同异分析法在粒用高粱杂交种评价中的应用

曲祥春 王 鼐 石贵山 于 淼 李海青 高 悦 徐 宁 陈冰嬬

（吉林省农业科学院作物资源研究所，136100，吉林公主岭）

高粱具有较强的抗旱、耐涝、耐盐碱和耐贫瘠等特性，多种植在干旱、半干旱和盐碱等边际性土地上，对全球干旱和半干旱地区的粮食和饲料安全具有重要的作用[1]。评价高粱杂交种一般只对产量性状进行方差分析[2]和稳产性分析[3]，往往不能全面评价杂交种的优劣。在实际生产中，高粱杂交种的生育期、株高、千粒重、品质和抗病性等性状对杂交种的推广、生产和销售至关重要。比如生育期，即便在同一生态区，也会由于杂交种生育期相差较大而使推广的地区不同。目前高粱收获逐渐机械化，要求株高降到适用收割机的范围，过去高产但植株很高的杂交种已不能适应生产的需要。在产量处于平台期和株高满足需求的条件下，杂交种的品质性状尤为重要，决定着粮食的价格[4]，也影响该杂交种的推广。因此，利用多因素综合评价方法对高粱杂交种进行全面、客观和合理的评价具有重要意义。

郭瑞林等[5]结合模糊综合评判法[6]、灰色多维综合评估法[7]和集对论[8]提出了同异分析法，并对10个小麦品种的12个性状进行分析，鉴选出1个优良品种，同时研究了同异分析法的优缺点[8]。宋志均等[9]利用同异分析法对安阳市农业科学院20个小麦新品种（系）的8个主要性状进行了综合分析，鉴选出5个优良品种（系），并对该方法进行了完善。马洪文等[10]利用同异分析法对12个水稻品种的11个主要农艺性状和品质性状进行综合分析，鉴选出3个优良品种。卢道文等[11]利用该方法分析了16个玉米杂交种的13个主要性状，并与方差分析方法进行比较，认为同异分析法在玉米杂交种的综合鉴评中是可行的。雷全奎等[12]采用此方法评价了15个大豆品系的10个性状，鉴选出6个综合性状好和产量高的大豆品系，认为同异分析法在品系综合评价中运算简便，评价更全面、更合理，切实可行。然而同异分析法在高粱杂交种评价中的应用鲜有报道。

本文运用同异分析法对吉林省农业科学院2018-2020年登记的11个高粱杂交种的产量、生育期、株高、穗长、穗粒重、千粒重和品质性状等11个性状进行综合比较，旨在为鉴选优良高粱杂交种探索优良方法，为新品种推广提供科学依据，为高粱杂交种选育和亲本系创制提供参考。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为吉林省农业科学院2018-2020年登记的11个高粱杂交种，分别为吉杂229、吉杂225、吉杂224、吉杂227、吉杂228、吉杂233、吉杂235、吉杂236、吉杂237、吉杂149和吉杂157。11个供试杂交种的父母本及其亲缘关系见表1。11个杂交种数据为2017-2019年参加新品种联合鉴定的吉林省农业科学院作物资源研究所、吉林省松原市长岭县综合执法大队、吉林省白城市农业科学院、吉林省宏泽现代农业有限公司、内蒙古通辽市农业科学院、内蒙古赤峰市农牧科学研究院、黑龙江省肇州县农业技术推广中心和黑龙江省肇源县农业技术推广中心8个试验点的平均数据，包括生育期、株高、穗长、穗粒重、千粒重、产量以及淀粉含量、支链淀粉含量、粗蛋白含量、单宁含量和丝黑穗病抗性11个性状。吉杂225丝黑穗病自然发病率为0.1%，其他10个杂交种均为0。委托吉林省农业科学院植物保护研究所按照高粱抗丝黑穗病鉴定 技术规范接种鉴定丝黑穗病抗性[13]。

表1 供试高粱杂交种的信息及亲本亲缘关系Table 1 The information of sorghum hybrids and genetic relationship of their parents

1.2 试验方法

1.2.1 构建高粱杂交种理想性状值和各性状在品种综合评估中的权重 根据生产实际及高粱育种目标构建各性状的理想值。生育期、株高、穗长、千粒重和单宁含量等性状取适中值，穗粒重、产量、淀粉含量、支链淀粉含量和粗蛋白含量等性状取最大值，丝黑穗病抗性数据采用“1/X/100”进行归一化处理。运用育种经验综合确定各性状的权重（Wk）。

