应用灰色关联度分析法对远缘杂交选育的小麦新品系评价

丁明亮，赵 红，浦秋红，崔永祯，李宏生，顾 坚，田玉仙，杨木军，李绍祥

(云南省农业科学院粮食作物研究所，云南 昆明 650205)

【研究意义】普通小麦(TriticumaestivumL.,AABBDD,2n=42)是播种面积仅次于玉米与水稻的第3大的粮食作物，对中国粮食安全具有重要意义[1]。近几十年以来，中国小麦单产和总产均得到了大幅度提高，但由于人类对小麦品种定向选择以及集约化品种的选育推广等现代育种技术和栽培模式导致普通小麦原先积累的优良基因受到大量侵蚀，遗传基础日益狭窄，使得普通小麦对于生物和非生物胁迫变得更加脆弱，同时严重制约了普通小麦产量与品质的改良[2-3]。因此，从普通小麦近缘种属中发掘利用优异的基因资源以拓宽普通小麦遗传基础与增加品种的遗传多样性，将对开展普通小麦高产、抗病、优质育种具有重要意义[4-5]。【前人研究进展】硬粒小麦(Tritieumdurum,AABB,2n=28)是普通小麦的二级基因源，携带丰富的改良小麦产量和品质等的有益基因，比如锈病[6]、黄矮病[7]、纹枯病[8]、白粉病[9]、黑穗病[10]、麦蝇[11]、抗旱、耐寒、耐盐碱及高蛋白[12]等抗性优质相关基因。由于硬粒小麦与普通小麦存在同源的A、B染色体组，所以两者杂交实现染色体配对、易位和重组，再通过杂种后代的自交或回交能够实现硬粒小麦有益基因向普通小麦的转移以改良普通小麦[13]。通过这种远缘杂交的方式转移硬粒小麦中的抗病、优质等有益基因，已培育出一大批普通小麦品种，如意大利的普通小麦Marquilio携带硬粒小麦Sr9g/Yr7基因和印度的NP890含有硬粒小麦Giza的叶锈病抗源；国内的湖北省荆州地区农科所荆州66以及由阿夫与新疆大颗子(硬粒小麦)杂交选育的临农系列品种均具有硬粒小麦血缘[14-15]。【本研究的切入点】然而近些年在云贵高原麦区针对利用硬粒小麦资源选育普通小麦的报道较少。本研究利用硬粒小麦与普通小麦杂交再回交1次获得BC1，再通过小麦×玉米远缘杂交诱导双单倍体技术快速稳定获得的12个远缘杂交小麦新品系作为试验材料，应用灰色关联度分析法对选育的小麦新品系进行综合评价。【拟解决的关键问题】旨在为云贵高原麦区硬粒小麦资源引入普通小麦选育小麦新品种提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

硬粒小麦资源2003K-13是本项目组由墨西哥引进，该材料具有抗条锈病、分蘖力强和籽粒性状好等突出特点。普通小麦2008Y3-4471是笔者选育的高代稳定品系，该材料具有穗大粒多，抗条锈病和抗白粉病，但是分蘖力弱和籽粒性状差等特性。因此，本项目组选取硬粒小麦2003K-13与普通小麦2008Y3-4471杂交再回交1次获得BC1再通过小麦×玉米远缘杂交诱导双单倍体技术快速稳定，以期获得具有抗条锈病、抗白粉病、分蘖力强和籽粒性状好等特性的普通小麦稳定材料。该试验采用这批材料中抗条锈病和抗白粉病的12个远缘杂交小麦新品系(表1)为试验材料，以云麦53为对照。

