基于DTOPSIS法对广西马铃薯品种系的综合评价

2020-12-14张秀芬何文莫周美李恒锐李文砚刘连军

中国瓜菜 2020年10期

张秀芬何文莫周美李恒锐李文砚刘连军

摘要：以22份马铃薯品种（系）为试验材料，应用逼近理想解的排序方法（DTOPSIS法）对马铃薯的株高、主茎数、芽眼深浅、667 m2产量、花色苷含量、淀粉含量、干物质含量、还原糖含量等8个性状指标进行综合评价。其中，赋予产量性状指标中667 m2产量的权重值最大，为0.300 0。结果表明，22个供试品种中，‘DNJ大红心‘DNJ小红心‘桂农薯1号综合性状最好，可作为良种在广西地区进一步示范推广。

关键词：马铃薯;DTOPSIS法;综合评价;品种筛选;广西地区

中图分类号：S532 文献标识码：A 文章编号：1673-2871（2020）10-075-06

Abstract： Twenty-two varieties （lines） were used as test materials， the dynamic technique for order preference by similarity to ideal solution（DTOPSIS）method was applied to comprehensively evaluate eight trait indicators of Solanum tuberosum. The eight character indexes respectively were plant height， main stem number， eye depth， the average yield per 666.7 m2， anthocyanin content， starch content， dry matter content and reducing sugar content. Among them， the weight value of the yield per 666.7 m2 was assigned the largest weighted value， which was 0.300 0. The result showed that potato varieties （lines） ‘DNJ Dahongxin，‘DNJ Xiaohongxin and‘GuinongshuNo. 1 were observed the best comprehensive characters among the 22 tested varieties， which could be further demonstrated and promoted in Guangxi province.

Key words： Solanum tuberosum; DTOPSIS method; Comprehensive evaluation; Variety（lines） screening; Guangxi region

马铃薯（Solanum tuberosum L.），一年生草本植物，属茄科茄属，俗称洋芋、土豆等，原产于南美洲的安第斯山脉，是粮菜兼用型作物，当前已普遍种植于世界各地[1-3]。马铃薯具有丰富的营养，低脂肪、高碳水化合物、高维生素、高钾等都是它的特点，被誉为“地下苹果”[4]。马铃薯具有很强的适应性，广泛种植于我国各地，北方地区的黑龙江、吉林、辽宁、河北、山西、内蒙古、宁夏、甘肃、陕西、青海、新疆等地方和西南地区的云南、贵州、四川、西藏进行春种，南方地区进行秋冬种植，主要有广东、广西、海南、福建、台湾[5]。中国是世界上最大的马铃薯种植国，马铃薯的总产量居世界首位，目前广泛应用于食品工业、淀粉工业、医药工业和饲料工业等[4]。我国于2015年提出实施马铃薯主粮化战略，马铃薯并列小麦、玉米、水稻，成为第四大粮食作物，这为马铃薯产业的发展提供了新的历史机遇[6]。据宾士友等[7]报道，2017年广西种植马铃薯的面积达5.89万hm2，总产量在114万t左右。在马铃薯主粮化的历史形势下，马铃薯产业的发展，将加快农民脱贫致富的步伐，提高地方的财政收入水平，带动全区经济的繁荣发展[8]。長期以来，广西马铃薯种植品种单一老化现象严重，许多优良新品种不能在广西得到推广种植。目前生产上的当家品种主要是‘费乌瑞它，该品种由于种植时间较长，品种退化严重，抗病能力减弱，产量及品质下降。因此，实现马铃薯品种更新换代，已成为广西马铃薯产业发展亟需解决的重要问题。为提高崇左市马铃薯产业发展水平，综合评价马铃薯新品系，对选育和推广综合性状优良的马铃薯品种具有重要意义。

