利用DTOPSIS法评价甘蔗台糖系列亲本

秦昌鲜, 彭 崇, 郭 强, 闭德金, 唐利球, 施泽升, 马文清

(广西南亚热带农业科学研究所/农业部龙州热带作物科学观测综合实验站, 广西 龙州 532415)

甘蔗作为无性繁殖作物，在多年推广种植后，由于病原在种茎中持续积累，均存在种性退化的现象；同时由于社会经济的发展，对品种的需求越来越高，因此，通过杂交育种技术不断地选育产量更高、糖分更好的优良品种，是蔗糖业持续发展的基础[1]。亲本的选择直接影响杂交后代选育效果，如何评价杂交组合优劣是提高甘蔗杂交育种的有效途径[2]。DTOPSIS法(逼近理想解排序法)[3]近年来在小麦[4]、大豆[5]、棉花[6]、水稻[7]、玉米[8]、油菜[9]等作物的综合评价上得到应用。在甘蔗综合评价方面也得到广泛应用。赵培方等[10]、俞华先等[11]、覃耀冠等[12]、周清明[13]等针对国家区试、广西区试中的甘蔗新品系的综合表现，利用DTOPSIS法筛选出适合当地种植的甘蔗新品系。郎荣斌等[14]采用DTOPSIS法对18个甘蔗组合进行综合评价，筛选出9个组合的优良亲本。在甘蔗优良品种选育中，亲本的选择尤为重要，面对庞大的亲本数量，如何选配好的亲本得到较好的后代。采用DTOPSIS法进行综合评价，淘汰并避免再次选配后代群体经济性状综合表现差的杂交组合。以台糖系列亲本及其与国内外品种选配的11个杂交组合为材料，分别于2019年、2020年春季(一新一宿)调查其株高、茎径、锤度等农艺性状(农艺性状为一新一宿平均值)，采用DTOPSIS综合评价法对甘蔗杂交组合进行优劣排序，筛选出遗传力高，适应性好的杂交组合，提高新品种的选育效率。

表1 参试杂交组合的综合性状

1 材料与方法

1.1 试验材料

参试甘蔗杂交组合：CP 72-1210×ROC 25、CP 67-412×ROC 22、ROC 25×桂糖92-66、ROC 10×福农02-6427、ROC 16×粤糖93-159、崖城09-13×ROC 22、Co 1001×ROC 22、ROC 22×CP 57-614、CP 72-1210×ROC 22、粤糖91-976 ×ROC 22、桂糖02-208×ROC 22、ROC 22(ck)，共12个材料。

1.2 试验设计

2018年6月各甘蔗杂交组合实生苗采用随机区组排列种植，四周设置保护行，每个小区种植1行，行长7 m，行距1.2 m，每行种植20株，重复3次。2019年2月及2020年3月调查各小区株高、茎径、锤度、有效茎、丛有效茎、空蒲心、单丛重、总丛重等农艺性状，计算单茎重、锤重。其中：单茎重=总丛重/有效茎；锤重=丛重×锤度。

1.3 数据处理和统计分析

数据处理使用Excel 2003软件，以株高、茎径、锤度、有效茎、丛有效茎、空蒲心、单丛重、总丛重、单茎重、锤重等10个性状的平均值作为评价指标(性状指标为一新一宿的平均值)(见表1)，采用DTOPSIS法进行综合评价。

1.3.1原始数据无量纲化处理

在调查的10个性状指标中，以锤度、丛有效茎、单茎重、单丛重、锤重等5个指标为正向指标；茎径和株高作为中性指标；空蒲心率作为负向指标进行无量纲化处理。数据无量纲化处理公式如下：

正向指标(Zij)=Yij/Yimax，Yimax=Max(Yij)；

中性指标(Zij)=Yj 0/Yj 0+abs(Yj 0-Yij)]；

负向指标(Zij)=Yimin/Yij，Yimin=Min(Yij)；

式中，i为甘蔗杂交组合编号，j表示甘蔗性状指标(i=1, 2, 3……12；j=1, 2, 3……12)，Yij表示第i个甘蔗杂交组合性状值为j，Yj 0表示甘蔗杂交组合第j个性状值，abs表示绝对值，文中中性指标的株高Yj 0为270 cm，茎径为2.67 cm(详见表1)。

1.3.2根据权重计算决策矩阵

决策矩阵R按公式Rij=Wj×Zi计算，其中Rij表示R中第i个杂交组合第j个性状的值，Wj为供试杂交组合各性状对应的权重系数，Zij为Z中第i个组合第j个性状的值。同时根据决策矩阵R，求出各性状的正负理想解数列，其中正理想解计算公式为：Xij+=Max(ij)，负理想解计算公式为Xij-=Min(ij)。

1.3.3计算甘蔗杂交组合对理想解的接近度

根据距离测度公式和欧几里德范数计算各品种与理想解的距离，其中Xj+、Xj-、Rij代表正理想解、负理想解和决策矩阵。

式中：Xj+=(X1,X2,……X12)，Xj-=(X1,X2,……X12)。

按公式Ci=St-/St++St-，Ci∈(0, 1)得出每个甘蔗杂交组合与理想解的相对接近度，根据DTOPSIS法分析理论按照Ci大小对甘蔗杂交组合进行排序，Ci值越大代表甘蔗杂交组合综合性状越优。

表2 无量纲化处理结果

表3 DTOPSIS法决策矩阵

表4 DTOPSIS计算结果

3 讨 论

杂交组合后代的表现反映了杂交组合的优劣，采用单一指标对杂交组合评判存在片面性，因此判断一个杂交组合的优劣，属于多目标决策问题，DTOPSIS法是采用多目标综合排序的方法，最终得出一个排序值Ci，Ci值越大说明组合越好[15]。本试验采用DTOPSIS法对台糖系列的亲本进行评价，分别从各甘蔗杂交组合后代群体的株高、茎径、锤度、空蒲心、丛重、丛有效茎、锤重等农艺性状进行综合评价，对各杂交组合的优劣进行排序，Ci值越高，则组合越优，Ci值比ROC 22(ck)高的有ROC 25×桂糖92-66，该杂交组合可重点观察后代群体，亦可列为生产性杂交组合计划，适当加大杂交力度。ROC 25×桂糖92-66的Ci值为0.541，该组合可适当组配，以便获得较好的优良单株。

2 结果与分析

2.1 甘蔗新品种(系)决策矩阵

根据DTOPSIS法决策矩阵计算公式得出决策矩阵(表3)，根据正理想解和负理想解公式计算得出

Xij+={0.1,0.1,0.12,0.111,0.103,0.11,0.237,0.119}。

Xij-={0.083,0.089,0.098,0.086,0.074,0.074,0.153,0.030}。

2.2 甘蔗杂交组合对理想解的接近度

由表4可知，甘蔗杂交组合的理想解Ci高于对照ROC 22的有ROC 10×福农02-6427，其杂交后代在杂种圃的实际入选率为3.47%。Ci值排名第三的是ROC 25×桂糖92-66，其杂交后代在杂种圃的实际入选率为1.6%，这2个杂交组合可进一步加大定制力度。