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        小麥新品系萌發(fā)期抗旱鑒定及其灰色關(guān)聯(lián)度分析

        2018-04-09 03:27:01,,,
        種子 2018年2期
        關(guān)鍵詞:評價

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        (安陽工學(xué)院生物與食品工程學(xué)院, 河南 安陽 455000)

        小麥是人類主要的糧食資源之一,隨著全球氣候驟變,水資源缺失,干旱發(fā)生的頻率及范圍變大,對作物產(chǎn)量造成嚴重影響,干旱也成為小麥減產(chǎn)的重要因素。前人研究表明,由于干旱導(dǎo)致的作物減產(chǎn)量可超過其它因素所造成的減產(chǎn)的總和[1-2]。在中國,近40年來因干旱缺水而使糧食減產(chǎn)近1億t[3]。我國北方種植小麥的地區(qū),秋冬雨水較少,嚴重影響了種子萌發(fā),直接影響基本苗數(shù)[4]。為了保證小麥的生長,提高其抗旱能力,通常采用蹲苗、擱苗和餓苗等措施[5],但因可操作性差、成本較高等因素很難推廣普及。因此,鑒定、篩選培育抗旱性小麥品種,對抵抗惡劣氣候、降低糧食損失有著重要意義。

        干旱嚴重影響作物的生長發(fā)育。萌發(fā)期出苗的多少決定小麥后期的生長發(fā)育,小麥幼苗階段遭遇干旱會導(dǎo)致斷壟缺苗的嚴重后果,對種群構(gòu)建和經(jīng)濟產(chǎn)量造成不可逆的影響[1,3],同時萌發(fā)期鑒定具有耗時短、容量大、操作性強和重復(fù)性好等特點,眾多學(xué)者將其作為衡量作物抗旱性的重要依據(jù)[6-7]。小麥萌發(fā)期的抗旱性是在長期環(huán)境脅迫下形成的自身抵制機制,由多種性狀相互作用,近年來研究人員多主張綜合指標(biāo)法來評價各形態(tài)、生理因素與抗旱性之間的關(guān)系,對鑒定小麥抗旱性提供理論基礎(chǔ)?;疑P(guān)聯(lián)度分析法(Grey Relational Analysis)是把系統(tǒng)之間的所有因素(目標(biāo)性狀)視為一個動態(tài)灰色系統(tǒng),并對該系統(tǒng)中目標(biāo)性狀進行量化評估和綜合評述的統(tǒng)計方法,它可以根據(jù)系統(tǒng)中各因素的關(guān)聯(lián)程度判斷相互關(guān)系[8]。結(jié)合采用灰色關(guān)聯(lián)度分析法可以有效的評價小麥萌發(fā)期的抗旱性。

        近年來,PEG-6000(聚乙二醇)被廣泛使用模擬干旱環(huán)境進行萌發(fā)試驗[1,7,9]。前人研究表明,如李國瑞等[10]采用PEG-6000溶液模擬自然干旱環(huán)境,鑒定我國西南地區(qū)的小麥品種萌發(fā)期的抗旱性,篩選出強抗旱型品種蜀萬8號,為以后研究作物抗旱性提供了理論依據(jù)。因此,運用PEG-6000(聚乙二醇)模擬自然干旱脅迫具有一定的可靠性,可以用來鑒定小麥品種的抗旱性。

        本試驗以新培育的13個小麥新品系作為研究對象,用黃淮冬麥區(qū)域試驗對照品種周麥18作為對照,運用PEG-6000水溶液模擬自然干旱環(huán)境,測定小麥品種的各個指標(biāo),并且觀察不同小麥品種在萌發(fā)期對于干旱脅迫做出的反應(yīng),利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法和隸屬函數(shù)法綜合分析其抗旱性狀之間的相關(guān)性,鑒定小麥的抗旱性,為今后篩選小麥抗旱品種提供參考依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 供試材料

        供試材料含13份小麥新品系,分別為AG 1519、AG 0926、AG 1267、16 PYT 093、AG 1312、AG 1207、AG 1538、AG 1110、AG 1404、AG 1026、AG 1320、AG 1502、AG 1528和周麥18(對照)。以上這些小麥新品系均由安陽工學(xué)院小麥灰色定量化育種重點實驗室培育而成。

