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基于DTOPSIS法的甘蔗新品種綜合評價

2025-08-18 00:00:00任生林張靜趙麗萍覃偉趙培方趙勇姚麗趙俊
熱帶作物學報 2025年8期
關鍵詞:云蔗柳城桂糖

摘" 要:為評估2021年國家區試甘蔗新品種在云南開遠及云南其他蔗區的適應性,并為云南及其他相似生態蔗區的推廣提供科學依據。本研究以參加第十五輪國家甘蔗區試的13個甘蔗新品種為材料,以桂柳05136和云蔗05-51為對照,在云南開遠開展1 a新植2 a宿根的比較試驗,并基于DTOPSIS法對蔗產量、產糖量、前期平均蔗糖分、全期平均蔗糖分、出苗率、宿根發株率、分蘗率、株高、莖徑、有效莖、枯心苗率和黑穗病發病率等12個性狀進行綜合評價。結果表明:按照DTOPSIS分析結果,各品種的相對接近度(Ci)依次為柳城1539gt;云蔗15505gt;中糖1211gt;桂柳05136gt;云蔗05-51gt;桂糖13334gt;中蔗14號gt;中蔗8號gt;桂糖14811gt;福農1311808gt;桂糖161253gt;福農141854gt;粵甘59號gt;桂南亞146210gt;云瑞14662,其中排前三的品種柳城1539、云蔗15505和中糖1211的Ci值分別為0.7413、0.6225和0.5975,這些品種綜合性狀優良且大于對照桂柳05136和云蔗05-51。在參試品種中,柳城1539的蔗產量(141 279.00 kg/hm2)和產糖量(19 930.44 kg/hm2)均最高,前期發株快,分蘗好,葉片清秀,生勢強、叢生性好,脫葉性較好,枯心苗率、黑穗病發病率均較低;中糖1211有效莖數最多(107 226條/hm2),前期發株快,葉片清秀,豐產性好,蔗糖分和產糖量較高,枯心苗率、黑穗病、花葉病發病率均較低;云蔗15505抗病性最強,枯心苗率(2.29%)和黑穗病發病率(0.14%)最低,脫葉性好,抗倒伏,蔗糖分和產糖量較高。甘蔗新品種柳城1539、云蔗15505和中糖1211在田間前期性狀、產量性狀及抗逆性等方面均展現顯著優勢,綜合表現良好,具備在云南開遠及相似生態區大規模推廣的潛力。

關鍵詞:甘蔗;新品種;區試;DTOPSIS法中圖分類號:S566.1 """""文獻標志碼:A

Comprehensive Evaluation of New Saccharum officinarum Varieties Based on DTOPSIS Method

REN Shenglin1,2, ZHANG Jing1,2, ZHAO Liping1,2, QIN Wei1,2, ZHAO Peifang1,2, ZHAO Yong1,2, YAO Li1,2, ZHAO Jun1,2*

1. Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences / Yunnan Key Laboratory of Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan, Yunnan 661699, China; 2. National Key Laboratory for Biological Breeding of Tropical Crops, Kunming, Yunnan 650205, China

