经济遗传值在甘蔗选育种应用研究系列（Ⅳ）适宜机械化生产的甘蔗亲本及家系评价

徐良年，邓祖湖，黄潮华，林兆里，赵新旺，黄国强

（1.福建农林大学国家甘蔗产业技术研发中心/农业农村部福建甘蔗生物学与遗传育种实验室，福州 350002；2.广西大学广西蔗糖产业协同创新中心，南宁 530004）

0 引言

世界主要蔗糖生产大国都已基本实现甘蔗生产机械化[1-4]，而我国甘蔗生产机械化水平较低，特别是甘蔗收获环节基本上还处于手工作业阶段。随着农村劳动力的转移和人们生活水平的提高，从事高负荷的田间劳动的劳动力成本还将不断提高，而人工栽培甘蔗的劳动强度大，用工量大，势必造成甘蔗生产成本和蔗糖生产成本的提高。甘蔗收获机械化滞后已成为我国甘蔗生产的瓶颈问题，如不进行机械化生产，我国的蔗糖产业将失去国际竞争力，也将在作物的比较效益中处于劣势，因而甘蔗生产机械化将是我国甘蔗产业存在和发展的必由之路[5-7]。这也将对甘蔗新品种选育提出新的要求，育种者的育种思路和品种选择目标也将随之改变。在高产高糖的基础上，将由原先手工生产最突出的要求：大茎、中大茎，易剥叶、不开花，分蘖力中等，转变为适宜机械化生产的要求：出苗率高，分蘖力强，生长整齐，抗倒伏，砍收不破裂，全程机械生产后宿根发株率高，对除草剂不敏感等[8]。国外虽有适宜机械化的品种，但由于地理和生态的差异，从国外引进的品种往往在国内的表现都不尽人意，但引进品种可以作为亲本利用。当品种选育从手工生产转为机械化生产时，对亲本、家系和无性系选择评价标准必然要调整。目前，我国对机械化生产条件下，选育适宜机械化生产的甘蔗品种的亲本评价、家系选配与评价，新品(系)筛选的系统研究较少。

本研究的目的是通过亲本的表现选配适宜机械化生产的家系，研究甘蔗实生苗家系在机械化作业下甘蔗主要产量、品质、分蘖力、脱叶、抗倒伏和宿根性等表现，采用R 软件的混合线性模型，估算甘蔗经济遗传值[9-11]，并采用对机械化生产影响较大的其他重要性状对经济遗传值进行修正，进而指导亲本评价和家系选择，为选育适宜机械化生产的高产优质高效甘蔗新品种提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料与设计

2016年冬委托海南甘蔗育种场，以全程机械化生产国家美国、澳大利亚，我国台湾及大陆育成的甘蔗32个亲本，成功杂交了33个家系。其中作母本利用21个，父本利用19个，而同时作为母本和父本利用的亲本8个（表1）。2017年3月22日播种，4月28—30日假植，6月1日从每个组合中随机取90株实生苗，并将其定植于福建农林大学白沙科教试验基地，2018年3月用割铺机砍收后留根。试验采用随机区组设计，3次重复，重复间步道宽0.6 m，每小区为双行区，行长5 m，行距1.1 m，每行种植15苗。

表1 亲本名称及使用次数Table 1 Parental clones and their times of hybridization

1.2 试验数据采集

1.2.1 产量性状调查

分别于2018 年1 月9 日和2019 年1 月20 日，每小区连续调查10 丛，分别调查每丛的有效茎（条）、茎径（cm）、株高（cm），并分别按以下公式来估算甘蔗单茎重、丛重。公式：单茎重=[0.785×茎径2(cm)×株高(cm)×1.0(kg/cm3)]/1000，丛重=单茎重×有效茎(条/丛)。将所得的数据结果取小区平均值并在Excel 整理，进行有关统计分析。

1.2.2 品质性状化验

分别于2018 年1 月9 日和2019 年1 月20 日，每小区连续选取10 丛主茎作为样本，送农业部甘蔗及制品质量监督检验测试中心蔗检室检测。用近红外在线检测系统检定甘蔗蔗糖分、甘蔗纤维分。

1.2.3 校正性状的调查

在调查产量性状的同时对每小区家系的抗倒伏、脱叶性、整齐度及黑穗病进行调查，依据表4 校正性状的标准记载数据。

1.3 适宜机械化生产的性状选择及其权重

借鉴澳大利亚甘蔗育种机构（SRA）经验，用经济遗传值评价甘蔗无性系，选用蔗产量（TCH）、甘蔗蔗糖分（CCS）和甘蔗纤维分（Fbr），结合性状权重与遗传值，按选择指数的方法计算经济遗传值（EGV），再用抗病性、抗倒能力、脱叶性和生长整齐度对EGV 进行校正。

