經(jīng)濟(jì)遺傳值在甘蔗選育種應(yīng)用研究系列（Ⅵ）甘蔗第九輪國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)品種評(píng)價(jià)

趙新旺，黃潮華，黃國(guó)強(qiáng)，徐良年，鄧祖湖

（1.福建農(nóng)林大學(xué)國(guó)家甘蔗工程技術(shù)研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部甘蔗生物學(xué)與遺傳育種重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，福州 350002；2.廣西大學(xué)廣西蔗糖產(chǎn)業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，南寧 530004）

0 引言

甘蔗是最重要的糖料作物之一，也是重要的可再生能源作物。甘蔗產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展直接關(guān)系著我國(guó)的食糖安全、邊疆民族地區(qū)的社會(huì)與經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和鄉(xiāng)村振興。新品種是甘蔗產(chǎn)業(yè)中最基礎(chǔ)，也是最重要的核心技術(shù)。2017 年國(guó)家頒布實(shí)施《非主要農(nóng)作物品種登記辦法》，甘蔗被列為第一批29 種非主要農(nóng)作物之一，采用品種登記制度[1]。鑒于對(duì)新品種客觀、全面評(píng)價(jià)的需要，國(guó)家糖料體系甘蔗育種研發(fā)室聯(lián)合各試驗(yàn)站與全國(guó)各甘蔗育種單位進(jìn)行甘蔗聯(lián)合區(qū)試，為甘蔗新品種利用前景、適應(yīng)性和布局提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

甘蔗品種區(qū)域試驗(yàn)是評(píng)價(jià)品種穩(wěn)產(chǎn)性、豐產(chǎn)性和適應(yīng)性的重要手段，也是品種鑒定推廣、合理布局的重要依據(jù)。對(duì)參加區(qū)試的品種進(jìn)行客觀、綜合評(píng)價(jià)更是育種工作的重要環(huán)節(jié)。甘蔗區(qū)試中，對(duì)各農(nóng)藝性狀、品質(zhì)性狀、抗病蟲(chóng)害性及環(huán)境適應(yīng)性進(jìn)行全面的鑒定，考察蔗莖產(chǎn)量、甘蔗蔗糖分、有效莖、株高、錘度和甘蔗纖維分等多個(gè)性狀，這些性狀之間本身存在復(fù)雜的交互關(guān)系，但用單個(gè)性狀無(wú)法對(duì)品種進(jìn)行客觀、全面的評(píng)價(jià)。隨著育種科學(xué)的發(fā)展和工業(yè)效率的提高需求，育種者需要對(duì)甘蔗品種進(jìn)行綜合、直觀、高效的評(píng)價(jià)。

經(jīng)濟(jì)遺傳值（EGV）是在遺傳值的基礎(chǔ)上，結(jié)合各性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重發(fā)展起來(lái)的一種評(píng)價(jià)甘蔗品種、品系、親本及家系等材料的方法[2]。其最先在澳大利亞廣泛應(yīng)用，并且效果良好，以此為指導(dǎo)選育的諸多新品種頗受工農(nóng)界認(rèn)可和歡迎。在我國(guó)，鄧祖湖等[3]介紹了經(jīng)濟(jì)育種值在甘蔗中的應(yīng)用前景，描述了各性狀的經(jīng)濟(jì)權(quán)重及經(jīng)濟(jì)育種值的估算方法。徐良年[4-7]等分別對(duì)不同甘蔗親本、家系、適宜機(jī)械化生產(chǎn)的家系和品種（系）進(jìn)行篩選與評(píng)價(jià)，為我國(guó)甘蔗材料評(píng)價(jià)和育種選擇提供了一定的思路。此外，海南育種場(chǎng)對(duì)我國(guó)甘蔗育種常用親本及雜交組合、‘崖城’系列甘蔗親本及組合、含‘斑茅’血緣的甘蔗親本及組合經(jīng)濟(jì)育種值進(jìn)行評(píng)價(jià)分析，篩選出易獲得高經(jīng)濟(jì)效益的親本、組合及特異種質(zhì)[8-10]。楊昆等利用云南18家糖企數(shù)據(jù)對(duì)云南甘蔗經(jīng)濟(jì)權(quán)重進(jìn)行了分析，構(gòu)建了相關(guān)性狀經(jīng)濟(jì)權(quán)重模型，為云南甘蔗品種選育和推廣提供參考[11]。這些研究說(shuō)明了經(jīng)濟(jì)育種值能夠?qū)Ω收嵊H本、組合、品種（系）等進(jìn)行高效、客觀的評(píng)價(jià)，為甘蔗育種及特殊基因型材料的應(yīng)用提供了理論依據(jù)，但在品種區(qū)域試驗(yàn)中的應(yīng)用尚未見(jiàn)報(bào)道。

