全 文 ：doi：10.13570/j.cnki.scc.2016.01.001
甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究
Ⅳ.应用灰色多维度分析法综合评价滇蔗茅F1育种潜力
陆鑫 1，2，毛钧 1，2，林秀琴 1，2，王晓燕 1，2，刘新龙 1，2，刘洪博 1，2，苏火生 1，2，蔡青 2，3*
（1.云南省农业科学院甘蔗研究所，开远 661699；2.云南省甘蔗遗传改良重点实验室，开远 661699；
3.云南省农业科学院生物技术与种质资源研究所，昆明 650223）
摘 要：滇蔗茅是一种具有抗锈病和耐旱性的甘蔗野生近缘属植物，为了筛选出具有高抗锈病，并兼
具高产、高糖育种潜力的滇蔗茅杂种 F1，运用灰色多维度综合评估法，对 62 份滇蔗茅 F1的抗锈病性、
产量性状及品质性状进行综合分析。 人工接种抗锈病鉴定结果显示，8份 F1为高抗锈病。 灰色多维度
综合评估结果表明，具有高抗锈病特性的云野 09-648、云野 09-653、云野 09-637、云野 09-638、云野
09-622、云野 09-618 分别排名 1～6 位，与理想品种关联度最大，说明这 6 份材料兼具高抗锈病、高产
及高糖的优良特性，综合性状较好，具有较大的育种利用潜力。 其中排名前 3 位的材料应作为后续杂
交利用的重点，排名第 4位的云野 09-638 可作为高纤维分能源蔗育种亲本加以利用。
关键词：滇蔗茅；种质创新；F1群体；评价与筛选
中图分类号：S566.103 文献标识码：A 文章编号：1007－2624（2016）01－0001－04
锈病是甘蔗上的重要病害之一，近年来在广西、云南等湿热蔗区危害有逐年扩大和加重的趋势 [1-5]，发病
时可使甘蔗减产 15%~30%，蔗糖分降低 10%~36%[6]，严重影响食糖的安全生产，生产上急需抗锈病新良种。
滇蔗茅云南 95-19 具有高抗锈病的特性[7]，是甘蔗抗锈病育种的理想抗源材料。 通过有性杂交手段发掘利用
野生种质优良性状，是目前甘蔗进行遗传改良和培育突破性新品种的主要途径之一。由于甘蔗是高度杂合的
异源多倍体，杂种 F1即产生广泛分离[8]，因此在后代选育过程中需严格按照育种目标并结合科学的评价方法
从庞大的后代群体中筛选优良单株。
灰色多维综合评估法可同时考虑多个性状或因素，对品种或品系进行综合评价，其分析结果与传统的单
因素方差分析相比更为科学、客观及合理[9-10]，目前已在小麦[11]、甘蔗[12]、马铃薯[13]等作物上得到应用。 笔者先
前研究[14]结果表明，在该杂种 F1群体中，有效茎、单茎重、节间长度均存在较大的变异，对小区产量表现出较
大的正效应，对于筛选具有高产潜力的滇蔗茅 F1杂交种，应以有效茎、单茎重、节间长度为选择依据。
本研究利用该方法对云南 95-19 杂种 F1群体的产量性状、品质性状及抗锈病性进行综合评价，旨在为
筛选具有抗锈病特性，并兼具高产、高糖育种潜力的滇蔗茅杂种 F1种质创新提供依据。
1 材料与方法
1.1 材料
供试材料为热带种路打士（母本，感病）与滇蔗茅云南 95-19（父本，高抗锈病）远缘杂交产生的 62 个真
杂种[15]，抗锈病对照种为闽糖 70-611，感锈病对照种为选 3，其中路打士、云南 95-19、闽糖 70-611、选 3 均来
自国家甘蔗种质资源圃，由国家农作物种质资源平台提供。
1.2 试验方法
本研究中选择有效茎、单茎重、节间长度作为产量评价指标，试验设计与产量性状数据收集整理同笔者
先前研究试验 [14]，同时在该试验中于成熟期每个材料每个重复各随机取 4 条甘蔗，共计 12 条混合后作为样
本，利用二次旋光法[16]对 62份 F1杂交种进行甘蔗蔗糖分检测。
