CN101427655A - 甘蔗家系综合评价方法 - Google Patents

Abstract

一种甘蔗家系综合评价方法，包括家系及组合的评价和家系后代单株选择两个部份，对甘蔗家系后代，即实生苗进行核心试验并以大面积推广品种为对照种，成熟期调查后代及对照种的工艺性状和农艺性状表现，利用R软件分别分析亲本和家系重要性状，即甘蔗主单位面积含糖量的一般配合力GCA及特殊配合力SCA，根据一般配合力对亲本的父母性进行评价，以此筛选优良的父本和母本；根据家系含糖量的特殊配合力分析并结合其它性状和对照种的表现对家系的优劣进行评价，并以此计算参试家系的入选率，结合家系后代数量确定优良单株的入选数，本发明在进行选种的同时对亲本、组合进行评价，环境和人为因素对选择的影响大幅度减小，选种更为快速和准确。

Description

甘蔗家系综合评价方法

技术领域：

本发明属于甘蔗品种选择技术，尤其是一种新的甘蔗家系综合评价方法。

背景技术：

目前，国内甘蔗品种选育皆为单株选择。由于后代表现易受环境、田间管理水平和选种人的经验或者情绪的影响，同一组合经不同年度、不同地块乃至不同选种人选择，选择结果不一定相同，有的甚至相差甚远。存在的问题主要表现在：

1.选择的依据仅为田间表现，没有分析家系或组合在遗传上的配合力，入选后代的稳定性差。

2.现有的方法仅针对后代的田间表现对亲本的好坏进行推测，难于对亲本进行量化的评价，导致对亲本的利用和组合的选配盲目性较大。

3.现有方法对实生苗栽种试验地和试验环境的一致性没有特殊要求，不同家系乃到同一家系后代种在张三家，由于田间管理好，后代表现好，入选率高；种在李四家由于田间管理差，后代表现差，入选率低，误选和漏选时常发生，使得选择结果缺乏准确性。

4.现有的选择方法对后代的入选数量缺乏预见性，某个家系是否入选、选多少全凭试验的管理水平、育种者的经验和权威决定，使得选择结果在年度间、地块间没有可比性。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种甘蔗家系综合评价方法，解决甘蔗品种选育易受环境和人为因素影响致使育种效率不高的问题。

本方法根据家系后代在核心试验中的表现，采用R软件分析亲本、家系蔗糖含量的配合力，根据一般配合力对亲本的父母性进行评价，以此筛选优良的父本和母本；根据特殊配合力对家系的优劣进行评价，并以此计算家系的入选率，借鉴其它性状并利用对照种的特殊配合力进行比较和效正，结合家系后代数量确定优良单株的入选数。由于以遗传基础所决定的配合力作为亲本评价和选种的依据，剔除了环境和人为因素的影响，不仅实现了评价亲本和选择优良单株的有机统一，而且结果准确可靠，育种效益大幅提高。

本发明的目的通过以下技术方案实现，步骤如下：

甘蔗家系综合评价方法，包括家系及组合的评价和家系后代单株选择两个部份，对甘蔗家系后代，即实生苗进行核心试验并以大面积推广品种为对照种，成熟期调查后代及对照种的工艺性状和农艺性状表现，利用R软件分别分析亲本和家系重要性状，即甘蔗主单位面积含糖量的一般配合力GCA及特殊配合力SCA，根据一般配合力对亲本的父母性进行评价，以此筛选优良的父本和母本；根据家系含糖量的特殊配合力分析并结合其它性状和对照种的表现对家系的优劣进行评价，并以此计算参试家系的入选率，结合家系后代数量确定优良单株的入选数，其数学模型为：

A：χ1＝block+(1|cross)+r

B：χ1＝block+(1|female)+(1|male)+r

其中：A计算结果χ1为家系的特殊配合力；B计算结果χ1为参试家系父本和母本的一般配合力；block为重复次数的固定模型；(1|female)为母本的随机模型；(1|male)为父本的随机模型；(1|cross)为组合的随机模型；r为误差项。

R软件运行的语言编写程序：

读文件：试验名<-read.csv(＂文件路径/文件名.csv＂)

查看结构：str(试验名)

转变因素：试验名$重复<-factor(试验名＄重复)

调统计包：library(lme4)

亲本评价：评价代码1<-lmer(评价因素～重复+(1|母本)+(1|父本)，试验名)

显示结果：ranef(评价代码1)

组合评价：评价代码2<-lmer(评价因素～重复+(1|组合)，试验名)