Abstract: The study was aimed to evaluate the adaptability of new sugarcane varieties from the 2021 national regional trials in Kaiyuan and other sugarcane-growing regions of Yunnan, and to provide a scientific basis for the promotion in Yunnan and other ecologically similar sugarcane regions. 13 new sugarcane varieties from the 15th round of the national sugarcane regional trials were used. Guiliu 05136 and Yunzhe 05-51 were used as the controls. The trial was carried out in Kaiyuan, Yunnan, with one year of plant and two years of ratoon crops. A comprehensive evaluation was conducted on 12 traits, including cane yield, sugar yield, early-stage average sucrose content, full-cycle average sucrose content, germination rate, ratoon tillering rate, tillering rate, plant height, stalk diameter, millable stalks, dead heart rate and smut incidence, using the DTOPSIS method. The results showed that the varieties ranked by the DTOPSIS analysis (Ci values) were as follows: Liucheng 1539gt;Yunzhe 15505gt;Zhongtang 1211gt;Guiliu 05136gt;Yunzhe 05-51gt;Guitang 13334gt; Zhongzhe No. 14gt;Zhongzhe No. 8gt;Guitang 14811gt;Funong 1311808gt;Guitang 161253gt;Funong 141854gt;Yuegan No. 59gt;Guinan Ya 146210gt;Yunrui 14662. The top three varieties based on Ci values were Liucheng 1539 (0.7413), Yunzhe 15505 (0.6225) and Zhongtang 1211 (0.5975), all of which exhibited superior comprehensive traits and outperformed both controls. Liucheng 1539 had the highest cane yield (141 279.00 kg/hm2) and sugar yield (19 930.44 kg/hm2) among the tested varieties, with rapid early growth, good tillering, healthy leaves, strong vigor, good clumping and easy defoliation. It also showed low rates of dead hearts and smut incidence. Zhongtang 1211 had the highest number of millable stalks (107 226 stalk/hm2), rapid early growth, healthy leaves, high yield potential, and relatively high sucrose content and sugar yield, along with low rates of dead hearts, smut, and mosaic disease incidence. Yunzhe 15505 demonstrated the strongest disease resistance, with the lowest rates of dead hearts (2.29%) and smut incidence (0.14%), easy defoliation, lodging resistance, and relatively high sucrose content and sugar yield. Varieties Liucheng 1539, Yunzhe 15505, and Zhongtang 1211 exhibited significant advantages in early field performance, yield traits, and stress resistance, demonstrating excellent overall performance. They show great potential for large-scale promotion in Kaiyuan, Yunnan, and other ecologically similar areas.

Keywords: Saccharum officinarum; new varieties; regional trial; DTOPSIS method

DOI: 10.3969/j.issn.1000-2561.2025.08.005

甘蔗作為全球最重要的糖料作物,其產業地位具有不可替代性,全球食糖供應中超過85%源自甘蔗制糖[1]。對我國而言,甘蔗產業的穩定與發展不僅關乎民生需求,更是國家食糖安全的重要保障。種業是農業的芯片,甘蔗品種改良對蔗糖產業的科技貢獻率超過60%[2-3],是甘蔗產業可持續發展的重要支撐[4]。甘蔗品種試驗與審(鑒)定是連接甘蔗新品種選育與推廣應用的關鍵紐帶,國家甘蔗品種區域試驗通過不同生態環境的多年多點試驗,鑒定甘蔗新品種的豐產性、穩定性、適應性及品質、抗性等特性,為甘蔗新品種的登記、推廣提供科學依據[5],可加快科研育種成果的轉化和利用,確保新育成品種及引進品種盡快應用于生產。

DTOPSIS法是姚興濤等[6]提出的綜合評價方法,即通過對各個性狀指標進行無量綱化處理,使每個性狀均在統一的標準下進行比較分析,通過綜合分析不同的性狀,準確評價作物在不同生態區的綜合表現。目前已廣泛應用于水稻[7]、谷子[8]、玉米[9]、小麥[10]和馬鈴薯[11]等作物的綜合農藝性狀評價。在甘蔗品種綜合評價中,秦昌鮮等[12]對7個甘蔗新品種(系)進行1 a新植2"a宿根田間比較試驗,采用DTOPSIS法進行篩選與評價,篩選出的甘蔗新品種河糖11-157和桂糖10-1042可在桂西南蔗區特別是龍州蔗區進行推廣應用。郭強等[13]對9個甘蔗新品系進行1 a新植和2 a宿根比較試驗,利用方差分析和DTOPSIS法進行評價,篩選出的桂糖10-2018和桂糖10-434等高產高糖且抗逆性強的甘蔗新品種,適合在廣西崇左蔗區推廣應用。桃聯安等[14]通過對云瑞17系列品種比較試驗中的11份創新品系進行DTOPSIS評價,篩選出云瑞17-744、云瑞17-613、云瑞17-637等3份綜合表現優良的材料。本研究采用DTOPSIS法對2021年第十五輪國家甘蔗區試中13個新品種(系)在云南開遠蔗區的適應性進行綜合評價,為篩選適宜云南開遠及相似生態蔗區推廣的優良品種提供科學決策依據。

