基于DTOPSIS法的甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

字秋艷，陸鑫，徐超華，毛鈞，劉新龍，劉洪博，蔡青（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開遠(yuǎn)661699；2.云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開遠(yuǎn)661699；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明650223）

基于DTOPSIS法的甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)綜合評(píng)價(jià)

字秋艷1，2，陸鑫1，2，徐超華1，2，毛鈞1，2，劉新龍1，2，劉洪博1，2，蔡青2，3*
（1.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所，開遠(yuǎn)661699；2.云南省甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，開遠(yuǎn)661699；3.云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)與種質(zhì)資源研究所，昆明650223）

為探討甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)的優(yōu)劣性，采用DTOPSIS法對(duì)8份甘蔗創(chuàng)新種質(zhì)和1份對(duì)照種進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果表明：云蔗11-158、云蔗10-221和云蔗12-54的綜合性狀優(yōu)于對(duì)照種ROC22，這組材料應(yīng)進(jìn)一步試驗(yàn)觀察，并進(jìn)行相關(guān)抗性鑒定；而云蔗12-269、云蔗06-88、云蔗12-25、云蔗12-237和云蔗07-106的綜合性狀低于對(duì)照種ROC22，應(yīng)根據(jù)其性狀優(yōu)劣，選擇性狀互補(bǔ)的親本，與之有針對(duì)性地開展雜交改良。

甘蔗；創(chuàng)新種質(zhì)；DTOPSIS；綜合評(píng)價(jià)

種質(zhì)創(chuàng)新是甘蔗雜交育種的前期基礎(chǔ)性工作，是實(shí)現(xiàn)野生種質(zhì)優(yōu)異基因滲入、發(fā)掘利用野生種質(zhì)優(yōu)良性狀的重要手段。由于甘蔗高度雜合的異源多倍體和非整倍體特性，其雜交后代廣泛分離。因此，科學(xué)、準(zhǔn)確地從龐大的雜交后代群體中甄別出優(yōu)良材料，并不斷雜交或回交利用，是提高甘蔗野生種質(zhì)利用效率的重要環(huán)節(jié)，決定著后續(xù)雜交育種工作的成敗。

甘蔗品種的優(yōu)劣性是由多個(gè)性狀指標(biāo)共同決定的，其中高糖、高產(chǎn)是甘蔗育種永恒的主題。在對(duì)雜交后代進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，傳統(tǒng)方法是分別對(duì)每個(gè)性狀指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析，該方法雖能夠直觀地對(duì)每個(gè)性狀進(jìn)行比較，但存在無法對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)判的缺陷。近年來，灰色模糊評(píng)價(jià)［1-2］、同異分析［3-4］和DTOPSIS法［5-6］等在作物品種綜合評(píng)價(jià)方面得到廣泛應(yīng)用，并成功篩選出一批優(yōu)良新品種［7］。其中DTOPSIS法算法簡(jiǎn)單、評(píng)價(jià)結(jié)果客觀合理，可以克服傳統(tǒng)方法如方差分析、回歸分析、新復(fù)極差分析等考慮性狀少、綜合評(píng)價(jià)功能低等缺點(diǎn)［8］。本研究采用DTOPSIS法，以產(chǎn)量和糖分性狀為指標(biāo)，對(duì)云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所雜交創(chuàng)制的8份后代材料進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在為創(chuàng)新種質(zhì)的評(píng)價(jià)篩選及后續(xù)利用提供依據(jù)。

1　材料和方法

1.1供試材料

試驗(yàn)材料為云蔗06-88、云蔗07-106、云蔗10-221、云蔗11-158、云蔗12-25、云蔗12-54、云蔗12-237、云蔗12-269和對(duì)照種ROC22，其中8份創(chuàng)新種質(zhì)的親本及對(duì)照種ROC22由國(guó)家甘蔗種質(zhì)資源圃保育、國(guó)家農(nóng)作物種質(zhì)資源平臺(tái)提供，參試材料親系詳見表1。

表1　參試材料及其親系

1.2試驗(yàn)方法

參試材料于2015年1月種植于云南省農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所第一科研基地，試驗(yàn)采用隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)，設(shè)置3次重復(fù)，田間管理同一般大田生產(chǎn)。苗期對(duì)出苗和分蘗進(jìn)行調(diào)查，11月至次年1月每月進(jìn)行一次糖分檢測(cè)，1月進(jìn)行收獲調(diào)查。以出苗率、分蘗率、有效莖、莖徑、株高、甘蔗糖分、纖維分、出汁率、重力純度、還原糖、單莖重、甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量13個(gè)性狀作為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，其中甘蔗糖分、纖維分、出汁率、重力純度、還原糖、單莖重為3次采樣調(diào)查的平均值。試驗(yàn)數(shù)據(jù)詳見表2。

