第八章 育种程序与试验设计

前面的章节讨论了”拿什么育种”——种质资源，以及”往哪个方向育”——包括抗逆在内的各类目标性状。本章要回答的是”怎么把品种育出来”。育种程序是把零散的育种技术组织成一条生产线的时间表：从杂交组配的那一粒种子开始，到品种审定证书上的那枚公章为止，每个阶段做什么、看什么、淘汰多少，都需要事先想清楚、事中有据可查、事后经得起检验。程序设计得好，育种工作便张弛有度、进退有序；程序混乱，纵有再好的技术和材料，也常常功败垂成。

与程序相伴的另一个主题是试验设计。育种后半程的一切判断——哪条系好、哪个组合强、哪个品种值得推广——归根到底都要靠田间试验提供的数据来回答。而田间数据天生带着噪声：土壤肥力不均匀，管理时间有先后，小区位置有边际，病虫害发生不平衡。试验设计的全部技巧，说到底就是设法让这些噪声与我们要测的基因型差异分家。理解了这一点，随机区组、拉丁方、裂区这些经典设计就不再是需要死记的格式，而是同一套思想的自然推论。

本章按育种的时序展开：先定目标，再配亲本，然后选择后代，中间穿插试验设计与统计分析的方法论，最后落脚于品种的审定与推广。各环节环环相扣，前面的决策质量直接决定后面数据的价值，读者不妨带着”如果我在这一步选错了，后面还能补救吗”的问题来读。

8.1育种目标制定

育种目标是整个育种工作的方向盘。目标定偏了，后面每一环的高效执行都只是加速偏离。目标的制定不能闭门造车，既要看市场的需求，也要掂量手头的资源和自己的能力。实践中，一份合格的育种目标往往要经过反复的调研与修订才能落定，本节按”定原则、排次序、做分解”三步来说明。

8.1.1目标制定原则

实践中通行的目标制定原则有四条，它们相互补充、缺一不可：

目标制定原则：

1. 市场需求导向
2. 生态适应性
3. 遗传可行性
4. 经济效益

市场需求导向，说的是品种最终要过消费者和经销商这一关，育种家自己觉得好不算数；哈密瓜市场对含糖量、香气和肉质的期待多年稳定，但熟期结构、果形大小的偏好却在缓慢变化，目标必须随行就市地滚动修订。早熟瓜抢占初夏市场、晚熟冬瓜支撑秋季外运，两类市场的规格完全不同，制定目标前应当先想清楚品种要卖给谁、在什么季节上市、走什么销售渠道。

生态适应性要求目标与目标产区的气候土壤条件相匹配。新疆产区日照充足、昼夜温差大、空气干燥，露地哈密瓜的糖分积累条件得天独厚；但产区也面临盐碱、干旱和设施内低温弱光等胁迫，目标里若不列入相应的抗逆指标，育出的品种便出不了这个圈子。生态适应性还包含另一层含义：异地引种或跨区推广前，必须先经过严格的适应性试验，这与9.5节的区域试验制度直接相关。

遗传可行性是四条原则中最容易被忽视、也最能体现育种家功力的一条。目标不是许愿单，每一项指标都要问一句：现有种质里有没有这样的变异？遗传力多高？与哪些不利性状连锁？第二章给出的各性状遗传力范围和QTL信息，正是评估遗传可行性的依据。一般而言，遗传力高、主效基因控制的性状（如果肉色泽、网纹）可以一步到位地纳入目标；遗传力低、易受环境左右的性状（如部分抗逆表现）则宜放在后期世代或借助多点试验考核，避免在早代做无效选择。

经济效益原则提醒育种者算总账。一个品种每提高一分抗病性，可能要付出肉质变粗、糖度下降的代价；每一项指标都定到顶格，育成时间会成倍拉长。目标的价值在于组合，而不在于单项的极限——以有限的育种周期育出综合表现过硬、短板可控的品种，才是可持续的竞争力。

四条原则之外，还要解决”依据什么来定”的方法论问题。目标不是坐在办公室里拍脑袋定出来的，它需要三路信息汇合：一路来自市场，包括批发与零售环节的价格结构、经销商对耐贮运性的要求、消费者偏好调研；一路来自产区，包括近年病虫害发生动态、气候异常年份的教训、当地主栽品种的短板；一路来自自身，包括手头种质的档案、团队能够驾驭的技术手段、试验地和经费的上限。三路信息摆到桌面上对照，哪些目标现实可行、哪些需要外引种质或合作攻关，便一目了然。目标文档最后要落到纸面：性状清单、指标数值、考核方法、时间表逐项写明，经课题组讨论定稿，作为贯穿整个育种程序的”总章程”。

目标制定还要区分”补短板”与”打长板”两种战略。补短板是把主栽品种普遍缺失的性状（如抗某种新流行的病害）补进目标，需求明确、风险小，但容易同质化竞争；打长板是把某项品质或适应性推向极致，形成人无我有的特色，市场回报高，但对种质和技术的储备要求也高。成熟育种单位的年度目标清单通常是两者的组合：以补短板的项目保底，以少数打长板的项目求突破，具体配比取决于课题的定位与资源弹性。

8.1.2目标性状优先级

育种目标通常涉及十几个甚至几十个性状，任何育种程序都不可能对所有性状平均用力。通行的分级方式是：

目标性状优先级：

• 一级：产量、品质、抗病性

• 二级：熟性、耐贮运性

• 三级：外观、营养成分

一级性状决定品种的准入资格——产量不过关、品质不达标或重大病害抗性缺失，其他再好也难成气候。对哈密瓜而言，可溶性固形物含量和果肉质地是品质评价的硬门槛，白粉病、霜霉病、枯萎病三大病害的抗性则直接决定品种能否稳定投产。二级性状决定品种的市场定位：早熟与耐贮运往往是一个品种区别于竞争对手的”卖点”，也是育种者划分产品线、错位布局的抓手。三级性状起锦上添花的作用，在不损害一二级性状的前提下顺带改进即可。