        1.2 試驗設(shè)計

        1) 小麥萌發(fā)期PEG-6000處理的最適濃度篩選實驗:分別選取每個小麥品系30粒(含對照)飽滿、大小一致的種子。使用10%的次氯酸鈉溶液給種子消毒10 min;用蒸餾水沖洗5次,之后用濾紙吸干種子表面水分;把種子放在鋪有雙層濾紙直徑15 cm的培養(yǎng)皿中。用PEG-6000水溶液模擬脅迫條件,設(shè)置4個干旱脅迫水平,PEG-6000質(zhì)量濃度分別為250,200 g/L、150 g/L和100 g/L,每個培養(yǎng)皿中加入5 mL PEG-6000水溶液。用封口膠將培養(yǎng)皿密封好后放入光照培養(yǎng)箱進行培養(yǎng),箱內(nèi)白天14 h,溫度為30 ℃,晚上10 h,溫度28 ℃,連續(xù)培養(yǎng)8 d,每個濃度下進行3次重復(fù)試驗。在實驗第2,6,7,8天記錄發(fā)芽種子數(shù);第4天調(diào)查發(fā)芽勢;第7天調(diào)查發(fā)芽率;第8天隨機選取5顆幼苗,剪切芽和根,測定芽和根長、芽和根干濕重,并做好記錄,其中種子萌發(fā)的標(biāo)準是根長度與種子長度等長,而且芽的長度達種子一半以上。干重測量的方法是把相關(guān)材料分別裝入牛皮紙袋中,置于100 ℃烘箱中殺菌5 min后,在60 ℃烘箱中烘干8 h。通過觀察得出。在PEG-6000的質(zhì)量濃度為250 g/L時,發(fā)芽率為33%,在200 g/L條件下,發(fā)芽率為60%,為了后期苗數(shù)充足和實驗?zāi)軌蚶^續(xù)進行,選用200 g/L處理作為最佳PEG-6000處理濃度。

        2) 正式實驗:將參試的小麥種子在PEG-6000濃度為200 g/L的條件下進行萌發(fā),具體人工培養(yǎng)條件和調(diào)查過程與預(yù)備條件篩選試驗相同。每種濃度處理設(shè)3次重復(fù)。在第8天試驗結(jié)束時,每處理組隨機取幼苗5株,連續(xù)培養(yǎng)過程中分別測定了發(fā)芽率、發(fā)芽勢和萌發(fā)指數(shù);芽長、芽鮮重和芽干重;根長和根干重、根鮮重。

        1.3 數(shù)據(jù)分析

        測定的農(nóng)藝性狀等共計9項指標(biāo),分別是發(fā)芽率、發(fā)芽勢、芽長、根長、芽鮮重、芽干重、根干重、根鮮重和萌發(fā)指數(shù),具體公式如下:

        發(fā)芽勢(%)=4 d發(fā)芽種子數(shù)/參試種子總數(shù)×100%;

        …(1)

        發(fā)芽率(%)=8 d發(fā)芽種子數(shù)/參試種子總數(shù)×100%;

        …(2)

        種子萌發(fā)指數(shù)=1.00 nd2+0.75 nd4+0.50 nd6+0.25 nd8;

        …(3)

        其中,nd2、nd4、nd6、nd8分別為第2、4、6、8天的種子發(fā)芽率。

        基于前人的研究[11-15],利用公式(4)計算抗旱系數(shù),利用公式(5)計算綜合抗旱系數(shù),利用公式(6)計算抗旱指數(shù),利用公式(7)計算隸屬函數(shù)值,利用公式(8)計算抗旱性量度(D)值;并根據(jù)灰色系統(tǒng)分析方法,按照公式(9)對各指標(biāo)的抗旱系數(shù)進行無量綱化處理,并按照公式(10)、(11)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度。

        抗旱系數(shù)PI=Xs/Xr;

        …(4)

        …(5)

        …(6)

        …(7)

        …(8)

        …(9)