本研究利用R 軟件的混合線性模型對(duì)國(guó)家甘蔗第九輪區(qū)試參試品種的經(jīng)濟(jì)遺傳值進(jìn)行分析，采用花葉病和黑穗病抗性鑒定結(jié)果對(duì)經(jīng)濟(jì)遺傳值進(jìn)行修正，對(duì)第九輪區(qū)試材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期為我國(guó)甘蔗新品種選育、區(qū)域試驗(yàn)及甘蔗新品種綜合評(píng)價(jià)的改進(jìn)提供理論支持。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料與設(shè)計(jì)

參試材料為來(lái)源于全國(guó)各育種單位提供的10 個(gè)甘蔗品種及兩個(gè)對(duì)照品種（表1），其中廣東2 個(gè)為‘粵甘40’（后更名為‘粵糖05-267’）和‘粵甘42’（后更名為‘粵糖05-541’）；福建3 個(gè)為‘福農(nóng)1110’（后更名為‘福農(nóng)41號(hào)’）、‘福農(nóng)0335’（后更名為‘福農(nóng)42號(hào)’）和‘閩糖01-77’；廣西1個(gè)為‘柳城05-136’；云南4個(gè)為‘云蔗05-49’、‘云蔗06-80’、‘云瑞06-189’和‘德蔗03-83’；對(duì)照為‘新臺(tái)糖22號(hào)’（CK1）和‘新臺(tái)糖16號(hào)’（CK2）。

表1 第九輪國(guó)家區(qū)域試驗(yàn)參試品種及來(lái)源Table 1 Varieties and sources of the ninth national regional test

承試單位為我國(guó)華南蔗區(qū)5 省14個(gè)試點(diǎn)，其中福建省2個(gè)試點(diǎn)，廣東省2個(gè)試點(diǎn)，廣西壯族自治區(qū)5個(gè)試點(diǎn)，云南省4個(gè)試點(diǎn)，海南省1個(gè)試點(diǎn)。甘蔗抗性測(cè)定由農(nóng)業(yè)部甘蔗及制品質(zhì)檢中心負(fù)責(zé)。參試品種采用完全隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。行距1.2 m，種植密度為9.75萬(wàn)芽/hm2～11.25萬(wàn)芽/hm2，小區(qū)面積不小于33.3 m2。試驗(yàn)分為2新1宿進(jìn)行，其中2012年、2013年2年新植，2013年1年宿根。其他田間管理按常規(guī)方式進(jìn)行。

1.2 試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集

1.2.1 性狀調(diào)查

產(chǎn)量性狀調(diào)查：12月中旬理論估產(chǎn)后，各試點(diǎn)應(yīng)在收獲前進(jìn)行實(shí)收測(cè)產(chǎn)。方法：每個(gè)小區(qū)將中間1 行全部收獲進(jìn)行稱重實(shí)收，測(cè)量實(shí)收甘蔗樣點(diǎn)面積，計(jì)數(shù)砍收樣點(diǎn)內(nèi)有效莖數(shù)，按以下公式計(jì)算樣點(diǎn)的有效莖數(shù)。

有效莖數(shù)（條/hm2）=[樣點(diǎn)有效莖數(shù)（條）/樣點(diǎn)面積（m2）]×1 000

樣點(diǎn)單產(chǎn)（kg/hm2）=樣點(diǎn)產(chǎn)量（kg）/樣點(diǎn)有效株數(shù)（條）×有效莖數(shù)（條/hm2）

