甘蔗新品系的DTOPSIS法综合评价

郭强 马文清 秦昌鲜 施泽升 彭崇 闭德金 何洪良 梁永检 唐利球

甘蔗新品系的DTOPSIS法综合评价

郭强1,2马文清1,2秦昌鲜1施泽升1彭崇1闭德金1何洪良1梁永检1唐利球1,2

（1广西南亚热带农业科学研究所，532415，广西龙州；2蔗糖产业省部共建协同创新中心，530004，广西南宁）

以新台糖22号（ROC22）为对照，对9个甘蔗新品系进行1年新植和2年宿根比较试验，利用方差分析和DTOPSIS法进行评价。结果表明，9个参试品系中桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21的2年宿根黑穗病发病率高于ROC22，其他品系则低于ROC22，其中桂糖10-517第1年宿根发病率为0，桂糖10-434 2年宿根发病率均为0。通过DTOPSIS法综合评价，理想解相对接近度（C）低于ROC22的品系有桂糖10-3006和桂糖10-517，表现出低产和低糖等特点；C高于ROC22的品系有桂糖10-2018、桂糖10-434、河糖11-145和桂糖10-2003，表现出高产高糖且抗逆性强等优良特性，适合在广西崇左蔗区及气候条件相似的蔗区推广种植。

甘蔗；新品系；DTOPSIS法；综合评价

甘蔗是世界上最主要的糖料作物，我国作为世界第三大蔗糖生产国，蔗糖总产量占全国食糖总产量的90%以上[1-2]。广西作为我国最大的蔗糖生产基地，2013-2014年度甘蔗种植面积达到101.2万hm2，蔗糖产量达到857.56万t，占全国蔗糖总产量68.21%；由此可见，广西蔗糖业对我国食糖安全、区域经济发展具有举足轻重的作用[3]。近年来，广西甘蔗育种取得了突破性进展，据统计，2018-2019年度桂糖和桂柳系列品种分别占广西甘蔗种植面积的28.55%和23.80%，其中桂糖42号和桂柳05136已取代ROC22成为广西主栽品种，甘蔗品种结构得到明显改善[3]。但由于桂糖42号和桂柳05136都是ROC22的后代，经过多年种植，黑穗病发病率高、宿根发株率低、缺株断垄和产量下降等缺点逐渐显现出来[3-4]。因此，为满足生产需求，必须不断筛选出高糖丰产、抗逆性强和宿根性好的优良甘蔗品种，促进广西甘蔗产业可持续发展。

前人对甘蔗新品种的选育及引进已开展了大量研究工作。王小明等[5]采用小区试验与大田示范相结合的评价方法，在广西来宾筛选出具有推广价值的优良新品种桂柳05136、桂糖49号和福农41号。李佳慧等[6]在广西防城港对9个甘蔗品种（系）进行一新一宿区域性比较试验，结果表明桂热2号、桂柳05136和桂糖46号适合在防城港蔗区推广种植。谭秦亮等[7]在南宁开展的一新一宿品种对比试验中，对农艺性状、抗逆性状和产量构成性状进行综合评价，结果发现桂热2号、凉蔗02-186和桂糖42号表现优异。前人研究多在各性状指标综合评价上，对抗病育种，尤其是抗黑穗病选育较少；目前，黑穗病已成为我国甘蔗产业的主要病害，几个主栽品种都是感黑穗病品种，防治黑穗病最有效的方法就是种植抗病品种。国内外运用DTOPSIS法对甘蔗新品系进行评价，赋予黑穗病的权重值都比较低[8-9]，并不能体现出抗病育种在甘蔗选育中的重要作用。本文根据我国甘蔗生产现状，首先对各品系黑穗病发病情况进行评价，凡是黑穗病发病严重的品种，则认为其不适合作为栽培品种进行推广种植，不参与DTOPSIS法综合评价。