        …(10)

        …(11)

        2 結(jié)果與分析

        2.1 不同小麥新品系的各萌發(fā)性狀隸屬函數(shù)值及耐旱性評價

        表1不同小麥新品系干旱脅迫萌發(fā)條件下的農(nóng)藝性狀

        品種芽長根長芽鮮重根鮮重芽干重根干重發(fā)芽勢發(fā)芽率萌發(fā)指數(shù)周麥185.389.610.030.030.010.010.880.922.14AG15192.894.610.020.030.000.010.500.540.96AG09264.578.140.030.030.010.010.540.581.31AG12675.437.370.030.030.010.010.710.921.7116PYT0931.542.950.010.030.010.010.790.791.98AG13123.966.070.020.040.010.010.830.831.96AG12073.795.820.020.030.010.010.920.922.29AG15385.135.930.030.020.010.010.630.631.42AG11105.185.670.040.040.010.010.710.711.73AG14044.976.140.040.030.010.010.880.881.94AG10266.99.290.040.030.010.010.830.881.94AG13204.116.520.020.030.000.010.630.631.45AG15024.135.770.030.030.010.010.710.711.69AG15284.26.30.020.020.000.010.380.630.96

        表2不同小麥新品系在正常萌發(fā)條件下的農(nóng)藝性狀

        品種芽長根長芽鮮重根鮮重芽干重根干重發(fā)芽勢發(fā)芽率萌發(fā)指數(shù)周麥189.569.100.080.040.010.010.921.202.21AG15196.647.890.030.040.010.011.001.602.17AG09269.1810.120.080.040.010.010.920.752.31AG12679.029.700.070.040.010.011.000.832.5016PYT0938.0410.680.060.040.010.011.000.902.50AG131210.388.900.080.030.010.010.920.822.29AG120710.5810.580.090.030.010.011.001.202.50AG15389.149.400.070.030.010.010.750.671.71AG111012.0011.840.100.050.010.010.751.121.88AG14045.706.480.020.020.010.011.001.102.50AG10269.5610.320.060.020.010.010.921.002.31AG13205.346.200.010.010.010.010.830.832.08AG150211.7611.640.090.040.010.010.830.832.10AG152810.5611.500.080.040.010.010.920.922.29

        小麥的抗旱性是由環(huán)境條件和多基因型相互調(diào)控的復(fù)雜性狀,不能用單一的指標(biāo)來評價小麥的抗旱性,可以通過測定出苗期相關(guān)生理、生化及農(nóng)藝性狀等指標(biāo)在干旱脅迫下的變化來鑒定其抗旱性[16]。本研究測定(表1和表2)13份小麥新品系在模擬干旱和正常萌發(fā)條件下的9項農(nóng)藝性狀指標(biāo)(分別為根長、芽長、根鮮重、根干重、芽鮮重、芽干重、芽率、發(fā)芽勢和萌發(fā)指數(shù)),然后分別計算抗旱系數(shù)、綜合抗旱系數(shù)及隸屬函數(shù)值。

        前人研究中,王剛[17]、冷益豐[11]、南炳東[18]等直接用平均隸屬函數(shù)值對植物抗旱性進行綜合評價,本試驗的結(jié)果表明(表3),小麥品種區(qū)域試驗對照周麥18的平均隸屬值為0.571 6,在供試的13份小麥新品系中,其中有AG 1404、AG 1320、AG 1026這3份材料的平均隸屬函數(shù)值比周麥18高,分別為0.717 7、0.685 5、0.651 2,以AG 1404的表現(xiàn)最為突出,比對照高出25.56%,AG 1320和AG 1026,分別比對照周麥18高出19.93%和13.93%。

        由公式(8)所計算的抗旱性度量值(D值),廣泛應(yīng)用在多種植物的抗旱性綜合評價中,大多數(shù)學(xué)者通過分析D值來對植物的抗旱性進行綜合評價[16,18-21]。本試驗中計算的13份小麥新品系萌發(fā)期的9項抗旱相關(guān)指標(biāo)D值見表4。結(jié)果表明,D值前4名依次為AG 1404、AG 1026、周麥18(對照)、AG 1320;D值大小依次為0.772 0、0.749 7、0.711 1、0.701 4,2份小麥新品系A(chǔ)G 1404和AG 1026的D值超過區(qū)域試驗對照品種周麥18,表現(xiàn)突出,分別高出對照8.56%和5.43%,而AG 1320的D值低于對照1.36%。