1 "材料與方法

1.1" 材料

1.1.1" 試驗地概況 "試驗地點為云南省農業科學院甘蔗研究所第三試驗基地,位于云南省彌勒市朋普鎮馬保村(23°42′N,103°15′E,海拔1200"m)。試驗期間年平均氣溫為20.15"℃,年降水量為731.41"mm。試驗地土壤為沙壤土,前作為甘蔗。

1.1.2" 供試品種 "供試品種為2021年第十五輪國家甘蔗區試開遠點參試品種,包括中蔗8號、中蔗14號、中糖1211、云蔗15505、云瑞14662、粵甘59號、柳城1539、桂糖161253、桂糖14811、桂糖13334、桂南亞146210、福農141854、福農1311808共13個品種,以柳城05-136、云蔗05-51為對照。

1.2" 方法

1.2.1" 試驗設計" 于2021年1月29日栽種,試驗采用隨機區組設計,設置3次重復,4行區,行長8 m,行距1 m,小區面積32 m2,雙芽雙行接頂下種,下種量為120 000芽/hm2。栽種時施底肥:尿素150"kg/hm2,普鈣375 kg/hm2,硫酸鉀150"kg/hm2;5月初追施:尿素225 kg/hm2;6月中旬大培土:施尿素和普鈣各375"kg/hm2。新植蔗于2022年3月7—8日砍收,宿根蔗(第1年)于2023年3月6—7日砍收,砍收后及時進行鏟兜、澆水與蓋膜等田間管理。

1.2.2" 性狀調查" 在甘蔗收獲前調查出苗率(emergence rate, ER)、宿根發株率(sprouting rate, ST)、分蘗率(tillering rate, TR)、株高(plant height, PH)、莖徑(stem diameter, SD)、有效莖(millable stems, MS)、蔗產量(cane yield, CY)、糖產量(sugar yield, SY)、枯心苗率(witheredheart rate, WR)和黑穗病發病率(smut rate, SR)等指標,每年11月至翌年2月測定甘蔗蔗糖分,計算前期平均蔗糖分(early mean sucrose content, EMSC)和全期平均蔗糖分(mean sucrose content, MSC)。根據中華人民共和國農業部發布的《農作物品種試驗技術操作規程" 甘蔗》對試驗各環節進行調查和測試。

1.3 "數據處理

運用Excel和SPSS軟件進行數據統計、處理和分析。

2" 結果與分析

2.1 "參試甘蔗品種主要性狀指標分析

從表1中可以看出,在田間前期性狀中,參試品種中平均出苗率最高的為柳城1539(95.83%),其次為中糖1211(91.32%)和中蔗14號(87.15%),均高于對照桂柳05136(85.76%)和云蔗05-51(71.18%);宿根發株率最高的為中糖1211(139.86%),其次為桂糖13334(132.65%),均高于對照桂柳05136(121.78%)和云蔗05-51(121.07%);平均分蘗率高于雙對照的有6個品種,依次為桂糖161253(196.40%)、桂糖13334(175.83%)、福農1311808(168.55%)、福農141854(164.90%)、粵甘59號(164.75%)和柳城1539(163.17%)。

在產量相關農藝性狀中,參試品種中平均株高最高的為桂糖161253(272.80"cm),且高于雙對照,其次為柳城1539(267.09 cm)、中蔗14號(265.58 cm)、中蔗8號(262.02 cm)和云瑞14662(253.82 cm),高于對照桂柳05136(247.64 cm);平均莖徑大于雙對照的有云瑞14662(3.05"cm)和云蔗15505(3.04 cm),其他參試品種莖徑均小于雙對照;平均有效莖最多的為中糖1211(107"226條/hm2),其次為桂糖14811(105"768條/hm2)、桂南亞146210(101 601條/hm2)、桂糖13334(100 212條/hm2)和福農1311808(96"253條/hm2),均大于雙對照。

