同異分析法在粒用高粱雜交種評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

曲祥春 王 鼐 石貴山 于 淼 李海青 高 悅 徐 寧 陳冰嬬

（吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所，136100，吉林公主嶺）

高粱具有較強(qiáng)的抗旱、耐澇、耐鹽堿和耐貧瘠等特性，多種植在干旱、半干旱和鹽堿等邊際性土地上，對(duì)全球干旱和半干旱地區(qū)的糧食和飼料安全具有重要的作用[1]。評(píng)價(jià)高粱雜交種一般只對(duì)產(chǎn)量性狀進(jìn)行方差分析[2]和穩(wěn)產(chǎn)性分析[3]，往往不能全面評(píng)價(jià)雜交種的優(yōu)劣。在實(shí)際生產(chǎn)中，高粱雜交種的生育期、株高、千粒重、品質(zhì)和抗病性等性狀對(duì)雜交種的推廣、生產(chǎn)和銷(xiāo)售至關(guān)重要。比如生育期，即便在同一生態(tài)區(qū)，也會(huì)由于雜交種生育期相差較大而使推廣的地區(qū)不同。目前高粱收獲逐漸機(jī)械化，要求株高降到適用收割機(jī)的范圍，過(guò)去高產(chǎn)但植株很高的雜交種已不能適應(yīng)生產(chǎn)的需要。在產(chǎn)量處于平臺(tái)期和株高滿(mǎn)足需求的條件下，雜交種的品質(zhì)性狀尤為重要，決定著糧食的價(jià)格[4]，也影響該雜交種的推廣。因此，利用多因素綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)高粱雜交種進(jìn)行全面、客觀和合理的評(píng)價(jià)具有重要意義。

郭瑞林等[5]結(jié)合模糊綜合評(píng)判法[6]、灰色多維綜合評(píng)估法[7]和集對(duì)論[8]提出了同異分析法，并對(duì)10個(gè)小麥品種的12個(gè)性狀進(jìn)行分析，鑒選出1個(gè)優(yōu)良品種，同時(shí)研究了同異分析法的優(yōu)缺點(diǎn)[8]。宋志均等[9]利用同異分析法對(duì)安陽(yáng)市農(nóng)業(yè)科學(xué)院20個(gè)小麥新品種（系）的8個(gè)主要性狀進(jìn)行了綜合分析，鑒選出5個(gè)優(yōu)良品種（系），并對(duì)該方法進(jìn)行了完善。馬洪文等[10]利用同異分析法對(duì)12個(gè)水稻品種的11個(gè)主要農(nóng)藝性狀和品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析，鑒選出3個(gè)優(yōu)良品種。盧道文等[11]利用該方法分析了16個(gè)玉米雜交種的13個(gè)主要性狀，并與方差分析方法進(jìn)行比較，認(rèn)為同異分析法在玉米雜交種的綜合鑒評(píng)中是可行的。雷全奎等[12]采用此方法評(píng)價(jià)了15個(gè)大豆品系的10個(gè)性狀，鑒選出6個(gè)綜合性狀好和產(chǎn)量高的大豆品系，認(rèn)為同異分析法在品系綜合評(píng)價(jià)中運(yùn)算簡(jiǎn)便，評(píng)價(jià)更全面、更合理，切實(shí)可行。然而同異分析法在高粱雜交種評(píng)價(jià)中的應(yīng)用鮮有報(bào)道。

本文運(yùn)用同異分析法對(duì)吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2018-2020年登記的11個(gè)高粱雜交種的產(chǎn)量、生育期、株高、穗長(zhǎng)、穗粒重、千粒重和品質(zhì)性狀等11個(gè)性狀進(jìn)行綜合比較，旨在為鑒選優(yōu)良高粱雜交種探索優(yōu)良方法，為新品種推廣提供科學(xué)依據(jù)，為高粱雜交種選育和親本系創(chuàng)制提供參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院2018-2020年登記的11個(gè)高粱雜交種，分別為吉雜229、吉雜225、吉雜224、吉雜227、吉雜228、吉雜233、吉雜235、吉雜236、吉雜237、吉雜149和吉雜157。11個(gè)供試雜交種的父母本及其親緣關(guān)系見(jiàn)表1。11個(gè)雜交種數(shù)據(jù)為2017-2019年參加新品種聯(lián)合鑒定的吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物資源研究所、吉林省松原市長(zhǎng)嶺縣綜合執(zhí)法大隊(duì)、吉林省白城市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、吉林省宏澤現(xiàn)代農(nóng)業(yè)有限公司、內(nèi)蒙古通遼市農(nóng)業(yè)科學(xué)院、內(nèi)蒙古赤峰市農(nóng)牧科學(xué)研究院、黑龍江省肇州縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心和黑龍江省肇源縣農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣中心8個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)的平均數(shù)據(jù)，包括生育期、株高、穗長(zhǎng)、穗粒重、千粒重、產(chǎn)量以及淀粉含量、支鏈淀粉含量、粗蛋白含量、單寧含量和絲黑穗病抗性11個(gè)性狀。吉雜225絲黑穗病自然發(fā)病率為0.1%，其他10個(gè)雜交種均為0。委托吉林省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所按照高粱抗絲黑穗病鑒定 技術(shù)規(guī)范接種鑒定絲黑穗病抗性[13]。