显示结果：ranef(评价代码2)。

所述的核心试验是在土壤条件、管理水平均匀一致的同一块试验地，对照种采用蔗茎育苗移栽，实生苗以家系为单位按随机区组设计、2次或以上重复安排的多次试验；

所述的家系含糖量的特殊配合力分析是在成熟期调查参试家系的重要工、农艺性状，包括株高h(m)、茎径D(cm)、有效茎N(条/亩)、田间锤度B(％)和甘蔗糖份S(％)，并计算单位面积含糖量。亩含糖量计算公式为：含糖量＝0.7854×0.69×D2×h×N×B×10^-8(吨/亩，其中0.69为经验数字)或含糖量＝0.7854×D²×h×N×S×10^-8(吨/亩)；也可采取实收方式对小区蔗茎产量称重，然后根据田间锤度或蔗糖份计算单位面积含糖量。利用Microsoft Excel软件按下列方式保存文件类型为CSV，利用R软件对参试家系含糖量进行分析，利用家系的最佳线性无偏差估计值计算家系的特殊配合力，并与对照种进行比较，以此对参试家系进行评价。Microsoft Excel数据输入方法如下表1，表1中：组合、母本、父本、重复和含糖量分别用cross、female、male、bock或TSH代替，重复次数、家系及重复间的排列顺序不受限制：

表1

 

组合	母本	父本	重复	含糖量
					AxB	A	B	1	具体数量
AxB	A	B	2	具体数量
					CxD	C	D	1	具体数量
CxD	C	D	2	具体数量
					CxD	C	D	3	具体数量
……	……	……	……	……

所述的亲本父母性评价是利用R软件对所收集的含糖量并结合其它指标进行分类分析，利用亲本的最佳线性无偏差估计值计算父本和母本的一般配合力，与对照种的父本和母本的一般配合力进行比较，以此对参试家系所含的父本和母本进行评价。

所述的家系优劣评价是利用R软件对参试家系的含糖量进行分析，根据家系评价计算出家系含糖量及其特殊配合力，结合其它性状并与对照种进行比较，以此对参试家系进行评价，计算家系的入选率。

本发明的优点和积极效果是：

1.甘蔗家系评价单株选择技术首先是安排核心试验，在相同的土壤条件、相同的环境条件和相同的管理水平下对所有参试家系、家系与对照种之间进行评价和比较，使得出的结论更加科学；

2.甘蔗家系评价单株选择技术是利用R软件分析家系后代重要性状，在甘蔗上主要为含糖量，并计算以遗传基础所决定的配合力，根据配合力的大小计算入选率，剔除了环境和人为因素的影响，使选择更为有效和准确，为后代选择提供了科学的依据；

3.甘蔗家系评价单株选择技术评价家系及亲本不受亲本的利用次数、杂交组合数量的限制，不需要完全双杂交、不完全双列杂交或其它设计就可评价家系或组合及亲本；

4.甘蔗家系评价单株选择技术亲本使用次数、选配的组合越多，评价结果越准确，育种效益将大幅提高，且不同年份、不同地点间的数据可建立统一的数据库，以方便进行综合评价及电脑的软件选配组合。

具体实施方式

下面通过具体实例对本发明作进一步详述，以下实例只是描述性的，不是限制性的，不能以此限定本发明的保护范围。

甘蔗家系评价单株选择技术是对甘蔗家系后代安排核心试验，成熟期调查后代及对照种的工农艺性状表现，利用R软件分别分析亲本和家系蔗糖含量的一般配合力及特殊配合力，根据一般配合力对亲本的父母性进行评价，以此筛选优良的父本和母本；根据特殊配合力并结合其它性状对家系的优劣进行评价，并根据家系含糖量与对照双较计算参试家系的基本入选率，并结合家系后代数量确定优良单株的入选数。具体步骤为：

1.试验设计及栽种：在甘蔗实生苗种子出苗后生长至适宜栽种时，实生苗以组合为单位按随机区组设计、2次或以上重复进行多次核心试验移栽；

2.试验地及田间管理：试验要求土壤肥力一致，田间管理包括栽种、盖膜、揭膜、施肥、培土和灌溉等措施一致；

3.数据收集：成熟期对参试家系进行数据收集，内容包括株高、茎径、田间锤度，并计算单位面积的含糖量或直接对小区蔗茎产量称重，然后根据田间锤度或蔗糖份计算单位面积含糖量；

