云瑞15系列不同杂交途径甘蔗创新种质DTOPSIS综合评价
2020-01-15桃联安经艳芬董立华安汝东周清明边芯田春艳俞华先孙有芳杨李和张钰吴才文
桃联安，经艳芬，董立华，安汝东，周清明，边芯，田春艳，俞华先，孙有芳，杨李和，张钰，吴才文
（1.云南省农业科学院甘蔗研究所瑞丽育种站，云南瑞丽 678600；2.云南省农业科学院甘蔗研究所，云南开远 661699）
0 引言
突破性甘蔗品种选育的关键是突破性亲本的创新，突破性亲本创新的关键又是在甘蔗野生种质资源的选用和杂交利用途径的选择[1-2]。近年来，瑞丽甘蔗育种站着力利用栽培原种与栽培原种、栽培原种与野生原种杂交获得F1，再用F1×F1获得F2，F2×F2获得F3，F3×F3获得F4……，与现有亲本或品种不发生杂交，以此“对等杂交”的方式构建独立亲本系统，旨在创新亲本血缘基础，保持种质遗传平衡，以期提高野生种质资源利用成效，选育突破性甘蔗创新种质。2014年通过对33份09 系列对等F1代进行灰色接近度综合评价，结果表明有19 份材料超过对照ROC22 和粤糖93-159[3]。目前，在15 系列创新后代选种圃中完成了对等F2代，对等F1代与商业种杂交的BC1、BC2代，对等F2代与商业种杂交的BC1代，以及野生种与亲本（或品种）高贵化杂交的F3代等材料的1 年新植、1 年宿根观察，同时在16 系列、17 系列材料中已获得对等F3代共35 份材料。对这些材料进行正确的评价可为“对等杂交”方式构建独立亲本系统提供参考。
DTOPSIS法（Dynamic Technique for Order Preference by Similarity to Ideal Solution，逼近理想解排序法)，借助于多目标决策的理想解和负理想解去排序，综合了多个指标，比用单一指标进行分析更为合理，因此，该方法在草莓、玉米、马铃薯、棉花等作物上[4-7]得到广泛应用，在作物品种区试评价、性状分析等方面取得了较好的效果。在甘蔗遗传育种中对品种区试、自育品系、创新种质的评价和筛选也有不少报道[8-13]。本文对云瑞15系列中不同杂交利用途径创新的种质进行DTOPSIS综合评价，为进一步杂交利用提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
参试材料共123份（云瑞15系列创新材料），其中有56份对等F2代（A 类）、22 份对等F1-BC1代（对等F1代与商业种杂交1 次，B 类）、11 份对等F1-BC2代（对等F1代与商业种杂交2 次，C 类）、23 份对等F2-BC1代（对等F2代与商业种杂交1 次，D 类），以及11 份传统高贵化杂交F3代（野生种与传统亲本或品种杂交3 次，E 类）。设对照新台糖22号（ROC22，CK1）、粤糖93-159（YT93-159，CK2），详见表1。
1.2 试验方法
试验布置与调查：2016 年、2017年在瑞丽育种基地布置云瑞15 系列甘蔗创新材料选种圃新植和宿根试验，行长1.5 m、行距1.1 m，按大田常规管理。于10 月调查株高、茎径、有效茎数，按公式计算：单茎重（kg）=0.7854×（株高-30 cm）×茎径2/1000，蔗产量（t/hm2）=单茎重×有效茎数（条/hm2）/1000，于次年1月份调查锤度，据经验公式计算：含糖量（t/hm2）=蔗产量×锤度×0.69/100。
数据分析：株高、茎径、有效茎数、单茎重、蔗产量、锤度和产糖量7 个性状，采用DTOPSIS 法（逼近理想解排序法）综合评价，参见赵培芳的方法[14]，在Excel中完成数据处理。
表1 材料及其亲系Table 1 The materials and their parentage
续表1 Continued Table 1
续表1 Continued Table 1
2 结果与分析
2.1 DTOPSIS分析法
2.1.1 原始数据无量纲化
各材料的性状指标可分为正向指标、中性指标和负向指标，各类指标无量纲化处理公式如下：
式(1)、(2)、(3)分别为正向、中性和负向指标；Xkmez为性状目标值，代表第k个性状的目标；代表材料编号的g＝1，2，3，…，n；代表性状指标的k=1，2，3，…，m；Xgk代表第g个品种第k个性状值；abs 代表绝对值。本试验除株高外的6个指标均为正向指标（株高太高容易倒伏，目标值取中性值），对原始数据进行无纲量化处理。
