雜交組合灰色評判在棉花育種上的應用

董靈艷,袁海濤,李鳳瑞,史加亮,張東樓

德州市農業科學研究院/農業部黃淮海流域棉區農業科學觀測實驗站,山東 德州 253015

自從上世紀80年代灰色系統理論建立以來，作物灰色育種學也應運而生[1]，已用于玉米[2]、小麥[3]、棉花[4-8]、煙草[9]、大豆[10]等作物的品種選育、品種比較和品種利用上。雜交組合灰色評判作為作物灰色育種學的一部分，能夠對作物多個性狀進行綜合評價，能夠提高育種效率和加快育種進程，在雜交優勢利用和雜交育種中發揮了重要作用，也在多種作物中得到廣泛應用。但是關于雜交組合灰色評判在棉花上應用的報道不多?，F階段棉花選育的目標要求高產、優質、多抗等綜合性狀好，根據現代紡織工藝要求，優質作為一個重要目標被放在更加突出的位置，因此不再一味的追求高產。張震[11]等用灰色評判對抗蟲雜交棉組合F1代各主要性狀及產量進行綜合分析，并把枯萎病指、黃萎病指加入到綜合性狀中去，得出產量因素對整個關聯度的排序影響較小，而綜合性狀對關聯度的排序起決定性的作用，不能僅以一時的產量論成敗。湯飛宇[12]等對8個優質高產抗蟲雜交棉組合的產量性狀及纖維品質性狀進行灰色評判分析，指出灰色綜合評判值排名與籽棉產量排名不一致，育種家不應從一時的產量高低決定組合的取舍，這也是目前為止國內棉花雜交組合灰色評判的最近報道。

已有的棉花雜交組合灰色評判的報道中，在確定各性狀的權重系數時，有的根據專家經驗人為確定，有的僅以產量為參考數列的灰色關聯度法確定，但同時以產量和品質多個目標性狀為參考數列的灰色關聯度法還未見報道，這樣對組合的客觀評價難免有偏差。為了滿足當今棉花的育種目標，本文分別以產量、纖維長度、比強度、馬克隆值四個性狀為參考數列，其他各性狀為比較數列的灰色關聯度法來確定各性狀的權重系數，進而對棉花雜交組合各性狀進行綜合評價，在雜交F1代確定重點組合，旨在盡快選育高產優質雜交棉組合和高產優質常規棉新品種。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

供試材料由中國農科院棉花研究所提供，共11個，包括10個雜交組合F1代和1個對照品種魯棉研28號，雜交組合名稱為HL02、中9169、中9209、中9249、NU771、冀428、中1206、中1311、中 MBZ7121、GB118。

1.2 方法

試驗在德州市農科院科技園進行。隨機區組排列，3次重復，3行區，小區面積18.24 m2，株距30 cm，行距76 cm。試驗地為輕粘土，肥力中等。2014年4月25日播種，田間管理與常規棉田相同。生育期間按照《2014年國家棉花品種區試實施方案》對其中的2個重復進行田間農藝性狀調查、室內考種和實收測產，共10個測定項目，為株高、果枝數、單株鈴數、單鈴重、衣分、皮棉產量、纖維長度、整齊度、比強度、麥克隆值。纖維品質送農業部纖維品質監督檢測中心測定。

1.3 灰色評判分析

（1）將11個棉花品系的10個性狀的觀察值歸納整理，并構建參考組合，見表1。

（2）利用性狀測度對各組合觀察性狀數值進行無量綱化處理。

單株鈴數、單鈴重、衣分、皮棉產量、纖維長度、整齊度、比強度7個性狀，是越大越好，因此采用上限性狀測度，見公式（I），株高、果枝數要求適中，采用適中性狀測度，見公式（Ⅱ），麥克隆值≥4.2的范圍內要求越小越好，采用下限性狀測度，見公式（Ⅲ）。