丰富的种质资源是培育优异品种的基础[9]，综合评价是良种选育的一个重要环节，能对品种进行全面客观地评价[10]。常用的综合评价方法主要有灰色关联度法、层次分析法、隶属函数法、模糊数学法等。逼近理想解的排序法（Dynamic Technique for Order Preferenceby Similarity to Ideal Solution，DTOPSIS法）是一种多目标决策分析方法，把每个指标都统一标准进行无量纲化处理，然后综合分析评价，能详细地比较各指标间的差异，评价结果科学合理[11-12]。李文砚等[13]应用DTOPSIS法对21份苹婆品系进行分析，筛选出‘SK-7‘XD-3和‘SK-833个综合表现优良的苹婆品系;李文砚等[14]应用DTOPSIS法对11个草莓品种的产量、果实品质等11个性状指标进行综合评价，筛选出了适合在广西地区推广种植的优良草莓品种;刘松涛等[15]利用DTOPSIS法评价当前推广的紧凑型、半紧凑型和松散型玉米共34份材料在不同生态区适应性的综合性状，得到了满意的结果;邢晓宁[16]用DTOPSIS法综合评价了13个参试花生品种的11个综合农艺性状，表明该方法可以更加准确、合理地评估花生新品种。近年来DTOPSIS法被广泛应用于农作物等品种的综合评价中，都取得了较满意的结果[10，17]。

笔者应用DTOPSIS法综合评价不同马铃薯品种（系），以期筛选出综合性状优良的马铃薯品种，为广西地区马铃薯产业的良种选育和推广提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 材料

供试材料为22份马铃薯种质，‘D3-24（7）‘D4-26（1）-1‘D3-25（39）-3‘Z3（17）‘D5-24（33）‘D15-5（4）-1.4‘龍园宝贵资源‘DNJ大红心‘Z5（6）-2‘D4-26（1）-5‘Z4（1）-3.2‘D3-25（39）-1‘D18-15（3）-2‘D4-26（1）-6‘DNJ小红心‘D3-25（40）‘D3-25（22）‘D3-25（14）‘D3-25（22）-4是品系，‘桂彩薯1号‘桂农薯1号是商业品种，以上材料的育种单位均为广西农科院经作所和广西大学，‘费乌瑞它是商业品种，由荷兰ZPC公司完成育种，该22份材料均由广西农科院经作所郑虚研究员和广西大学邓英毅老师提供。

1.2 方法

1.2.1 试验设计试验时间为2018年11月至2019年3月，试验地点在广西崇左市龙州县广西南亚热带农业科学研究所马铃薯试验基地，该地区气候温和，雨量充沛，有利于马铃薯生长。试验过程中，选择薯形整齐，表皮光滑的马铃薯作为种薯，使用经过500倍甲基托布津溶液浸泡的刀具切薯，每块种薯大概25 g，保留2个芽眼，然后用3份石灰和1份甲基托布津的混合物拌种。667 m2施有机肥1 000 kg，中微量元素10 kg，硫酸钾复合肥100 kg，硫酸钾肥15 kg，然后采用起垄双行“品”字形栽培的方式种植。在肥料的两边摆薯，株行距25 cm×20 cm。试验按随机区组排列设计，设置3个重复小区，每个小区种植面积为6 m2，每个小区种植40株马铃薯。试验按照田间常规管理，出苗后喷施杀菌杀虫药剂，及时培土除草，各处理间水肥管理一致。

1.2.2 指标测定及方法每个小区随机抽取5株，在马铃薯生长旺盛期测定植株株高、主茎数，在收获的时候观察芽眼深浅、测定667 m2产量，收获后测量其干物质、还原糖、花青素、淀粉含量等指标。参考李志霞等[18]用3，5-二硝基水杨酸法测定马铃薯还原糖含量，淀粉含量用国标GB 5009.9—2016提供的酸水解法测定，参考齐会娟等[19]提取蓝靛果中花色苷的方法提取马铃薯花色苷，用O.D.法测定总花色苷含量;测定干物质含量时，将铝盒质量记为m1，马铃薯鲜薯切成薯片，称重，记为m2，105 ℃杀青30 min，然后65 ℃烘干至恒重，将铝盒和干物质一起称重，计为m3，然后根据公式[DM=（m3-m1）/m2×100]计算干物质含量。产量性状是当地评价马铃薯的重要指标，根据当地的生产需求及专家意见[20]，赋予产量最高值，8个指标中，株高、主茎数、芽眼深浅、667 m2产量、还原糖含量、花色苷含量、淀粉含量、干物质含量相应权重依次为0.05、0.09、0.12、0.30、0.15、0.09、0.05、0.15。