表1 供試高粱雜交種的信息及親本親緣關(guān)系Table 1 The information of sorghum hybrids and genetic relationship of their parents

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 構(gòu)建高粱雜交種理想性狀值和各性狀在品種綜合評(píng)估中的權(quán)重 根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際及高粱育種目標(biāo)構(gòu)建各性狀的理想值。生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重和單寧含量等性狀取適中值，穗粒重、產(chǎn)量、淀粉含量、支鏈淀粉含量和粗蛋白含量等性狀取最大值，絲黑穗病抗性數(shù)據(jù)采用“1/X/100”進(jìn)行歸一化處理。運(yùn)用育種經(jīng)驗(yàn)綜合確定各性狀的權(quán)重（Wk）。

1.2.2 計(jì)算各性狀表現(xiàn)與理想值的同一度和綜合同一度 采用如下公式計(jì)算各性狀表現(xiàn)與理想值的同一度，Agk=Xok/Xgk（用于理想值越小越好的性狀），Agk=Xgk/Xok（用于理想值越大越好的性狀），Agk=Xok/（Xok+｜Xok-Xgk∣）（用于理想值適中的性狀），式中Agk表示待評(píng)價(jià)雜交種的同一度，Xgk為第g個(gè)雜交種第k個(gè)性狀的田間觀察值，Xok為第k個(gè)性狀的理想值。

采用公式Ag=∑AgkWk計(jì)算各品種的綜合同一度，式中Ag表示綜合同一度，Agk表示第g個(gè)雜交種第k個(gè)性狀的同一度，Wk表示第k個(gè)性狀的權(quán)重。

1.2.3 計(jì)算各雜交種差異度bg和聯(lián)系度μ(W) 采用公式bg=1-Ag計(jì)算差異度，采用公式μ(W)=Ag+bgi計(jì)算聯(lián)系度，同一度與差異度是相對(duì)的，i的取值范圍為[-1，1]，對(duì)于品種區(qū)域試驗(yàn)分析來(lái)說(shuō)，i值為-1[8]。

1.3 數(shù)據(jù)分忻

利用Excel 2010整理和分析數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 11個(gè)高粱雜交種的主要農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀及絲黑穗病抗性

由表2可知，11個(gè)雜交種平均生育期為118d，株高150.2cm，穗長(zhǎng)28.7cm，穗粒重88.6g，千粒重29.8g，產(chǎn)量9551.5kg/hm2，淀粉含量76.3%，支鏈淀粉含量78.6%，粗蛋白含量8.9%，單寧含量1.3%。生育期最短為114d，最長(zhǎng)為121d；株高最低140.0cm，最高160.0cm；穗長(zhǎng)最短27.0cm，最長(zhǎng)31.2cm；穗粒重最低75.7g，最高103.0g。千粒重最低27.8g，最高32.8g。

11個(gè)高粱雜交種中絲黑穗病3號(hào)生理小種接種發(fā)病率最低為9.6%，最高為18.2%，平均為13.1%。高粱絲黑穗病抗性是高粱新品種試驗(yàn)中鑒定的唯一抗性，分為高抗、抗、中抗、感和高感5個(gè)級(jí)別，對(duì)應(yīng)的接種發(fā)病率分別為0.0～5.0%、5.1～10.0%、10.1～20.0%、20.1～40.0%和 40.0%以上[14]。由表2可知，11個(gè)雜交種中10個(gè)為中抗，只有吉雜224絲黑穗病抗性為抗，接種發(fā)病率為9.6%。