（4）求各組合性狀的達標指數，即灰色關聯系數：

（5）利用灰色關聯度法確定各性狀的權重系數Wi。

2 結果與分析

2.1 參考組合的構建

根據灰色理論，把11個材料作為一個灰色系統，每個組合為該系統中的一個因素，并構建參考組合，確定每個性狀的最優性狀值，單株鈴數、單鈴重、衣分、皮棉產量、纖維長度、整齊度、比強度取最大值，株高、果枝數取適中值，麥克隆值取最小值。

表1 11個棉花組合10個性狀的表型值Table 1 Phenotypic values of 10 traits in 11 cotton combinations

2.2 灰色評判分析結果

表2 數據無量綱化值Table 2 Dimensionless data

表3 11個棉花組合10個性狀的差序列Table 3 Difference sequence of 10 traits in 11 cotton combinations

從表3知道，各組合性狀測度值與最優序列值的差序列的最小極差m=0，最大極差M=0.4197。

表4 11個棉花組合10個性狀的達標指數Table 4 Standard index of traits in 11 cotton combinations

2.3 確定各性狀的權重系數

權重系數是指雜交組合各個性狀在灰色評判過程中各自的重要程度。由于雜交組合優劣的評定，以產量和品質為重要依據，本文用灰色關聯度法確定各性狀的權重，分別以皮棉產量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度為參考數列，其余9個性狀為比較數列，求出各比較數列與參考數列的灰色關聯度并對其進行規一化處理，就得到各性狀的權重系數。下面以皮棉產量為參考數列，求各性狀的權重系數。

同理可計算分別以上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度為參考數列時的權重，見表7。

表5 皮棉產量與其余9個性狀的差序列Table 5 Difference sequence of ginned cotton yield and the remaining 9 traits

表6 皮棉產量與其余9個性狀的關聯系數、關聯度、權重Table 6 Correlation coefficient,correlation degree,weight coefficient of ginned cotton yield and the remaining 9 traits

組合Combination整齊度指數/%Uniformity index中1311 0.9058 0.7985 0.7505 0.9848 0.7505 1.0000 0.9998 0.9339 0.7321 0.8010中MBZ712 0.4269 0.4380 0.7950 0.4928 0.4045 1.0000 0.3668 0.3771 0.3668 0.3744 GB118 0.5476 0.5463 0.6215 0.4848 0.7369 1.0000 0.5686 0.8988 0.8420 0.5039 CK 0.5494 0.5413 0.8261 0.8293 0.6403 1.0000 0.5787 0.8951 0.8522 0.5173關聯度 0.5925 0.6098 0.7610 0.6800 0.6151 1.0000 0.6511 0.6566 0.6478 0.5979權重 0.0870 0.0895 0.1117 0.0998 0.0903 0.1468 0.0956 0.0964 0.0951 0.0878株高/cm Height果枝數/臺Branches株鈴數/個Bolls單鈴重/g Weight衣分/%Ginning rate皮棉產量/kg·hm-2 Yield上半部均長/mm Mean Length馬克隆值Micron value斷裂比強度/cN/tex Fracture ratio strength

表7 不同參考數列時各性狀的權重系數Table 7 Weight coefficient of each trait in different reference sequence

2.4 棉花各組合的灰色綜合評判值

分別以皮棉產量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度為參考數列時，11個棉花雜交組合的灰色綜合評判值見表8，并根據灰色綜合評判值確定位次和等級，得出評價結果。

表8 11個棉花雜交組合的綜合評判結果Table 8 Comprehensive evaluation results of 11 cotton cross combinations