分级还有一个重要用途：它决定了选择的时序。一级性状从早代选起、全程考核；二级性状在中代集中选择；三级性状在品系基本稳定后评估定案。把分级落到程序上，选择强度就可以有先后地施加，人力和土地也不至于被全面开花的选择清单拖垮。性状分级并非一成不变——当某一级性状在特定产区上升为主要矛盾（例如某个新产区病害压力陡增），就应及时把它提上一级，重新校准整个程序。

此外，性状之间的相关性也要在分级时通盘考虑。哈密瓜育种中最著名的负相关是品质与抗病性：抗病基因往往连锁着果小、味淡的不良背景，把抗病性定为一同时，就要预判品质指标可能承受的回退幅度，并为品质恢复安排后续世代的再选择。相反，有些性状天然同向，如早熟性与低节位雌花、单果重与果肉厚度之间常有不同程度的正向关系，目标设定时可以利用这些关系借力打力，选一个、带一串。理清性状间的遗传相关（可用第二章的QTL信息和历年试验数据估计），是分级之外更深一层的功课。

8.1.3目标的分解与动态调整

定性描述的目标无法指导试验，必须翻译成可测量的指标体系。例如”优质”要落实为可溶性固形物含量、果肉厚度、中心糖与边糖梯度等具体项目；”抗病”要明确到病原种类、生理小种和鉴定方法；”早熟”要规定从播种到成熟的天数范围或与对照品种的差值。指标一经确定，便应写入试验方案，成为历年间考核的统一标尺，这也是第9.4节数据采集规范的源头。

目标还要为淘汰留出余地。育种程序本质上是一台筛选机器，各阶段淘汰多少、依据什么淘汰，都要在制定目标时预先设计。淘汰强度定得过松，后期品系泛滥、试验场地不堪重负；定得过紧，又可能在早代误杀遗传潜力尚未表达的材料。一个稳妥的做法是软硬结合：一级性状设置硬门槛，一票否决；二级三级性状采用相对比较、留有余地的弹性标准。

指标的分解还有一个容易被忽略的维度：年度节律。哈密瓜生育期跨春夏两季，早熟目标要落在开花期、果实发育期各推多少天上；抗病目标要明确在哪个生育阶段接种或调查；糖分测定要规定在商品成熟采收后多少小时内完成。这些节律性的规定写在试验方案里，历年的数据才具有纵向可比性，否则同一项指标在不同年份测的时点不同，比较便失去了意义。

与指标分解配套的还有评价的权重设计。指标清单拉出来往往一二十项，最终排序品种时不可能”一人一票”地平均，而要按9.1.2节的分级赋权：一级性状权重高且设否决线，二三级性状按定位调节权重。权重可以是显性的——育种记分卡上逐项打分加权求和，也可以是隐性的——由育种家按经验通盘权衡，但无论显性隐性，权重体系都应事先议定并多年保持稳定，避免”今年看糖、明年看抗”的标准漂移让历年数据失去可比性。

最后要强调目标的动态属性。市场在变、病害小种在变、气候在变，育种周期动辄数年，起点上定的目标到了终点未必还是好目标。成熟的育种团队每年都会回顾一次目标清单：哪些指标该提高，哪些该放宽，哪些新性状（如设施专用性、机械化采收适配性）该补进来。目标管理做得好，育种程序才不会只在原地打转。

8.2亲本选配

杂交组合的成败，一半在配组之前就已注定。亲本选配的经验性很强，前人总结出四条基本原则，配合力则可以借助试验测定，本节分别讨论。

8.2.1选配原则

选配原则：

1. 互补原则
2. 地理远缘原则
3. 配合力原则
4. 遗传距离原则

互补原则是根本：亲本双方应当一方补一方之短，优质不抗病的配抗病材料，早熟不丰产的配丰产亲本，双亲缺点重叠的组合原则上不配。落实到哈密瓜上，最常见的一类组合是以地方品种或育成品种为品质与适应性供体，以引进抗源（如抗白粉病、抗枯萎病的PI系统材料）为抗性供体，通过连续回交把抗性导入优良背景，这正是第六章抗病育种策略在程序层面的体现。

地理远缘原则针对的是变异的丰富度——来自不同生态区的亲本遗传差异大，杂交后代的分离谱更宽，出现超亲类型的概率也更高。但远缘是一把双刃剑：亲缘过远，后代分离剧烈、稳定缓慢，不良性状的连锁负担也更重。实践中的分寸是把亲本间的差异控制在”目标性状互补、总体生态型相近”的范围内，既保证变异，又不让后代失控。

配合力原则和遗传距离原则都依赖数据说话。配合力回答”这个亲本配出来平均好不好”，遗传距离回答”两个亲本差异有多大”。分子标记时代的做法是先对候选亲本做遗传多样性分析（见第一章），从指纹图谱上剔除遗传背景高度重叠的冗余材料，再在候选对之间布设测交组合，用配合力数据做最终裁定。两条原则配合使用，可以把配组从”凭印象”推进到”凭证据”。

抗病性状的选配还有一层时间上的考虑：抗源导入与品质改良不必串行等待，可以在同一份群体里并行推进——回交世代用分子标记做前景选择，田间同步对品质做评价，每一代都同时盯住两条线，育种周期即可明显压缩。当然，并行意味着管理和记载的复杂度上升，程序设计时要预先写明各代的选择清单与数据流向，避免两条线在执行中互相挤占。