4.数据处理：用R软件对所收集的含糖量进行分析，利用亲本的最佳线性无偏差估计值估算亲本的一般配合力，并据此评价亲本；利用组合的最佳线性无偏差估计值估算组合的特殊配合力，并据此评价家系；利用评价计算出家系的含糖量和特殊配合力，借鉴其它性状并利用对照种的特殊配合力进行比较和效正，根据效正后的特殊配合力的高低和后代数量等计算优良单株的入选数。

5.入选率(R％)：若家系平均含糖量TSH_i，则比对照种特殊配合力显著较低的家系平均含糖量为TSH_S，计算含糖量之差TSH_is:TS H_is＝TSH_i-TSH_S，设所得差值正数最小的数为TSH_m，则基本入选率R％＝TSH_is/TSH_m。

如根据含糖量对甘蔗10个家系(组合)D×I、E×L、F×B、F×I、F×J、G×I、H×C、H×L、K×A和L×B进行评价。将10个组合的种子播种，生长至适宜栽种时，实生苗以组合为单位按随机区组设计、三次重复进行核心试验移栽，成熟期收集三个重复的含糖量(吨/亩)，其中假设组合F×I为对照。根据R软件对数据格式的要求，利用Microsoft Excel，整理数据见下表2，家系间排列顺序不受限制；表2中cross为组合，female为母本，male为父本，block为重复次数，TSH为含糖量单位为吨/亩)，贮存路径为(C:\sugarcane\sugaryield)，表2：

 

cross	female	male	block	TSH
					D×I	D	I	1	1.08
E×L	E	L	1	0.78
					F×B	F	B	1	0.97
F×I	F	I	1	0.94
					F×J	F	J	1	0.63
G×I	G	I	1	0.72
					H×C	H	C	1	0.76
H×L	H	L	1	1.52
					K×A	K	A	1	0.53
L×B	L	B	1	0.89
					D×I	D	I	2	0.98
E×L	E	L	2	0.75
					F×B	F	B	2	0.94
F×I	F	I	2	0.87
					F×J	F	J	2	0.61
G×I	G	I	2	0.90
					H×C	H	C	2	0.89
H×L	H	L	2	1.62
					K×A	K	A	2	0.43
L×B	L	B	2	0.93
					D×I	D	I	3	1.21
E×L	E	L	3	0.88
					F×B	F	B	3	1.09
F×I	F	I	3	0.93
					F×J	F	J	3	0.72
G×I	G	I	3	0.68
					H×C	H	C	3	0.66
H×L	H	L	3	1.49
					K×A	K	A	3	0.64
L×B	L	B	3	0.80

根据上表，进行家系评价：

数学模型为：

A：χ1＝block+(1|cross)+r

B：χ1＝block+(1|female)+(1|male)+r

其中：A计算结果χ1为家系的特殊配合力；B计算结果χ1为参试家系父本和母本的一般配合力；block为重复次数的固定模型；(1|female)为父本的随机模型；(1|male)为母本的随机模型；(1|cross)为组合的随机模型；r为误差项。

R运行语句如下：

Trial<-read.csv(＂C:\sugarcane\sugaryield.csv＂)

str(Trial)

library(lme4)

Trial＄block<-factor(Trial$block)

TSH<-lmer(TSH～block+(1|cross)，Trial)

ranef(TSH)

T<-lmer(TSH～block+(1|female)+(1|male)，Trial)

ranef(T)

上述语言运行，利用R软件评价出的参试亲本和家系的一般配合力(GCA)、特殊配合力(SCA)、含糖量和基本入选率(R％)分别见下表3、表4和表5：

运行结果表明：

1.家系：在10个家系中，H×L的特殊配合力最高，该家系后代含糖量表现最好，其次为：D×I和F×B；若家系F×I为对照，则其余家系特殊配合力不同程度低于对照，但差异不显著，可以少量入选(基本入选率见上表3中的R％)；F×J和K×A特殊配合力显著低于对照，一般不入选。

2.母本：在10个家系中的7个母本中，H作母本一般配合力最高，D的一般配合力亦优于对照母本F，是下一步组合选配重点利用的母本；而其余母本L、G、K和E一般配合力低于对照种的母本F，今后选择母本时尽量少用，其中母本E的一般配合力最低，可能不适于做母本。

3.父本：在10个家系中的6个父本中，L作父本的一般配合力最高，B的一般配合力亦明显优于对照父本I，是下一步组合选配重点利用的父本；而其余父本A、J和C一般配合力低于对照种的父木I，今后选择父本时尽量少用，父本C的一般配合力最低，可能不适于做父本。