1.3.1 权重估算的基础数据

参考国外蔗糖产业，结合国内近年来的实际情况，经济权重计算基础见表2。

表2 经济权重计算基础数据Table 2 Basic data for economic weight calculation

1.3.2 实生苗世代经济权重的计算

(1)甘蔗蔗糖分：若甘蔗蔗糖分由13.22%升高1%，即14.22%，则原生产吨糖的8.7 t原料可增加糖的效益为8.7 t×1%×87.00%×5 000.00元/t=378.45元。

（2）纤维分：纤维分对产业的影响主要表现为增加蔗渣的重量，但同时纤维要带走部分的糖。纤维分增加1%，8.7 t甘蔗增加的蔗渣产值为8.7 t×1%×200.00元/t=17.40 元，蔗渣带走蔗糖值为8.7 t×1%×2.2%×5 000.00元/t=9.57（元），产生总的效益为17.40-9.57=7.83元。

（3）蔗产量：不同的量纲对蔗产量的权重影响较大，权重会随小区面积而变。本研究采用公顷蔗产量。在同等生产条件下，蔗茎增产所增加的收入对生产管理成本的增减可以不予考虑，只增加部分机收成本，（甘蔗增产，吨蔗砍收成本下降，按75%计），则当公顷蔗产量增加一吨时，增加效益为1.0 t×500.00 元/t×0.193 3-1.0×0.193 3×（120.00×0.75）=79.235元。

1.3.3 校正性状的调查及标准

适宜机械化生产的品种不仅要满足传统的良种评价目标要求，亦即高产、高糖、抗逆(病、虫、旱、寒、风、盐、瘠)、强宿根，还应注意适宜机械作业的形态学特征。对机械化种植而言，要求芽体不暴凸，生长带不过分鼓胀，芽体陷入芽沟，芽翼等保护蔗芽避免机械损伤的有益性状；对机械化中耕管理来说，要求分蘖性强，先促蘖，后伸长，主茎、分蘖整齐均匀的品种，避免使用主茎伸长较早，分蘖出生较晚的品种，以保证中耕培土的作业适期和作业质量；机械收获则要求甘蔗品种抗倒伏、易脱叶，脱叶性不好会导致机收杂率较高，中小茎，株高不整齐等。因而选用以下几个性状做为校正参数。

但因实生苗群体较特殊，每个家系内单株表现都不一样，对家系评价，我们只能选择家系群体的综合表现，本研究只暂对影响机械化生产作业较大的性状（抗倒伏、脱叶性、整齐度）及重要病害（黑穗病）进行调查(表3）。

表3 经济遗传值的校正值Table 3 Correction of economic genetic values

1.4 数据统计与分析

采用Excel2010及R软件的相关程序用亲本模型法进行育种值和遗传值估算。

2 结果与分析

2.1 家系的平均表现

各性状的平均值综合反映了家系的总体水平。表4 为33 个家系一年新植一年宿根7 个性状的平均值。从表4中可看出：33个家系间蔗茎产量的变幅为：54.38～88.57 t/hm2，其中有16个家系超过总平均值（71.92 t/hm2），粤糖91-976×CP94-1100 最高，福农0712×福农05-0230 最低。甘蔗蔗糖分的变幅为：14.36%～16.85%，有17 个家系超过总平均值（15.74%），粤糖91-976×CP94-1100 甘蔗蔗糖分最低，HoCP07-613×德蔗93-88最高；甘蔗纤维分的变幅为：12.70%～14.91%，有19 个家系超过总平均值（13.94%），粤糖93-159×德蔗03-83 甘蔗纤维分最低，CP94-1100×CP72-1210 最高。从变异系数上看，甘蔗7 个性状中蔗产量变异系数最大（12.72%），甘蔗蔗糖分变异系数最小（3.64%），有效茎、株高、茎径和甘蔗纤维分的变异系数分别为：9.90%、6.54%、5.73%、3.75%。