1.3 统计分析

使用SPSS 20.0进行马铃薯各品种（系）间不同性状指标的差异显著分析，采用Excel 2010计算分析DTOPSIS法各运算步骤，具体步骤如下[10]：

（1）建立原始数据矩阵A：

其中，m为品种数，n为指标数。

（2）将A进行无量纲化处理，得到可以比较的规范化矩阵Z，其中Zij为

其中（1）式为正向指标，（2）为逆向指标。

（3）建立加权的规范化决策矩阵 R，其中Rij=Zij×Wij，其中Wij为第j个指标的权重值（i=1，2，3，…，m;j=1，2，3，…，n）。

（4）建立品种性状的理想解与负理想解：

（5）采用欧几里德范数作为距离的测定，得出各品种与理想解的距离为：

各品种与负理想解的距离为：

（6）求出各品种对理想解的相对接近度：

按 Ci大小排序，最大者即为综合性状优良的品种。

2 结果与分析

2.1 马铃薯各品种（系）主要性状指标的测定结果分析

如表1所示，22个马铃薯品种（系）的8个性状指标中，株高为32.50～82.00 cm，其中‘DNJ小红心株高最高，‘Z5（6）-2株高最低;主茎数为1.75～3.50个，其中‘Z4（1）-3.2主茎数最多，‘D4-26（1）-6主茎数最少;芽眼深度为0.5～3.4 mm，其中，‘D3-25（22）-4芽眼最深，‘D15-5（4）-1.4芽眼最浅;667 m2产量为274.1～1 670.4 kg，其中‘DNJ大红心667 m2产量最高，‘龙园宝贵资源667 m2产量最低;还原糖含量为0.26～4.93 mg·g-1，其中‘D15-5（4）-1.4还原糖含量最高，‘D3-25（40）还原糖含量最低;花色苷含量为1.69～122.56 mg·100 g-1，其中‘Z3（17）花色苷含量最高，‘D15-5（4）-1.4花色苷含量最低;淀粉含量为61.50～70.00 g·100 g-1，其中‘D15-5（4）-1.4淀粉含量最高，‘D3-25（22）-4淀粉含量最低;干物质含量为15.28%～20.05%，其中‘D3-25（39）-1干物质含量最高，‘D3-25（14）干物质含量最低。

2.2 无量纲化处理

8个性状原始数据的量纲和数量级不同，不可直接比较，需将矩阵A进行无量纲化处理。将8个指标分为两类：（1）正向指标（株高、主茎数、667 m2产量、花色苷含量、淀粉含量、干物质含量），以22份样本中最大值作为分母，分别除各样本该指标的数值;（2）逆向指标（芽眼深浅、还原糖含量），以22个样本中最小值为分子，除以各样本该指标的数值，计算得到无量纲化结果（矩阵Z），见表2。

2.3 建立决策矩阵R

决策矩阵表示决策方案与有关因素之间相互关系的矩阵表式，常用来进行定量决策分析。根据马铃薯主要育种目标和实际生产需要，赋予各性状不同的权重，Wj∈{0，1}，且∑Wj=1。8个性状按表1顺序分别赋予不同权重值：0.05、0.09、0.12、0.30、0.15、0.09、0.05、0.15。用各指標权重值Wj依次乘以矩阵Z中无量纲化处理结果对应值，得到决策矩阵R（表3）。