1.3統(tǒng)計(jì)分析方法

采用姚興濤［9］提出的DTOPSIS法，具體步驟：（1）對(duì)各性狀進(jìn)行無量綱化處理；（2）確定各性狀的權(quán)重，求出決策矩陣；（3）組建正理想解與負(fù)理想解數(shù)列；（4）計(jì)算各參試材料與正理想解的相對(duì)接近度，并依據(jù)該程度值進(jìn)行排序。

表2　各參試材料性狀值

2　結(jié)果與分析

2.1數(shù)據(jù)無量綱化處理

首先將出苗率、分蘗率、有效莖、甘蔗糖分、單莖重、出汁率、重力純度、甘蔗產(chǎn)量和產(chǎn)糖量劃分為正向指標(biāo)，這些指標(biāo)在選育過程中數(shù)值越大越好。莖徑、株高、纖維劃分為中性指標(biāo)，研究表明，莖徑與分蘗率呈負(fù)相關(guān)［10］，一般細(xì)莖種分蘗率較強(qiáng)，成莖率也較高，其次為中莖種，大莖種最弱［11］，因此在選育中莖徑指標(biāo)應(yīng)適中為宜；甘蔗株高過高易倒伏、折斷，過矮則影響產(chǎn)量，因此該指標(biāo)也應(yīng)適中為宜；甘蔗纖維分含量高可提高其抗倒伏性和抗風(fēng)折性，但同時(shí)又會(huì)使其壓榨性能降低，不利于糖廠進(jìn)行原料加工，因此纖維分值應(yīng)適中為宜；中性指標(biāo)選擇適宜的某一材料性狀值作為最優(yōu)解。將還原糖劃分為負(fù)向指標(biāo)，在制糖壓榨工藝中要求還原糖低，這樣在砍運(yùn)甘蔗期間回糖慢，有利于制糖企業(yè)提高出糖率，因此還原糖值應(yīng)盡可能偏低。

無量綱化計(jì)算公式如下：正向指標(biāo)計(jì)算公式：Zij=｛Yij/Yimax，Yimax=Max（Yij）｝；中性指標(biāo)計(jì)算公式：Zij=｛Yjo/［Yjo+abs（Yjo-Yij）］｝；負(fù)向指標(biāo)計(jì)算公式：Zij=｛Yimin/Yij，Yimin=Min（Yij）｝。其中i=1，2，3，…，9（下同）；j= 1，2，3，…，13（下同）；Yij代表第i個(gè)品種的第j個(gè)性狀值，Yjo表示第j個(gè)性狀的目標(biāo)值，abs表示絕對(duì)值。

依照這個(gè)公式可計(jì)算出無量綱化矩陣Z（表3）。

表3　無量綱化處理結(jié)果

表4　決策矩陣R

2.2確定性狀權(quán)重，構(gòu)建決策矩陣R

根據(jù)甘蔗生產(chǎn)實(shí)際，根據(jù)育種目標(biāo)，結(jié)合育種家建議，對(duì)甘蔗的13個(gè)性狀（按表2）依次分別賦予權(quán)重系數(shù)Wj（Wj∈（0，1）），Wj=｛0.05，0.05，0.06，0.05，0.05，0.12，0.05，0.06，0.10，0.04，0.05，0.12，0.20｝，13個(gè)性狀權(quán)重值之和為1。根據(jù)決策矩陣計(jì)算公式Rij=Wj×Zij可得決策矩陣R（表4）。

2.3組建正理想解與負(fù)理想解數(shù)列

正理想解計(jì)算公式：Xj+=Max（Rij）；負(fù)理想計(jì)算公式：Xj-=Min（Rij）。計(jì)算結(jié)果如下：

Xj+=｛0.050，0.050，0.060，0.050，0.050，0.120，0.050，0.060，0.100，0.040，0.050，0.120，0.200｝

Xj-=｛0.032，0.021，0.035，0.045，0.036，0.081，0.035，0.054，0.079，0.008，0.024，0.080，0.112｝

2.4計(jì)算各參試材料與正理想解的相對(duì)接近度

根據(jù)正理想解、負(fù)理想解和決策矩陣Rij，按下式計(jì)算各品種與理想解的距離，采用歐幾里德范數(shù)作為距離的測(cè)度，再計(jì)算出各參試品種與理想解的相對(duì)接近度值Ci，最大者為綜合性狀最優(yōu)品系。

根據(jù)上述公式可得出各參試材料與正理想解的相對(duì)接近程度值，結(jié)果見表5。

根據(jù)DTOPSIS法分析原理，Ci值越大綜合性狀越好。由表5可以看出，云蔗11-158、云蔗10-221、云蔗12-54的Ci值均大于ROC22，說明這3份材料的綜合性狀優(yōu)于ROC22，該組材料可作進(jìn)一步試驗(yàn)觀察，并進(jìn)行相關(guān)抗性鑒定；而云蔗12-269、云蔗06-88、云蔗12-25、云蔗12-237和云蔗07-106，這5份材料的Ci值小于對(duì)照種ROC22，表明其綜合性狀劣于ROC22，這些材料應(yīng)根據(jù)其性狀優(yōu)劣性，選擇性狀互補(bǔ)的親本，與之有針對(duì)性地開展雜交改良。