8.2.2配合力测定

配合力是可以测定的。常用的分析框架是：

配合力测定：

• 一般配合力（GCA）

• 特殊配合力（SCA）

• 不完全双列杂交（NCII）

一般配合力反映亲本基因的加性效应，是可遗传给所有组合的平均贡献，主要靠轮回选择积累；特殊配合力反映特定组合的非加性效应，只在某些配对中显现，是一代杂种优势的来源。一个GCA平平的亲本偶尔也能配出突出的组合，那便是SCA在起作用；反过来，GCA高的亲本则是组配的”压舱石”，值得长期保留并持续改良。

测定配合力需要一套交配设计。完全双列杂交把若干亲本两两正反配齐，信息最全，但组合数随亲本数的平方增长，只适合小规模测定；育种实践更常用不完全双列杂交（NCⅡ设计）：把亲本分成两组（例如一组优质、一组抗病），只在组间做所有可能的配对，用一套”测交系×测验系”的网格覆盖主要信息。NCⅡ设计的方差分量可分解出加性与显性效应的估计，组合数经济，还能顺带产出大量可继续选用的杂交材料，因此在瓜类育种中应用最广。

配合力测定的实施还有几个实操要点。测验系的选择要有代表性：测交系组应覆盖育种目标的主要性状类型，例如既有高糖类型也有抗病类型，否则测得的一般配合力只是对特定测验背景的估计，外推性差。田间安排上，配合力试验同样要遵循9.4节的随机区组设计，每个组合设重复，必要时跨年份重复测定。结果解读时切忌只看组合均值：同样的组合表现，可能来自加性的累积，也可能来自特殊的配对效应，两者的育种含义完全不同——前者说明亲本可反复使用，后者只说明这一对配得好。

配合力的测定结果并非一劳永逸，它依环境与年份而有波动，有条件时应安排两三年或两三个点的重复测定，这一点与9.4节的多年多点思想一脉相承。

8.2.3组配规模与组合评价

定了原则、测了配合力，剩下的问题是配多少组合。育种资源有限，组合数量必须在”广撒网”与”精耕作”之间取得平衡。组配过多的后果是每一组合的F2群体都太小，优良重组根本来不及出现就被群体规模掐灭了；组配过少则押注太集中，一旦主力组合失手便青黄不接。可行的策略是分层布阵：以少量经过配合力验证的”主力组合”配大群体，以一批探索性组合配小群体做侦察，次年依据F1表现决定扩还是砍。

F1本身也是重要的观察窗口。F1的整齐度、长势、育性和总体表现，可以为组合的显性效应和纯合度提供直观信息；对以杂交一代为产品方向的育种，F1表现更是直接的产品测试。但要注意，F1表现与F2选择价值的对应关系并不牢靠——F1的强势未必意味着F2有丰富的可利用变异，评价组合时不能只看F1一时的风光。

组合评价的最后一步是建档。每个组合的亲本来源、配组年份、目标定位、历年表现都应有完整的系谱档案，这份档案既是后期选择的参照，也是品种权保护和品种审定时说明选育过程的法定依据。育种程序越往后走，档案的价值越高，这是许多初学者在程序设计时容易漏掉的一环。

亲本选配还应有进出的机制。每年根据配合力测定和组合表现，把连续多年配不出像样组合的亲本”降档”或退出，同时从种质资源库（见第一章）补充新的候选亲本；表现突出的优良组合，其双亲要立即扩繁保种，必要时把F1回交转入选择程序。亲本圃像一支球队，有首发就要有替补，只出不进的亲本队伍迟早会把遗传基础越打越窄——这正是哈密瓜育种遗传基础狭窄问题在操作层面的成因之一。

8.3选择方法

杂交之后，群体的命运就掌握在育种家的选择手里。选择方法决定了两件事：变异保留多少，以及稳定要多快。几种经典方法各有短长，需要按育种目标和资源条件来取舍。

在选择方法背后，有一条贯穿始终的逻辑：分离世代的选择依据可靠不可靠。早代（F2、F3）个体杂合度高、环境效应占比大，单株表现的”水分”足；随着自交代数增加，遗传方差逐渐由杂合的可分离部分转为可固定的加性部分，选择的把握才随之上升。经典方法本质上都是在”早选早固定”与”晚选更可靠”之间取位置：系谱法选得早、押注信任判断；混合法选得晚、押注信任时间；单粒传干脆不选、只做基因库的搬运工；MAS则试图绕开表型的不可靠，直接读基因型。理解了这条逻辑，四种方法的适用边界便不难判断。

方法的选择还要与性状的鉴定成本挂钩。产量、品质这类性状要到收获后才能定论，任何方法下都只能在株系或品系层面比较；抗病性若有人工接种条件，可以在苗期批量鉴定，选择就能前移；而像网纹、皮色这类肉眼可辨的质量性状，F2一选就准、一传就稳，无论采用哪种框架都应顺手先选。换言之，方法框架是宏观节奏，具体到每个性状上，还要按其遗传力与鉴定成本逐项安排选择世代，这正是把第二章的遗传参数用于程序设计的落点。

8.3.1系谱法

系谱法：

• F2开始单株选择

• F3-F5继续单株选择

• F6形成稳定品系

• 优点：定向选择，效率高

• 缺点：工作量大

系谱法从F2分离世代起就逐株选择、分系种植、逐代记载系谱，每一株材料的来历都清清楚楚。它的最大长处在于定向：想改什么就选什么，优良性状的固定速度快，一般六个世代左右即可获得基本稳定的品系；同时，历代的单株记录让育种家能够回溯任何一条选系的来龙去脉，判断某个性状是真实遗传还是环境假象。对于目标明确、性状遗传力较高、或者需要追踪抗病性等特定性状的育种项目，系谱法是首选。

