方 榮，周坤華，陳學(xué)軍，繆南生

(江西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 蔬菜花卉研究所，江西 南昌 330200)

弱光是影響我國冬春季設(shè)施辣椒生產(chǎn)的一個重要因子，克服弱光逆境最有效的方法是培育耐弱光品種，因此，篩選和鑒定辣椒耐弱光性種質(zhì)資源非常重要，為此，一些學(xué)者從形態(tài)學(xué)和生理學(xué)等方面提出了作物耐弱光性鑒定指標。姜亦巍等［1］認為開展度變化量是辣椒耐弱光性最佳形態(tài)鑒定指標，王麗萍等［2］認為辣椒莖粗的變化比較穩(wěn)定，且便于測量，可作為參考指標;朱龍英等［3］的研究表明，座果率是鑒定番茄耐弱光性的重要指標，王學(xué)文等［4］提出葉綠素含量及chla/b值的變化可作為番茄耐弱光逆境生理指標;在鑒定茄子耐弱光性時，何明等［5］認為苗期干質(zhì)量和成株期產(chǎn)量是兩個重要指標;陳青君［6］認為葉面積指數(shù)比其它單項生理指標更適宜黃瓜低溫弱光耐受性評價，張峰等［7］則認為黃瓜耐弱光鑒定應(yīng)以葉面積增長量為主;黃俊等［8］將葉片厚度減少百分率作為鑒定白菜耐弱光性的一個重要指標。

由于作物耐弱光性是一個受多基因控制的數(shù)量性狀［9－11］，遺傳機理比較復(fù)雜，上述單一指標不能全面、準確反映作物對弱光適應(yīng)的綜合能力，且不同指標間鑒定結(jié)果不盡相同，甚至相互矛盾。近年來，多元統(tǒng)計分析方法在作物上的應(yīng)用越來越廣泛，許多學(xué)者將其應(yīng)用于作物抗逆性鑒定和評價方面，并取得很好的效果［12－15］，但在辣椒耐弱光性鑒定方面的應(yīng)用尚未見報道。本研究擬通過多元統(tǒng)計分析方法中的因子分析、隸屬函數(shù)分析和聚類分析，對12份不同類型辣椒種質(zhì)耐弱光性進行綜合評價和鑒定，旨在探討辣椒耐弱光性鑒定和篩選的有效方法，為辣椒耐弱光種質(zhì)資源的篩選、鑒定以及耐弱光性育種提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 供試材料

試驗在江西省農(nóng)科院蔬菜花卉研究所塑料大棚中進行，供試種質(zhì)12份，其中，灌木辣椒(Capsicum frutescens)種質(zhì)8 份，即 H101、H101A、H102、H103、V06C1032、H107、H107B 和 H108;一年生辣椒(C.annuum)種質(zhì)4 份，即 V06C0298、GX、V06C1825 和 SEC(表1)。

表1 供試材料序號及來源Tab.1 The order number and origin of the 12 accessions in pepper

1.2 試驗方法

2011年8月25日浸種催芽，8月31日播種于育苗盤中，以草炭為育苗基質(zhì)，播種后遮蔭保濕，直至出苗。當(dāng)幼苗4葉1心時，用口徑10 cm×10 cm塑料育苗缽分苗，草炭為栽培基質(zhì)。采用隨機區(qū)組試驗設(shè)計，3次重復(fù)，每次重復(fù)20株，以自然光照下生長的植株為對照，黑色遮陽網(wǎng)覆蓋為遮光處理(遮光率80%)，遮光處理時間為9月20日—10月20日。

1.3 考察性狀和測定方法

苗期遮光處理結(jié)束后，分別從每個小區(qū)中隨機選取5株，分別測定株高、單位葉片株高、下胚軸長、葉長、葉寬、葉厚、莖粗、單株葉數(shù)、植株鮮質(zhì)量、葉鮮質(zhì)量、莖鮮質(zhì)量和根鮮質(zhì)量等12個形態(tài)指標，取平均值。

測定方法:(1)株高(X1，cm):用卷尺量取從植株基部至植株最高點的距離;(2)單位葉片株高(X2，cm/片):株高與葉數(shù)的商;(3)下胚軸長(X3，cm):用直尺量取從植株基部至子葉著生處的距離;(4)葉長(X4，cm):用直尺量取植株中部已充分發(fā)育的葉片的長度;(5)葉寬(X5，cm):用直尺量取植株中部已充分發(fā)育的葉片的最寬處;(6)葉厚(X6，mm):用游標卡尺量取植株中部已充分發(fā)育葉片的厚度。(7)莖粗(X7，cm):用游標卡尺量取植株莖基部直徑;(8)單株葉數(shù)(X8，片):植株真葉數(shù)量之和;(9)植株鮮質(zhì)量(X9，g):用電子天平稱取單株鮮樣質(zhì)量;(10)葉鮮質(zhì)量(X10，g):用電子天平稱取單株葉片鮮樣質(zhì)量;(11)莖鮮質(zhì)量(X11，g):用電子天平稱取單株莖鮮樣質(zhì)量;(12)根鮮質(zhì)量(X12，g):用電子天平稱取單株根系鮮樣質(zhì)量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析方法

