價方法等方面進行比較、分析和完善。