馬小廷,米福貴,王 毅,伏兵哲,撒多文

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

偃麥草屬（Elytrigia）是禾本科多年生根莖禾草,具有良好的抗旱、抗寒、耐鹽堿能力[1],是小麥族內(nèi)重要的牧草種質(zhì)資源和雜交育種的優(yōu)良親本材料[2-3]。其中,中間偃麥草（E.intermedia）和長穗偃麥草（E.elongata）在我國北方省區(qū)常被作為優(yōu)良牧草和防風(fēng)固沙植物利用[4],同時也是小麥（Triticum aestivum）抗病育種所用的重要抗性種質(zhì)資源[5-6]。本試驗(yàn)采用連續(xù)干旱法脅迫,研究評價中間偃麥草、長穗偃麥草及其雜交種的抗旱性能,以為雜交育種和新品種培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料為中間偃麥草、長穗偃麥草及其正反交的雜種F1植株。

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)于2009年6月5日-10月2日在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)材料種植于溫室花盆中,每盆分栽30個分蘗。供處理的材料在試驗(yàn)開始前澆透水,之后停水讓其自然干旱,對照組正常澆水。干旱脅迫設(shè)停水0、4、8、12 d共4個處理,每處理重復(fù)3次。采集各處理的葉片測定相關(guān)生理指標(biāo),采樣時間為7:30-8:00。

植物組織相對含水量的測定采用稱量法[7]；葉綠素含量采用丙酮反復(fù)提取法[7]；葉片游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[7]；丙二醛采用硫代巴比妥酸法[7]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[7]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法運(yùn)用SAS 9.0軟件完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主成分分析,并利用隸屬函數(shù)值對試驗(yàn)材料的抗旱性進(jìn)行綜合評價。運(yùn)用的主要公式如下:

隸屬函數(shù)[9]:

式中,xj表示第j個綜合指標(biāo)；xmin表示第j個綜合指標(biāo)的最小值；xmax表示第j個綜合指標(biāo)的最大值。

權(quán)重[9]:

式中,Wj值表示第j個綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度；Pj為各材料第j個綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

綜合值[9]:

2 結(jié)果與分析

2.1 抗旱系數(shù)干旱脅迫到第12天時,中間偃麥草、長穗偃麥草及雜交種材料均出現(xiàn)不同程度的萎蔫,且各項(xiàng)生理指標(biāo)測定值與對照相比差異顯著。故選用干旱脅迫第12天時的各項(xiàng)生理指標(biāo)計(jì)算抗旱系數(shù)（表1）。

由表1可以看出,在干旱脅迫時,葉片相對含水量、葉綠素、可溶蛋白的值較對照有不同程度的下降,而游離脯氨酸、丙二醛的值則呈現(xiàn)不同程度的升高,表明在干旱脅迫條件下,植物通過調(diào)節(jié)生理代謝過程來抵御這一逆境。

表1 中間偃麥草、長穗偃麥草及其雜交種單項(xiàng)生理指標(biāo)的抗旱系數(shù)

2.2 主成分分析以抗旱系數(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)各向量的絕對值將不同性狀指標(biāo)劃分為3個主成分。它們的累計(jì)貢獻(xiàn)率高達(dá)到97.62%（表2）。

表2 各指標(biāo)主成分的特征向量和累積貢獻(xiàn)率

決定第一主成分大小的主要是葉綠素、丙二醛和葉片相對含水量3個指標(biāo),它相當(dāng)于2.365個原始指標(biāo)的作用,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的47.30%。葉片相對含水量反映了葉片失水多少,在干旱脅迫下葉綠體結(jié)構(gòu)受損,而丙二醛是質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物。因此,可把第一主成分稱為“葉片受傷害的因子”。

決定第二主成分大小的主要是游離脯氨酸含量,它相當(dāng)于1.505個原始指標(biāo)的作用,可單獨(dú)反映整個原始數(shù)據(jù)信息量的30.10%。干旱環(huán)境下,因脯氨酸在植物體內(nèi)的積累主要用于調(diào)節(jié)滲透平衡,故可將第二主成分稱為“滲透調(diào)節(jié)因子”。

決定第三主成分大小的主要是可溶蛋白,相當(dāng)于1.011個原始指標(biāo)的作用,可反映全部信息量的20.22%,故將第三主成分稱為“蛋白因子”。

2.3 抗旱性綜合評價

2.3.1隸屬函數(shù)分析 將各材料的抗旱系數(shù)代入各主成分表達(dá)式中,計(jì)算出各綜合指標(biāo)值,根據(jù)公式（1）求得每一材料各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表3）。

表3 各試驗(yàn)材料的綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值 μ（xj）、綜合評價（D）

2.3.2權(quán)重的確定 根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率（分別為 47.3%、30.1%、20.2%）,利用公式（2）可求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重,3個綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.485、0.308 、0.094（表 3）。

2.3.3綜合評價 用公式（3）計(jì)算試驗(yàn)材料的綜合耐旱能力。把每一試驗(yàn)材料的隸屬函數(shù)值分別乘以相應(yīng)的權(quán)重,累加得到各試驗(yàn)材料的抗旱綜合值。

根據(jù)各材料的抗旱綜合值（表3）可對試驗(yàn)材料的耐旱進(jìn)行強(qiáng)弱排序,值越大,表明試驗(yàn)材料越耐旱。雜交種2的值最大,長穗偃麥草的值最小。