2.4 品种性状的理想解和负理想解

根据决策矩阵R得到的8个性状的理想解与负理想解数列分别为： Xj+=[0.050 0，0.010 0，0.090 0，0.350 0，0.040 0，0.030 0，0.250 0，0.150 0];Xj?=[0.019 9，0.005 7，0.013 2，0.057 4，0.002 1，0.000 4，0.219 3，0.114 3]。

2.5 22个品种理想解的相对接近度计算

根据公式Ci=S?/（S++S?），可计算出22份材料理想解的相对接近度，即Ci值。其中S+为各材料与理想解的距离，S?为各材料与负理想解的距离。由表4可以看出，用DTOPSIS分析法与产量评价结果有所不同。两种评价方法位次不变的有‘DNJ大红心（位列第1）、‘DNJ小红心（位列第2）、‘桂农薯1号（位列第3）、‘D3-25（39）-1（位列第6）、‘桂彩薯1号（位列第7）、‘D4-26（1）-5（位列第21）、‘龙园宝贵资源（位列第22）;位次变化不大的有‘D18-15（3）-2（DTOPSIS法评价位次4，产量评价位次5）、‘D3-25（40）（DTOPSIS法评价位次5，产量评价位次4）、‘D3-25（39）-3（DTOPSIS法评价位次8，产量评价位次9）、‘D3-24（7）（DTOPSIS法评价位次9，产量评价位次8）、‘Z5（6）-2（DTOPSIS法评价位次16，产量评价位次17）;位次变化较大的有‘Z4（1）-3.2（DTOPSIS法评价位次10，产量评价位次14）、‘费乌瑞它（DTOPSIS法评价位次11，产量评价位次13）、‘D5-24（33）（DTOPSIS法评价位次12，产量评价位次15）、‘D4-26（1）-6（DTOPSIS法评价位次13，产量评价位次16）、‘D15-5（4）-1.4（DTOPSIS法评价位次14，产量评价位次19）、‘Z3（17）（DTOPSIS法评价位次15，产量评价位次18）、‘D4-26（1）-1（DTOPSIS法评价位次17，产量评价位次20）、‘D3-25（14）（DTOPSIS法评价位次18，产量评价位次10）、‘D3-25（22）（DTOPSIS法评价位次19，产量评价位次12）、‘D3-25（22）-4（DTOPSIS法评价位次20，产量评价位次11）。根据 DTOPSIS 法原理，Ci 值越大综合性状越好，Ci 值最大者为综合性状最优品系，由表4可知，Ci 值排名前三的有‘DNJ大红心‘DNJ小红心‘桂农薯1号，说明他们的综合性状较好，适合在广西崇左地区种植。

3 讨论与结论

农作物的综合评价是一个多目标的决策问题，由于各个目标间没有统一的度量标准，各个目标间不能同时达到理想解。利用DTOPSIS法进行评价，在一定程度上克服了各个目标不能统一的问题，因而可以推广应用于农作物新品种的综合评价[21]。

DTOPSIS法通过综合分析多个理化和农艺性状指标实现对马铃薯品种（系）的评价，可以弥补用产量进行统计分析的不足，能够客观合理地反映出多个性状对品种优劣的影响[22]，可以为品种的推广提供较为准确的依据。DTOPSIS法评价品种稳定性的关键在于参考性状的选择和权重值的分配。

在马铃薯评价中，产量依然是最重要的评价性状，因此赋予产量最大权重值，在本文中，不仅完成对马铃薯相关农艺性状的评价，同时也评价了其品质，综合农艺性状和品质的评价结果，从22份马铃薯材料中筛选出性状优良的‘DNJ大红心‘DNJ小红心‘桂农薯1号，这3个品种在种植过程中表现出产量、高综合性状较好的特点，适合在高温高湿的广西地区种植，另外这3个品种大中薯率高，能够满足消费者对大薯的需求。综上所述，该材料适合在崇左地区种植推广。

广西马铃薯都是在秋冬季种植，马铃薯对温度湿度要求较高，所以在推广种植的过程中，最好覆膜种植保温保墒，膜下拉滴管，保证马铃薯不同时期的需水量。

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