1.2 试验设计

试验于2014-2015年种植在云南省农业科学院嵩明基地，随机区组设计，重复3次，等行距条播，行长4.09 m，平均行距0.233 m，小区宽1.63 m，7行区，基本苗为 240万苗/hm2，小区面积6.67 m2。2014年10月25日播种，2015年4月29日收获。整个生育期田间管理同一般同类型的生产大田。苗期在各重复内设定每个小区的第2行和第6行2个调查点调查基本苗人工定苗为228苗/行(240万苗/hm2)。分别调查各重复分蘖数、最高茎蘖数、有效穗、成穗率、千粒重、穗长、小穗数、退化小穗数、结实小穗数、实粒数、株高、生育期和产量等 13 个农艺性状。最后取3次重复的结果，计算该品系的平均值作为该材料的性状表现值。

1.3 分析方法

数据分析参考韩启秀[16]、许海霞等[17]和崔超岗等[18]利用的灰色关联度分析法进行，具体为：12个参试小麦品系看作一个灰色系统，每个小麦品系看作系统的一个因素。对照选用为退化小穗数最低值、株高与生育期适宜值，其余性状最优值的理想品种。设定理想品种构成参考数列(X0)，其余各品系为比较数列(Xi)，即参考数列为X0(k)=[X0(1)、X0(2)、…X0(n)]和比较数列为Xi(k)=[Xi(1)、Xi(2)、…Xi(N)]，其中N为小麦品系数，n为评估性状数。两组数据列作比较，并利用下列公式分别计算出关联系数、和等权关联度和加权关联度，其中公式(1)中的ρ为分辨系数(ρ≤0.5436时分辨力最好，文章采用0.5)，公式(3)中的wi为加权系数，由性状关联度或专家评定系统确定[19]。

表1 试验材料Table 1 The test material

关联系数：ξi(k)=

(1)

(2)

(3)

2 结果与分析

2.1 远缘杂交选育小麦新品系的主要性状及参考数列的构建

远缘杂交选育小麦新品系远缘杂交获得的12个小麦新品系和对照品种云麦53田间表现列于表2。为了建立参考数列，需确定“理想品种”各相应性状值。根据育种目标和云贵高原麦区的育种实践，设定产量、实粒数、千粒重、有效穗、分蘖数、最高茎蘖数、成穗率、穗长、小穗数和结实小穗数10个性状的最优指标为理想品种的相应性状值；株高、生育期为育种中要求适宜为理想品种的相应性状值，株高设定 80 cm 为宜和生育期设定为170 d为宜；退化小穗数则要求值越小越好，根据其评价值采用下限值设定为理想品种的相应性状值。该研究中设定退化小穗数的最低值、株高与生育期的适宜值、其余10个性状的最优值为理想品种相应性状值。同时由于参考数列与比较数列的各性状值的计量单位不同，在分析之前必须进行无量纲标准化处理，以使各性状数量级相同。标准化处理的方法是将每个数列的Xi(k)数据除以该数列相对应的X0(k)，即得到一个数量级相同的新数据，结果见表3。

2.2 远缘杂交选育小麦新品系与理想品种在各性状上的关联系数计算

首先根据表3无量纲化处理结果获得的数据计算Δi(k)，公式为Δi(k)=|X0(k)-Xi(k)|；其中i=1,2,3, …,12，k=1,2,3, …,13。再计算出两极最大差为 maxΔi(k)=0.3954，两极最小差minΔi(k)=0.0000。首先把表3的数据代入公式(1)，即可得到参考数列(X0)与比较数列(Xi)各性状的关联系数，结果见表4。

表2 硬粒小麦与普通小麦远缘杂交选育小麦新品系的性状表现Table 2 Traits of 12 new wheat lines from distant hybridization between durum wheat and common wheat

表3 无量纲化处理结果Table 3 The result of non dimensional treatment for the experimental data

表4 各品系与理想品种的关联系数及权重Table 4 The correlation coefficient and weight between 12 new wheat lines and ideal varieties