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫引起植物體內(nèi)出現(xiàn)水分虧缺,降低了植物組織相對含水量,植物組織相對含水量降低幅度可反映植物體內(nèi)缺水程度[10]。丙二醛含量是反映膜脂過氧化強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[11]。丙二醛對水分變化的反應(yīng)非常敏感,干旱脅迫時,植物體內(nèi)丙二醛大量積累,丙二醛含量增加的幅度,可作為一項(xiàng)抗旱指標(biāo)[12]。葉綠素含量是反映植物光合作用強(qiáng)度大小的重要指標(biāo),植物抗旱性與葉綠素含量有關(guān),干旱脅迫下,葉綠素含量下降,因此可作為一項(xiàng)抗旱指標(biāo)[13]。干旱脅迫時游離脯氨酸增多,它可作為植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物,也可起解毒作用,因此脯氨酸可用作抗旱的生理指標(biāo),也可用來鑒定植物受干旱程度的大小[10-14]。

牧草的抗逆性受多種因素影響,不同草種的抗逆機(jī)制也不盡相同,從而使得不同種類的牧草在逆境脅迫下,具體生理指標(biāo)的反應(yīng)也不盡相同。因此,用單個生理指標(biāo)難以準(zhǔn)確地體現(xiàn)牧草抗逆性的強(qiáng)弱,故人們經(jīng)常應(yīng)用多個指標(biāo)綜合評價牧草對不良環(huán)境的耐受能力[15]。主成分分析法能將多數(shù)單個指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的、數(shù)量較少的、彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo),并能根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小,準(zhǔn)確判定各綜合指標(biāo)的相對重要性。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算出各試驗(yàn)材料的每一個綜合指標(biāo)值以及相應(yīng)的隸屬函數(shù)值后,依據(jù)各綜合指標(biāo)的相對重要性（權(quán)重）進(jìn)行加權(quán),便可得到各試驗(yàn)材料抗旱性的綜合值。

本試驗(yàn)所測定的4份材料的抗旱性是由上述3個綜合指標(biāo)共同決定的,任一綜合指標(biāo)值的大小并不能完全代表某一材料抗旱性的強(qiáng)弱。根據(jù)3個綜合指標(biāo)值的貢獻(xiàn)率求出其相應(yīng)的隸屬函數(shù)值,并依據(jù)各綜合指標(biāo)的相對重要性（權(quán)重）進(jìn)行加權(quán),得到不同試驗(yàn)材料抗旱性的綜合評價值。由于其值是一個無量綱的純數(shù),各試驗(yàn)材料的抗旱性具有可比性[16-17]。

在干旱脅迫時,全部供試材料的游離脯氨酸、丙二醛含量與對照相比呈現(xiàn)出增高趨勢,葉片含水量、可溶蛋白、葉綠素含量表現(xiàn)出下降趨勢。5個單項(xiàng)指標(biāo)綜合成為了3個相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)；通過隸屬函數(shù)分析,雜交種1（正交）的抗旱綜合值為0.529,雜交種2（反交）為0.702,而其2個親本中間偃麥草和長穗偃麥草僅為0.308和0.191,雜交種材料的抗旱能力遠(yuǎn)高于2個親本,其中反交雜交種的抗旱性最強(qiáng)。

[1]李培英,孫宗玖,阿不來提.偃麥草種質(zhì)資源抗旱性評價初步研究[J].中國草地學(xué)報(bào),2008,30（3）:59-64.

[2]孟林,毛培春,張國芳.偃麥草屬植物種質(zhì)材料不同耐鹽群體生理指標(biāo)分析[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究,2009,27（6）:84-88.

[3]李培英,孫宗玖,阿不來提.偃麥草種質(zhì)資源外部性狀變異及其形態(tài)類型的初步研究[J].草業(yè)科學(xué),2010,27（1）:71-78.

[4]陳寶書.牧草飼料作物栽培學(xué)[M].北京:中國農(nóng)業(yè)出版社,2001:334-337.

[5]劉建霞.源于中間偃麥草的小麥新品系CH5026白粉病抗性的遺傳[J].華北農(nóng)學(xué)報(bào),2008,23（1）:194-198.

[6]賀潤麗.源于長穗偃麥草的小麥新品系CH7034抗白粉病基因的染色體定位[J].分子植物育種,2008,6（2）:251-256.

[7]李合生.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京:高等教育出版社,2000.

[8]孟慶立.谷子抗旱相關(guān)性狀的主成分與模糊聚類分析[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2009,42（8）:2667-2675.

[9]周廣生,梅方竹,周竹青,等.小麥不同品種耐濕性生理指標(biāo)綜合評價及其預(yù)測[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2003,36（11）:1378-1382.

[10]李合生.現(xiàn)代植物生理學(xué)[M].北京:高等教育出版社,2002:402.

[11]唐曉敏.長期水分脅迫下甘草葉片的抗旱生理響應(yīng)[J].河北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2008,31（2）:16-20.

[12]肖佳雷.不同類型春小麥抗旱生理指標(biāo)耐旱指數(shù)的主成分分析[J].東北農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2007,38（4）:478-482.

[13]邵麟惠.灌木抗旱機(jī)理研究[J].草業(yè)科學(xué),2007,24（4）:23-27.

[14]萬里強(qiáng),李向林,石永紅,等.PEG脅迫下4個黑麥草品種生理生化指標(biāo)響應(yīng)與比較研究[J].草業(yè)學(xué)報(bào),2010,19（1）:83-88.

[15]楊俊,馬健,王婷婷,尹湘江.5種荒漠植物抗旱性及其與抗旱指標(biāo)相關(guān)性的定量評價[J].干旱區(qū)資源研究,2009,23（6）:143-146.

[16]張朝陽,許桂芳.利用隸屬函數(shù)法對4種地被植物的耐熱性綜合評價[J].草業(yè)科學(xué),2009,26（2）:57-60.

[17]白志英.小麥代換系抗旱生理指標(biāo)的主成分分析及綜合評價[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2008,41（12）:4264-4272.