劉春榮， 張國新， 王秀萍

(1.唐山市豐南區(qū)農(nóng)牧局，河北唐山 063200；2.河北農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北唐山 063200)

主成分分析及隸屬函數(shù)法綜合評價玉米苗期耐鹽性

劉春榮1， 張國新2*， 王秀萍2

(1.唐山市豐南區(qū)農(nóng)牧局，河北唐山 063200；2.河北農(nóng)林科學(xué)院濱海農(nóng)業(yè)研究所，河北唐山 063200)

[目的]為了綜合評價玉米苗期耐鹽性。[方法]利用耐鹽鑒定池，采用0.5%鹽堿原土對10個玉米品種進(jìn)行苗期脅迫鑒定。通過主成分分析、隸屬函數(shù)法，對株高、出苗率、鮮重、干重等9個指標(biāo)進(jìn)行分析，評價耐鹽性。[結(jié)論]苗期耐鹽性為中科11﹥肅研480﹥農(nóng)單116﹥偉科702﹥浚單20﹥中地175﹥肅玉1號﹥衡單6272﹥鄭單958﹥紀(jì)元128。

主成分分析；隸屬函數(shù)法；玉米耐鹽性

土壤鹽堿化是一個世界性的問題。目前, 世界上有4億～9億hm2土地受鹽漬化的影響[1]，嚴(yán)重限制農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。我國鹽漬土總面積約3 600萬hm2，其中耕地鹽漬化面積達(dá)到920.9萬hm2，占全國總耕地面積的6.62%，主要分布在西北、華北、東北和沿海地區(qū)[2]。高效開發(fā)與利用鹽漬化土地成為人類的必然選擇。如何提高植物的抗鹽性，增加在鹽脅迫下農(nóng)作物的產(chǎn)量一直是人們關(guān)注的課題。鹽漬化土壤的開發(fā)利用有多種途徑。篩選作物的耐鹽品種且加以利用是一種行之有效的措施[3]。

玉米是重要的糧食作物、飼料作物，是我國的三大作物之一，常年播種面積在2 500萬hm2左右, 約占世界總面積的17.2%。玉米對鹽分中度敏感。在鹽脅迫下玉米的生長發(fā)育受到明顯的抑制。它是對鹽分較敏感的禾本科作物[4]。利用耐鹽鑒定手段，篩選耐鹽玉米品種資源，對鹽堿地玉米增產(chǎn)、耐鹽育種至關(guān)重要。

耐鹽性是一個受多基因控制的復(fù)雜性狀。單一指標(biāo)分析無法準(zhǔn)確地反映植物的耐鹽性。主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法能有效、全面地分析品種耐鹽性，目前在一些作物苗期耐鹽性評價上得到應(yīng)用[5-7]，而在玉米苗期耐鹽綜合評價研究未見報道。在測定多項生長指標(biāo)的基礎(chǔ)上,筆者采用鹽堿原土鑒定法，利用主成分分析, 結(jié)合隸屬函數(shù)，對10個玉米品種苗期的耐鹽性進(jìn)行綜合評價,以期篩選耐鹽強(qiáng)的品種資源，為耐鹽品種適宜性推廣及耐鹽種質(zhì)研究提供物質(zhì)基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料冀東濱海區(qū)推廣的玉米品種10個，為偉科702、中地175、肅玉1號、紀(jì)元128、衡單6272、肅研480、鄭單958、中科11、浚單20、農(nóng)單116。品種來源為豐南種業(yè)科技有限公司。

1.2 試驗方法

1.2.1試驗設(shè)計。采用鹽堿池原土鑒定法。鹽堿池長3 m、寬2 m、深40 cm，填調(diào)配好的鹽堿原土，土壤鹽分濃度0.5%，以非鹽堿土(鹽分濃度0.1%)為對照。每個品種20株，株行距10 cm×10 cm，3次重復(fù)。5月15日播種，采用淋噴方式保持土壤濕潤，每個重復(fù)澆水量一致， 4周后測定。

1.2.2測定指標(biāo)。利用YMJ-B型便攜式葉面積儀，測量功能葉片葉面積；采用游標(biāo)卡尺，測量地上根基部直徑(莖粗)；分別稱取洗凈吸干水分的植株鮮質(zhì)量，裝入干燥紙袋內(nèi)，于70 ℃烘干至恒質(zhì)量，然后稱取干質(zhì)量,取平均值。

1.3 評價方法

1.3.1耐鹽系數(shù)。根據(jù)所測得的各項理化指標(biāo)數(shù)據(jù), 分別計算對照和0.5%含鹽量處理下各指標(biāo)值的平均值。然后，用公式(1)轉(zhuǎn)換原始數(shù)據(jù),求得各理化指標(biāo)性狀的耐鹽系數(shù)(a)。

耐鹽系數(shù)=處理測定值/對照測定值×100%

(1)

1.3.2隸屬函數(shù)值。U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin)(i=1,2,3,…，N)

(2)

式中,Xi為指標(biāo)測定值；Xmin和Xmax分別為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。

(3)

式中, wi表示第i個公因子在所有公因子中的主要程度;Pi為各品種第i個指標(biāo)與耐鹽系數(shù)間的相關(guān)系數(shù), 表示各品種第i個公因子的貢獻(xiàn)率。

(4)

式中, D值為材料在鹽分脅迫下用綜合指標(biāo)評價所得的耐鹽性綜合評價值。

2 結(jié)果與分析

2.1 耐鹽系數(shù)選取苗期玉米株高、出苗率、葉數(shù)、莖粗、鮮重、干重、葉面積9個生長指標(biāo)，通過0.5%鹽分脅迫與對照數(shù)據(jù)分析，求得10個品種耐鹽系數(shù)。從表1可以看出，不同品種指標(biāo)間差異較大，單一指標(biāo)很難評價品種耐鹽性。