1.2.2 计算各性状表现与理想值的同一度和综合同一度 采用如下公式计算各性状表现与理想值的同一度，Agk=Xok/Xgk（用于理想值越小越好的性状），Agk=Xgk/Xok（用于理想值越大越好的性状），Agk=Xok/（Xok+｜Xok-Xgk∣）（用于理想值适中的性状），式中Agk表示待评价杂交种的同一度，Xgk为第g个杂交种第k个性状的田间观察值，Xok为第k个性状的理想值。

采用公式Ag=∑AgkWk计算各品种的综合同一度，式中Ag表示综合同一度，Agk表示第g个杂交种第k个性状的同一度，Wk表示第k个性状的权重。

1.2.3 计算各杂交种差异度bg和联系度μ(W) 采用公式bg=1-Ag计算差异度，采用公式μ(W)=Ag+bgi计算联系度，同一度与差异度是相对的，i的取值范围为[-1，1]，对于品种区域试验分析来说，i值为-1[8]。

1.3 数据分忻

利用Excel 2010整理和分析数据。

2 结果与分析

2.1 11个高粱杂交种的主要农艺性状、品质性状及丝黑穗病抗性

由表2可知，11个杂交种平均生育期为118d，株高150.2cm，穗长28.7cm，穗粒重88.6g，千粒重29.8g，产量9551.5kg/hm2，淀粉含量76.3%，支链淀粉含量78.6%，粗蛋白含量8.9%，单宁含量1.3%。生育期最短为114d，最长为121d；株高最低140.0cm，最高160.0cm；穗长最短27.0cm，最长31.2cm；穗粒重最低75.7g，最高103.0g。千粒重最低27.8g，最高32.8g。

11个高粱杂交种中丝黑穗病3号生理小种接种发病率最低为9.6%，最高为18.2%，平均为13.1%。高粱丝黑穗病抗性是高粱新品种试验中鉴定的唯一抗性，分为高抗、抗、中抗、感和高感5个级别，对应的接种发病率分别为0.0～5.0%、5.1～10.0%、10.1～20.0%、20.1～40.0%和 40.0%以上[14]。由表2可知，11个杂交种中10个为中抗，只有吉杂224丝黑穗病抗性为抗，接种发病率为9.6%。

2.2 同异分析法综合评价11个高粱杂交种

2.2.1 理想性状值构建和权重系数确定 根据高粱育种目标和生产实践，确定各性状的理想值Xok。依据吉林省所在高粱春播早熟区的生态区域，确定理想生育期为118d。目前主要是培育适宜机械化收获的杂交种，株高不能太高或太低，低于130cm会影响产量，因此株高定为150.0cm，可兼顾产量与机收指标。根据酿酒工艺对高粱籽粒的要求确定千粒重为30.0g、单宁含量为1.5%。穗粒重、产量、淀粉含量、支链淀粉含量和粗蛋白含量5个性状取最大值，分别为103.0g、10 308.0kg/hm2、79.9%、83.3%和10.2%。丝黑穗病抗性数据经归一化处理之后的理想值采用100.0（表2）。

高产、优质、抗病和宜机收是当前高粱育种的主要目标，因此产量权重分配系数为0.30，株高权重分配系数为0.15，淀粉含量权重分配系数为0.11，千粒重比穗长和穗粒重更能影响杂交种的用途，因此权重分配系数为0.08，穗长和穗粒重权重分配系数分别分配为0.02和0.03。单宁比蛋白质含量在酿酒过程产生的作用大，单宁含量权重分配系数为0.03，粗蛋白质含量权重分配系数为0.01。虽然丝黑穗病抗性在品种登记时是重要指标，但在生产中发病率并不高，因此接种发病率权重分配系数为0.02（表2）。

表2 供试杂交种11个性状的基本情况、理想值及权重系数Table 2 The information of 11 traits of hybrids,ideal values and weight coefficients of 11 hybrids

2.2.2 供试杂交种各性状表现与理想值的同一度 由表3可知，11个杂交种的产量、穗粒重、支链淀粉含量、粗蛋白含量、单宁含量和接种发病率6个性状的同一度差异很大，范围分别为0.8588～1.0000、0.7350～1.0000、0.8788～1.0000、0.8039～1.0000、0.7500～1.0000和0.0549～0.1042。生育期、株高、穗长、千粒重和淀粉含量5个性状的同一度差异相对较小，分别为 0.9672～1.0000、0.9375～0.9980、0.9295～1.0000、0.9317～1.0000 和 0.9274～1.0000。