（1）甘蔗蔗糖分和甘蔗纖維分：從11月15日開(kāi)始至翌年3月15日止，每一個(gè)月在取樣區(qū)取6 條有代表性的蔗莖化驗(yàn)甘蔗蔗糖分和甘蔗纖維分；（2）含糖量：根據(jù)各小區(qū)平均蔗產(chǎn)量和平均甘蔗蔗糖分計(jì)算含糖量。

1.2.2 校正性狀的調(diào)查

本研究采用品種抗花葉病性和抗黑穗病性作為校正性狀。采用人工接種方法對(duì)各品種的抗花葉病性和抗黑穗病性進(jìn)行鑒定，花葉病為甘蔗花葉病毒（SCMV）、甘蔗線條花葉病毒（SCSMV）、高粱花葉病毒（SrMV）混合接種；黑穗病為混合生理小種浸種。依據(jù)徐良年等[7]的校正性狀的標(biāo)準(zhǔn)記載數(shù)據(jù)。

1.2.3 經(jīng)濟(jì)遺傳值的估算及校正

借鑒澳大利亞甘蔗育種經(jīng)驗(yàn)，選用蔗產(chǎn)量（Cane yield,CY）、甘蔗蔗糖分（Sugar content,SC）和甘蔗纖維分（Fiber content,Fbr）按選擇指數(shù)權(quán)重的方法計(jì)算經(jīng)濟(jì)遺傳值。再利用花葉病、黑穗病抗性結(jié)果對(duì)EGV 進(jìn)行校正。經(jīng)濟(jì)遺傳值估算模型為：

其中，EGV為經(jīng)濟(jì)遺傳值，Gi為性狀i的遺傳值，Wi為性狀i的經(jīng)濟(jì)權(quán)重。遺傳值估算參考徐良年等[4]。權(quán)重估算的基礎(chǔ)數(shù)值及校正表值參考徐良年等[7]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel2016及R軟件進(jìn)行經(jīng)濟(jì)遺傳值的估算和統(tǒng)計(jì)矯正。

2 結(jié)果與分析

2.1 各品種蔗莖產(chǎn)量表現(xiàn)

以各品種的蔗莖產(chǎn)量均值表現(xiàn)為準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。以‘新臺(tái)糖22 號(hào)’為對(duì)照（CK1），蔗莖產(chǎn)量表現(xiàn)為增產(chǎn)的品種有‘德蔗03-83’和‘福農(nóng)1110’，其中‘德蔗03-83’增產(chǎn)10.89%；以‘新臺(tái)糖16號(hào)’為對(duì)照（CK2），蔗莖產(chǎn)量表現(xiàn)為增產(chǎn)的品種有‘云蔗06-80’、‘粵甘42 號(hào)’、‘粵甘40 號(hào)’、‘閩糖01-77’、‘柳城05-136’、‘福農(nóng)1110’、‘福農(nóng)0335’和‘德蔗03-83’，其中‘德蔗03-83’增產(chǎn)23.83%，‘福農(nóng)1110’增產(chǎn)14.93%，‘福農(nóng)0335’增產(chǎn)10.27%，‘柳城05-136’增產(chǎn)8.59%，‘粵甘42號(hào)’增產(chǎn)8.12%，‘云蔗06-80’增產(chǎn)4.07%（表2）。

表2 參試品種的性狀表現(xiàn)Table 2 Performance of the tested varieties

2.2 各品種的含糖量表現(xiàn)

以各品種的含糖量均值表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)。以‘新臺(tái)糖22 號(hào)’為對(duì)照（CK1），含糖量表現(xiàn)為增產(chǎn)的品種有：‘福農(nóng)1110’增產(chǎn)7.60%，‘福農(nóng)0335’增產(chǎn)3.15%，‘德蔗03-83’增產(chǎn)2.37%，‘柳城05-136’增產(chǎn)1.65%；以‘新臺(tái)糖16 號(hào)’為對(duì)照（CK2），含糖量表現(xiàn)為增產(chǎn)的品種有‘福農(nóng)1110’增產(chǎn)18.00%，‘福農(nóng)0335’增產(chǎn)13.13%，‘德蔗03-83’增產(chǎn)12.26%，‘柳城05-136’增產(chǎn)11.48%，‘云蔗06-80’增產(chǎn)4.87%、‘粵甘42 號(hào)’增產(chǎn)4.25%，‘閩糖01-77’和‘粵甘40號(hào)’分別增產(chǎn)0.39%、0.16%（表2）。

