基于隶属函数的家蚕种质资源主要经济性状和抗病能力的比较

钱荷英，李 刚，赵国栋，刘明珠，徐安英

(江苏科技大学 生物技术学院， 镇江 212018)

我国是家蚕(BombyxmoriL.)的原产地,也是世界蚕丝业的发源地,拥有丰富的家蚕种质资源，按不同生态类型大致可分为5类,即中国温带种、中国亚热带种、日本种、西亚欧洲种和热带种[1]．家蚕种质资源为家蚕遗传学等蚕业基础学科研究和家蚕育种提供了重要的原始材料,同时也是蚕业及茧丝业赖以发展的物质基础[2],因此开展家蚕种质资源检测、评价研究十分必要．

世界上蚕丝业发达的国家都很重视家蚕种质资源的基础性研究．日本在20世纪70年代就建立了较完善的家蚕种质资源保存和研究体系,长期开展品种特性调查、突变基因分析等研究,其中对茧丝质和生理生化等性状研究尤多,并先后育成一批具有国际领先水平的基础品种和特色实用品种,极大地推动了日本蚕丝业的发展[3]．前苏联和印度在家蚕种质资源基础研究方面也有一定成就．

新中国成立以来,我国蚕业科技工作者在家蚕种质基础研究方面也做了大量工作,取得了一定成绩[4-8]．中国农业科学院蚕业研究所家蚕种质资源保存中心现保存家蚕资源品种500余份,基因突变系统220多份,为目前一地保存蚕资源最多的场所．近年来,笔者所在团队对家蚕种质资源进行了抗性鉴定、茧丝质调查及生理生化特性等多方面的研究,获得了丰富的数据资料．为了更好地评价和利用这些家蚕种质资源,采用科学、合理的方法对这些数据进行归纳、分析就显得尤为重要．

隶属函数评估法是根据模糊数学的原理,基于隶属函数对研究对象进行综合评估．一般先利用隶属函数得到评估对象的各单项指标的“单因素隶属度”,对各指标作出单项评估;然后对各单因素隶属度进行加权算术平均,计算综合隶属度,得出综合评估的指标值．为了获得更加科学、合理的隶属函数,科学家们采用拟合、逼近及插值等方法[9-11]优化了隶属函数评估法,使之能被广泛地应用到农作物、经济作物的单项性状或综合性状的评价中[12-15]．

文中应用隶属函数分析法对40份家蚕种质资源的多种经济性状及抗病毒病能力进行了分析、比较和评价,以期筛选出单项或多项性状优良的蚕种质资源应用于科研、教学及蚕业生产,并为家蚕种质资源的综合评价研究提供有用参考．

1 实验

1.1 实验材料

实验用的40份家蚕种质资源(表1)由中国农业科学院蚕业研究所保存．实验地点在中国农业科学院蚕业研究所家蚕种质资源保存中心．实验品种均按统一的标准进行催青、饲育、上蔟、采茧等处理[1]．

表1 供试蚕品种及其基本性状Table 1 Silkworm varieties and their basic characters

1.2 测定项目及方法

文中欲从品种资源的蚁蚕孵化率、强健性、茧质、丝质及抗病抗逆等多方面对资源进行综合评价,因此选取了实用孵化率、幼虫生命率、虫蛹生命率、全茧量、茧层量、茧层率、茧丝长、解舒率、洁净、单蛾产卵量、抗BmCPV和抗BmNPV共12个性状进行调查,方法如下．

实用孵化率的调查:每个品种选10个蛾圈,调查2d孵化率,计算平均值作为该品种的实用孵化率．幼虫生命率及虫蛹生命率的调查:4龄起每品种数400头/匾,3个重复,正常饲育至老熟结茧,7天采茧,调查3区的平均成绩．全茧量、茧层量和茧层率的调查:每区茧随机抽样25个雌、25个雄,调查雌雄平均成绩,每品种设3个重复区．茧丝长、解舒率和洁净的检测:每个品种按照原种缫丝送样的要求,选择大小均匀的75颗上茧送样,委托农业部蚕桑产业产品质量监督检验测试中心(镇江)进行相应项目的检测．

抗BmCPV调查:将BmCPV病毒液逐级稀释至目的浓度104、105、106、107、108个/mL,用打孔器将桑叶打成直径为2.4 cm的叶片,每片叶上均匀涂抹某一浓度的病毒液50 μL,荫干后给2 龄起蚕添食,保证每区蚕充分食用24 h带有病毒的桑叶;24 h后改喂新鲜无毒桑叶,至4 龄晌食后开始解剖调查,以撕破表皮在中肠中后部见乳白色横皱为发病主要依据;如遇肉眼诊断可疑者则镜检,以见BmCPV多角体者为发病蚕,每个浓度设3个重复,每个重复50头蚕．