人工接种抗锈病鉴定桶栽试验参照李文凤 [3，17]的方法进行，甘蔗锈病的严重度按照 9 级国际分级标准进
行抗性水平分类[18]。
1.3 统计分析方法
运用 Excel 对 F1群体抗锈病等级频数分布进行统计，并作柱形图，了解各抗锈病等级分布状况；以有效
茎、单茎重、节间长度、甘蔗蔗糖分、纤维分、抗锈病等级为指标，运用灰色多维综合评估法对滇蔗茅 F1后代
收稿日期：2015-07-07
基金项目：麻类、甘蔗、茶、桑种质资源发掘与创新利用（2013BAD01B03-15）；农业部农作物种质资源保护项目“甘蔗种质资源收
集鉴定编目繁殖更新与保存分发利用”（2015NWB017）；国家甘蔗种质资源平台（NICGR2015-044）；国家甘蔗产业技
术体系开远综合试验站（CARS-20-6-13）。
作者简介：陆鑫（1981-），男，云南省蒙自人，硕士，副研究员，研究方向：甘蔗种质创新与利用，E-mail：xinlu_ky@126.com。
通信作者：蔡青（1966-），女，研究员，研究方向：甘蔗种质资源与分子生物学研究，E-mail：caiqingysri@163.com。
中国糖料，2016，38（1）：1-4试验研究 1
anihCfosporCraguS 6102
群体进行综合评价，具体步骤如下：
（1）构建参考品种，并对原始数据进行无量纲化处理。数据的无量纲化处理采用效果测度变换进行，对于
数值越大越好的性状，即有效茎、单茎重、节间长度、甘蔗蔗糖分，采用上限效果测度，计算公式为 XiU (k)=Xi
(k)/Xi max；抗锈病等级采用下限效果测度，计算公式为 XiB (k)=Ximin /Xi (k)；纤维分在糖料蔗育种上要求适中，采
用适中性状测度，计算公式为 riO (k)=
Xi (k)
Xi (k)+|XiO (k)-Xi (k)|
，式中 XiU (k)、XiB (k)、riO (k)分别表示第 i个性状经上限
效果测度、 下限效果测度及适中性测度变换后的无量纲化值， 表示第 i个性状第 k点的原始数据，Xi max与 X
imin分别表示第 i 个性状的最大值和最小值，XiO (k)表示第 i 个比较品种第 k 个性状的适中值 [9]；（2）根据参考
数列与比较数列的差系列求出最大、最小二级差，即依据公式 Δi (k)=|XO (k)-Xi (k)|计算出参考品种与比较品种
的差序列，其中 XO (k)表示参考品种的第 k 个性状值，Xi (k)表示第 i 个比较品种的第 k 个性状值，再根据上述
二者的差系列确定两级最大差和最小差；（3）计算比较品种与参考品种的等权关联度。本研究参照郭瑞林[9]的
方法， 依据公式 εOi (k)=
ρΔmax
ΔOi (k)+ρΔmax
计算各比较品种性状与参考品种的关联系数， 式中分辨系数 取值为
0.5；（4）确定各性状权重，并根据各性状权重值计算出比较品种与参考品种的加权关联度。 上述计算过程在
作物灰色育种智能决策系统上完成[9]。 抗锈病等级属于定性指标，其国际分级标准共为 9 级，在鉴定定级时，
特别是 4～7级的鉴别难免存在人为误差，使得该指标变异较大，导致通过最大离差化法计算得到的权重也随
之增大。 为降低该因素对权重系数的影响，在计算权重系数时，笔者对抗锈病等级结果调整如下，1级高抗用
1 表示，2 级抗病和 3 级中抗用 2 表示，4 级中感、5 级感病、6 级感病、7 级感病用 3 表示，8 级高感和 9 级高
感用 4表示，即将原来的 1～9 级调整为 1～4级。
2 结果与分析
2.1 锈病抗性鉴定结果
采用人工喷雾接种法对参试材料进行锈病抗性鉴定，结
果表明闽糖 70-611 为 1 级高抗，选 3 为 8 级高感，其余 62 份
杂交后代材料锈病抗性鉴定结果见图 1。 从图 1 可以看出，62
