小麥雜交育種F1 代多目標性狀灰色綜合評判

關 立，楊春玲，韓 勇，宋志均，薛志偉，侯軍紅，薛 鑫，張 凡

（安陽市農(nóng)業(yè)科學院，河南 安陽 455000）

生產(chǎn)中各種作物的優(yōu)良品種大多是通過雜交育種的方法培育出來的。據(jù)統(tǒng)計，20 世紀50 年代，雜交育種占育種品種總數(shù)的14.8%；60 年代和70 年代分別占35.5%和35.4%；到80 年代達到了79%；雜交育種育成的品種數(shù)量呈直線上升[1]。近年來，小麥新品種中也有90%以上是通過雜交育種方法育成的[2]。由此可見，雜交育種方法在作物育種領域占據(jù)重要地位。實踐表明，雜交組合的優(yōu)劣決定著育種工作的成敗。然而長期以來，人們對雜交組合的評估往往是滯后的，不能及時對雜交組合的優(yōu)劣做出判斷，常導致后期育種工作效率不高。因此，如何客觀合理地評價雜交組合便顯得尤為重要。在評判雜交組合時指標的選擇通常是憑經(jīng)驗進行取舍，很少涉及定量化概念。為了能客觀、合理、科學地評價雜交組合，郭瑞林等[3-7]提出了新的評價方法——雜交組合灰色評判法和雜交組合同異評估法，并將其應用于作物育種過程中，取得了良好的效果[8-16]。該研究采用雜交組合灰色評判方法，對雜種小麥F1組合進行綜合評價，期望從中選擇出更具潛能的優(yōu)勢組合，以便育種工作者盡早發(fā)現(xiàn)重點組合，為最終培育出符合育種目標的新品種奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地點及材料

試驗在安陽市農(nóng)業(yè)科學院試驗田進行，試驗田地勢平坦，排灌方便，前茬為玉米掩青。隨機抽取2020—2021 年度安陽市農(nóng)業(yè)科學院小麥研究所育種過程中的50 個F1代小麥雜交組合，其室內(nèi)考種結(jié)果見表1?？疾煨誀畎ㄖ旮摺沃晁霐?shù)、單株產(chǎn)量、結(jié)實性、粒質(zhì)、飽滿度、千粒重等。需要說明的是，評定雜交組合的優(yōu)劣，其抗寒性、抗倒性、抗病性、早熟性等性狀也是必須考慮的因素，表1 中未列出這些性狀，原因是這些性狀經(jīng)田間觀察、選擇已基本過關，因此在該研究中不再考慮。

1.2 原理與方法

采用雜交組合灰色評判原理與方法[3-4]，分析確定灰色綜合評判值。具體方法簡述如下。

1.2.1 確定雜交組合各性狀的最優(yōu)值最優(yōu)值一般由所有待評組合中各性狀的理想值組成，見表1。

表1 供試小麥雜交組合（F1 代）的相關性狀及最優(yōu)值

1.2.2 對雜交組合各性狀值進行無量綱化處理由于雜交組合的各性狀表示單位不同，性狀之間無法直接進行比較。因此，要先進行無量綱化處理。對雜交組合各性狀進行無量綱化處理時，針對上限效果型性狀（越大越好的性狀）、下限效果型性狀（越小越好的性狀）和適中性狀所采用的公式是不同的。

（1）上限效果型性狀無量綱公式：

式中，xiU(k)表示第k個組合第i個性狀無量綱值；xi(k)表示第k個組合第i個性狀觀察值；ximax則表示第i個性狀在所有組合中的最大觀察值。

（2）適中性狀無量綱公式：

式中，xiB(k)表示第k個組合第i個性狀無量綱適中值；ximin表示第i個性狀在所有組合中的最小值。

1.2.3 確定各性狀的最優(yōu)序列值最優(yōu)序列中的最優(yōu)值可以是組合中的最優(yōu)值，也可以是經(jīng)驗型的最優(yōu)值，還可以是歸一化處理的最大值。采用什么樣的最優(yōu)值，由育種工作者自己選定。只是不同的最優(yōu)序列值，在雜交組合灰色評判過程中所依據(jù)的計算公式有所不同。為方便起見，該研究采用歸一化處理的最大值“1”，即雜交組合灰色評判中最優(yōu)序列中各性狀最優(yōu)值均為“1”。