表3 11个供试杂交种各性状与理想值的同一度Table 3 Identical degrees of the real and ideal values of traits of 11 hybrids

续表3 Table 3(continued)

2.2.3 供试杂交种各性状的综合同一度、差异度和联系度 11个杂交种的综合同一度比较集中，范围为0.9154～0.9663（表4）。吉杂225综合同一度最大，吉杂237最小。各杂交种的差异度范围为0.0337～0.0846，联系度为 0.8307～0.9326。根据同异分析法，联系度的大小反映供试品种的优劣顺序，联系度越大，品种越优良。由表4可知，11个杂交种的优劣顺序为吉杂225、吉杂235、吉杂236、吉杂227、吉杂224、吉杂229、吉杂228、吉杂157、吉杂149、吉杂233和吉杂237。

表4 11个高粱杂交种的同异分析Table 4 Similarity-difference analysis of 11 sorghum hybrids

3 讨论

同异分析法是在模糊综合评判的基础上提出的一种综合评价方法，可以综合杂交种的多个性状进行分析，这种方法可以避免方差分析和回归分析等仅考虑产量一个因素的局限性，对品种的评价更全面、客观和合理。郭瑞林等[15]采用方差分析、模糊综合评判法、灰色多维综合评估法和同异分析法对2008-2009年河南省小麦区域试验的13个品种进行分析，发现同异分析法是4种方法中最简单有效的方法。

3.1 同异分析法体现的信息量较大

同异分析法不仅可以通过综合评价鉴选出优良品种，而且可以通过同一度值分析杂交种在哪个性状存在优势，通过差异度分析杂交种在哪些性状上存在不足，进而有目标地改良。以吉杂225为例，吉杂225的同异联系式为0.9663+(-1×0.0337)，说明吉杂225距离理想杂交种或者育种目标尚有0.0337的差异，可以从粗蛋白（同一度为0.8333）和单宁含量（同一度为0.8824）等方面进行改良。该方法也可以综合分析亲本系的优缺点，在亲本系的培育过程中推广应用。

本研究中11个杂交种的产量、穗粒重、支链淀粉含量、粗蛋白含量、单宁含量和接种发病率性状的同一度差异很大，生育期、株高、穗长、千粒重和淀粉含量5个性状的同一度差异相对较小。说明为满足生产需求，高粱育种家在生育期、株高、穗长、千粒重和淀粉含量等性状方面做了很多工作，而杂交种的支链淀粉、粗蛋白和单宁含量是近几年才开始受到重视的性状。虽然高产和高穗粒重一直是育种目标，但不同杂交种的产量和穗粒重仍参差不齐，是目前高粱育种处于平台期的表现。这些育种问题也可以通过同异分析法反映出来。

3.2 同异分析法中的关键因素

构建理想杂交种是同异分析法应用过程中的重要环节。杂交种理想值是对育种目标的考验，通过构建理想杂交种，使育种目标具体化，避免盲目育种。例如株高，为了适宜机械化收获，11个高粱杂交种的株高大多在140～155cm之间，比李嵩博等[16]统计2016年之前春播早熟区的高粱杂交种平均株高低20～30cm，达到了高粱机械收获对株高的要求。高粱千粒重可分为小颗粒（18～21g）、中颗粒（22～25g）和大颗粒类型。不同厂家因酿造工艺不同，使用的原料颗粒大小也不同，整粒发酵工艺使用小颗粒原料，而原料粉碎和破碎多瓣发酵工艺使用中颗粒和大颗粒原料。供试的11个杂交种千粒重均属于大颗粒类型，仅适用于原料粉碎和破碎多瓣发酵工艺。因此，育种家应根据酒厂酿造工艺对千粒重的需求培育高粱专用品种。

各性状权重系数的确定至关重要，不同的权重系数导致的杂交种排名差异较大。本文中各性状的权重系数是根据高粱育种和生产经验确定的，为了使该方法更精确，可以采用主成分分析法和因子分析法为参考，以确定不同生态区广泛应用的权重系数。

4 结论

采用同异分析法通过多个性状对品种做出全面、客观和合理的评价，计算方便简单，能够为育种者提供更多的信息用于品种改良，是开展育种工作的良好方法。