根據表8中的綜合評判值及其位次和等級的排序，把11個組合分成3個等級，中1311、NU771、中9169表現優良，被評為1級組合，為重點組合，中MBZ712、冀428、GB118、中9249表現較好，被評為2級組合，其余4個組合表現一般，被評為3級組合.優良組合的個數原則上不超過總組合數的三分之一。從表8可以看出，分別以皮棉產量、上半部平均長度、馬克隆值、斷裂比強度為參考數列時，中1311、GB118、CK、中9209、HL02的綜合評判值均排在第1位（1級）、第7位（2級）、第9位（3級）、第10位（3級）、第11位（3級）；NU771以皮棉產量為參考數列時表現較好，而以三個品質性狀為參考數列時均表現優良，故定為1級組合，中9169以皮棉產量、上半部平均長度為參考數列時，均表現優良，以馬克隆值、斷裂比強度為參考數列時表現較好，但位次比中MBZ712靠前，也被定為1級組合。冀428雖然以皮棉產量為參考數列時表現優良，但以三個品質性狀為參考數列時均表現較好，故定為2級組合，中9249和中1206位次和等級相同，但從綜合評判值上看，中9249要大于中1206，故中9249和中1206分別定為第2級和第3級。

3 討論

所選擇的參考數列即育種目標不同，所得的綜合評判值及其位次和等級也不同，表8中只有5個組合的位次和等級劃分完全一致，其余6個組合的位次和等級則部分一致。按照等級優先、等級相同看位次、位次相同看綜合評判值的原則確定最終級別。這種評價方法更加合理，若結合田間表現，則效果更好。如果知道組合的雙親，根據綜合評判結果，還可以判斷親本配合力的高低。

參考數列不同，各性狀的權重系數也不同。從表7可以看出，株鈴數、單鈴重、皮棉產量的權重系數以皮棉產量為參考數列時最大，分別為0.1117、0.0998、0.1468。湯飛宇等[11]以籽棉產量為參考數列的灰色關聯度法得到各性狀的權重系數，果枝層數、株鈴數、單鈴重、衣分、籽棉產量、纖維長度、比強度、馬克隆值分別為0.0928、0.1112、0.0915、0.0872、0.1531、0.0954、0.0830、0.1003，與本文以皮棉產量計算的權重系數相差不大。

雜交組合灰色評判的關鍵在于如何確定各性狀的權重系數，權重系數不同，則綜合評判值不同。確定權重系數的方法有多種，如專家評定法、判斷矩陣法、育種家根據經驗人為賦值、灰色關聯度法。陳全家[13]等采用人工分別賦予相同權重和不同權重，得出等權關聯度和加權關聯度排序。湯飛宇等[11]采用以籽棉產量為參考數列的灰色關聯度法確定權重系數。由于雜交組合各性狀的重要程度不同，所以不建議賦予相同權重，況且人為賦值本身具有不確定性；灰色關聯度法分析時，僅以籽棉產量為參考數列時，則產量及其產量性狀所占權重就偏大,其它性狀所占權重則偏小。本文分別采用產量和品質共4個目標性狀為參考數列的灰色關聯度法來確定各性狀的權重系數，既能權衡多個目標性狀的權重系數，又能夠看出其它性狀對目標性狀影響程度的大小。如對皮棉產量影響最大的是株鈴數，其次是單鈴重。這一點可從表6和表7中看出。

雜交組合灰色評判是一種評價棉花雜交組合的有效方法，尤其對多個育種目標進行綜合評價時更加全面，它用起來簡單、明確、易懂，可在雜交早代確定重點組合，以便盡早地集中精力于較優組合的選擇，從而減少工作量，提高選擇效率，加快育種進程。對于雜交優勢利用，則可以幫助育種工作者綜合判斷優良雜交種，為雜交種的有效利用提供依據。也無需定性經驗，只要將基本原理融會貫通，即使是育種新手，亦能運用自如。

4 結論

11個棉花組合表現優劣的順序依次為：中1311＞NU771＞中9169＞中MBZ712＞冀428＞GB118＞中9249＞中1206＞CK＞中9209＞HL02。對于1級組合，在下年度應當擴大種植規模，并在F1以后的各世代中重點選擇，選育常規種，或者直接進行雜交優勢利用，申報區域試驗；對于2級組合，在雜種后代中適當注意選擇優良單株；3級組合表現一般，若沒有特殊優點，應淘汰。

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