1.2.4 求各組合性狀無量綱值與最優(yōu)序列值的差序列值按照公式（4）求取各組合性狀無量綱值與最優(yōu)序列值的差序列值?i(k)。

1.2.6 求各組合性狀差序列值與最優(yōu)性狀序列值的達標指數(shù)所謂達標指數(shù)就是一個組合與最優(yōu)序列的吻合程度，即達到理想標準的程度，記為CiO。達標指數(shù)越大，說明該組合達到最優(yōu)序列值的程度越大，組合越優(yōu)；反之則越差。

式中，CiO表示第k個組合第i個性狀的達標指數(shù)，即達到最優(yōu)性狀（理想性狀）的程度。

1.2.7 雜交組合各性狀的權(quán)重雜交組合各性狀在灰色評判過程中各自的重要程度并不等同。如以產(chǎn)量育種為主要目標，則產(chǎn)量性狀如單株產(chǎn)量、單株穗數(shù)、千粒重等的權(quán)重要相對大一些；若以品質(zhì)育種為主，則品質(zhì)性狀如粒質(zhì)等性狀的權(quán)重則要相對大一些；等等，不一而足。各性狀權(quán)重的確定方法有多種，該研究采用專家評定法確定各指標權(quán)重，記為Wi。

1.2.8 求各組合性狀的灰色綜合評判值最終以公式（8）計算各組合性狀的灰色綜合評判值G(k)。

1.2.9 確定雜交組合等級標準值據(jù)各組合性狀的灰色綜合評判值，對不同雜交組合進行等級劃分。一般一等組合數(shù)占全部組合的20%，三等組合占全部組合的5%，其余則為二等組合。據(jù)此，可得到雜交組合判別的等級標準值，從而評定出一等組合、二等組合和三等組合。一等組合作為重點組合在F2代擴大種植規(guī)模，二等組合次之，三等組合種植規(guī)模最小。

2 結(jié)果與分析

2.1 小麥雜交組合各性狀的最優(yōu)值

多年育種經(jīng)驗表明，株高為適中性狀，以80 cm較為適宜；單株穗數(shù)、單株產(chǎn)量、結(jié)實性、千粒重屬于上限效果型性狀，取試驗中的最大值為其最優(yōu)性狀值；飽滿度、粒質(zhì)屬于下限效果型性狀，取試驗中的最小值作為最優(yōu)性狀值[2]。由表1 可知，50 個待評組合的最優(yōu)性狀值分別為：株高80 cm，單株穗數(shù)26.3穗/株，單株產(chǎn)量42.7 g，結(jié)實性21.0 小穗/穗，粒質(zhì)1，飽滿度2.00，千粒重55.2 g。

2.2 各組合性狀的無量綱值

由表2 不難看出，各性狀完全達到最優(yōu)性狀值的并不多，如第1 個組合只有粒質(zhì)達到最優(yōu)值標準，其余性狀均不同程度地與最優(yōu)性狀值有差距。因此，在隨后世代中仍需進一步加強篩選力度。

表2 各小麥雜交組合性狀的無量綱值

2.3 各組合各性狀的達標指數(shù)

表3 列出了50 個小麥雜交組合F1代各性狀序列值與最優(yōu)序列值的達標指數(shù)。達標指數(shù)可反映出各組合各性狀達到理想育種目標性狀值的程度。例如第7個組合的單株產(chǎn)量、結(jié)實性、粒質(zhì)這3 個育種目標性狀達標指數(shù)均為1.000 0，表明這3 個性狀已完全達到育種目標要求，其余4 個性狀則與育種目標性狀還存在不同程度的差異。因此，在F2和以后世代應特別加強對這些性狀的選擇。

2.4 50 個小麥雜交組合F1 代的灰色綜合評判

表3 后三列分別顯示了各雜交組合的灰色綜合評判值、位次和評判等級。一般，雜交組合的灰色綜合評判值越大，說明該組合7 個性狀與理想性狀越接近，表現(xiàn)越好。從表3 中可以看出，50 個小麥雜交組合中，一等組合共19 個，按灰色綜合評判值大小排序，組合代號依次為7、3、32、18、5、48、6、33、39、37、4、1、12、30、17、22、10、47、38。二等組合有22 個，三等組合9 個。