份杂交后代对锈病的抗性反应在 1～8 级上均有分布， 其中 1
级高抗材料 8 份， 占后代群体的 12.9%，2 级抗病材料 10 份，
占 16.1%，3 级中抗材料 7 份，占 11.3%，4 级中感材料 1 份，占
1.6%，5～6级感病材料 28份， 占 45.2%，8级高感材料 8份，占
12.9%。
2.2 杂交后代灰色多维综合评估
2.2.1 理想品种构建 参考品种即理想品种，是品种比较试验中各性状最优值的集合，或根据育种目标所指
定的各性状的理想值的集合[9]。 高产、高糖、抗逆是甘蔗杂交育种永恒的主题，也是甘蔗种质创新最基本的育
种目标。 因此，在本试验中根据育种目标与前期研究结果 [15]，分别将有效茎、单茎重、节间长度、糖分的最大
值、纤维分的适中值及抗锈病等级的最小值用于构造理想品种，理想品种各性状值分别为有效茎 316683 条/
公顷，单茎重 0.652kg，节间长度 22.8cm，甘蔗蔗糖分 4.03%，纤维分 22.73%，抗锈病等级为 1。
2.2.2 二级最大、最小差值 原始数据经无量纲化处理后，计算二级最大、最小差值。 在本研究中，两级最大
差和最小差分别为 0.8684和 0。
2.2.3 比较品种与参考品种的等权关联度 参考品种各性状是品种评估过程中的最优值， 因此比较品种各
性状与参考品种各性状的灰色关联度反映了各参试品种某个性状的优劣程度，关联度越大，则该品种的某个
性状越优良[9]。 比较品种与参考品种各性状间的关联系数及等权关联度计算结果见表 1（因数据量过大，仅以
加权关联度排序前 20位的参试材料加以说明，下同）。 从计算结果可以看出各材料各性状的优劣度，其中云
野 09-624的有效茎、云野 09-620的单茎重、云野 09-601的节间长度、云野 09-623 的甘蔗蔗糖分、云野 09-
628 的纤维分及 8 份高抗锈病材料（云野 09-609、云野 09-618、云野 09-622、云野 09-637、云野 09-638、云
野 09-646、云野 09-648 及 09-653）的抗锈病等级分别与参考品种相对应的性状的关联系数最大，数值均为
1，表明这些材料相应的性状为最优，而其数值构成了理想品种的各性状值。在综合评价时若不考虑各性状的
重要程度，即所有性状具有相同的权重时，排名前十的材料分别为云野 09-648、云野 09-653、云野 09-637、
图 1 杂交后代锈病抗性等级












      
 


2
云野 09-638、云野 09-622、云野 09-620、云野 09-634、云野 09-618、云野 09-654 和云野 09-643，表明这些
材料与理想品种较为接近，综合性状较优。
2.2.4 各性状权重，加权关联度的确定 在品种灰色关联度多维综合评估过程中，各性状的重要程度并不相
同，因此要对每个参与评价的性状进行权重赋值。 在本研究中，性状的权重采用最大离差化法[9-10]进行计算，
有效茎、单茎重、节间长度、甘蔗蔗糖分、纤维分、调整后的抗锈病等级权重值分别为 0.2063、0.1676、0.1178、
0.2174、0.0775及 0.2134。根据公式[9] ri =
m
j = 1
ΣεOi (k) wk ，式中 为第 k个性状的权重值，计算出各参试材料的加权
关联度，结果见表 1。 对表 1 中等权关联度排序与加权关联度排序进行相关性分析，目的在于分析运用最大
离差化法得到的权重值是否合理， 两种关联排序的相关系数为 0.957， 达到了极显著水平 （P=0.000001＜
0.01），表明所采用的权重值较为合理[19]。
加权关联度排序显示，具有高抗锈病特性后代材料云野 09-648、云野 09-653、云野 09-637、云野 09-