系谱法的代价是工作量：F2群体动辄上千株，全部要逐一评价、挂牌、收获、分系播种，之后每个世代还要在株系间继续比较，土地和人工的投入逐年攀升。此外，早代单株选择依据的是个体的表现，而个体在分离世代受环境影响很大，选择强度一大就容易误伤——这也是后述混合法试图绕开的坎。

用好系谱法还有几条经验可循。一是F2群体规模要给足：目标性状越多、亲本遗传差异越大，需要的群体越大，规模不足时优良重组出现的概率本身就低，后面的精细选择等于无米下锅。二是记录要跟得上：系谱法的信息价值全靠记载支撑，哪株来自哪个组合、当年表现如何、为何入选，都应随选随记；缺失了记载的系谱法，实际退化为没有档案的混合选择。三是选择强度逐代调整：F2只淘汰明显的劣株、保留较大的变异面，F3以后再逐步收紧，让选择压力随着基因型纯合、表型可信度的上升而渐进加码。

8.3.2混合法

混合法：

• F2-F5混合种植

• F6开始单株选择

• 优点：保留丰富变异

• 缺点：选择效率低

混合法在早期世代不选或只作粗放淘汰，混合收获、混合种植，让群体在自然条件下自我平衡，到F6性状大体纯合后再开始单株选择。它把选择压力推迟到遗传方差主要表现为可固定加性效应的世代，避开了早代选择不可靠的陷阱，早期各世代的工作量也远比系谱法轻。对于耐逆性这类在混合群体中不易准确评价、需要环境充分表达后才好选择的性状，混合法还有额外的好处：多代混合本身就像一场无形的自然选择筛子。

混合法的短板同样明显：前期对群体几乎不干预，变异虽被完整保留，育种进程却相应拉长；而且群体的自然竞争会悄悄改变组成——矮秆、晚熟、种子多的类型往往在混合世代里悄悄扩张，与育种方向背道而驰。为此，实际操作中常采用改良混合法，即在混合期间针对少数遗传力高、易于识别的性状做轻度的定向淘汰，其余留给后期选择，兼顾保留变异与控制方向。

混合法还派生出一些适合瓜类作物的变式。例如在高代才开单株选择的框架下，早期混合世代按熟性、长势等大类分池收获，把一个杂种群体拆成几个”子群体”，F6再在各池内选株，这样后期选系的整齐度和方向性都更好，又不必在早代做精细的单株判断。分池的标准本身也要写进方案，保持逐年一致，否则子群体的边界漂移，历年的比较又乱了套。

8.3.3单粒传法

单粒传法：

• F2开始每株取一粒种子

• F6形成重组自交系（RIL）

• 优点：保留全部变异

• 缺点：耗时

从F2起，每个单株只自交留一粒种子传代，如此繁衍到F6，每条传代线就是一个重组自交系。每个F2单株都有且仅有一条”血脉”延续，变异因此无一遗漏地保存下来；操作机械化、省空间，特别适合温室或加代繁殖条件下快速推进世代，这也是它在冬季加代体系中备受青睐的原因。所得的RIL群体系间变异完整、系内高度纯合，还是QTL定位和构建遗传群体的理想材料，育种与遗传研究可一举两得。

单粒传的局限在于它对选择性状近乎”不作为”：F2到F5期间几乎不做选择，任何一代都不产生直接收益，育成周期实际上取决于能加多少代。对市场变化快、要求抢时间的育种项目，这个”慢”字常常是致命的。因此单粒传多与加代、分子标记辅助选择结合使用，以时间换空间。

组织层面的分工也是单粒传的一个看点：因为操作标准化、判断需求少，F2到F5的世代推进可以交给助手甚至自动化流水线完成，育种家把精力留给高代的品系评价，这与现代种业”世代推进工厂化、品系评价专业化”的分工思路高度契合。中小规模的课题组若无条件加代，单粒传的周期优势便荡然无存，此时它更适合作为保存珍稀组合全谱变异的手段，而非主力的选择路线。

8.3.4MAS选择

分子标记加入之后，选择就有了跨越世代的”透视眼”：

MAS选择：

• 前景选择：目标基因标记

• 背景选择：全基因组标记

• 优点：早期选择，效率高

• 缺点：需要标记信息

前景选择盯住目标基因：用与目标基因连锁的分子标记在苗期判断单株是否携带目标等位基因，不必等到性状表现——抗病性可以不在接上病原的环境下鉴定，耐逆性状可以不在盐池干旱下考验，这便把一些田间难以稳定评价的性状变成了实验室里的确定性判读。背景选择则沿全基因组筛查，在回交改良中帮助快速恢复轮回亲本的遗传背景、甩掉供体带来的不利连锁，把传统回交需要的代数明显压缩。

MAS并非万能。它的前提是标记与基因之间的连锁足够紧密、目标性状的遗传解析足够清楚；对由大量微效基因控制的数量性状，单靠少数标记的前景选择收效有限，此时基因组选择（见第四章）提供了更合适的方案。此外，分子检测有成本，大规模群体的全标记筛查需要权衡投入产出。成熟的育种程序往往把MAS嵌进系谱法或回交流程的特定节点——例如在回交各代做前景与背景双选、在F2苗期用标记初筛再移栽田间——让分子信息的价值在程序的关键位置兑现。