甘蔗新品种的评价不依赖于某个单一性状指标，而是由多个性状指标共同决定的，传统分析方法只是对单个指标进行方法分析，信息量少，不能全面客观地评价甘蔗品种。DTOPSIS法是一种接近理想解的多决策目标分析方法，将各品种的性状指标无量纲化处理，使原始数据变为可比较的规范化数值后进行综合评价，很好解决了各目标间没有统一的度量标准以及最优解不统一的难题[10]。DTOPSIS法与其他方法相比优势在于可以根据育种目标赋予不同性状不同的权重，选育出符合育种目标的品种[11]。目前，DTOPSIS法已广泛应用于小麦[10]、大豆[12]和玉米[13]等作物的新品种综合评价上。在甘蔗新品种评价上，覃耀冠等[8]采用DTOPSISI法对7个甘蔗新品种（系）在柳州田间表现进行综合评价，筛选出了桂辐98-296、桂糖04-120和玉林1号3个优良品种。孙玉勇等[9]以ROC22为对照，利用DTOPSIS法对9个甘蔗新品种的14个农艺性状进行综合评价，筛选出7个适宜在桂北蔗区推广种植优良品种。目前，DTOPSIS法在综合评价甘蔗新品种方面已经比较成熟，评价结果与田间表现相一致，因此本研究利用DTOPSIS法对甘蔗新品系的性状指标进行综合评价，筛选出适合广西崇左蔗区种植的优良新品系，进一步优化甘蔗品种结构，为下一步甘蔗新品种示范推广提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验于2017年3月-2020年3月在广西南亚热带农业科学研究所甘蔗种植基地进行。基地属于南亚热带季风气候，气候暖和湿润，年均温度22.3℃～23.0℃，年有效积温7362℃～7756℃，常年降雨量1700mm以上，年日照时数1675h，年霜日0～7d。基地地势平坦，土壤为红壤土，土层结构疏松，土壤表层深厚，肥力中等，耕作层有机质含量2.40%～3.73%，全氮1.36%～1.99%，速效磷1125g/kg，速效钾60～130g/kg，pH 4.5～6.5。前茬作物为甘蔗。

1.2 试验材料

参试甘蔗品系有9个，其中由广西农业科学院甘蔗研究所选育品系7个，分别为桂糖10-3006、桂糖11-80、桂糖10-434、桂糖10-2018、桂糖10-2142、桂糖10-2003和桂糖10-517；由柳州市农业科学研究所选育品系1个，为柳糖10-21；由河池市农业科学研究所选育品系1个，为河糖11-145。以新台糖22（ROC22）为对照（CK）。

1.3 试验方法

采用随机区组设计，3次重复，5行小区，行距1.2m，行长7m，下种量为10万芽/hm2，为双芽段蔗种，双行品字形摆放。于2017年3月份种植，按当地种植方法进行田间管理；于2018年3月收获新植蔗，2019年3月收获第1年宿根蔗，2020年3月收获第2年宿根蔗。

1.4 指标测定

在甘蔗生长前期调查新植蔗出苗率、宿根蔗发株率、分蘖率和枯心率；在甘蔗生长中期调查黑穗病和梢腐病发生情况；在甘蔗收获前调查有效茎数、株高、茎径和小区产量；每年11月到次年3月每月随机采集6株正常甘蔗进行糖分测定与分析。

1.5 数据统计分析

利用Excel 2010处理数据，采用SPSS 20.0进行差异显著性分析。参照覃耀冠等[8]和李文砚等[14]的方法进行DTOPSIS法综合评价。根据甘蔗生产以及育种目标的实际要求，将出苗率、宿根发株率、分蘖率、株高、茎径、有效茎数、枯心率、梢腐病率、蔗茎产量和蔗糖分共10个指标赋予相应的权重，即得到W={0.0500，0.1000，0.0500，0.0500，0.0500，0.1000，0.0500，0.0500，0.2500，0.2500}。