2.3 远缘杂交选育小麦新品系的关联度计算及排序

把表4数据再代入公式(2)中，即可得出各品系的等权关联度γi。然而由于评价小麦品系是否优劣时每个性状贡献不一致，因此不能采用等权关联度(γi)予以评价，而应采用加权关联度(γi′)。根据育种目标和经验，研究者对小麦品系的13 个性状分别赋予不同的权重系数(wi)，其中产量为0.1500，其余各性状权重系数(wi)列于表4，将此数据代入公式(3)中，即可得出各品系的加权关联度(γi′)，结果见表5。

表5 各品系与理想品种的关联度和关联序Table 5 The relational degree and relational sequence between 12 new wheat lines and ideal varieties

2.4 远缘杂交选育小麦新品系的产量表现与关联度分析评价

由表5 可看出，通过小麦×玉米远缘杂交诱导双单倍体技术快速稳定硬粒小麦与普通小麦远缘杂交材料获得的12个小麦新品系与理想品系的等权关联度和加权关联度位次与产量位次存在着一定的差异，但是加权关联度位次要更接近。说明在计算加权关联度时研究者给各性状所赋予的权重系数是合理的，笔者所构建的“理想品种”是符合实际的，选育目标是有可能实现的。依据灰色关联度法分析的原则，关联大表明与理想品种的关联程度高，即表明综合性状优异，反之综合性状表现较差。由表5 可知，小麦新品系14Y2-919与理想品种的加权关联度(γi′=0.7480)最大，产量较对照也增产8.16 %，说明小麦新品系14Y2-919在12个新品系中综合表现最为优异，其次为小麦新品系14Y2-873、14Y2-939和14Y2-838的综合表现也较为优异，同时增产显著。

3 讨 论

研究结果表明在云贵高原麦区将硬粒小麦资源引入普通小麦选育的小麦新品系的等权关联度、加权关联度位次和产量位次排列不一致，但加权关联度与产量位次结果较接近，和各品系综合表现较为吻合，因此使用灰色关联度分析方法对选育小麦新品系进行综合评估是可行的，此结果与刘春英等[20]、曲祥春等[21]的研究结果较一致。

灰色关联度分析法克服了常规方法中以单一性状来评价小麦新品系优劣的片面做法，能够全面的考虑多个性状对品系优劣的影响。由于试验材料已经是针对选育的兼抗云贵高原麦区条锈病和白粉病等主要病害的小麦新品系，因此在此研究中着重从多个产量相关性状利用该方法来综合评价选育材料的优劣。如小麦新品系14Y2-919的产量虽不是最高，但是各性状的综合表现最为优异，适宜进一步关注。小麦新品系14Y2-918产量位列第5，比对照云麦53增产4.76 %，但是与理想品种的加权关联度却位列第8，产量较高但综合表现一般。说明灰色关联度分析法筛选出的新品系更具有代表性和育种实践意义。

硬粒小麦携带丰富的改良小麦产量和品质等的有益基因，并且通过与普通小麦杂交实现A、B同源染色体配对、易位和重组以实现硬粒小麦有益基因向普通小麦的转移达到改良普通小麦的目的[5-13]。通过这种远缘杂交的方式转移硬粒小麦中的抗病、优质等有益基因，已培育出一大批普通小麦品种[14-15]。笔者采用小麦×玉米远缘杂交诱导双单倍体技术快速获得12个普通小麦与硬粒小麦远缘杂交的小麦新品系，说明小麦×玉米远缘杂交诱导双单倍体技术是使硬粒小麦基因转移到普通小麦的一种快速而有效的技术手段。

4 结 论

运用灰色关联度分析法获得的加权关联度更能反映品种的真实表现，是综合评价小麦新品系的有效方法。利用常规育种技术和双单倍体育种技术相结合将硬粒小麦资源引入普通小麦而选育的12个普通小麦新品系，各品系性状表现均较好，性状稳定一致。经综合评价，小麦新品系14Y2-919在12个新品系中综合表现最为优异，其次为14Y2-873、14Y2-939和14Y2-838，可进一步用于培育适合云贵高原麦区的小麦新品种。

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