2.3 各品種的甘蔗纖維分含量表現(xiàn)

在以往國(guó)內(nèi)甘蔗品種研究中，很少有評(píng)價(jià)纖維分含量的，但甘蔗纖維分不僅是對(duì)品種抗性有關(guān)的性狀，也是一個(gè)很重要的經(jīng)濟(jì)性狀，對(duì)整個(gè)產(chǎn)業(yè)也產(chǎn)生效益。以各品種的纖維分含量均值表現(xiàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以‘新臺(tái)糖22 號(hào)’為對(duì)照（CK1），纖維分含量表現(xiàn)較對(duì)照高的品種有：‘粵甘42 號(hào)’、‘粵甘40 號(hào)’、‘閩糖01-77’、‘福農(nóng)1110’、‘福農(nóng)0335’，但與對(duì)照間均未達(dá)到顯著差異；以‘新臺(tái)糖16 號(hào)’為對(duì)照（CK2），纖維分含量表現(xiàn)較對(duì)照高的品種有‘福農(nóng)1110’和‘福農(nóng)0335’，均未到到顯著水準(zhǔn)（表2）。

2.4 各品種的抗病性

采用人工接種鑒定方法，對(duì)甘蔗花葉病、黑穗病進(jìn)行鑒定。結(jié)果（表3）表明：花葉病抗性方面，‘德蔗03-83’表現(xiàn)為免疫，抗病等級(jí)為1級(jí)；‘閩糖01-77’、‘粵甘42 號(hào)’、‘云瑞06-189’及‘云蔗06-80’表現(xiàn)為高抗，抗病等級(jí)為2；‘福農(nóng)0335’、‘福農(nóng)1110’、‘柳城05-136’、‘粵甘40 號(hào)’表現(xiàn)為中抗，抗病等級(jí)為3 級(jí)；‘云蔗05-49’表現(xiàn)為感病，抗病等級(jí)為4 級(jí)。黑穗病抗性方面，‘福農(nóng)0335’和‘云蔗06-80’表現(xiàn)為高抗，抗病等級(jí)為1級(jí)；‘福農(nóng)1110’和‘云瑞06-189’表現(xiàn)為抗，抗病等級(jí)為3級(jí)；‘柳城05-136’、‘閩糖01-77’、‘粵甘40號(hào)’、‘云蔗05-49’表現(xiàn)為中抗，抗病等級(jí)為5 級(jí)；‘德蔗03-83’表現(xiàn)為感病，抗病等級(jí)為6 級(jí)，‘粵甘42 號(hào)’表現(xiàn)感病，抗病等級(jí)為7級(jí)。

表3 參試品種的抗病性Table 3 The disease resistance performance of tested varieties

2.5 各品種經(jīng)濟(jì)遺傳值

以三大經(jīng)濟(jì)性狀為基礎(chǔ)估算經(jīng)濟(jì)遺傳值，以花葉病抗性和黑穗病抗性作為校正，最終獲得各品種實(shí)際經(jīng)濟(jì)遺傳值。結(jié)果（表4）表明，‘福農(nóng)1110’和‘柳城05-136’表現(xiàn)最佳，分別為165.86 元和145.24元；‘閩糖01-77’和‘德蔗03-83’表現(xiàn)較好，分別為57.27元和36.88元；其余品種均表現(xiàn)為負(fù)。