2 结果与分析

2.1 不同甘蔗品系主要性状表现

2.1.1 主要农艺性状 表1表明参试品系间农艺性状存在显著差异。其中，出苗率20.15%～55.53%，最低的是ROC22。宿根发株率98.63%～191.47%，最低的是ROC22。分蘖率48.64%～101.43%，河糖11-145、桂糖10-2018、桂糖10-517和桂糖10-2003分蘖率高于ROC22，但差异不显著。株高279.07～321.93cm，高于ROC22的有桂糖11-2142和河糖11-145，但差异不显著；而桂糖10-3006、桂糖10-517、桂糖10-434和柳糖10-21则显著低于ROC22。茎径为2.53～3.02cm，桂糖10-517、桂糖11-80和桂糖10-3006的茎径大于ROC22，但差异不显著；而柳糖10-21、桂糖10-2018和桂糖11-2142的茎径则显著小于ROC22。有效茎数45 476～76 111条/hm2，最多的是桂糖11-2142，且显著高于ROC22。

2.1.2 主要病虫害发病情况 由表1可知，参试品系一新两宿平均枯心率为5.56%～11.50%，最低的是ROC22，最高的是柳糖10-21，且显著高于ROC22。梢腐病发病率0.22%～5.94%，其中，桂糖10-517和柳糖10-21显著高于对照ROC22；而桂糖10-2018最低，且显著低于ROC22。

图1表明，新植蔗黑穗病发病率均为0。第1年宿根发病率为0.00%～8.71%，桂糖10-434、桂糖10-2018和桂糖10-517发病率为0，高于ROC22的有桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21，桂糖11-80显著高于ROC22。第2年宿根黑穗病发病率为0.00%～11.75%，桂糖10-434发病率为0，高于ROC22的有桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21。可见，桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21这3个品系黑穗病非常严重，不适合在黑穗病高发的广西崇左蔗区推广种植，因此不参与DTOPSIS法综合评价。

表1 不同甘蔗品系的主要农艺性状

同列数据后不同小写字母表示在5%水平上差异显著，下同

Different lowcase letters in the same column mean significant difference at 5% level, the same below

不同小写字母表示在5%水平上差异显著

2.1.3 蔗茎产量和蔗糖分 表2表明，新植蔗茎产量为78 413.09～132 937.17kg/hm2，其中桂糖11-2142产量最高，显著高于ROC22；产量最低的是柳糖10-21。第1年宿根蔗茎产量为65 555.88～99 206.85kg/hm2，其中桂糖11-2142、河糖11-145和桂糖10-434显著高于ROC22，其他品系与ROC22差异不显著。第2年宿根蔗茎产量为79 762.30～107 064.03kg/hm2，其中桂糖11-2142和桂糖10-434显著高于ROC22，其他品系与ROC22差异不显著。3年平均蔗茎产量为78 571.82～113 069.35kg/hm2，其中桂糖11-2142最高，且显著高于ROC22，最低的是柳糖10-21。

表2 不同甘蔗品系的蔗茎产量

表3显示，新植蔗糖分12.85%～15.91%，只有柳糖10-21、桂糖11-2142和桂糖10-3006 3个品系低于ROC22；最高的是桂糖10-434。第1年宿根蔗糖分12.50%～15.45%，柳糖10-21、桂糖11-2142、桂糖11-80和桂糖10-3006 4个品系低于ROC22；最高的是桂糖10-2003。第2年宿根蔗糖分为13.97%～16.50%，最低的是柳糖10-21，最高的是桂糖10-434。3年平均蔗糖分13.33%～15.80%，最低的是柳糖10-21；最高的是桂糖10-434。

表3 不同甘蔗品系的蔗糖分

图2表明，各品系的蔗糖分随月份推移逐渐升高，桂糖10-434、河糖11-145、桂糖10-2003和桂糖10-2018 4个品系11月份蔗糖分达到12.5%以上，12月份已达到14%，属于早熟高糖品系；桂糖10-3006、桂糖11-80、桂糖11-2142和桂糖10-517 4个品系前期蔗糖分比较低，1月份达到14%，属于中晚熟品系；柳糖10-21蔗糖分比较低，3月份仅为14.29%，属于低糖品系。