638、云野 09-622、云野 09-618、分别排列 1～6 位，与理想品种最为接近，表明这 6 份材料在具备高抗锈病特
性的同时，兼具高产、高糖优良特性，综合性状较好，具有较大的育种利用潜力。
3 讨论
前人研究表明，蔗茅属与甘蔗属亲缘关系较近，是开展属间远缘杂交利用和资源收集的重点对象 [20]，蔗
茅属斑茅是现代甘蔗种质创新的热点 [21]，而同属于蔗茅属的滇蔗茅因具备优良的抗锈病特性，可为甘蔗抗锈
病育种提供理想的抗源，近年来已逐渐引起甘蔗育种工作者的重视。灰色育种理论在甘蔗品种综合评价上已
得到了广泛应用[22-26]，这些研究的试验材料均为甘蔗新品种或新品系，且评价指标大多集中在农艺性状和品
质性状方面，较少涉及抗病性。在本研究中，评价指标的选择也与前人研究有较大不同，在前人研究中农艺性
状指标主要集中在株高、茎径、有效茎、单茎重等产量性状，而在本文中仅选择有效茎、单茎重和关注度较小
的节间长度作为产量指标， 原因在于该杂交后代群体的株高和茎径的变异系数较小， 对产量的贡献效应较
低。 这也提醒我们在对创新种质后代群体评价时，不可完全照搬糖料蔗品种的评价筛选方法，应根据群体特
性区别对待。
品种灰色多维综合评估结果是否合理，关键在于对各性状指标赋予合理的权重。 前人研究[22-26]中确定权
重的方法大多为专家评定法和灰色关联度法。滇蔗茅创新后代的评价和筛选无前车可鉴，因此不宜选择专家
评定法确定权重。 灰色关联度法适合于单一目标的育种，本研究涉及到多个育种目标，因此该方法也不适用
于本研究。
抗锈病等级频次图出现双峰的现象，笔者认为可能的原因包括：第一，热带种与滇蔗茅之间杂交属于属
间远缘杂交，双亲的异源染色体不能够相互配对，仅是随机分散到杂交后代中，造成性状的疯狂分离；第二，
在该群体实生苗培育阶段，有部分材料夭亡，现存群体材料的人工接种抗锈病鉴定结果未能真实反映该组合
实际情况；第三，国际 9级分类法中，4～7级的鉴别有时难以准确把握，鉴定结果可能存在人为误差。

1   

   


 












  !#$ %# & %’($ %)**) %$’ %$ ( %)

$$ ( %))$ (   !*’ %)# %#&* %*#) %*’ % ’* ( %$* & %)’ &   !’) %#$&  %*)) % %*’(  %$’) ( %$() ’ %$( ’   !’$ %**’( %#* * %**& %* *& %)*$$  ( %*’$ # %*$’ #
  !&& %’$ %#(& %* # %**’ % *  ( %#)* * %&&# *   !($ %# )* %#’$ %*’*( %*#’ %) #’ ( %&&*$ %($    !&’ %*($’ %*#* %**& ( % )’ %’ ## %(($ (& %(& )   !*# %** ’ %#($( %*#) % #*  %$*& %’ ## %&()  %$ $   !# %# &* %#&) %**& %##’ % ## ( %&’ ( %&’    !’# %*)$  %#( %)’’’ %&* % &*$ %##$ %’(* ) %*$ (   !&# ( %#(* %&& %###( %$#)’ %’) %( (( %*$) ((   !#’ %’)# %*#* %*’$ %$’’’ %  %##$ %()  ( %*$&) (&   !& %#(#& ( %($$ %#’$ % $( %’ ## %’   %*$* (’
  !(’ %*&* %#& %’$) %$(’  %   %##$ %*$$ ($ %*) ( (#
