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数量性状遗传研究的试验设计
莫惠栋
ExperimentalDesignsinGeneticResearchofQuantitativeCharacters
完全随机，随机区组等试验设计，通常称为环境设计。环境设计的基本目的，最大程度地降低和无偏地估计试验误差。但在数量性状的遗传研究中，仅有环境设计是不够的，还必须进行“处理设计”。这就是，必须根据遗传学的基本原理和研究目的，确定合适的供试基因型。这些基因型，通常需要有一定的交配方案产生，以使它们之间的差异可以从遗传学上作出合理解释，从而可提供有关遗传参数和遗传模型的信息。任何一个数量遗传试验，都必须将这种处理设计与一定的环境设计相结合。
在植物方面，比较常用的遗传处理设计有意以下6种：
表1基因型单因素设计的方差和协方差分析
变异来源第性状第和第性状区组基因型环境误差总
（一）基因型单因素设计 这种设计的处理仅是一些彼此独立的基因型，因而是最简单的。其试验群体，在自交作物上一般是若干纯合的品种或品系；在异交作物上则是被研究群体的一些自交一代或者双亲本随机成对杂交的后代裔。设有个基因型，种成个完全区组，则任一性状的方差分析或任两个性状的协方差分析，可以小区平均数为基础列如表1。由之即可获得任一性状的、、和任意两个性状的、、的估计：
（1）
该遗传方差的分量（加性－显性模型）则为：
（2）
由上述结果可进一步计算被研究群体的、、、、、等统计数，以表示群体的特征和遗传潜势；而根据相关矩阵（这实际上是标准化的方差－协方差阵），还可作出通径分析，选择指数分析，距离分析和聚类分析等。
本设计在自交作物和无性繁殖系的种质资源研究以及异交作物的测试杂交方面，已有广泛应用。但有几个问题仍需特别注意：
1． 在实践上，应将本设计与一般的品种比较试验相区别。品比试验也只有基因型一个因素，但其效应属于固定型；而本设计的基因型效应通常均为随机型，即供试基因型都应是在一总体中抽取的随机样本。如果将效应为固定型的试验当作随机型分析，其遗传参数估计一般都是有偏的，难以作为进一步研究的依据。
2． 表1中的的小区平均数的环境方差，具分量。其中为小区间非遗传变异的方差，为小区内方差，为每一小区的样本容量。在自交作物上，当然亦是非遗传变异，所以是名符其实的环境方差。但在异交作物上，含有遗传变异（对于）和（对于成对杂交后裔），它们已与小区内的环境变异混杂而难以分离。所以，环境方差的偏高估计。
3． 当以估计遗传力时，在自交作物上将偏大（与由估计的相比较），在异交作物上将偏小。前者可改用估计，这可与代估计的相近。
4． 由表1得出的遗传方差－协方差阵，系相减而来，可能是非正定的；从而使得表现型的方差－协方差阵也可能非正定。这种性质使得许多多元分析工作难以进行。一个弥补的方法是，由各基因型平均数直接得出一个方差－协方差阵，作为遗传方差－协方差阵的近似（这时的）。这是一个标准的样本阵，是正定的。将它与环境的方差－协方差阵相加而得的表型方差－协方差阵，也是正定的。
（二）世代家系设计 这种设计的处理是一些有着一定血缘关系的世代，在自交作物上经常应用。一般地说，其试验群体是异质的，但包含有纯合的和杂合的两类家系。其最简单的处理包含、、和世代；精细一些，应再加入和世代；再精细一些，还可加入、、、、自交和自交等家系。利用这种设计，可对一个杂交组合衍生群体的基因作用方式、遗传模型及利用潜力等作出较深入的评价。如新近应用本设计研究杂种优势的遗传机制（Jinks,1983），发现基因的分散态和型互作是杂种优势的基本遗传原因。
表2双列杂交类型
双列
类型试验总
家系数其中正交反交自交ⅠⅡ0Ⅲ0Ⅳ00
本设计的分析，已在前述“世代平均数、方差、协方差的遗传分析”中作过介绍（见本学报1984年第4期至1985年第4期），此处不述。
表3双列杂交的方差分析
变异来源区组家系误差
（三）双列杂交设计 这种设计的处理由个亲本系相互杂交的后裔家系组成，有四个类型（如表2）。在每一类型中，根据亲本的不同性质，又有固定模型和随机模型之分。前者适于分析各特定亲本的配合力，后者适于估计被抽样总体的遗传变异。这种设计在自交和异交作物上皆可应有，一般有较理想的精确度。其分析方法可参见B.Griffing,1956（译文见本学报1980年第1、2、4期）。
在植物上，多数性状不存在正反交差异，故本设计的类型Ⅲ和Ⅳ的应用最为广泛；而对遗传研究而言，通常应用随机模型，即亲本系从被研究总体中随机抽取的。以下对类型Ⅳ随机模型的分析方法作一简介。
表4双列杂交的家系平均数
*为所有含的平均数之和
设个家系种成个重复，得个小区平均数，则有方差分析如表3。如果表3家系的测验为显著，则可列出个家系平均数如表4式样，并用模型：