小麦杂交育种F1 代多目标性状灰色综合评判

关 立，杨春玲，韩 勇，宋志均，薛志伟，侯军红，薛 鑫，张 凡

（安阳市农业科学院，河南 安阳 455000）

生产中各种作物的优良品种大多是通过杂交育种的方法培育出来的。据统计，20 世纪50 年代，杂交育种占育种品种总数的14.8%；60 年代和70 年代分别占35.5%和35.4%；到80 年代达到了79%；杂交育种育成的品种数量呈直线上升[1]。近年来，小麦新品种中也有90%以上是通过杂交育种方法育成的[2]。由此可见，杂交育种方法在作物育种领域占据重要地位。实践表明，杂交组合的优劣决定着育种工作的成败。然而长期以来，人们对杂交组合的评估往往是滞后的，不能及时对杂交组合的优劣做出判断，常导致后期育种工作效率不高。因此，如何客观合理地评价杂交组合便显得尤为重要。在评判杂交组合时指标的选择通常是凭经验进行取舍，很少涉及定量化概念。为了能客观、合理、科学地评价杂交组合，郭瑞林等[3-7]提出了新的评价方法——杂交组合灰色评判法和杂交组合同异评估法，并将其应用于作物育种过程中，取得了良好的效果[8-16]。该研究采用杂交组合灰色评判方法，对杂种小麦F1组合进行综合评价，期望从中选择出更具潜能的优势组合，以便育种工作者尽早发现重点组合，为最终培育出符合育种目标的新品种奠定基础。

1 材料与方法

1.1 试验地点及材料

试验在安阳市农业科学院试验田进行，试验田地势平坦，排灌方便，前茬为玉米掩青。随机抽取2020—2021 年度安阳市农业科学院小麦研究所育种过程中的50 个F1代小麦杂交组合，其室内考种结果见表1。考察性状包括株高、单株穗数、单株产量、结实性、粒质、饱满度、千粒重等。需要说明的是，评定杂交组合的优劣，其抗寒性、抗倒性、抗病性、早熟性等性状也是必须考虑的因素，表1 中未列出这些性状，原因是这些性状经田间观察、选择已基本过关，因此在该研究中不再考虑。

1.2 原理与方法

采用杂交组合灰色评判原理与方法[3-4]，分析确定灰色综合评判值。具体方法简述如下。

1.2.1 确定杂交组合各性状的最优值最优值一般由所有待评组合中各性状的理想值组成，见表1。

表1 供试小麦杂交组合（F1 代）的相关性状及最优值

1.2.2 对杂交组合各性状值进行无量纲化处理由于杂交组合的各性状表示单位不同，性状之间无法直接进行比较。因此，要先进行无量纲化处理。对杂交组合各性状进行无量纲化处理时，针对上限效果型性状（越大越好的性状）、下限效果型性状（越小越好的性状）和适中性状所采用的公式是不同的。

（1）上限效果型性状无量纲公式：

式中，xiU(k)表示第k个组合第i个性状无量纲值；xi(k)表示第k个组合第i个性状观察值；ximax则表示第i个性状在所有组合中的最大观察值。

（2）适中性状无量纲公式：

式中，xiB(k)表示第k个组合第i个性状无量纲适中值；ximin表示第i个性状在所有组合中的最小值。

1.2.3 确定各性状的最优序列值最优序列中的最优值可以是组合中的最优值，也可以是经验型的最优值，还可以是归一化处理的最大值。采用什么样的最优值，由育种工作者自己选定。只是不同的最优序列值，在杂交组合灰色评判过程中所依据的计算公式有所不同。为方便起见，该研究采用归一化处理的最大值“1”，即杂交组合灰色评判中最优序列中各性状最优值均为“1”。

1.2.4 求各组合性状无量纲值与最优序列值的差序列值按照公式（4）求取各组合性状无量纲值与最优序列值的差序列值∆i(k)。

1.2.6 求各组合性状差序列值与最优性状序列值的达标指数所谓达标指数就是一个组合与最优序列的吻合程度，即达到理想标准的程度，记为CiO。达标指数越大，说明该组合达到最优序列值的程度越大，组合越优；反之则越差。

式中，CiO表示第k个组合第i个性状的达标指数，即达到最优性状（理想性状）的程度。

1.2.7 杂交组合各性状的权重杂交组合各性状在灰色评判过程中各自的重要程度并不等同。如以产量育种为主要目标，则产量性状如单株产量、单株穗数、千粒重等的权重要相对大一些；若以品质育种为主，则品质性状如粒质等性状的权重则要相对大一些；等等，不一而足。各性状权重的确定方法有多种，该研究采用专家评定法确定各指标权重，记为Wi。

1.2.8 求各组合性状的灰色综合评判值最终以公式（8）计算各组合性状的灰色综合评判值G(k)。

1.2.9 确定杂交组合等级标准值据各组合性状的灰色综合评判值，对不同杂交组合进行等级划分。一般一等组合数占全部组合的20%，三等组合占全部组合的5%，其余则为二等组合。据此，可得到杂交组合判别的等级标准值，从而评定出一等组合、二等组合和三等组合。一等组合作为重点组合在F2代扩大种植规模，二等组合次之，三等组合种植规模最小。