2.2 同異分析法綜合評(píng)價(jià)11個(gè)高粱雜交種

2.2.1 理想性狀值構(gòu)建和權(quán)重系數(shù)確定 根據(jù)高粱育種目標(biāo)和生產(chǎn)實(shí)踐，確定各性狀的理想值Xok。依據(jù)吉林省所在高粱春播早熟區(qū)的生態(tài)區(qū)域，確定理想生育期為118d。目前主要是培育適宜機(jī)械化收獲的雜交種，株高不能太高或太低，低于130cm會(huì)影響產(chǎn)量，因此株高定為150.0cm，可兼顧產(chǎn)量與機(jī)收指標(biāo)。根據(jù)釀酒工藝對(duì)高粱籽粒的要求確定千粒重為30.0g、單寧含量為1.5%。穗粒重、產(chǎn)量、淀粉含量、支鏈淀粉含量和粗蛋白含量5個(gè)性狀取最大值，分別為103.0g、10 308.0kg/hm2、79.9%、83.3%和10.2%。絲黑穗病抗性數(shù)據(jù)經(jīng)歸一化處理之后的理想值采用100.0（表2）。

高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、抗病和宜機(jī)收是當(dāng)前高粱育種的主要目標(biāo)，因此產(chǎn)量權(quán)重分配系數(shù)為0.30，株高權(quán)重分配系數(shù)為0.15，淀粉含量權(quán)重分配系數(shù)為0.11，千粒重比穗長(zhǎng)和穗粒重更能影響雜交種的用途，因此權(quán)重分配系數(shù)為0.08，穗長(zhǎng)和穗粒重權(quán)重分配系數(shù)分別分配為0.02和0.03。單寧比蛋白質(zhì)含量在釀酒過(guò)程產(chǎn)生的作用大，單寧含量權(quán)重分配系數(shù)為0.03，粗蛋白質(zhì)含量權(quán)重分配系數(shù)為0.01。雖然絲黑穗病抗性在品種登記時(shí)是重要指標(biāo)，但在生產(chǎn)中發(fā)病率并不高，因此接種發(fā)病率權(quán)重分配系數(shù)為0.02（表2）。

表2 供試雜交種11個(gè)性狀的基本情況、理想值及權(quán)重系數(shù)Table 2 The information of 11 traits of hybrids,ideal values and weight coefficients of 11 hybrids

2.2.2 供試雜交種各性狀表現(xiàn)與理想值的同一度 由表3可知，11個(gè)雜交種的產(chǎn)量、穗粒重、支鏈淀粉含量、粗蛋白含量、單寧含量和接種發(fā)病率6個(gè)性狀的同一度差異很大，范圍分別為0.8588～1.0000、0.7350～1.0000、0.8788～1.0000、0.8039～1.0000、0.7500～1.0000和0.0549～0.1042。生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重和淀粉含量5個(gè)性狀的同一度差異相對(duì)較小，分別為 0.9672～1.0000、0.9375～0.9980、0.9295～1.0000、0.9317～1.0000 和 0.9274～1.0000。

表3 11個(gè)供試雜交種各性狀與理想值的同一度Table 3 Identical degrees of the real and ideal values of traits of 11 hybrids

續(xù)表3 Table 3(continued)

2.2.3 供試雜交種各性狀的綜合同一度、差異度和聯(lián)系度 11個(gè)雜交種的綜合同一度比較集中，范圍為0.9154～0.9663（表4）。吉雜225綜合同一度最大，吉雜237最小。各雜交種的差異度范圍為0.0337～0.0846，聯(lián)系度為 0.8307～0.9326。根據(jù)同異分析法，聯(lián)系度的大小反映供試品種的優(yōu)劣順序，聯(lián)系度越大，品種越優(yōu)良。由表4可知，11個(gè)雜交種的優(yōu)劣順序?yàn)榧s225、吉雜235、吉雜236、吉雜227、吉雜224、吉雜229、吉雜228、吉雜157、吉雜149、吉雜233和吉雜237。