2.1.2 建立决策矩阵R
首先要确定各性状的权重集：
k=1，2，3，…m，权重系数的确定有灰色关联度法、德尔菲法、判断矩阵法、专家经验法等，本文采用的是赵俊等[15]的灰色关联度法，即：各性状先进行均值化处理，再计算含糖量（参考数列）与其余性状（比较数列）的灰色关联度rk，分别为株高0.719 0、茎径0.692 4、单茎重0.710 2、有效茎0.785 6、蔗产量0.901 0、锤度0.709 1、含糖量1.000 0，并进行归一化处理得到各性状的权重系数W(k)，株高0.130 3、茎径0.125 5、单茎重0.128 7、有效茎0.142 4、蔗产量0.163 3、锤度0.128 5、含糖量0.181 2。然后根据下面公式计算出决策矩阵R：
Rgk表示R中第g个品种第k个性状的相应值。
2.1.3 求出各性状值的正负理想解数列及其距离
正、负理想解计算公式如下：
采用欧几里德范数作为距离的测度：
2.1.4 计算出各品种与理想解的相对接近程度值
各品种与理想解的相对接近程度计算公式：
根据Cg进行排序，Cg值最大者为综合性状最优，结果见表2。
表2 各材料的决策矩阵Rgk及相对近似程度值CgTable 2 The decision matrixand the approximations of the materials
续表2 Continued Table 2
2.2 性状间灰色关联度
蔗产量与含糖量的灰色关联度最大(r5=0.901 0)，说明蔗茎产量对含糖量影响最大，锤度与含糖量的灰色关联度（r6=0.7091）相对较小，蔗茎产量与含糖量的灰色关联度大于锤度与含糖量的灰色关联度，说明提高甘蔗产量比提高糖分对提高含糖量更有效，这与利用野生资源的抗逆性、适应性、宿根性改良生产品种，以提高蔗产量、增加含糖量的主要育种目标是一致的。在蔗产量构成因子中，有效茎（r4=0.785 6）最大，其次是株高（r1=0.719 0）、单茎重（r3=0.710 2），茎径（r2=0.692 4）最小，说明增加有效茎数比增粗茎径对提高蔗产量更有效。根据灰色关联度值rk归一化处理确定权重值Wk=(0.130 3，0.125 5，0.128 7，0.142 4，0.163 3，0.128 5，0.181 2)。
2.3 不同杂交途径的创新种质与对照的比较
在表2 中，DTOPSIS 的接近度Cg值反映了与理想品种的理想解的接近程度，Cg值越大材料综合性状越好。从表3可看出，在123份材料中Cg值最大的10份材料分别是：云瑞15-88（对等F1-BC1，B类）、云瑞15-150（对等F1-BC2，C 类）、云瑞15-153（F3，E 类）、云瑞15-158（F3，E 类）、云瑞15-127（对等F1-BC1，B 类）、云瑞15-155（F3，E类）、云瑞15-90（对等F2-BC1，D 类）、云瑞15-29（对等F2，A类）、云瑞15-97（F3，E类）、云瑞15-134（对等F1-BC1，B类）。在前10份材料中E类材料有4份，最多，占40%。
在表3 中，云瑞15 系列123 份创新材料分成了A、B、C、D、E 类材料，在123 份材料中，超过ROC22（CK1）有37 份，占30.1%，超过粤糖93-159（CK2）有71 份，占57.7%，有52 份材料未超过双对照。其中，在56 份对等F2代材料(A类）中，超过ROC22（CK1）有12份，占21.4%，超过粤糖93-159（CK2）有28份，占50.0%，有28份材料未超过双对照。在超过对照ROC22 的37 份材料中，高贵化F3代（E 类）占相应同类中的比例最大，为45.5%，其次为对等F1-BC2（C 类）、对等F1-BC1（B 类）和对等F2-BC1（D 类），对等F2代材料中(A 类)最小，为21.4%；在超过对照粤糖93-159 的71 份材料中，对等F2-BC1（D 类）占相应同类中的比例最大，为65.2%，其次是高贵化F3（E类）、对等F1-BC2（C类）和对等F1-BC1（B类），对等F2代(A类)最小，为50.0%。