图2 不同甘蔗品系的蔗糖分

由表4可知，新植蔗产糖量10 073.08～17 814.43kg/hm2，低于ROC22的有柳糖10-21、桂糖10-517、桂糖10-2018和桂糖10-3006，其余高于ROC22，桂糖11-2142最高。第1年宿根产糖量9 264.22～13 674.04kg/hm2，柳糖10-21低于ROC22，其余均高于ROC22，河糖11-145最高。第2年宿根产糖量11 605.52～16 933.36kg/hm2，高于ROC22的有桂糖10-434、桂糖11-2142、河糖11-145和桂糖10-2018，其余低于ROC22，最低的是桂糖10-3006。3年平均产糖量10 495.95～15 264.71kg/hm2，低于ROC22的有柳糖10-21、桂糖10-517和桂糖10-3006，其余高于ROC22，最高的是桂糖11-2142。

表4 不同甘蔗品系的产糖量

2.2 DTOPSIS法综合评价

2.2.1 指标的无量纲化 因各性状单位不一致，不便进行比较，需要对各性状原始数据进行无量纲化处理。根据高产、高糖、抗逆性强和宿根性好的育种目标，将出苗率、宿根发株率、分蘖率、茎径、有效茎数、蔗茎产量和蔗糖分7个性状指标按正向指标进行无量纲化处理；株高按中性指标进行无量纲化处理；将枯心率和梢腐病率2个性状指标按负向指标进行无量纲化处理。

2.2.2 建立决策矩阵 用各性状的权重值依次乘以无量纲化矩阵对应列数值，得到决策矩阵。根据决策矩阵得到各性状的正理想解和负理想解，其中正理想解X={0.0500，0.1000，0.0500，0.0495，0.0500，0.1000，0.0500，0.0500，0.2500，0.2500}，负理想解X={0.0265，0.0515，0.0304，0.0467，0.0425，0.0779，0.0308，0.0019，0.2106，0.2209}。

2.2.3 各甘蔗品系的理想解相对接近度 采用欧几里德范数作为距离测定各品系与理想解的距离（Si）及各品系与负理想解的距离（Si），计算各甘蔗品系的理想解相对接近度（C）。依照DTOPSIS法分析原则，C数值越大，说明该甘蔗品系综合性状越好。由表5可知，值排序为桂糖10-2018＞桂糖10-434＞河糖11-145＞桂糖10-2003＞ROC22＞桂糖10-3006＞桂糖10-517。说明桂糖10-2018、桂糖10-434、河糖11-145和桂糖10-2003 4个品系综合性状优于ROC22，而桂糖10-3006和桂糖10-517综合性状比ROC22差。

表5 DTOPSIS法综合评价结果

3 讨论

近年来，广西甘蔗育种已经取得了突破性进展，桂糖42号和桂柳05136已取代ROC22成为广西主栽品种，甘蔗品种结构得到了明显改善。可见，目前广西蔗糖产业并不缺乏甘蔗品种，真正缺乏的是综合性状表现突出、抗病性强的品种，尤其是抗黑穗病。目前我国的甘蔗栽培品种大部分都是感黑穗病品种，严重影响了蔗糖产业的可持续发展。经艳芬等[15]在国家甘蔗品种七轮区试中提到，在甘蔗新品种选育过程中，应尽量淘汰具有明显不良性状的品种。因此在当前甘蔗新品种选育过程中，应重视抗病性筛选，黑穗病发病严重的甘蔗新品系，即使其他性状表现非常突出，也不建议作为栽培品种在黑穗病高发蔗区推广种植。本研究发现，桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21宿根蔗黑穗病发病率均高于ROC22，黑穗病危害非常严重，因此这3个品系不合适在广西崇左等黑穗病高发蔗区推广种植，不参与DTOPSIS法综合评价。