表5　DTOPSIS法計(jì)算結(jié)果

3　討論

3.1DTOPSIS法從多性狀的角度對(duì)參試材料進(jìn)行評(píng)價(jià)，考慮的性狀多，包含的信息量大，因而得到的結(jié)果更加客觀［12］，但在評(píng)價(jià)中，權(quán)重系數(shù)直接影響著綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，因此應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況慎重選取，避免因人為因素而對(duì)評(píng)價(jià)結(jié)果造成誤差。高產(chǎn)高糖一直是甘蔗育種的目標(biāo)，因此本文在分配權(quán)重系數(shù)時(shí)，對(duì)產(chǎn)糖量及其構(gòu)成因素賦予了較高的權(quán)重，占總權(quán)重的55%，其他性狀占總權(quán)重的45%。

3.2參試材料中，云蔗11-158和云蔗10-221的綜合性狀最好，但其出苗率較低，纖維分較高，今后應(yīng)進(jìn)一步改良；云蔗12-269產(chǎn)量、株高、莖徑較高，但其甘蔗糖分偏低，還原糖偏高，可進(jìn)一步改良作為高產(chǎn)型材料親本雜交利用；云蔗06-88的甘蔗糖分較高，但其莖徑偏細(xì)，今后可與大莖、高產(chǎn)品種雜交，提高其蔗莖產(chǎn)量；云蔗12-25和云蔗07-106是斑茅雜交后代，甘蔗糖分低是其后代普遍存在的問題［13］，但斑茅具有抗旱、耐瘠、宿根性強(qiáng)、分蘗性強(qiáng)、粗生、適應(yīng)性廣等特點(diǎn)［14］，是育種工作者一直青睞的野生種質(zhì)之一［15］，田間調(diào)查也表明：云蔗07-106長(zhǎng)勢(shì)好、分蘗強(qiáng)、實(shí)心、無感病情況，今后應(yīng)加強(qiáng)與高產(chǎn)高糖優(yōu)良栽培種的回交利用，有望選育出具有斑茅血緣的高產(chǎn)高糖強(qiáng)生勢(shì)的優(yōu)良品種；云蔗12-237是割手密的雜交后代，其糖分也偏低，但是其田間長(zhǎng)勢(shì)較好、產(chǎn)量高，應(yīng)進(jìn)一步改良，作為高產(chǎn)親本雜交利用。

［1］劉曉燕，何紅，朱秋珍，等.甘蔗引進(jìn)新品種的灰色關(guān)聯(lián)度分析［J］.廣東農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（6）：36-38.

［2］陸鑫，蔡青，王麗萍，等.應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)分析法評(píng)價(jià)甘蔗與斑茅雜交組合［J］.西南農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2007，20（1）：103-106.

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（1.Sugarcane Research Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Kaiyuan 661699，China；2.Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement，Kaiyuan 661699，China；3.Biotechnology&Genetic Resources Institute，Yunnan Academy of Agriculture Sciences，Kunming 650223，China）

Integrated Evaluation of Sugarcane Innovation Germplasm by DTOPSIS

ZI Qiu-yan1，2，LU Xin1，2，XU Chao-hua1，2，MAO Jun1，2，LIU Xin-long1，2，LIU Hong-bo1，2，CAI Qing2，3*

To discuss the advantages and disadvantages of sugarcane innovation germplasm，eight sugarcane hybrid materials from wild species and a control variety were evaluated by DTOPSIS method.The results showed that the comprehensive characters of YZ11-158，YZ10-221 and YZ12-54 were superior to ROC22（CK）.As elite innovation germplasm，these innovation materials could be put into the pre-variety test in breeding program particularly in the resistance identification；that of YZ12-269，YZ06-88，YZ12-25，YZ12-237 and YZ07-106 were inferior to ROC22（CK），their hybridization and improvement could be targeted to carry out on the basis of their superiority and inferiority to select complementary parent in properties.

sugarcane；innovation germplasm；DTOPSIS；integrated evaluation

S566.103

A

1007－2624（2016）05－0038－03

10.13570/j.cnki.scc.2016.05.014

2016-04-26

麻類、甘蔗、茶、桑種質(zhì)資源發(fā)掘與創(chuàng)新利用（2013BAD01B03-15）；農(nóng)業(yè)部農(nóng)作物種質(zhì)資源保護(hù)項(xiàng)目（2016NWB021）；國(guó)家甘蔗種質(zhì)資源平臺(tái)（NICGR2016-044）；國(guó)家甘蔗產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系開遠(yuǎn)綜合試驗(yàn)站（CARS-20-6-13）。

字秋艷（1989-），女，云南云龍人，碩士，研究實(shí)習(xí)員，從事甘蔗種質(zhì)資源創(chuàng)新與利用研究，E-mail：ziqiuyan1989@163.com

蔡青（1966-），女，研究員，研究方向：甘蔗種質(zhì)資源與分子生物學(xué)研究，E-mail：caiqingysri@163.com