MAS与传统表型选择的关系是互补而非替代。标记回答的是”有没有这个基因”，表型回答的是”这个基因在当前背景下表现如何”，两者合起来才是完整的信息。以抗病性为例，标记初筛可以淘汰不含抗基因的个体、缩小接病鉴定的规模，但最终入选仍然要看接病后的实际反应，因为除了目标主效基因，背景修饰基因同样影响发病程度。把MAS定位为”预筛选与加速器”，把表型鉴定定位为”最终裁判”，是迄今最稳妥的用法。

四种方法不是单选题。实践中常见以系谱法为骨架、早代嵌入MAS、稳定性差的性状推迟到高代再选的混合策略；育种家真正要把握的，是每种选择在哪个世代、对哪个性状施加最划算。这个问题没有标准答案，却恰恰是育种程序设计的核心功课。

8.4试验设计

品系选育出来之后，优劣要靠田间试验说话。试验设计要解决的核心问题只有一个：如何从数据里排除环境的干扰，把基因型的差异干净地分离出来。本节从误差的来源讲起，依次讨论常用设计、实施规范和统计分析。

8.4.1试验误差的来源与田间试验三原则

田间试验的误差来源五花八门，但大体可以归为四类。第一类是土壤差异，这是最主要的一类：试验地的肥力往往呈渐变或斑块状分布，坡地还有水分和养分的再分配，若把两个品系放在肥瘦不同的位置比较，结论自然失真。第二类是管理不均：灌水走向、施肥撒布、打药路线乃至人工操作的时间差，都会系统性偏向某些小区。第三类是边际效应与竞争：小区边行的植株享受更充足的光照和水肥，长势普遍好于内行；相邻小区的植株间还可能存在地下水分养分的竞争，高秆或旺长的品系会”欺负”邻居。第四类是病虫害等生物因子的不均匀发生：病圃里发病中心呈扩散状，虫害有趋嫩趋边性，受害程度随位置而异。

针对这些误差来源，田间试验设计有三条经典原则。其一是重复：每个处理种植两个以上小区，用多次测量平均掉随机波动，并从重复间的差异估计出误差大小——没有重复，误差无从估计，任何显著性检验都无从谈起。其二是随机化：处理在区组内的位置由抽签式的随机过程决定，使各种未知的系统性影响有均等的机会落到每个处理头上，把偏差转化为可检验的误差。其三是局部控制：把试验地按肥力梯度划成若干相对均匀的区组，让处理在区组内比较、区组间差异单独扣除，主动消化最主要的那部分土壤差异。这三条原则由统计学家费雪在二十世纪初总结定型，至今仍是田间试验设计的基石；后面介绍的每一种设计，都是三原则在不同条件下的具体化。

三原则背后还有一个重要的认识：试验误差要区分随机误差与系统误差，两者的对策完全不同。随机误差没有固定方向，可以通过重复取平均来压缩，它的大小还能用统计方法估计出来；系统误差则有固定方向——某一片地总是偏肥、某一批苗总是偏壮——重复不但消不掉它，反而会让每个处理都”稳定地”吃到偏向，把错误结论做得很显著。随机化的功效正在于此：它不能消除系统误差，但能把系统误差转变成随机误差，使之落入可估计、可检验的轨道。因此执行随机时必须真正随机——用随机数表或程序生成排列，切忌图省事手排，人手排出来的”随机”几乎总带着看不见的规律。

8.4.2常用田间设计方法

田间设计：

• 随机区组设计（RCBD）

• 裂区设计

• 拉丁方设计

随机区组设计是品种试验的默认选项：每个区组内各品系随机排列，区组控制了地力差异，分析时把它从误差中扣除，试验的精度便提高了。区组的划分应顺应肥力或地形的主要变化方向——长边垂直于肥力梯度，使区组内部尽可能均匀；参试品系数不宜过多，否则区组拉得太长，”局部均匀”的前提就名存实亡。品系数偏多时，可以改用平衡不完全区组设计，让每个品系出现在若干个区组中、两两相遇次数相等，兼顾区组规模与比较的均衡性。

拉丁方设计比随机区组更进一步：处理按行、列两个方向各排一次，行与列同时充当区组，能同时消化纵横两个方向的系统差异，例如试验地既有肥力梯度又有灌水方向影响时，拉丁方的双重控制便显出优势。它的限制是行数、列数与处理数必须相等，处理数一多，整块地就要排成正方形，布置笨重；处理太少（如少于四个）则重复不足，误差估计的自由度也不够，因此拉丁方适合处理数中等的精细比较试验。

裂区设计用于试验因素有主次之分的场合：把主因素整区安排、副因素在主区内再分裂排列。例如主区安排栽培方式（露地与设施），副区安排不同品系，副区的比较精度高于主区，因为副区之间的地块更近、更均匀。这个”副区精度高”的特性正是裂区设计的用意所在——把育种家最关心的比较放在精度最高的小区层级上。不过裂区的误差项分主、副两个，分析结构复杂，一般品种试验仍以随机区组为主，裂区多用于品种与栽培措施、品种与施肥水平等两因素联合试验。

此外，亲本选配中涉及的NCⅡ设计（见9.2节）属于遗传交配设计，与上述空间排列设计属于不同维度，两者常叠加使用：交配设计回答”配谁”，田间设计回答”怎么种、怎么比”。为便于查阅，表8-2对常用田间设计作了比较。

试验设计画在图纸上只是第一步，落到地里还有一整套布置功夫。播种或定植前要按设计图放线定穴，每小区插牌编号，牌上信息与记载本一一对应；区组之间、试验地四周要预留保护行（区），四周保护行隔离外来干扰，区组间保护行缓冲剩余的地力差异。灌溉方向、整枝打杈的作业顺序都按区组推进，而不是按小区零散进行。这些细节琐碎，却直接决定9.4.1节讨论的误差控制是否名实相符——设计是骨架，布置与执行才是血肉。