抗BmNPV调查:BmNPV病毒液的处理和蚕的添食方法与抗BmCPV调查相同,不同的是家蚕血液型脓病(由BmNPV引起)是急性传染病,发病时间一般为3～4 d,且会迅速死亡,因此调查时间为2龄将眠至3龄起,个别发育慢的小蚕则采用镜检,以发现蚕体内有BmNPV多角体者为发病蚕．运用浓度对数,采用机值分析方法计算,以LC50作为衡量各蚕品种对BmCPV和BmNPV抵抗性强弱的尺度．

分别对所测的各项指标用以下公式求出每个品种各指标的具体隶属函数值:隶属函数值=(X-Xmin)/(Xmax-Xmin)×100%,式中:X为某品种的某一指标的测定值,Xmax为所有待测品种该项指标测定值的最大值,Xmin为所有待测品种该项指标测定值的最小值．将各个待测品种的各个指标的具体特性隶属值进行累加,并求平均数,平均数越大说明其品种优良性越强[16]．实验数据处理及作图用Excel软件完成,各项测定结果用统计分析软件SAS(statistical analysis system)进行方差分析[17]．

2 结果与分析

2.1 不同蚕品种实用孵化率、幼虫生命率、虫蛹生命率的性状表现

从表2可看出,40个家蚕种质资源中实用孵化率最高的是7532A,达到95.00%,最低的是秋肥,仅有63.73%;幼虫生命率最高是AN525,达100%,最低的是苏34,仅为95.00%;虫蛹率最高的是苏38,高达98.37%,最低的是AN525,为90.00%．

2.2 不同蚕品种全茧量、茧层量、茧层率性状表现

从表3可看出,40个家蚕种质资源中全茧量最高的是日13桥,达到1.94 g,最低的是兰溪5号,仅有0.59 g;茧层量最高是镇3改,达0.39g,最低的是兰溪5号,仅为0.06 g;茧层率最高的是782,高达25.50%,最低的是兰溪5号,仅为10.17%．

2.3 不同蚕品种茧丝长、解舒率、洁净的性状表现

从表4可以看出,40个家蚕种质资源中茧丝长最长的是春日,达到1 117 m,最短的是兰溪10号,仅为266 m;解舒率最高的是中115沪,达94.34%,最低的是春日,仅为45.00%;洁净最高的品种有日8、华五、华六形、中112,都高达98.00分,最低的品种有欧19吴、意16、镇14、苏41、镇3改、兰溪10号,仅为90.00分．

2.4 不同蚕品种产卵数、对BmCPV和BmNPV抵抗性的性状表现

从表5可以看出,40个家蚕种质资源中单蛾产卵数最多的是苏34,达到501粒/蛾,最低的是中115沪,仅为213粒/蛾;对BmCPV抵抗性最强的品种是兰溪10号,LC50的对数为7.72,最弱的是AN525,仅为3.14,两者相差上万倍;对BmNPV抵抗性最强的品种是T3,LC50的对数为6.70,最低的品种为镇3改,仅为3.82,两者相差上千倍．

2.5 不同蚕品种的隶属函数法综合评价

对于不同的测定指标来说,有的指标品种的最大值与最小值之间差异很大,因而该指标的绝对值在参与整个评价过程中所占的比重就比较大,对评价结果影响也就会相应增大;而有的测定指标品种的最大值与最小值之间差异比较小,则该指标的绝对值在综合评价过程中的贡献就相应比较小．这样就可能错误地扩大或缩小某一个性状与品种品质的相关性．采用文献[18]应用的模糊数学中隶属函数的方法,对各品种的各个指标求其隶属值并累加,综合比较各个品种的性状,可消除因绝对值过大或过小而可能造成的对正确评价品种优劣所作的贡献的不同．

文中对实用孵化率、幼虫生命率、虫蛹生命率、全茧量、茧层量、茧层率、茧丝长、解舒率、洁净、单蛾产卵量、抗BmCPV、抗BmNPV等指标进行了隶属函数分析,得到各品种的平均隶属函数值．由于家蚕的经济性状与抗逆、抗病性往往有负相关关系[19],为了更客观地描述品种的综合性状,文中又将抗病性与其他性状分开计算隶属函数值，如表6．