运用DTOPSIS法评价甘蔗品系的关键在于性状指标的选择和赋予各性状指标的权重大小。本研究根据高产、高糖、抗逆性强和宿根性好的育种目标，对蔗茎产量和蔗糖分赋予了较高权重，各占25%；宿根发株率和有效茎数权重各占10%，其余性状指标权重各占5%[8-9]。C值大于ROC22的有桂糖10-2018、桂糖10-434、河糖11-145和桂糖10-2003，说明这4个品系综合性状优于ROC22，而桂糖10-3006和桂糖10-517的C值小于ROC22，说明这2个品系综合性状比ROC22差。C值排名第1的是桂糖10-2018，该品系蔗茎产量、蔗糖分和产糖量都比较高，梢腐病和黑穗病发病率低，甘蔗直立、不倒伏、易脱叶，宿根发株强，有效茎数多，易开花，属于早熟高糖品系，建议在11-12月份砍收入厂。C值排名第2的是桂糖10-434，该品系蔗茎产量、蔗糖分和产糖量都比较高，属于早熟高糖品系，宿根发株强，2年宿根黑穗病发病率均为0，可以作为抗黑穗病育种材料。C值排名第3的是河糖11-145，该品系蔗茎产量、蔗糖分和产糖量都比较高，属于早熟高糖品系，黑穗病发病率低，苗期枯心严重，株高较高，容易倒伏，因此苗期重点防治螟虫危害，中后期加强田间管理，防止倒伏。C值排名第4的是桂糖10-2003，该品系蔗糖分和产糖量较高，属于早熟高糖品系，蔗茎产量基本与ROC22持平，宿根发株能力强，前期甘蔗长势非常好，但是后期由于螟虫危害，断尾严重，因此对于桂糖10-2003要重点防治螟虫危害，尤其重视中后期的螟虫防治。桂糖10-3006和桂糖10-517的C值均小于ROC22，这2个品系均属于大茎品种，有效茎数少，蔗茎产量和蔗糖分都较低，因此不建议作为栽培品种在崇左蔗区推广种植。

4 结论

桂糖11-80、桂糖11-2142和柳糖10-21黑穗病发病严重，不适合在崇左等黑穗病高发蔗区推广。桂糖10-3006和桂糖10-517综合性状较差，也不适合在崇左推广种植。桂糖10-2018、桂糖10-434、河糖11-145和桂糖10-2003综合性状表现优良，适合在广西崇左蔗区及气候条件相似蔗区推广种植。

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Comprehensive Evaluation of New Sugarcane Clones by DTOPSIS Method

Guo Qiang1,2, Ma Wenqing1,2, Qin Changxian1, Shi Zesheng1, Peng Chong1,Bi Dejin1, He Hongliang1, Liang Yongjian1, Tang Liqiu1,2

(1Guangxi South Subtropical Agricultural Science Research Institute, Longzhou 532415, Guangxi, China;2Province and Ministry Co-Sponsored Collaborative Innovation Center of Sugar Industry, Nanning 530004, Guangxi, China)

The nine new sugarcane clones were evaluated comprehensively by variance analysis and the DTOPSIS method taking ROC22 as a control in new-planted cane and two years ratoon crops. The results showed that the smut rates of Guitang 11-80, Guitang 11-2142, and Liutang 10-21 were higher than ROC22 in two years ratoon crops, while the smut rates of other clones were lower than ROC22. Among them, the smut rate of Guitang 10-517 was 0 in the first year ratoon, and the smut rate of Guitang 10-434 was 0 in two years ratoon crops. The DTOPSIS analysis results showed that theCof Guitang 10-3006 and Guitang 10-517 were lower than that of ROC22, the two clones were characterized by lower cane yield and lower sucrose content. TheCof Guitang 10-2018, Guitang 10-434, Hetang 11-145, and Guitang 10-2003 were higher than that of ROC22, the four clones were characterized by higher cane yield, higher sucrose content, and strong resistance, they are suitable for planting in Chongzuo and other sugarcane planting areas with the similar environmental conditions.

Sugarcane; New clones; DTOPSIS method; Comprehensive evaluation

10.16035/j.issn.1001-7283.2021.04.005

郭强，从事甘蔗杂交育种及病害研究，E-mail：570761004@qq.com

唐利球为通信作者，从事生物技术与甘蔗杂交育种研究，E-mail：401754719@qq.com

现代农业产业技术体系建设专项资金（nycytxgxcxtd-03-04）；中央引导地方科技专项（桂科ZY19183010）；广西农业科学院基本科研业务专项（桂农科2021YT161）；广西农业科学院科技发展基金（桂农科2020YM152）；广西甘蔗生物学重点实验室开放课题（NYS20190125）

2020-11-16；

2021-03-14；

2021-06-30