表格化比较之余，还要说明设计之间的衔接：一个育种单位的试验体系往往同时容纳多种设计——苗期鉴定用完全随机，品比与区试用随机区组，两因素联合试验用裂区，配合力测定用NCⅡ，各司其职；不同设计的数据最终又汇入同一套联合分析框架。因此，单位内部统一记载格式与数据标准，比追逐任何单一”最优设计”都更重要。

选用设计时的通用思路是：先问试验要比较什么、比较的精度要求在哪个层级，再看试验地的误差结构（有没有明显的梯度或斑块），最后在操作成本可承受的方案里选最简单的一个。设计并非越复杂越好，能被正确实施和分析的简单设计，胜过分析混乱的复杂设计。

8.4.3重复、小区与数据采集规范

重复数目的确定有明确的统计含义：重复越多，误差自由度越大，能分辨的处理间差异越小，试验的灵敏度越高。但重复是拿土地和管理成本换的，实践中通常在误差自由度与投入之间取平衡，对品种比较这类处理数较多的试验，三到四次重复即可获得相当的灵敏度；对变异大、精度要求高的性状（如抗病鉴定），则应增加重复或改在人工病圃等可控条件下考核。决定重复数的另一条思路是先算后种：用往年数据或预备试验估计变异系数，再反推达到目标精度所需的重复数，避免拍脑袋。

重复还有一层常被误解的含义：重复的是”处理单元”，不是株数。把一个品系种满十个小区，才是十次重复；把十个单株种在同一小区里，只算小区内的取样重复，只能压缩单株间的随机误差，却对小区所在地那片土壤的特异性毫无办法。分清这两个层次，就不会把”我种了三百株”错当成”我有足够的重复”。当然，小区内株数也不能太少，株数过少时小区均值受个别植株支配，等于人为放大误差——小区规模的确定，本质上是在这两个误差来源之间找平衡。

小区面积与形状同样影响精度。小区太小，单株间的偶然差异会左右小区平均值；小区太大，占地成本上升，区组内均匀性反而难保。瓜类作物单株占地大、产量构成受单瓜数影响明显，小区通常以固定株数折算，并适当加大重复数弥补株数有限的问题。形状上，狭长小区顺着肥力梯度方向布置，能让每个小区均摊好地与差地，比方形小区更能对冲系统误差。边际效应的处理办法是设保护行并只收获计产行段，即”种满边、只收中”，把边行优势从数据里剔除；相邻小区间的根系竞争，则靠留出足够的小区间距来缓解。

再好的设计也架不住执行走样。数据采集规范至少包括四条：一是管理统一，同一操作的作业时间、用量、路线在所有小区间保持一致，确需分批时按区组分批，不能按小区东一片西一片地做；二是标准统一，物候期、病情指数、品质测定等项目都按事先写定的分级标准和测定方法执行，最好由同一批人完成关键观察，减少人员间系统差；三是记载及时完整，原始数据当场记录并双人复核，事后补记是试验数据失真的最大来源之一；四是全程留痕，试验地概况、天气异常、突发管理事件都要写入田间档案，日后解释数据时这些都是不可替代的旁证。常见的试验失误——忘了保护行、小区被邻作遮荫、灌水先后不一、收获时把边际株计入产量——几乎都出在实施环节而不是设计环节，值得反复强调。

有些试验类型还有额外的规范要求。抗病性鉴定若在自然病圃进行，要在田块设置诱发行并记录发病动态，保证病原压力足以区分开品种间差异；若做人工接种，接种浓度、菌龄、接种部位和保湿时间都按标准化流程执行，否则病情指数在不同批次间不可比。品质测定对取样也有讲究：测可溶性固形物要在果实发育一致的部位取样、同一果实多点取汁混合，取样部位不统一带来的误差往往大于仪器误差。这些看似细枝末节的规定，正是”试验数据经得起审”的底座。

8.4.4统计分析与多年多点试验

数据拿到手，统计分析才刚刚开始：

统计分析：

• 方差分析（ANOVA）

• 遗传力估算

• 配合力分析

• 稳定性分析

方差分析回答”品系间差异是否真实存在”，把总变异分解为品系、区组和误差几个来源，是一切后续分析的地基。以随机区组试验为例，观察值被表达为总体均值、品系效应、区组效应与随机误差之和，品系均方对误差均方的比值服从F分布，据此检验品系间差异的显著性；品系间差异显著后，再用多重比较或对照品种比较来判断具体谁优谁劣。遗传力估算回答”这个性状有多大成分能传给下一代”，直接决定选择的时机与强度：广义遗传力由品系方差占总方差的比例估计，若能把品系×年份互作也分离出来，还能得到更接近选择实际的狭义或重复力估计，这些参数反过来指导9.1节中目标性状的分级与选择时序。配合力分析建立在交配设计之上，从组合方差中分解出一般配合力与特殊配合力分量，为9.2节的亲本评价提供依据。稳定性分析面向多环境数据，把品种对环境变化的反应分解为线性响应和离回归部分，常用的回归法把品种均值对环境指数做回归，用回归系数衡量品种对环境的敏感程度——系数小而均值高的品种，便是人们期望的”广适应、稳产”型。