表3 不同蚕品种全茧量、茧层量、茧层率Table 3 Cocoon weight, cocoon shell weight andcocoon shell rate of different silkworm varieties

表4 不同蚕品种茧丝长、解舒率、洁净Table 4 Filament length of a single cocoon, reelability percentage and neatness of different silkworm varieties

表6 40个蚕品种的隶属函数值Table 6 Membership function of 40 silkworm varieties

从表中可看出,综合经济性状平均隶属函数比较高的品种是苏8、镇5、华五、苏16、春日、镇3改,分别为77.5%、75.6%、74.2%、72.4%、72.3%、71.2%;最低的品种为兰溪5号和兰溪10号,仅仅只有43.7%和27.9%．而抗病性能的平均隶属函数比较高的品种是T3、兰溪5号、兰溪10号,分别是95.5%、88.5%、86.5%;较低的品种是镇3改、意16、日13锡、秋肥,分别是4.5%、21.5%、21.5%、27.0%．

为了更直观地比较各品种的性状,根据不同品种的综合经济性状和抗病性能的隶属函数平均值分别作树状图,如图1，2．

图1 40个家蚕品种的综合经济性状隶属函数比较Fig.1 Comparison of comprehensive economic characters of 40 silkworm varieties by membership functions

图2 40个家蚕品种的抗病毒病隶属函数比较Fig.2 Comparison of antiviral disease of 40 silkworm varieties by membership functions

3 讨论

在文中的饲养条件下,对40 个不同地理系统的家蚕种质资源进行综合经济性状的比较和分析后发现，综合性状最好的品种主要集中在育成品种区域,如苏8、华五、镇3改、春日等,这些品种都曾作为生产用种在蚕业生产中发挥过重要作用;而一些地方品种,如中14号、小白圆,以及引进的欧洲品种,如意16、AN525等经济性状一般,而热带多化性品种则表现最差,主要体现在全茧量及茧层量低、茧丝长短、产卵量少等．究其原因是育成品种的经济性状经过人为的选拔和提高,达到了一定的生产指标,因此得以在生产上推广使用;而一些地方品种还保持原生态,其经济性状表现一般;热带多化性品种则由于全龄经过比一化性、二化性品种短4 d以上,食桑量明显少于一化性、二化性品种,造成与茧质、茧量相关的经济性状明显偏低．

对40 个不同地理系统的家蚕种质资源进行抗病毒病(BmCPV和BmNPV)能力的比较和分析发现，抗病毒能力最强的品种集中在T3、兰溪5号和兰溪10号等热带、亚热带多化性品种区域,而常规育成品种及一化、二化的家蚕种质资源则表现较差,对两种病毒病都较为敏感的品种是镇3改、意16和日113锡,尤其是镇3改达到极为敏感的程度．综合来看,家蚕的经济性状与抗病毒病性能有负相关性，这与文献[20]的结论一致,这也是家蚕育种中需要解决的核心矛盾,即家蚕茧丝量与生命力性状间的生物学负相关矛盾[21];文献[22]采用茧丝量性状和生命力性状的综合选择方法,克服了茧丝量与生命力难以兼顾的矛盾,可为选配抗性强、产量高、茧丝质优的家蚕品种提供实用性参考依据．

家蚕种质资源是遗传育种工作的物质基础,正确地选择原始育种材料很大程度上决定了育种的效果,根据育种目标选择合适的育种亲本能够起到事半功倍的作用．如果育种目标是选育优质高产品种,则可以选择生产上已育成推广的品种作为双亲;如果要选育强健性抗病毒病品种则可选择多化性品种作为一个亲本,再通过杂交、回交、累代添病毒等技术手段达到育种目标[23]．因此对育种素材进行相对性状的检测和正确的评价就显得尤为重要．文中采用模糊数学中隶属函数的方法,对不同品种的各项指标求其隶属值并累加,综合比较各个品种的性状,可消除因绝对值过大或过小而可能造成的对正确评价品种优劣造成的干扰．

由于现代农业推广优良高产品种的要求,在选育品种的过程中往往过多关注高产性能,必然导致基因的单一化,而相应地忽略了品质基因、抗病基因等,造成这类基因的丢失．一旦条件突变或者环境不适宜,可能对产业造成毁灭性的危害．因此从遗传侵蚀角度看，保持品种多样性就显得特别重要,家蚕种质资源的收集、保存和深度研究任重道远．