2 结果与分析

2.1 小麦杂交组合各性状的最优值

多年育种经验表明，株高为适中性状，以80 cm较为适宜；单株穗数、单株产量、结实性、千粒重属于上限效果型性状，取试验中的最大值为其最优性状值；饱满度、粒质属于下限效果型性状，取试验中的最小值作为最优性状值[2]。由表1 可知，50 个待评组合的最优性状值分别为：株高80 cm，单株穗数26.3穗/株，单株产量42.7 g，结实性21.0 小穗/穗，粒质1，饱满度2.00，千粒重55.2 g。

2.2 各组合性状的无量纲值

由表2 不难看出，各性状完全达到最优性状值的并不多，如第1 个组合只有粒质达到最优值标准，其余性状均不同程度地与最优性状值有差距。因此，在随后世代中仍需进一步加强筛选力度。

表2 各小麦杂交组合性状的无量纲值

2.3 各组合各性状的达标指数

表3 列出了50 个小麦杂交组合F1代各性状序列值与最优序列值的达标指数。达标指数可反映出各组合各性状达到理想育种目标性状值的程度。例如第7个组合的单株产量、结实性、粒质这3 个育种目标性状达标指数均为1.000 0，表明这3 个性状已完全达到育种目标要求，其余4 个性状则与育种目标性状还存在不同程度的差异。因此，在F2和以后世代应特别加强对这些性状的选择。

2.4 50 个小麦杂交组合F1 代的灰色综合评判

表3 后三列分别显示了各杂交组合的灰色综合评判值、位次和评判等级。一般，杂交组合的灰色综合评判值越大，说明该组合7 个性状与理想性状越接近，表现越好。从表3 中可以看出，50 个小麦杂交组合中，一等组合共19 个，按灰色综合评判值大小排序，组合代号依次为7、3、32、18、5、48、6、33、39、37、4、1、12、30、17、22、10、47、38。二等组合有22 个，三等组合9 个。

表3 50 个小麦杂交组合F1 代各性状的达标指数及灰色综合评判结果

续表3

上述19 个组合综合性状均较好，在杂种后代更有可能分离出符合育种目标要求的理想类型来，因此，在F2及以后各世代应当特别重视这些组合的选优。从灰色综合评判值大小来看，一等组合的灰色综合评判值大致分布在0.711 5～0.792 5 之间。其中，最好的组合为7号组合，灰色综合评判值为0.792 5，也就是说，7 个育种目标性状与理想育种目标性状仅有0.207 5 的差距。结合各性状序列值与最优序列值的达标指数来分析，7 号组合的单株产量、结实性和粒质均已达到育种目标，达标指数均为1.000 0；株高和千粒重比较接近育种目标性状，达标指数分别为0.851 1和0.769 2，而饱满度和单株穗数则距育种目标性状较远，达标指数分别为0.444 4 和0.533 3。因此，在随后的选育过程中，该组合的处理应当是：在保证其他性状稳定遗传的前提下，加强对饱满度和单株穗数的重点选择，只有这样，才能培育出真正符合育种目标要求的新品种来。其余组合的分析与此类同，不予赘述。

确定杂交组合等级的意义还在于，可以明确下一年的种植规模和处理方式。一般情况下，一等组合为重点组合，下年度（F2代）的种植规模应适当扩大；二等组合种植规模次之，视具体情况酌情处理；三等组合为较差组合，考虑到杂交F1代是显性性状表现的世代，隐性性状不表现，故一般仍保留种植，但要缩小种植规模。如在F2代仍表现不理想，则可直接淘汰。这样处理，主次分明、区分有度、标的精准、有张有弛，有效地避免了育种工作中不分轻重缓急、“眉毛胡子一把抓”的现象发生。

3 讨 论

传统育种过程中，对组合的选择通常是靠经验取舍，较少对所有组合进行量化评估，因此难免会出现误差，严重时甚至导致选育失败。而杂交组合评判方法则能在定量化方面大显神通，有效地提高了杂交组合选择的命中率，减少失误，大大提高了育种效率。

随着人民生活水平的提高和国际粮食市场的开放，人们对品种的要求也越来越高，不仅要高产、稳产、抗病、抗倒，而且要优质、绿色、安全，这就不可避免地要对杂交组合进行多目标性状的综合评估，而传统的试验分析方法诸如方差分析、稳定性分析、适应性分析等仅能考虑单个性状，且工作量较大，显然已不能满足现代育种工作的要求。因此，杂交组合灰色评判方法的提出，恰逢其时。该方法能够同时考虑多个性状，且对组合的评价更加科学、客观与合理。相对于常规育种来说，杂交组合灰色评判方法能够对杂交组合配置的优劣提前做出判断，在育种早期就能根据育种目标准确地确定重点组合，从而做到心中有数，极大地提高了育种效率，有效避免了人力、物力、财力和地力的浪费。

对于可利用杂种优势育种的作物，杂交组合灰色评判方法能直接选择出综合性状优良的优势单交种或组合，为大面积推广提供决策依据。不仅如此，目前杂交组合灰色评判法已编制成计算机程序[7]，成为作物灰色育种电脑决策系统的重要组成部分之一，使用起来十分方便、快捷，具有广阔而良好的应用前景。如果付诸应用，可使育种工作者从浩如烟海、繁琐复杂的数据处理工作中解放出来，腾出更多的时间去思考育种工作战略和战术，进而保障育种工作更加有条不紊地进行。近年来，表型组学研究已经引起国内外专家、学者的高度重视[17-21]，作为一种新的综合评判工具，相信杂交组合灰色评判法将会在表型组学研究的多维表型分析中发挥重要作用。鉴于此，建议在作物育种工作中大力推广应用该方法。