数据分析之前的数据审查同样是一门功课。原始记录先做完整性检查：有无漏记、有无明显超出生物学常理的极端值（如单果重记成两位小数、株高记反了数量级）；再做逻辑核查：物候期先后是否合理、小区收获株数与定植株数是否对得上。异常值不要急着删，先查田间档案找原因——若是记录笔误或小区管理事故（如被踩踏、漏灌），可按预案处理并留档；若是真实的生物学表现，则必须保留。数据整理时保持原始层与汇总层分离，任何修正都要留痕，这是试验数据走向品种审定材料时的基本纪律。

品种最终面对的不是一块地，而是产区的千百块地。同一品种在不同年份、不同地点表现排序会变，这就是基因型与环境互作（G×E）。G×E小，说明品种表现稳定、适应面广；G×E大，则要进一步分辨互作的来源——是可预期的（如品种只适合某类土壤，可按生态区布局），还是随机噪声（只能靠多点平均消化）。识别G×E的标准做法是把多年多点试验组织成”年份×地点×品种”的三因素联合分析，辅以AMMI或GGE双标图等工具，把品种与环境放到同一张图上看”谁在哪里表现好”。这些方法不要求特殊的数据来源，需要的只是按统一方案执行的多年多点数据，可见程序的意义在于从设计源头保证数据可用。

联合分析的另一个有力工具是BLUP（最佳线性无偏预测）。它的思想是：把品种、年份、地点及其互作都当作模型中的效应项，在估计误差方差的框架下对每个品种的表现给出”扣除环境背景后的真值预测”。相比简单的多点平均，BLUP能同时校正年份地点的不平衡（比如某品种恰逢旱年多点参试），在数据不全的现代大规模试验中尤其占优；以BLUP为基础的品种间比较和排序，如今已是作物区域试验数据汇总的常规做法。对育种者而言，掌握这些方法的意义不在于亲手推导公式，而在于理解每种分析前提什么数据、能回答什么问题，从而在程序设计阶段就把分析的接口留好。

还要提醒一点：统计方法不能替代试验质量。方差分析、稳定性分析、BLUP都建立在”误差可估计、设计无偏”的前提上，一份设计或执行有硬伤的数据，任凭多高级的模型也只能在错误的地基上得出貌似精确的结论。反之，一份按规范执行的简单试验，用最基本的方差分析就能给出可信的判断。先有好数据，再谈好模型——这是9.4全节应当留给读者的一句话。

8.5品种审定与推广

试验数据再漂亮，品种也不能自己走上市场。育成品系必须通过法定的试验与审定程序，取得”身份证”之后才能合法推广。本节先看试验的层级结构，再看审定与登记程序，最后落到推广策略。

8.5.1品种试验的层级结构

从品系稳定到品种上市，试验规模逐级放大、参试材料逐级精简，形成一条清晰的漏斗。程序由若干环节组成，每一步都有明确的年限要求：

这条漏斗还有一个容易被忽视的属性：各阶段信息要”向下反馈”。区域试验中发现某品种在个别生态点表现失常，反馈到亲本层就是下次组配要补入相应的适应性来源；生产试验中发现农户反映坐果性不稳，反馈到选系层就是下一代评价要加入坐果考核。程序不该是一条单向的传送带，而是一个带反馈回路的闭环——参试材料的血缘记录越完整，反馈越能落到具体的选系与组合上。

审定程序：

1. 品种比较试验（2年）
2. 区域试验（2-3年）
3. 生产试验（1年）
4. 品种审定
5. 品种登记

品种比较试验在育种单位自己的试验地上进行，多品系同台比较，从数十个品系中筛出少数出类拔萃者，这一步是育种家对自己的检验。品比试验通常连续进行两年，因为单年数据受当年气候影响太大，两年的重复才能说明品系表现的稳定性；试验设计即9.4节所述的随机区组，以当地主栽品种为对照，考察产量、品质、抗性与整齐度的全面表现。表8-1概括了各阶段的主要任务与淘汰逻辑。

区域试验把当选品系送到目标推广区域内的多个试验点，由省级或国家级种子管理机构统一组织，各点按统一的对照品种、调查项目和方案执行，连续两到三年。区域试验回答的是品比试验无法回答的问题：这个品种离开育种家的试验地还行不行？它的数据同时覆盖年份间和地点间两个维度，正是9.4.4节G×E分析和稳定性分析的用武之地。

试验点的布设是区域试验成败的关键。选点要能代表目标推广区的气候带、土壤类型和栽培制度，覆盖主产区与潜力产区，而不是图方便都放在交通方便的城市近郊；各点承试单位要具备执行统一方案的技术力量，调查口径靠培训与现场考察来统一。点数与年数的组合决定了数据对产区的覆盖面：点太少则代表性不足，年数太少则避不开特殊年份的气候干扰。区域试验的组织成本高，正因如此，育种家在品比阶段就该预判品系可能的适应范围，把送试的方向想清楚，避免宝贵的区试名额用错了地方。

生产试验则在区域试验的最后一个年度同步进行，按接近大田的面积种植，让品种在普通农户的管理水平下接受实战检验，同时起到示范宣传的作用。三级试验的淘汰强度依次递增而材料规模依次递减，环环设卡的漏斗结构，保证了最终走向市场的品种既有数据支撑，也经得起生产的直接检验。

两级试验中对照品种的设置值得单独一说。对照不只是”及格线”，更是所有相对指标的参照原点：增产百分率、早熟天数、抗病指数的比较，全部以对照为基准。对照一旦选偏——用了已经退出市场的老品种，或用了与新品系生态型悬殊的材料——整个试验的比较基础就歪了。通行做法是以目标产区当前的主栽品种为对照，并保持多年试验中对照不变；条件允许时再加一个进度性对照，用于检查试验地本身的年际波动。对照种子要每年提纯更新，保证历年试验用的是同一遗传背景的对照，这也是第九章种子生产环节要衔接的地方。

