宋志均 关 立 侯俊红 韩 勇 薛 鑫 薛志伟 张 凡(河南省安阳市农业科学院,安阳 455000)
灰关联度确定权重法在小麦品种区域试验分析中的应用
宋志均 关 立 侯俊红 韩 勇 薛 鑫 薛志伟 张 凡
(河南省安阳市农业科学院,安阳 455000)
摘要:通过介绍灰色系统理论中关联度权重分析的基本原理和方法,并以杂交小麦区试资料为例探讨了性状纲化值、性状之间的绝对值、关联系数等相互的换算关系,明确了灰色关联权重分析法在农作物新品种综合评估中的应用。结果表明,产量的权重最大,其次是容重,综合评估结果与品种的实际表现一致,依次是中麦875、周麦32、秋乐2122。
关键词:小麦;育种;灰关联度:权重系数;关联系数;产量
作物新品种或品系的综合评估是现代育种工作的重要环节。新品种或品系各个性状在灰色评判过程中的重要程度并不等同,如以产量育种为主要目标,则产量性状诸如单株产量、穗数、穗粒数、千粒重等的权重相对要大一些,而以品质育种为目标,则品质性状诸如角质程度、容重、子粒蛋白质含量等的权重则要相对大些[1]。权重的大小如何确定,常见的有德尔菲法(专家确定法)、层次分析法、最大离差法、信息熵法和灰关联度法等[2-4],小麦品种区域试验为品种审定和品种利用提高了重要依据。灰关联度权重法通过多方面对品种进行考察,全面考虑,综合分析,该方法简单、科学,易于掌握。
1.1 试验材料与考察性状 试验资料来自2011-2012年河南省水地小麦新品种区域冬水2组。参试品种15个(含对照周麦18),参试品种分别是:百农金光588、保月3号、广发麦1号、滑麦3号、懒抗98、秋乐2122、温0418、徐科168、偃高03710、郑麦106、郑麦3596、中麦875、中育9302、周麦18、周麦32。试验结束后由河南省农业科学院统一汇总,各试验点采用3次重复,完全随机区组排列,地力水平要求高水肥,田间管理制定统一的高产田标准。试验点分布在河南省不同的生态类型区,分别是华慧种业、焦作农科院、开封农科院、内乡农科所、濮阳农科院、遂平农科院、项城农科所、新乡农科院、许昌农科院、中棉所(安阳)、周口农科院、滑县种子公司、洛阳农科院、温县农科所,共计14个试验点。充分体现了不同品种的适应性。
1.2 灰色关联度确定权重的方法与步骤
1.2.1 各性状原始数据(即田间观察值)的搜集整理
确定品种集A=(a1,a2,a3….a15)=(百农金光588、保月3号、广发麦1号、滑麦3号、懒抗98、秋乐2122、温0418、徐科168、偃高03710、郑麦106、郑麦3596、中麦875、中育9302、周麦18、周麦32);环境集B=(b1,b2,b3,….b14)=(华慧种业、焦作农科院、开封农科院、内乡农科所、濮阳农科院、遂平农科院、项城农科所、新乡农科院、许昌农科院、中棉所(安阳)、周口农科院、滑县种子公司、洛阳农科院、温县农科所);考察性状集C= (c1,c2,c3……c10)=(产量、株高、黑胚率、容重、千粒重、条锈病、叶锈病、白粉病、熟相、饱满度)(表1)。
表1 原始数据的收集
表1(续)
1.2.2 原始观察值的无量纲化处理 由于各品种性状量纲不同相互之间具有不可公度性,因此,需进行无量纲处理。其中,产量、容重、千粒重为越大越好,即上限测度型性状采用公式:
xij(k)表示在i试验点j个性状的观察值,max max{xij(k)}
ij表示在所试验点中j性状的最大观测值,即上限效果测度值。
条锈、叶锈、白粉病、饱满度、熟相、黑胚率性状值为越小越好,为使性状值态势表现一致,对条锈、叶锈、白粉病、饱满度、熟相、黑胚率采用公式:
下限效果测度值转换,株高最适宜高度一般在70~85cm之间最好,采用公式:
株高在70~85cm之间的无量纲值全部为1。在本例中只有品种偃高03710株高88cm,其余均在72~85cm之间,无量纲值均为1,品种偃高03710无量纲值=85/88=0.9659。
以品种百农金光588为例,无量纲值分别为:产量=6832.5/7228.5=0.9452;株高=1,因为株高是73cm,正好在70~85cm之间;黑胚率=1.5/4.8=0.3125;容重= 781/805=0.9702;千粒重=45.3/48.6=0.9321;条锈病= 1/4=0.25;叶锈病=1/5=0.2;白粉病=1/4=0.25;熟相= 1/3=0.3333;饱满度=1/3=0.3333。其余品种类推。
按照以上公式进行数据变换后的无量纲值均在[0,1]区间,最大值0.8256,最小值0(表2)。
表2 无量纲化处理
最终育种目标性状为产量x0,15个参试品种最终构成产量集合x0,设其为参考数列:
x0=[x0(1),x0(2),x0(3)……x0(15)]=[0.9452,0.9320,0.9390,0.9421,0.9292,0.9832,0.9811,0.9608,0.9344,0.9575,0.9444,1.000,0.9774,0.9585,0.9961 (4)