表1 耐鹽系數(shù)

2.2 主效因子利用主成分分析法，對9個指標(biāo)進(jìn)行分析(表2)。依據(jù)主因子的特征累積比例的臨界值為0.9，5個主因子代表9個指標(biāo)的所有信息，累計貢獻(xiàn)率為94.3%。其中，第一個因子包含出苗率、株高、上鮮重3個指標(biāo)，特征值為2.613 2，貢獻(xiàn)率最高，達(dá)25.1%；下鮮重、下干重為第二主因子，特征值為2.364 8，累計貢獻(xiàn)率達(dá)21%；葉數(shù)、莖粗為第三主因子，特征值為0.983 9，累計貢獻(xiàn)率達(dá)20%；葉面積、上干重貢獻(xiàn)率分別達(dá)16.5%、11.7%。根據(jù)貢獻(xiàn)率大小，可知各綜合指標(biāo)的相對重要程度。前3個因子包含的7個指標(biāo)特征值高，包含的信息量大，在9個指標(biāo)中的重要程度高。

表2 因子載荷矩陣

2.3 隸屬函數(shù)依據(jù)10個品種的因子得分值，利用公式(2)，計算隸屬函數(shù)值(表3)。依據(jù)各因子貢獻(xiàn)率，由公式(3)計算各因子權(quán)重，5個因子權(quán)重值依次為0.266、0.222、0.212、0.175、0.124。

2.4 耐鹽性綜合評價耐鹽性綜合評價值反映各品種綜合耐鹽能力, 數(shù)值越大表明耐鹽性越強(qiáng)。通過公式(4)，利用得分值的隸屬函數(shù)與權(quán)重值，計算出耐鹽性綜合評價值(D)，從大到小依次為中科11、肅研480、農(nóng)單116、偉科702、浚單20、中地175、肅玉1號、衡單6272、鄭單958、紀(jì)元128，說明中科11、肅研480苗期耐鹽性最強(qiáng)，鄭單958、紀(jì)元128耐鹽性較弱。

表3 隸屬函數(shù)及綜合評價值

3 結(jié)論

利用隸屬函數(shù)、主成分分析法評價玉米苗期耐鹽性，避免單一指標(biāo)評價的片面性，使得評價更趨于科學(xué)、合理。通過主成分分析，發(fā)現(xiàn)出苗率、株高、葉數(shù)、莖粗、上鮮重、下鮮重、上干重、下干重、葉面積等9個指標(biāo)被歸納為5個主成分，累計貢獻(xiàn)率達(dá)94.3%，代表9個指標(biāo)的全部信息。

通過對10個玉米品種的耐鹽性綜合評價，苗期耐鹽性從大到小依次為中科11、肅研480、農(nóng)單116、偉科702、浚單20、中地175、肅玉1號、衡單627、鄭單958、紀(jì)元128。該研究對冀東濱海鹽堿區(qū)耐鹽玉米選擇、應(yīng)用具有一定的指導(dǎo)意義。

[1] 王遵親.中國鹽漬土[M].北京:科學(xué)出版社,1993：325-334.

[2] 王佳麗，黃賢金，鐘太洋，等．鹽堿地可持續(xù)利用研究綜述[J].地理學(xué)報，2011，66(5):673-684.

[3] 趙可夫.植物抗鹽機(jī)理[M].北京:中國科學(xué)技術(shù)出版社,1993.

[4] 王麗燕，趙可夫.玉米幼苗對鹽脅迫的生理響應(yīng)[J].作物學(xué)報，2005，31(2):264-268.

[5] 解松峰, KANSAYE ALY，杜向紅，等.30份引進(jìn)大麥品種(系)苗期耐鹽性綜合分析[J].草業(yè)科學(xué)，2010,27(4)：127-133.

[6] 劉雅輝，王秀萍，張國新，等.棉花苗期耐鹽形態(tài)指標(biāo)的篩選及綜合評價[J]. 安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2012，40(9):5119-5120，5721.

[7] 慈敦偉，丁紅，張智猛，等.花生耐鹽性評價方法的比較與應(yīng)用[J].花生學(xué)報，2013，42(2)：28-35.

Principal Component Analysis and Membership Function Method to Evaluate Salt Tolerance in Seedling Stage of Corn

LIU Chun-rong1, ZHANG Guo-xin2*, WANG Xiu-ping2

(1. Fengnan Agriculture and Animal Husbandry Bureau of Tangshan City, Tangshan, Hebei 063200; 2. Institute of Coastal Agriculture, Hebei Academy of Agriculture & Forestry Sciences, Tangshan, Hebei 063200)

[Objective] Comprehensive evaluation of salt tolerance in seedling stage of corn. [ Method] 10 corn varieties were used for seedling stress identification method combining salt tolerant identification pool with 0.5% varieties of saline-alkali soil. The 9 indexes of plant height, seedling emergence rate, fresh weight,dry weight and all were analyzed as salt tolerance identifying indices through principal component analysis and membership function method. [Conclusion] Salt tolerance at seedling stage: Zhongke 11 > Suyan 480 > Nongdan 116 > Weike 702 > Jundan 20 > Zhongdi 175 > Suyu 1 > Hengdan 6272 > Zhengdan958 > Jiyuan128.

Principle component analysis; Membership function method; Salt tolerance of corn

河北省渤海糧倉支撐計劃。

劉春榮(1968- )，女，河北唐山人，高級農(nóng)藝師，從事作物育種及栽培研究。*通訊作者，研究員，從事鹽堿地改良利用方面的研究。

2015-08-20

S 11

A

0517-6611(2015)28-013-02