        由分析結(jié)果看,平均隸屬函數(shù)值和抗旱性量度D值2種評價方法鑒定小麥新品系抗旱性,分析結(jié)果大體相同。如AG 1404和AG 1026在2種評價方法中分別排名第一和第二;但兩者之間還是有些許差異,如AG 1320在用平均隸屬函數(shù)值時其綜合抗旱性排名第三,而在抗旱性量度D值評價時則低于對照位列第四。

        2.2 灰色關(guān)聯(lián)度分析

        灰色關(guān)聯(lián)度分析法主要描述群體中因素(各性狀組成)的參考數(shù)列和比較數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)程度,關(guān)聯(lián)度越大表明該參考數(shù)列和比較數(shù)列間的關(guān)系越緊密[14,22-23]。本研究,按照灰色系統(tǒng)理論分析方法,將測定的9項農(nóng)藝性狀指標(biāo)的抗旱系數(shù)納入一個灰色系統(tǒng),各個性狀視為該系統(tǒng)的一個灰因素,以抗旱指數(shù)為參考數(shù)列,通過公式(9)對各供試材料所測定的9項性狀的抗旱系數(shù)數(shù)據(jù)進行無量綱化處理,再用公式(10)和(11)分別計算關(guān)聯(lián)系數(shù)和關(guān)聯(lián)度,同時對各性狀的關(guān)聯(lián)度進行了排序(表5)。由表5可以明顯看出,根鮮重與萌發(fā)期抗旱指數(shù)的關(guān)聯(lián)度最大,為0.749 3,其余依次為萌發(fā)指數(shù)、芽干重、芽長、萌發(fā)耐旱指數(shù)、芽鮮重、發(fā)芽勢、根干重、發(fā)芽率。

        表3不同小麥新品系萌發(fā)期農(nóng)藝性狀的隸屬函數(shù)值及抗旱性綜合評價

        品種芽長根長芽鮮重根鮮重芽干重根干重發(fā)芽勢發(fā)芽率萌發(fā)指數(shù)平均數(shù)排名周麥180.54820.99490.10620.12880.44160.38140.99240.55410.99700.57164AG15190.36060.39010.21310.12880.06170.10310.0000-0.00320.04070.143913AG09260.45270.67220.08160.12880.36360.72160.18900.56280.26750.382210AG12670.60590.61510.10310.12880.28570.28350.45650.99800.48000.4396716PYT0930.0023-0.00480.00000.12880.68830.24480.63040.69840.67640.340512AG13120.28160.51540.03420.48670.05630.36080.87430.87300.79250.47506AG12070.24740.34630.02540.28220.33501.00300.91300.55410.90180.51205AG15380.54600.44980.07830.07770.14290.00000.73910.77960.74620.39558AG11100.35540.25500.08680.15950.21470.09420.97100.38170.90950.380911AG14041.00280.85580.73060.58900.99350.21650.82610.59740.64730.71771AG10260.78200.79510.18410.68100.47300.60660.87430.70130.76330.65123AG13200.85240.98921.00171.00090.36410.35310.56310.54070.50380.68552AG15020.23700.27650.03770.16290.15750.53240.77270.66940.69960.39409AG15280.30550.34340.02940.00080.00140.1434-0.18900.4478-0.00140.120114