表3 50 個小麥雜交組合F1 代各性狀的達標指數(shù)及灰色綜合評判結(jié)果

續(xù)表3

上述19 個組合綜合性狀均較好，在雜種后代更有可能分離出符合育種目標要求的理想類型來，因此，在F2及以后各世代應當特別重視這些組合的選優(yōu)。從灰色綜合評判值大小來看，一等組合的灰色綜合評判值大致分布在0.711 5～0.792 5 之間。其中，最好的組合為7號組合，灰色綜合評判值為0.792 5，也就是說，7 個育種目標性狀與理想育種目標性狀僅有0.207 5 的差距。結(jié)合各性狀序列值與最優(yōu)序列值的達標指數(shù)來分析，7 號組合的單株產(chǎn)量、結(jié)實性和粒質(zhì)均已達到育種目標，達標指數(shù)均為1.000 0；株高和千粒重比較接近育種目標性狀，達標指數(shù)分別為0.851 1和0.769 2，而飽滿度和單株穗數(shù)則距育種目標性狀較遠，達標指數(shù)分別為0.444 4 和0.533 3。因此，在隨后的選育過程中，該組合的處理應當是：在保證其他性狀穩(wěn)定遺傳的前提下，加強對飽滿度和單株穗數(shù)的重點選擇，只有這樣，才能培育出真正符合育種目標要求的新品種來。其余組合的分析與此類同，不予贅述。

確定雜交組合等級的意義還在于，可以明確下一年的種植規(guī)模和處理方式。一般情況下，一等組合為重點組合，下年度（F2代）的種植規(guī)模應適當擴大；二等組合種植規(guī)模次之，視具體情況酌情處理；三等組合為較差組合，考慮到雜交F1代是顯性性狀表現(xiàn)的世代，隱性性狀不表現(xiàn)，故一般仍保留種植，但要縮小種植規(guī)模。如在F2代仍表現(xiàn)不理想，則可直接淘汰。這樣處理，主次分明、區(qū)分有度、標的精準、有張有弛，有效地避免了育種工作中不分輕重緩急、“眉毛胡子一把抓”的現(xiàn)象發(fā)生。

3 討 論

傳統(tǒng)育種過程中，對組合的選擇通常是靠經(jīng)驗取舍，較少對所有組合進行量化評估，因此難免會出現(xiàn)誤差，嚴重時甚至導致選育失敗。而雜交組合評判方法則能在定量化方面大顯神通，有效地提高了雜交組合選擇的命中率，減少失誤，大大提高了育種效率。

隨著人民生活水平的提高和國際糧食市場的開放，人們對品種的要求也越來越高，不僅要高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)、抗病、抗倒，而且要優(yōu)質(zhì)、綠色、安全，這就不可避免地要對雜交組合進行多目標性狀的綜合評估，而傳統(tǒng)的試驗分析方法諸如方差分析、穩(wěn)定性分析、適應性分析等僅能考慮單個性狀，且工作量較大，顯然已不能滿足現(xiàn)代育種工作的要求。因此，雜交組合灰色評判方法的提出，恰逢其時。該方法能夠同時考慮多個性狀，且對組合的評價更加科學、客觀與合理。相對于常規(guī)育種來說，雜交組合灰色評判方法能夠?qū)﹄s交組合配置的優(yōu)劣提前做出判斷，在育種早期就能根據(jù)育種目標準確地確定重點組合，從而做到心中有數(shù)，極大地提高了育種效率，有效避免了人力、物力、財力和地力的浪費。

對于可利用雜種優(yōu)勢育種的作物，雜交組合灰色評判方法能直接選擇出綜合性狀優(yōu)良的優(yōu)勢單交種或組合，為大面積推廣提供決策依據(jù)。不僅如此，目前雜交組合灰色評判法已編制成計算機程序[7]，成為作物灰色育種電腦決策系統(tǒng)的重要組成部分之一，使用起來十分方便、快捷，具有廣闊而良好的應用前景。如果付諸應用，可使育種工作者從浩如煙海、繁瑣復雜的數(shù)據(jù)處理工作中解放出來，騰出更多的時間去思考育種工作戰(zhàn)略和戰(zhàn)術，進而保障育種工作更加有條不紊地進行。近年來，表型組學研究已經(jīng)引起國內(nèi)外專家、學者的高度重視[17-21]，作為一種新的綜合評判工具，相信雜交組合灰色評判法將會在表型組學研究的多維表型分析中發(fā)揮重要作用。鑒于此，建議在作物育種工作中大力推廣應用該方法。