表4 33 个家系7 个性状的平均值Table 4 Average values of 7 traits in 33 families

2.2 适宜机械化生产的亲本评价

2.2.1 适宜机械化生产的母本

母本校正经济育种值反映了母本的育种经济效益，从母本的育种值及校正经济育种值表5 可知，粤糖00-319、HoCP07-613、粤糖93-159、HoCP01-564、粤糖92-1287 校正经济育种值为正且较高，为适宜选育机械化生产的母本。进一步从各性状育种值看，粤糖00-319和HoCP01-564的蔗产量、甘蔗蔗糖分育种值均为正，表明其家系后代多高产和高糖；HoCP07-613则表现为甘蔗蔗糖分育种值较高，可提高后代的糖分；粤糖93-159主要是甘蔗产量育种值较高，抗倒伏和易脱叶。桂糖02-901、桂糖00-245、福农0712、CP94-1100、粤糖00-236、粤糖91-976 校正经济育种值为负且最低，为不适宜选育机械化生产的甘蔗亲本。其中桂糖02-901 和桂糖00-245 主要是甘蔗蔗糖分育种值低，脱叶性差。福农0712 为澳大利亚引进的亲本，其性状均为负效应。CP94-1100主要为蔗产量育种值低。

表6 19 个父本3 性状的育种值及校正经济育种值Table 6 Breeding value and corrected economic breeding value for 3 traits in 19 male parents

2.2.2 适宜机械化生产的父本

从父本的校正经济育种值和各性状育种值（表6）可知，ROC22、德蔗93-88、德蔗03-83、HoCP00-1142校正经济育种值为正且较高，为适宜选育机械化生产的父本。桂糖92-66经济育种值虽较高，产量及产量构成育种值也均为正，但脱叶性差、感黑穗病，并不适合做机械化生产的父本；粤糖01-71 因后代群体不整齐，不利机收。HoCP91-555、崖城07-71、崖城06-61 的校正经济育种值为负且最低，为不适宜选育机械化生产的甘蔗亲本。其中HoCP91-555虽为美国机械化生产国选育的品种，其后代在甘蔗蔗糖分上有所提高，群体也较整齐，但产量低。

2.3 适宜机械化生产的家系

由表7 可知，33 个家系的校正经济遗传值变幅为-257.489～169.411 元，有15 个家系的经济遗传值为正值。家系粤糖93-159×德蔗03-83表现最突出，其遗传值169.411元为最高，且抗倒伏，易脱叶，为适宜机械化生产的家系。其次ROC22×桂糖92-66、粤糖00-319×ROC22 和崖城06-61×ROC22 校正经济遗传值较高，抗倒伏能性较强，同样为适宜机械化生产的家系；粤糖92-1287×HoCP00-1142校正经济遗传值也较高，易脱叶，整齐度好，同样可做为适宜机械化生产的家系。ROC22×崖城06-66 虽校正经济育种值较高，但难脱叶，整齐度差，不宜做选育机械化生产的甘蔗亲本。桂糖02-901×桂糖03-8 抗倒伏，但难脱叶；HoCP01-564×粤糖01-71 植株不整齐，均不适宜做机械化生产的家系。福农0712×福农05-0230、粤糖00-236×HoCP91-555、ROC22×桂糖03-8、CP94-1100×CP72-1210、ROC26×崖城06-61、桂糖02-901×崖城06-61家系的蔗产量遗传值低，校正经济遗传值为-109.86～-257.49 元，这些家系有的表现为难脱叶，有的易感黑穗病，建议淘汰这些不适宜机械化生产的家系。

表7 家系校正经济遗传值Table 7 Corrected economic genetic value of families

3 结论与讨论

本研究利用校正经济遗传值从33 个家系试验中筛选出4 个母本粤糖00-319、HoCP07-613、粤糖93-159、HoCP01-564和3 个父本ROC22、德蔗93-88、HoCP00-1142 为适宜机械化生产的亲本，粤糖93-159×德蔗03-83、ROC22×桂糖92-66、粤糖00-319×ROC22、崖城06-61×ROC22 和粤糖92-1287×HoCP00-1142五个为适宜机械化生产的重点家系，2019年2月从这5个重点家系中选育了30个品系进入选种圃，继续对其进行跟踪评价。对选育出的适宜机械化生产的亲本，已于2018年12月至2019年3月在海南甘蔗育种场依据花期开展杂交试验，获得7 个家系的花穗，2019 年4 月播种于福建农林大学校内，进行评价效果验证。从澳大利亚引进的亲本中，福农0712为母本时，蔗产量、甘蔗蔗糖分、甘蔗纤维分3性状均为负效应。从美国引进的CP94-1100，主要为蔗产量育种值低，甘蔗蔗糖分高，可见机械化生产大国选育的品种做亲本利用时还须进行多年与不同品种杂交进行综合评价，以提高评价的准确性。

适宜机械化生产的亲本、家系评价是一项长期工作。本研究仅为33 个家系的试验，有关利用适宜机械化生产的经济遗传值评价方法的重演性和实用性及其对无性系的评价，有待今后在广西、云南主产区全程机械化生产实践中对经济权重、性状的选择及校正值的不断调整、修正和完善，以期提高评价的准确性。