3 討論與結(jié)論

本研究利用經(jīng)濟(jì)遺傳值對(duì)甘蔗第九輪國(guó)家區(qū)試品種進(jìn)行了評(píng)價(jià)，篩選出‘福農(nóng)1110’、‘柳城05-136’、‘閩糖01-77’和‘德蔗03-83’4 個(gè)品種經(jīng)濟(jì)遺傳值為正，表現(xiàn)為增加經(jīng)濟(jì)收益，其中‘福農(nóng)1110’和‘柳城05-136’表現(xiàn)突出，分別為165.86 元和145.24 元。若以蔗莖產(chǎn)量為準(zhǔn)，超過(guò)雙對(duì)照的品種有‘德蔗03-83’和‘福農(nóng)1110’；超過(guò)‘新臺(tái)糖16號(hào)’但低于‘新臺(tái)糖22 號(hào)’的有‘云蔗06-80’、‘粵甘42 號(hào)’、‘粵甘40 號(hào)’、‘閩糖01-77’、‘柳城05-136’和‘福農(nóng)0335’。以含糖量為準(zhǔn)，超過(guò)雙對(duì)照的品種為‘福農(nóng)1110’、‘福農(nóng)0335’、‘德蔗03-83’和‘柳城05-136’；超過(guò)‘新臺(tái)糖16號(hào)’但低于‘新臺(tái)糖22號(hào)’的品種有‘云蔗06-80’、‘粵甘42號(hào)’、‘粵甘40 號(hào)’和‘閩糖01-77’。經(jīng)濟(jì)遺傳值的評(píng)價(jià)結(jié)果與產(chǎn)量評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。經(jīng)濟(jì)遺傳值評(píng)價(jià)結(jié)果與含糖量性狀評(píng)價(jià)結(jié)果基本相符，不同的是利用經(jīng)濟(jì)遺傳值評(píng)價(jià)的結(jié)果只有一種，直接對(duì)準(zhǔn)產(chǎn)業(yè)最終產(chǎn)值，省去了中間諸多繁瑣環(huán)節(jié)，且消除了由于對(duì)照種不同造成的干擾和混亂，對(duì)品種的評(píng)價(jià)簡(jiǎn)單明了，提高了整個(gè)產(chǎn)業(yè)運(yùn)行工作效率。因此認(rèn)為，經(jīng)濟(jì)遺傳值可以做為甘蔗品種的評(píng)價(jià)指標(biāo)。

食糖是我國(guó)重要的戰(zhàn)略物資，我國(guó)耕地面積有限，加之近年來(lái)其他作物的競(jìng)爭(zhēng)，甘蔗種植面積逐年縮小。因此，創(chuàng)制推廣應(yīng)用優(yōu)良品種，提高甘蔗單產(chǎn)、含糖量及出糖率等成為育種重點(diǎn)工作，也是保證我國(guó)食糖安全最有效、最經(jīng)濟(jì)安全的途徑。截至目前，我國(guó)甘蔗品種區(qū)域試驗(yàn)仍然是以性狀表現(xiàn)為基準(zhǔn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，各性狀相對(duì)獨(dú)立，很難對(duì)一個(gè)品種進(jìn)行準(zhǔn)確、一致的評(píng)價(jià)。本研究利用經(jīng)濟(jì)遺傳值對(duì)第九輪國(guó)家甘蔗區(qū)域試驗(yàn)進(jìn)行評(píng)價(jià)，其結(jié)果在一定程度上與表型性狀評(píng)價(jià)相符，但從結(jié)果的差異可以看出來(lái)，主要是由于更測(cè)重了糖分和抗性方面而引起的，而這正是制糖企業(yè)在品種推廣中所最為重視的。評(píng)價(jià)較好的兩個(gè)甘蔗品種‘福農(nóng)1110’（‘福農(nóng)41號(hào)’）和‘柳城05-136’，后續(xù)的推廣面積也相對(duì)較大，對(duì)我國(guó)甘蔗品種的更替起到了一定推動(dòng)作用。這說(shuō)明，經(jīng)濟(jì)遺傳值評(píng)價(jià)在甘蔗品種區(qū)域試驗(yàn)中具有一定潛力。

蔗糖產(chǎn)業(yè)是一個(gè)動(dòng)態(tài)過(guò)程，從品種選擇、栽培種植到收獲加工、出廠銷售等每一個(gè)環(huán)節(jié)都不是固定不變的，新的目標(biāo)對(duì)性狀的權(quán)重值也產(chǎn)生新的要求。因此，在保持性狀權(quán)重相對(duì)穩(wěn)定的同時(shí)，需要根據(jù)不同目標(biāo)適當(dāng)調(diào)整權(quán)重，保證準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，合理布局，達(dá)到效益最大化。