1.4.1 耐弱光系數(shù) 參照文獻［16］求各單項指標的耐弱光系數(shù)α，然后對各單項指標的耐弱光系數(shù)進行相關(guān)分析。

1.4.2 因子分析 采用因子分析方法［17］對各單項指標耐弱光系數(shù)進行多元統(tǒng)計分析。主因子的提取使用主成分分析法(累計貢獻率＞85%)，因子旋轉(zhuǎn)使用方差極大正交旋轉(zhuǎn)(Varimax rotation)方法。

1.4.3 隸屬函數(shù)分析與綜合評價 供試種質(zhì)各綜合指標的隸屬函數(shù)值用公式(2)求得:

(2)式中xj表示第j個綜合指標(即本文因子分析中的因子得分)，xmin表示第j個綜合指標的最小值，xmax表示第j個綜合指標的最大值。

各綜合指標的權(quán)重用公式(3)求出。

(3)式中Wj為第j個綜合指標的權(quán)重，反映其在所有綜合指標中的重要程度。Pj為各品種第j個綜合指標的貢獻率(即本文因子分析中的貢獻率)。耐弱光性綜合評價值D用公式(4)［13］計算:

根據(jù)D值大小，對12份辣椒材料耐弱光性進行綜合評價并排序。

1.4.4 聚類分析 根據(jù)D值大小，對12份辣椒材料進行聚類分析。用歐氏距離(Euclidean distance)表示遺傳距離，最遠距離法(Furthest neighbor)聚類。

用Excel軟件進行數(shù)據(jù)整理和隸屬函數(shù)分析，用SPSS 12.0軟件進行相關(guān)分析、因子分析和聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 各單項指標耐弱光系數(shù)的比較

與對照相比，12份供試材料在進行遮光處理后，植株的形態(tài)發(fā)生一系列的變化。根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，利用公式(1)求得各性狀的耐弱光系數(shù)(表2)。由表2可知，遮光處理對各性狀的影響因品種而異，在12個單項指標中，只有單位葉片株高、葉厚、莖粗和根鮮質(zhì)量4個指標在供試材料中表現(xiàn)一致，即單位葉片株高耐弱光系數(shù)均大于100%，葉厚、莖粗和根鮮質(zhì)量耐弱光系數(shù)均小于100%。這說明遮光處理后，辣椒幼苗節(jié)間變長，葉片變薄、莖的橫向生長和根系生長受到嚴重制約。

同一種質(zhì)不同單項指標耐弱光系數(shù)存在較大差異，且不同種質(zhì)間各單項指標耐弱光系數(shù)大小排序沒有一致性，如株高耐弱光系數(shù)最大的種質(zhì)是H101A，為191.67，最小的是H108，為63.75;植株鮮質(zhì)量耐弱光系數(shù)最大的種質(zhì)是V06C0298，為132.30，最小的是H107B，為12.59。因此，以不同單項指標耐弱光系數(shù)評價耐弱光性，難以得出一致性結(jié)論。

2.2 各單項指標耐弱光系數(shù)的相關(guān)分析

從表3看到，除下胚軸長(X3)和葉厚(X6)兩個性狀的耐弱光系數(shù)外，其他10個單項指標耐弱光系數(shù)間均存在不同程度的相關(guān)性，使得它們所提供的信息發(fā)生重疊，用這些單項指標評價其耐弱光性難以得到客觀的結(jié)果。因此，需借助因子分析法和隸屬函數(shù)法對辣椒12份種質(zhì)耐弱光性進行綜合評價。

表2 供試12份材料苗期耐弱光系數(shù)Tab.2 Low light resistant index of 12 pepper accessions at the seedling stage %

表3 辣椒12個形態(tài)性狀耐弱光系數(shù)相關(guān)分析Tab.3 Correlation matrix of low light resistant index of 12 morphological traits in pepper

2.3 各單項指標耐弱光系數(shù)的因子分析

因子分析將12個單項指標耐弱光系數(shù)歸為5個主因子(表4)，在F1主因子中，葉寬的載荷值最大(0.936)，其次為葉長和株高，從生物學(xué)意義講，F(xiàn)1主要體現(xiàn)植株的株型，因此，可以將F1定為株型因子。F2載荷值最大的是葉鮮質(zhì)量(0.953)，其次是根鮮質(zhì)量和植株鮮質(zhì)量，因此，將F2稱為鮮質(zhì)量因子。F3葉數(shù)載荷值最大，將F3定為葉數(shù)因子。同理，F(xiàn)4為葉厚因子，F(xiàn)5為下胚軸長因子?？梢?，在評價辣椒品種耐弱光性時，影響最大是株型因子，其次是鮮質(zhì)量因子，再次是葉數(shù)因子。