  !$ %# & %#$(# %**) %)*#’ % $$#  %##$ %’# (* %*)*  (*   !(* %*(’ %#$#) %*)) %)’&& % $ %’ ## %* (’ %*) (   ! %#&(’ %# # %#*& %$) # %$$  %’ ## %*$*( & %*’) ()   ! %*& # %’)* %#$ %) ( %$’* %##$ %*)# & %*’( ($   !  %*)) %’$&* %##’  %’** %#( ( %***( ’* %*(# ( 
  !## %$)( %#&*) %*&’$ %# & %$’* %’) %*$( && %*  &



期1第，卷83第 究研用利新创质种茅蔗滇种生野蔗甘：等，鑫陆 3
anihCfosporCraguS 6102
灰色多维综合评估结果表明，有 6份高抗锈病后代材料综合性状与参考品种最为接近，其中排序前 3 位
的云野 09-648、云野 09-653 与云野 09-637 的甘蔗蔗糖分分别为 3.76%、2.69%、2.49%，蔗茎公顷产量均在
73.5t 以上。 这 3 份材料具备高产潜力，应作为后续杂交的重点和筛选对象，在亲本选配上注意性状互补原
则，着重改良该群体普遍存在的空蒲心严重、蔗茎上部易发侧芽、甘蔗蔗糖分较低等不良特性，为甘蔗抗锈病
育种提供新的育种素材。排名第 4位的云野 09-638其纤维分高达 26.37%，可作为高纤维分能源蔗育种亲本
加以利用。 对于加权关联度排序 6位以后的材料予以淘汰。
致谢：感谢安阳工学院郭瑞林研究员提供作物灰色育种电脑决策系统，使得数据分析变得简单易行。
参考文献：
[1]刘晓妹，刘文波，施焕焕，等.甘蔗锈病研究进展[J].中国植保导刊，2007，27（12）：12-15.
[2]李文凤，蔡青，黄应昆，等.甘蔗优良亲本及创新种质对蔗茅柄锈菌的抗性鉴定[J].中国糖料，2007（4）：10-12.
[3]李文凤，蔡青，黄应昆，等.甘蔗栽培原种对蔗茅柄锈菌的抗性鉴定[J].云南农业大学学报，2008，23（1）：25-28.
[4]韦金菊，邓展云，黄伟华，等.广西北海甘蔗锈病生物学特性研究及防治对策[J].安徽农业科学，2010，38（27）：14997-14999.
[5]刘晓妹，刘文波，施焕焕.海南儋州甘蔗锈病病原菌的鉴定及其生物学特性的测定[J].中国糖料，2008（2）：30-32.
[6]黄应昆，李文凤.甘蔗主要病虫草害原色图谱[M].昆明：云南科技出版社，2002：65.
[7]王丽萍，蔡青，陆鑫，等.甘蔗近缘属野生种滇蔗茅（Erianthus rockii）的种质创新利用[J].中国糖料，2008（2）：8-11.
[8]陈如凯，许丽萍，林彦铨，等.现代甘蔗遗传育种[M].北京：中国农业出版社，2011：2.
[9]郭瑞林，王占中.作物灰色育种电脑决策系统及其应用[M].北京：中国农业科学技术出版社，2008：67-80，16-168.
[10]陈奥，龙明秀，张维，等.作物灰色育种理论在杂交黑麦草新品系筛选中的应用[J].草地学报，2012，20（1）：102-107.
[11]郭瑞林，朱磊，吴秋芳，等.小麦定量化育种技术流程[J].麦类作物学报，2013，33（5）：923-928.
[12]刘家勇，范源洪，杨洪昌，等.31 个国外甘蔗引进种灰色多维综合评估[J].西南农业学报，2006，19（4）：683-687.
[13]何二良，赵跟虎，郭天顺，等.采用灰色多维综合评估法评价马铃薯品种[J].中国马铃薯，2006，22（3）：176-177.
[14]陆鑫，苏火生，林秀琴，等.甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究 Ⅱ.滇蔗茅 F1群体重要农艺性状的遗传分析[J].湖南农业大
学学报：自然科学版，2012，38（2）：121-124.