在產量性狀中,平均蔗產量最高的為柳城1539(141 279.00 kg/hm2),高于雙對照,其次為中蔗8號(137"106.21"kg/hm2)和中糖1211(134"649.83"kg/hm2),高于對照桂柳05136(133"373.37"kg/hm2),其余參試品種的蔗產量均低于雙對照;參試品種的糖產量均低于雙對照,最高的為柳城1539(19"930.44"kg/hm2),其次為中蔗8號(18"102.91"kg/hm2)、桂糖14811(17"648.45 kg/hm2)等;前期平均蔗糖分最高的為桂南亞146210(16.23%),其次為桂糖161253(15.69%)、云瑞14662(15.56%)、桂糖14811(15.19%)等,但均低于雙對照;全期平均蔗糖分最高的為桂南亞146210(16.36%),與對照桂柳05136(16.36%)相當,而高于對照云蔗05-51(16.15%),其次為桂糖161253(16.00%)、云瑞14662(15.95%)和桂糖14811(15.70%)等,均低于雙對照。

在抗病蟲害性狀中,參試品種的枯心苗率在2.29%~8.86%之間;黑穗病發病率最高的為云瑞14662(11.44%),其次為中蔗8號(6.05%)和福農1311808(4.14%),其他品種黑穗病發病率均較低。

2.2 "原始數據無量綱化處理

由于各性狀指標的原始數據存在量綱差異,無法直接進行比較分析,因此,首先對原始數據進行無量綱化處理。12個性狀中,出苗率、發株率、分蘗率、株高、莖徑、有效莖、蔗產量、糖產量、前期平均蔗糖分和全期平均蔗糖分是正向指標,性狀數值越大越好,其最優解取參試品種中該性狀的最大值;枯心苗率和黑穗病發病率是負向指標,發病率越低越好,其最優解取參試品種中該性狀的最小值。在正向指標中,以15個品種中最大值為分母,各品種的該指標值為分子;在逆向指標中,以各品種中最小值為分子,各品種該指標數值為分母。參考相關文獻[15-16]并基于甘蔗育種目標及多年育種實踐經驗,對參試品種的12個關鍵性狀指標進行系統化分配權重系數(Wj, 0lt;Wjlt;1, ∑Wj=1),得到無量綱化計算結果矩陣Z(表2)。

2.3" 決策矩陣和正負理想解構建

用各性狀指標權重系數(Wj)乘矩陣Z的第j列得到決策矩陣R(表3),其中正(負)理想解數列Xj+Xj?)由表3中12個性狀數值的最大(小)值構成。

2.4" 15個品種理想解的相對接近度計算

根據歐幾里德范數作為距離測度計算各品種材料與正(負)理想解的距離Si+Si?[17],計算

品種的Ci值排序為柳城1539gt;云蔗15505gt;中糖1211gt;桂柳05136(CK1)gt;云蔗05-51(CK2)gt;桂糖13334gt;中蔗14號gt;中蔗8號gt;桂糖14811gt;福農1311808gt;桂糖161253gt;福農141854gt;粵甘59號gt;桂南亞146210gt;云瑞14662,柳城1539、云蔗15505和中糖1211的Ci值大于雙對照,其他參試品種的Ci值均小于雙對照。

3 "討論

甘蔗新品種的產量構成、蔗糖分及抗逆性表現等關鍵性狀指標的綜合評價是甘蔗新品種推廣決策的重要科學依據。甘蔗新品種綜合評價方法主要有DTOPSIS法[18]、灰色關聯法[19]和主成分分析法[20]等。灰色關聯度分析法雖具有樣本容量要求低、方法簡單、工作量少等優勢,但在甘蔗品種綜合評價中存在明顯局限性。首先,該方法需要預先確定各指標的最優參考值,而甘蔗的某些復雜性狀(如抗逆性)難以確定明確的最優閾值;其次,甘蔗評價體系包含產量、品質、抗性等多維度性狀指標,這些指標不僅量綱不統一,且有些指標存在顯著的負相關關系,導致難以篩選出各性狀均達到理想水平的品種。這些局限性降低了灰色關聯度法在甘蔗品種綜合評價中的適用性和可靠性[21]。主成分分析可以在最大限度保留原始數據信息的前提下,通過多個指標綜合評價作物品種的適應性[22],其不足之處是該方法適合于大樣本分析,當樣本容量小于變量個數時,則無法提供完善的結論及算法,且需要各指標之間具有較好的線性關系,因此,具有一定的局限性[23]。與灰色關聯分析和主成分分析相比,DTOPSIS法在多目標決策評價中具有顯著優勢,能有效解決多性狀指標量綱不統一的問題,同時,該方法通過計算相對接近度,可實現對品種綜合性狀的量化評估,這與本研究對新品種綜合評價的需求高度契合。