各品种的其余性状无量钢化值则构成比较数列(表2)。
x1(k)表示第k个品种第1个性状的无量纲值。以株高为例,株高的比较数列为x1=[1,1,1,1,1,1,1,1,0.9659,1,1,1,1,1,1]。
1.2.4 计算产量与各品种其他性状的绝对值差 产量性状与株高的绝对值差,以品种百农金光588为例,绝对值=|x0(1)-x1(1)|=|0.9452-1|=0.0548;品种保育3号产量与黑胚率的绝对值差=|0.9230-0.5556|=0.3674,其余类推。由表3可知,二级最大差max max|x0(k)-x1(k)|=0.8256;二级最小差min min|x0(k)-x1(k)|=0。
1.2.5 计算产量与各品种其他性状的关联系数 以产量与株高性状为例,则品种百农金光588的关联系数为:
品种保育3号产量与黑胚率关联系数为:r01=|0+0.5× 0.8256|/|0.3674+0.5×0.8256|=0.5291;其余类推(表4)。
表3 产量与其他性状的绝对差值
表4 产量与其他性状的关联系数
表4(续)
r01=1/15(0.08824+0.8428+0.8713+0.8770+0.8536+ 0.9609+0.9562+0.9133+0.9291+0.9067+0.8813+1+0.9481+ 0.9087+0.9906)=0.9148。其余类推(表4)。
通过以上数据处理方法,以产量为主要育种目标,各性状的权重分别是:产量为0.1548,株高为0.1416,黑胚率为0.0753,容重为0.1463,千粒重为0.1348,条锈病为0.0601,叶锈病为0.0554,白粉病为0.0601,熟相为0.1050,饱满度为0.0666。
在以产量为主要育种目标中,对以上考察性状中,对产量影响的重要程度依次是:容重、株高、千粒重、熟相、黑胚率、饱满度、条锈和白粉并列、叶锈病。
从试验结果看,表现最好的依次是中麦875、周麦32、秋乐2122。(1)中麦875:半冬性晚熟品种,幼苗半匍匐,苗期叶片窄,叶色浅绿,冬季抗寒性好,分蘖力强,成穗率低,亩穗数偏多,穗层厚。春季起身早,发育快,两级分化快,抽穗晚。株型偏紧凑,旗叶偏小,穗下节短,茎秆蜡质厚。叶功能期长,较耐旱,耐后期高温,成熟晚,落黄好。亩穗数和千粒重优势明显。(2)周麦32:半冬性多穗型晚熟品种,幼苗匍匐,苗期叶片较长、略披,叶色浅绿,苗期长势好,冬季抗寒性一般。春季返青晚,起身慢,两级分化慢,苗脚不利索,春季抗寒性一般。株型松紧适中,旗叶上举,穗下节短,穗层较厚。茎秆弹性好,抗倒伏力强。穗黄绿色,纺锤穗,子粒卵圆形,大小均匀,角质率高,饱满度好,容重高。田间长势好,分蘖力强,成穗率高,亩穗数多,亩穗数优势明显。根系活力好,叶功能期长,落黄好。(3)秋乐2122:半冬性晚熟品种,幼苗半直立,苗期叶色浅绿,叶片较大,苗壮,冬季抗寒性较好。春季起身拔节快,两级分化快,苗脚利索,抽穗早。株型偏松散,穗下节长,茎秆及穗部有蜡质,旗叶有干尖,叶片较小,株行间通风透光性较好,田间长势较好,茎秆粗壮,有弹性,抗倒伏。穗较大、均匀,结实性好,穗粒数多,子粒均匀,半角质,饱满度好,产量三因素协调。适应性好,综合性状优。
对农作物品种区试资料的分析,多限于对产量的方差分析和新复极差分析方法等。这些分析方法都是以产量因素作为品种评审分析的基础。而事实上,决定品种的优劣除了产量因素外,尚有与产量因素有关的其他性状指标,如株高、黑胚率、容重、千粒重、条锈病、叶锈病、白粉病、熟相、饱满度等,因此各性状权重的确定至关重要。本文介绍了灰关联度确定权重的方法,无疑对多目标综合评价品种具有重要意义。考察试验结果显示:中麦875已经连续2年参加试验,居试验第1位,容重785g/L,在整组试验中居上等水平;株高78cm,最适宜,太高易倒伏,太矮生物产量跟不上;千粒重48.6g,居第1位;熟相1级。周麦32居试验第2位,容重801g/L,特别高;株高75cm,特别适宜;千粒重40.8g,一般不突出;熟相1级。秋乐2122产量7107kg/hm2,居试验第3位,株高80cm,偏高;容重785g/L,一般;千粒重40.6g,偏低。
对任何试验资料的分析,收集整理的数据越多,误差越小,试验的准确性越高[5-6]。在运用灰关联度确定权重法分析区域试验时,更应该整理更多性状的观察值,对试验结果提供较高的数据和理论的支持。
参考文献
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[6]郭瑞林.小麦品种区域试验的联系势测验及其应用.麦类作物学报,2004,24(1);63-65
收稿日期:(2016-01-06)