表4 11個(gè)高粱雜交種的同異分析Table 4 Similarity-difference analysis of 11 sorghum hybrids

3 討論

同異分析法是在模糊綜合評(píng)判的基礎(chǔ)上提出的一種綜合評(píng)價(jià)方法，可以綜合雜交種的多個(gè)性狀進(jìn)行分析，這種方法可以避免方差分析和回歸分析等僅考慮產(chǎn)量一個(gè)因素的局限性，對(duì)品種的評(píng)價(jià)更全面、客觀和合理。郭瑞林等[15]采用方差分析、模糊綜合評(píng)判法、灰色多維綜合評(píng)估法和同異分析法對(duì)2008-2009年河南省小麥區(qū)域試驗(yàn)的13個(gè)品種進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)同異分析法是4種方法中最簡(jiǎn)單有效的方法。

3.1 同異分析法體現(xiàn)的信息量較大

同異分析法不僅可以通過(guò)綜合評(píng)價(jià)鑒選出優(yōu)良品種，而且可以通過(guò)同一度值分析雜交種在哪個(gè)性狀存在優(yōu)勢(shì)，通過(guò)差異度分析雜交種在哪些性狀上存在不足，進(jìn)而有目標(biāo)地改良。以吉雜225為例，吉雜225的同異聯(lián)系式為0.9663+(-1×0.0337)，說(shuō)明吉雜225距離理想雜交種或者育種目標(biāo)尚有0.0337的差異，可以從粗蛋白（同一度為0.8333）和單寧含量（同一度為0.8824）等方面進(jìn)行改良。該方法也可以綜合分析親本系的優(yōu)缺點(diǎn)，在親本系的培育過(guò)程中推廣應(yīng)用。

本研究中11個(gè)雜交種的產(chǎn)量、穗粒重、支鏈淀粉含量、粗蛋白含量、單寧含量和接種發(fā)病率性狀的同一度差異很大，生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重和淀粉含量5個(gè)性狀的同一度差異相對(duì)較小。說(shuō)明為滿(mǎn)足生產(chǎn)需求，高粱育種家在生育期、株高、穗長(zhǎng)、千粒重和淀粉含量等性狀方面做了很多工作，而雜交種的支鏈淀粉、粗蛋白和單寧含量是近幾年才開(kāi)始受到重視的性狀。雖然高產(chǎn)和高穗粒重一直是育種目標(biāo)，但不同雜交種的產(chǎn)量和穗粒重仍參差不齊，是目前高粱育種處于平臺(tái)期的表現(xiàn)。這些育種問(wèn)題也可以通過(guò)同異分析法反映出來(lái)。

3.2 同異分析法中的關(guān)鍵因素

構(gòu)建理想雜交種是同異分析法應(yīng)用過(guò)程中的重要環(huán)節(jié)。雜交種理想值是對(duì)育種目標(biāo)的考驗(yàn)，通過(guò)構(gòu)建理想雜交種，使育種目標(biāo)具體化，避免盲目育種。例如株高，為了適宜機(jī)械化收獲，11個(gè)高粱雜交種的株高大多在140～155cm之間，比李嵩博等[16]統(tǒng)計(jì)2016年之前春播早熟區(qū)的高粱雜交種平均株高低20～30cm，達(dá)到了高粱機(jī)械收獲對(duì)株高的要求。高粱千粒重可分為小顆粒（18～21g）、中顆粒（22～25g）和大顆粒類(lèi)型。不同廠家因釀造工藝不同，使用的原料顆粒大小也不同，整粒發(fā)酵工藝使用小顆粒原料，而原料粉碎和破碎多瓣發(fā)酵工藝使用中顆粒和大顆粒原料。供試的11個(gè)雜交種千粒重均屬于大顆粒類(lèi)型，僅適用于原料粉碎和破碎多瓣發(fā)酵工藝。因此，育種家應(yīng)根據(jù)酒廠釀造工藝對(duì)千粒重的需求培育高粱專(zhuān)用品種。

各性狀權(quán)重系數(shù)的確定至關(guān)重要，不同的權(quán)重系數(shù)導(dǎo)致的雜交種排名差異較大。本文中各性狀的權(quán)重系數(shù)是根據(jù)高粱育種和生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)確定的，為了使該方法更精確，可以采用主成分分析法和因子分析法為參考，以確定不同生態(tài)區(qū)廣泛應(yīng)用的權(quán)重系數(shù)。

4 結(jié)論

采用同異分析法通過(guò)多個(gè)性狀對(duì)品種做出全面、客觀和合理的評(píng)價(jià)，計(jì)算方便簡(jiǎn)單，能夠?yàn)橛N者提供更多的信息用于品種改良，是開(kāi)展育種工作的良好方法。