在DTOPSIS法的綜合評價體系中,權重系數的科學賦值是評價方法應用的核心環節[24],直接決定DTOPSIS方法計算結果的可靠性。權重系數的賦值方法分為客觀賦權法和主觀賦權法[25],客觀賦權法能有效排除人為干擾因素,提高評價的科學性和客觀性。但這些方法需要大樣本量且要求數據服從標準分布,還會出現非常重要的性狀指標(如產量)計算出的權重卻極低的情況[26-27],與育種目標不相符。因此應根據育種目標和樣本數據合理地選取權重系數賦值方法。本研究構建的甘蔗品種綜合評價體系包含12個關鍵指標,這些指標涵蓋了產量構成因素、糖分積累特性以及抗逆性表現等核心農藝性狀,能夠全面反映品種的生產潛力和生態適應性。其中蔗莖產量是評價甘蔗品種優劣的主要因素之一,關系到種植者和制糖企業的經濟效益,也關系到品種是否能在生產上得到推廣應用[28]。蔗糖分作為核心工藝品質指標,直接影響糖廠的經濟效益[29],較高的蔗糖分可顯著降低噸糖耗蔗量,同時提高產糖率和原料利用率[30]。基于糖料蔗品種“雙高”(高糖、高產)的育種目標導向,本研究在DTOPSIS法評價體系中,對產糖量、蔗糖分及甘蔗產量等關鍵經濟性狀賦予較高權重,以確保評價結果與產業需求的契合度。

根據DTOPSIS法綜合評估原理,品種的Ci值與其綜合性狀表現呈正相關,Ci值越大,表明該品種與理想解的距離越近,其綜合性狀表現越優。本研究中,Ci值大于雙對照的品種有柳城1539、云蔗15505和中糖1211,說明這些品種的綜合性狀優于對照。柳城1539中大莖,前期發株快,分蘗好,葉片清秀,無毛,生勢強,叢生性好,脫葉性較好,高產高糖,蔗產量和產糖量在參試品種中均排名第一,其枯心苗率、黑穗病發病率均較低。中糖1211中大莖,前期發株快,分蘗差,葉片清秀,毛少,有效莖多(排名第一),豐產性好,高產高糖,枯心苗率、黑穗病、花葉病發病率均較低。云蔗15505中大莖,前期發株慢,分蘗一般,葉片清秀,毛量中等,實心,脫葉性好,抗倒伏,高產高糖,枯心苗率和黑穗病發病率最低。

本研究的參試品種在其他區試點也進行了評價,在國家甘蔗品種第十五輪區試云南保山試點中[31],綜合分析各品種的產量性狀指標、品質性狀指標及田間長勢,認為云蔗15505和柳城1539表現較好,可在低海拔和中海拔區域進行推廣應用。在第十五輪國家甘蔗品種區域試驗廣西北海試點中[32],福農1311808、柳城1539和桂糖11-2367在田間前期性狀、產量性狀及品質性狀等綜合表現較好,在北海蔗區有較大的推廣潛力。可以看出云蔗15505和柳城1539具有較廣的生態適應性,在不同地區均有較好的表現。

4" 結論

通過DTOPSIS法對參加第十五輪國家甘蔗區域試驗的13個甘蔗新品種的12個性狀進行綜合評價,結果表明,在云南開遠蔗區的生態條件下,綜合評價結果優秀的甘蔗新品種有柳城1539、中糖1211和云蔗15505,這些品種可進一步示范推廣。

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