效正甘蔗家系入选率的主要因素：

影响家系入选率的因素很多，各地之间差异较大，但主要包括下列因素：

1.实生苗的数量、试验用地的大小：甘蔗家系评价的目的是指导家系的入选，家系特殊配合力高，后代入选率大，但最高入选率一般不超过20％，单个家系入选数一般不超过50个，总体入选率多数控制在2-5％之间。如实生苗量大，进一步试验用地少，则总入选率就相对较低，相反则可适当提高入选率。如果一个特别优秀的家系理论入选率可达20％，如该家系实生苗量为2000苗，最高入选数以50个计，入选率仅为2.5％；如该家系实生苗量为1000苗，最高入选数计以50个计，入选率则为5.0％。

2.甘蔗糖份：甘蔗糖份是甘蔗最重要的工艺性状，直接影响制糖效益，与对照种相比，一般甘蔗糖份或0.69xB％(田间锤度)的值每高于对照0.5百分点，入选率可增加1％，但最高不超过20％，入选数最多不超过50个。

3.病虫害：病虫害是影响甘蔗生长的重要因素，但不同蔗区对品种抗性要求不同，部份蔗区实行一票否决制。如黑穗病重发区，黑穗病的抗性为感病级别或田间自然发病率达10％时以上，家系配合力再高，后代性状再好也不选择；若家系后代抗黑穗病仅为一般抗性水平或田间自然发病率低于10％时，可适当降低入选率，若高抗黑穗病，可适当提高入选率。

4.其它：由于我国甘蔗田间管理和收获为人工进行，茎径大小、叶片叶鞘毛群、抗倒伏性、孕穗开花和空蒲心等都也将对入选率产生一定的影响。如大茎种入选率可提高1个百分点，小茎种入选率可降低1个百分点；无毛种入选率可提高1个百分点，多毛种入选率可降低1个百分点；抗倒品种入选率可提高1个百分点，易倒伏品种入选率可降低1个百分点；孕穗开花多数为一票否决制；效正蒲心率(H％)后的入选率％＝R％(1-H％)获得最终入选率等。

各蔗区气候条件、生产水平、机械化程度等不同，相关因素对入选率的增减比例可以不同。

Claims (5)

1、一种甘蔗家系综合评价方法，其特征在于包括家系及组合的评价和家系后代单株选择两个部份，对甘蔗家系后代即实生苗安排核心试验并以大面积推广品种为对照种，成熟期调查后代及对照种的工艺性和农艺性状表现，利用R软件分别分析重要性状，即甘蔗单位面积含糖量的一般配合力GCA及特殊配合力SCA，根据一般配合力对亲本的父母性进行评价，以此筛选优良的父本和母本；根据家系含糖量的特殊配合力分析并结合其它性状和对照种的表现对家系的优劣进行评价，并以此计算参试家系的入选率，结合家系后代数量确定优良单株的入选数，其数学模型为：

A：x1＝block+(1|cross)+r

B：x1＝block+(1|female)+(1|male)+r

其中：A计算结果x1为家系的特殊配合力；B计算结果x1为参试家系父本和母本的一般配合力；block为重复次数的固定模型；(1|female)为母本的随机模型；(1|male)为父本的随机模型；(1|cross)为组合的随机模型；r为误差项。

2、根据权利要求1所述的甘蔗家系综合评价方法，其特征是：所述的核心试验是在土壤条件、管理水平均匀一致的同一块试验地，对照种采用蔗茎育苗移栽，实生苗以家系为单位按随机区组设计、2次或以上重复安排的多次试验。

3、根据权利要求1所述的甘蔗家系综合评价方法，其特征在于：所述家系含糖量的特殊配合力分析是在成熟期调查参试家系的重要工艺性和农艺性状，包括株高h(m)、茎径D(cm)、有效茎N(条/亩)、田间锤度B(％)和甘蔗糖份S(％)，并计算单位面积含糖量。

4、根据权利要求1所述的甘蔗家系综合评价方法，其特征在于：所述的亲本父母性评价是利用R软件对所收集的含糖量进行分析，利用亲本的最佳线性无偏差估计值计算父本和母本的一般配合力，与对照种的父本和母本的一般配合力进行比较，以此对参试家系所含的父本和母本进行评价。

5、根据权利要求1所述的甘蔗家系综合评价方法，其特征在于：所述的家系优劣评价是利用R软件对参试家系的含糖量进行分析，根据家系评价计算出家系含糖量及其特殊配合力，结合其它性状并与对照种进行比较，以此对参试家系进行评价，计算家系的入选率。