2.4 隸屬函數(shù)分析與綜合評價

在因子分析的基礎(chǔ)上，利用公式(2)、(3)和公式(4)分別計算出各種質(zhì)隸屬函數(shù)值U(x)、各綜合指標權(quán)重(Wj)、各種質(zhì)綜合評價值D(表5)。對于同一綜合指標而言，U(x)越大，說明該種質(zhì)在這一綜合指標上表現(xiàn)最耐弱光。例如，H101A的U(1)值最大，說明H101A在這一綜合指標上表現(xiàn)最耐弱光;H107B的U(1)值最小，則表明H107B在這一綜合指標上表現(xiàn)為最不耐弱光。

D值為各種質(zhì)在弱光條件下用綜合指標評價所得的耐弱光性綜合評價值，D值越大，表明該種質(zhì)耐弱光性越強。根據(jù)供試12個種質(zhì)D值大小，可對其耐弱光性進行排序，耐弱光性由強至弱依次為:H101A＞V06C0298＞H107＞V06C1825＞H101＞GX＞SEC＞H102＞V06C1032、H108＞H103＞H107B。

表4 方差極大正交旋轉(zhuǎn)后主因子載荷矩陣Tab.4 Factor loading matrix after varimax rotation

表5 供試材料隸屬函數(shù)值U(x)和綜合評價值DTab.5 The U(x)value and D value of different accessions in pepper

2.5 聚類分析

根據(jù)D值大小，以歐氏距離0.071為閥值，可將12份材料聚為4類:即耐弱光材料H101A、V06C0298和H107(D ＞0.494)，較耐弱光材料 V06C1825、H101和 GX(0.375＜ D ＜0.494);弱光中度敏感材料 SEC、H102、V06C1032、H108和H103(0.244 ＜D ＜0.375)以及弱光敏感材料 H107B(D ＜0.244)(圖1)。

3 結(jié)論與討論

本研究以12個形態(tài)性狀的耐弱光系數(shù)作為辣椒苗期耐弱光性鑒定指標，結(jié)果顯示，所有供試種質(zhì)單位葉片株高的耐弱光系數(shù)均大于100%，葉厚、莖粗和根鮮質(zhì)量耐弱光系數(shù)均小于100%，說明弱光逆境下辣椒植株節(jié)間變長、莖變細、葉片變薄是普遍現(xiàn)象，這與番茄、黃瓜和大豆等作物上的研究結(jié)果是一致的［18－20］。此外，12個參試材料根鮮質(zhì)量耐弱光系數(shù)介于 2.14% ～62.09%，平均為16.38%，分別小于莖鮮質(zhì)量和葉鮮質(zhì)量耐弱光系數(shù)的變幅和平均值，表明辣椒根莖葉對弱光的敏感程度為:根＞莖＞葉，這與朱艷蕾等［21］在黃瓜上的研究結(jié)果是相同的。

圖1 基于D值的12份辣椒材料聚類圖Fig.1 Dendrogram of cluster analysis based on D value of 12 accessions in pepper

作物的耐弱光性是一個受多因素影響的數(shù)量性狀［9－11］，單一指標難以全面準確地反映耐弱光性的強弱［1－8］。本試驗結(jié)果也證實，不同單個指標間鑒定結(jié)果相差較大，難以得出一致性結(jié)論。本文通過因子分析，將12個形態(tài)性狀的耐弱光系數(shù)歸屬為5個主因子，即株型因子、鮮質(zhì)量因子、葉數(shù)因子、葉厚因子和下胚軸長因子，5個主因子保留了原始變量97.30%的信息量。進一步通過隸屬函數(shù)分析發(fā)現(xiàn)，5個主因子權(quán)重分別為 0.382、0.317、0.107、0.104 和0.091，這說明在鑒定評價辣椒耐弱光性時，株型因子和鮮質(zhì)量因子占有支配地位。葉數(shù)因子、葉厚因子和下胚軸長因子權(quán)重較小，可作為參考指標。

由于隸屬函數(shù)方法中的D值是一個無量綱純數(shù)［13］，使得不同種質(zhì)間耐弱光性差異具有可比性。根據(jù)D值大小，12個供試種質(zhì)被聚為4類，其中8個灌木辣椒種質(zhì)在4類材料中均有分布，說明8個灌木辣椒種質(zhì)耐弱光性差異較大。灌木辣椒主要分布于我國海南、云南等熱帶地區(qū)，處于野生或半野生狀態(tài)，其耐弱光性的差異可能與其原產(chǎn)地生境不同有關(guān)。在4個一年生辣椒種質(zhì)中，甜椒材料V06C0298耐弱光性強于其他3個南方尖椒材料，這可能是因為V06C0298在我國北方常作為保護地栽培品種，而保護地品種是在冬春季氣候環(huán)境中長期自然馴化和人工選擇形成的一種生態(tài)類型，具有耐弱光的遺傳特性［22］。本文將因子分析、隸屬函數(shù)分析和聚類分析有機結(jié)合，成功地對12份辣椒種質(zhì)耐弱光性進行了鑒定與篩選，研究方法和研究結(jié)果可為辣椒耐弱光性育種提供理論參考。

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