表3 不同种质后代与对照比较结果Table 3 The results of comparisons with check cultivars for each type of progeny
表4 云瑞15 系列对等F2代材料按野生血缘代数与对照比较结果Table 4 The results of comparisons between hybridization within equal generation F2(A)and check cultivars
在表4中，根据野生种血缘组成，设定栽培原种为F0，F0×F0的后代为F0，野生种F1×野生种F1的后代为F1，则可把云瑞15 系列56 份对等F2代材料（A 类）分成F0、F1、F2代3 类材料，在超过对照ROC22 的12 份材料中，F1占同类材料的比例最高，为50%，其次是F2类、F0类；与对照粤糖93-159 相比较，F0、F1、F2类分别为36.4%、50.0%、60.7%，F2类占同类材料比例最高。所以，按“对等杂交”方式利用甘蔗野生资源具有潜在的优势。
2.4 不同杂交类型的创新种质之间比较
在表5中可看出，各类材料的相对接近度Cg的平均值从小到大的顺序为：A类（对等F2代）
表5 不同种质类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 材料田间表现
从表6中可看出，在11份传统高贵化F3代参试材料中，接近程度值Cg排名越靠前的材料，超过平均值的性状就越多。如排名第一的F3云瑞15-153其株高、茎径、单茎重、有效茎、蔗产量、锤度、含糖量7个性状均超过平均值；排名第二的F3云瑞15-158除株高没有超过平均值外，其它茎径、单茎重、有效茎、蔗产量、锤度、含糖量6 个性状均超过平均值；排名第三的F3云瑞15-155 除株高、有效茎没有超过平均值外，其它茎径、单茎重、蔗产量、锤度、含糖量5 个性状均超过平均值；排名最后的F3云瑞15-156 除茎径、锤度超过平均值外，株高、单茎重、有效茎、蔗产量、含糖量等5 个性状没有性状超过平均值，倒数第二的F3云瑞15-105 则没有任何一个性状超过平均值。
所以，DTOPSIS 法相对接近度排名靠前的材料通常是某些性状综合表现较好的材料，DTOPSIS 法评价结果与材料表现比较一致。
表6 传统高贵化F3代材料性状优良值分布Table 6 Distribution of the excellent value of the characters for F3
3 讨论
本研究采用DTOPSIS法，对云瑞15系列对等F2代（A 类）、对等F1-BC1代（对等F1代与商业种杂交1次，B类）、对等F1-BC2代（对等F1代与商业种杂交2 次，C 类）、对等F2-BC1代（对等F2代与商业种杂交1 次，D 类），以及传统高贵化杂交F3代（野生种与传统亲本或品种杂交3次，E类）5类123份材料进行了综合评价，Cg均值最大的是E类，其次是C类、D 类、B类、A 类，表现出趋势：Cg值与商业种杂交次数呈正比。所以，在甘蔗种质杂交利用中，在扩大栽培原种、野生种遗传基础的同时，尽快与商业种或生产型亲本杂交更容易获得综合性状表现较好的后代。
本研究超过对照ROC22 有37 份材料，超过粤糖93-159有71 份材料。云瑞15系列材料基本上是甘蔗野生血缘F1、F2、F3代，常表现为生势强，生长快，有效茎多，在产量上具有较好的优势，容易超过对照种，虽然DTOPSIS的Cg值超过对照，但通常茎径偏小，中小茎，糖分较低。另外，试验种植为单行距，野生血缘后代较对照种生长快，受封行早、遮光等影响，对照种粤糖93-159 等往往没有表现出大田生产中的产量优势。还有，云瑞系列创新材料野生血缘含量较高，一般还表现出早花、空蒲心重、纤维分高、难脱叶、毛群多等不良性状，难以达到生产品种的农艺性状要求，只能用于亲本材料的筛选。所以，本研究仅依据7 个性状的初步评价，试图比较不同杂交方式的优劣，旨在为甘蔗种质资源的杂交利用方式和途径提供参考，若要对云瑞创新材料和对照种做出更为科学的评价尚需从试验设计、布置和评价方法等方面进行比较、分析和完善。