[15]陆鑫，毛钧，刘洪博，等.甘蔗野生种滇蔗茅种质创新利用研究 Ⅰ.甘蔗与滇蔗茅远缘杂交 F1群体构建与 SSR分子标记鉴定[J].
植物遗传资源学报，2012，13（2）：321-324.
[16]李墉，郑长庚.甘蔗制糖化学管理分析方法[M].广州：中国轻工业总会甘蔗糖业质量监督检测中心，1995：33-36，70-73.
[17]李文凤，蔡青，黄应昆，等.甘蔗野生资源对蔗茅柄锈菌的抗性鉴定[J].植物保护，2005，31（2）：51-53.
[18]Comstock J C，Shine J M，Raid R N. Effect of early rust infection on subsequent sugarcane growth[J]. Sugar Cane，1992（4）：7-9.
[19]田树云，文仁来，何雪银，等.运用灰色关联度分析法对泰国玉米群体表现的评价[J].西南农业学报，2010，23（6）：1794-1798.
[20]刘新龙，苏火生，马丽，等.基于 Rdna-ITS 序列探讨甘蔗近缘属种的系统进化关系[J].作物学报，2010，36（11）：1853-1863.
[21]黄永吉，吴嘉云，刘少谋，等.基于 GISH的甘蔗与斑茅 F1染色体遗传与核型分析[J].植物遗传资源学报，2014，15（2）：394-398.
[22]赵俊，范源洪，吴才文，等.甘蔗引进品种灰色关联度多维综合评估[J].甘蔗糖业，2005（3）：5-8.
[23]刘晓燕，何红，朱秋珍，等.甘蔗引进新品种的灰色关联度分析[J].广东农业科学，2011（6）：36-38.
[24]马文清，郭强，邱文武，等.利用灰色关联分析法评价甘蔗自育新品系[J].广东农业科学，2014（5）：71-73，78.
[25]俞华先，周清明，孙有芳，等.云南瑞丽第 8轮国家区试甘蔗品种（系）的灰色关联度分析[J].亚热带农业研究，2013，9（4）：217-221.
[26]刘小全，张远福，刘春平，等.甘蔗新品种综合性状的灰色关联度分析[J].江西农业学报，2008，20（11）：176-177.
Studies on Innovation Utilization of Erianthus rockii Germplasm
Ⅳ. A Integrated Evaluation of Breeding Potential of F1 Progenies of Erianthus rockii
Using Grey Multidimensional Degree Analysis
LU Xin1,2, MAO Jun1,2, LIN Xiu-qin1,2, WANG Xiao-yan1,2, LIU Xin-long1,2, LIU Hong-bo1,2,
SU Huo-sheng1,2, CAI Qing2,3*
(1.Sugarcane Research Institute, Yunnan Academy of Agricultural Sciences, Kaiyuan Yunnan 661699; 2.Yunnan Key Laboratory of
Sugarcane Genetic Improvement, Kaiyuan Yunnan 661699; 3.Biotechnology and Gemplasm Resources Institute, Yunnan Academy of
Agriculture Sciences, Kunming 650223)
Abstract: Erianthus rockii is a rust resistance and drought tolerant wild relative of sugarcane that is presently
being used in sugarcane introgression programs. For selecting elite progenies with high rust resistance, yield and
sugar content from the hybrid F1 progenies of Saccharum officinarum and Erianthus rockii, this research was
carried out to using the grey multidimensional integrated evaluation based on important traits related to rust
resistance, yield and quality. The results showed that eight clones possess high resistance to rust, and six of them
had higher relational grade with the ideal variety which are Yunye09 -648, Yunye09 -653, Yunye09 -637,
Yunye09-638, Yunye09-622, and Yunye09-618. It shows these six clones had better integrated properties, and
three of them contained Yunye09 -648, Yunye09 -653 and Yunye09 -637 had the best performing in these
descriptors. Therefore they should been exploring preferential in cross breeding and innovation. Moreover, the
fourth-placed Yunye09-638 should been used as high fibre content parent for energy cane.
Key words: Erianthus rockii; germplasm innovation; F1 generation; evaluatation and screening
4