8.5.2品种审定、DUS测试与登记

品种审定是由省级或国家级品种审定委员会组织专家，对区域试验和生产试验结果进行审核表决的法定程序。申报材料除试验数据外，还需附品种选育报告，交代亲本来源、选育经过和历代表现——这正是9.2.3节强调系谱档案的原因。对多数瓜类作物，品种实行登记制度：非主要农作物品种在登记平台提交品种说明、试验数据和标准照片，公示后即可合法推广，程序较审定简化，但数据真实性责任完全落在申请者身上。无论审定还是登记，品种都必须具备特异性、一致性和稳定性，即所谓DUS三性。

DUS测试有专门的测试指南和标准品种体系：特异性要求申请品种与已知品种有可辨识的差别，一致性要求品种群体内个体间整齐一致，稳定性要求多代繁殖后性状保持不变。测试通常由指定的测试机构按指南逐项观测数十个形态性状，必要时辅以分子标记核实真实性，全程需要两个以上相同生长周期的观测。对育种者而言，DUS测试意味着品种在选育阶段就要注意性状的整齐度与可描述性——一个参差不齐的品系，再高产也过不了这一关。品种通过审定或登记后，符合条件的还可申请植物新品种权，为育种投入提供知识产权保护，选育过程中的亲本与系谱证据在这里再次派上用场。

申报与测试环节的时间安排也要纳入育种程序通盘规划。DUS测试需要两个以上相同生长周期的观测，测试材料的繁殖与保纯要提前准备；申报材料中的照片、描述与试验数据要相互印证，任何一处口径不一致都可能触发补正。育种团队从品比阶段起就按申报口径采集和整理数据，到了申报时便能水到渠成——这是”程序设计服务最终目标”的一个生动注脚。

8.5.3品种推广策略

审定只是获得了通行证，品种的价值最终要在推广中兑现。推广工作通常包括：

推广策略：

1. 示范基地建设
2. 技术培训
3. 种子生产
4. 市场营销

示范基地让农户在自家门口看到品种的真实表现，眼见为实，胜过千言万语。选点要能代表目标产区的典型条件，管理按品种配套技术执行，让”品种好”与”种法好”一起展示出来。技术培训解决的是”好品种还需好种法”的问题，特别是杂交一代品种对栽培管理的要求与农家老品种不同，播种期、密度、整枝留果方式乃至水肥节奏都要重新适配，培训不到位，好品种也可能被种砸，反过来败坏品种声誉。

种子生产是推广的物资基础，涉及原种繁殖、杂交制种与质量检验，牵涉亲本保纯、隔离条件和制种技术等专门问题，将在第九章详述。这里只强调一点：推广铺开的规模必须与种子的生产能力和质量保障能力相匹配，仓促放量而种子纯度失控，对一个新品牌可能是毁灭性的。市场营销则围绕品种定位展开——早熟瓜打时间差，晚熟冬瓜主打耐贮外运，优质中熟瓜走精品路线——定位越清晰，示范与培训的投入越能形成合力。

推广节奏的把控同样重要。新品种第一年宜小范围示范，重点验证在农户条件下的表现并收集反馈；第二年扩大到若干代表乡镇，同步铺开培训；第三年起视种子产能与市场反馈决定是否全面铺开。骤然放量是新品推广的经典陷阱——种子跟不上就调外购种充数，纯度一失守，多年培育的品牌信誉一次就搭进去。推广信息也要讲究真实：宣传材料上的产量与品质数据应当来自区域试验和生产试验的公开结果，夸大宣传透支的不只是一个品种，而是整个育种单位的公信力。

至此，从目标制定到审定推广的育种全流程已经走通。但品种推向市场之后，故事并未结束——农民每年都要重新买种，育种者就必须持续不断地提供纯正、优质的种子，这便是下一章的主题。

回望全章，育种程序与试验设计的关系可以用一句话概括：程序决定”在什么时候比较什么”，试验设计决定”比较得可不可信”。前者是纵向的时间轴，后者是横向的方法论，两者交织成一张筛网——种质资源的潜力经过这张筛网，最终凝结成一个有数据背书、有法律身份、经得起大田检验的品种。这张网织得越严密，育种的效率与信誉就越高；而织网的本领，正是育种学区别于简单杂交选配的专业门槛所在。

本章参考文献

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思考与讨论

1. 结合你熟悉的一个哈密瓜产区，讨论市场需求、生态适应性与遗传可行性三条原则之间可能出现的冲突，并说明你会如何在育种目标中取舍。
2. 为什么目标性状要分级管理？如果某产区白粉病压力骤增，你会如何调整9.1.2节的性状优先级与选择时序？
3. 系谱法、混合法、单粒传法在变异保留与稳定速度上各有取舍。若你的项目具备冬季加代条件并已开发出抗枯萎病的紧密连锁标记，你会设计怎样的组合式选择方案？
4. 试从误差控制的角度解释随机区组设计的三个要点：区组如何划分、区组内为何必须随机、区组间差异在方差分析中如何处理。
5. 小区试验中边际效应是如何产生的？有哪些在设计阶段和收获阶段可以采取的规避措施？它们各有什么代价？
6. 为什么品种比较试验要连续两年、区域试验要多年多点？试用基因型与环境互作（G×E）的概念说明两级试验各自解决什么问题。
7. 裂区设计中”副区精度高于主区”的统计依据是什么？举一个哈密瓜育种中适合采用裂区设计的两因素试验例子并说明安排理由。
8. DUS测试的特异性、一致性、稳定性分别对育种程序中的哪些环节提出了要求？结合本章内容谈谈你对”程序设计决定品种成败”的理解。