        表4不同小麥新品系萌發(fā)期農(nóng)藝性狀D值及抗旱性綜合評價

        品種芽長根長芽鮮重根鮮重芽干重根干重發(fā)芽勢發(fā)芽率萌發(fā)指數(shù)D值排序周麥180.06860.14180.00550.01000.03840.03660.16250.08800.15970.71113AG15190.04510.05560.01100.01000.00540.00990.0000-0.00050.00650.143013AG09260.05660.09580.00420.01000.03170.06920.03100.08940.04280.430711AG12670.07580.08770.00530.01000.02490.02720.07480.15850.07690.5410716PYT0930.0003-0.00070.00000.01000.05990.02350.10320.11100.10830.415612AG13120.03520.07340.00180.03780.00490.03460.14320.13870.12690.59666AG12070.03100.04930.00130.02190.02920.09620.14950.08800.14450.61095AG15380.06830.06410.00400.00600.01240.00000.12100.12390.11950.51938AG11100.04450.03630.00450.01240.01870.00900.15900.06060.14570.490710AG14040.12550.12190.03770.04570.08650.02080.13530.09490.10370.77201AG10260.09780.11330.00950.05290.04120.05820.14320.11140.12230.74972AG13200.10660.14100.05170.07770.03170.03390.09220.08590.08070.70144AG15020.02970.03940.00190.01270.01370.05110.12650.10630.11210.49349AG15280.03820.04890.00150.00010.00010.0138-0.03100.0711-0.00020.142514

        表5小麥新品系萌發(fā)期主要農(nóng)藝性狀與抗旱性的關(guān)聯(lián)度和關(guān)聯(lián)序

        項目芽長根長芽鮮重根鮮重芽干重根干重發(fā)芽勢發(fā)芽率萌發(fā)指數(shù)萌發(fā)耐旱指數(shù)關(guān)聯(lián)度ri0.67620.57310.65980.74930.70240.62120.63110.59610.74050.6675關(guān)聯(lián)序41061387925

        3 討 論

        作物的抗旱性是復(fù)雜的數(shù)量性狀和生物學(xué)性狀,是由多種因素共同決定的,不能用單一指標(biāo)來準確評價其抗旱性,需要通過測定一系列生理生化指標(biāo)進行綜合評價[13,22]。近些年來,國內(nèi)外學(xué)者注重研究鑒定抗旱性的指標(biāo)和評價方法,并且提出了許多抗旱性鑒定指標(biāo)和評價方法[15]。前人研究抗旱性鑒定指標(biāo)主要有形態(tài)指標(biāo)、農(nóng)藝性狀指標(biāo)和生理生化指標(biāo)。不同的指標(biāo)在鑒定作物抗旱性中起的作用不同,因此選擇材料不同,鑒定指標(biāo)也不盡相同;在綜合分析上,大多數(shù)學(xué)者采用多指標(biāo)的綜合評價作物的抗旱性[24]。本實驗研究中利用各個指標(biāo)的相關(guān)程度并考慮到其重要性,通過用模糊數(shù)學(xué)的隸屬函數(shù)分析法計算出抗旱性度量D值,可以準確的評判各個小麥品系的抗旱性,同時也提高了效率。

        本試驗以13份小麥新品系為研究對象,用PEG-6000模擬自然干旱環(huán)境,測定各小麥萌發(fā)期9個性狀,計算各小麥品系性狀的抗旱系數(shù),并通過灰色關(guān)聯(lián)度分析法,得到了每份小麥材料的平均隸屬函數(shù)值和抗旱性量度D值,依照不同研究者用平均隸屬函數(shù)值[9,11,13-15,17,25]以及抗旱性量度D值的方法[16,18-22]進行抗旱性綜合評價,結(jié)果表明2種分析方法所得到的結(jié)果大致相同,13份小麥新品系中有AG 1404和AG 1206的抗旱性比對照周麥18強,其中AG 1404的表現(xiàn)最突出;但AG 1320在2種分析方法中的抗旱性排名差距較大(表4和表5)。由公式(5)可以看出,隸屬函數(shù)值與抗旱性度量D值互相關(guān)聯(lián),同時考慮了各性狀指標(biāo)的權(quán)重及各指標(biāo)與綜合抗旱系數(shù)之間的相關(guān)系數(shù)。由于不同的性狀在作物中發(fā)揮的作用不同,所以抗旱性度量D值可以更加準確的綜合評價抗旱性。

        而且利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法對系統(tǒng)發(fā)展變化態(tài)勢提供動態(tài)歷程的量化對比,分析系統(tǒng)中因素之間的同步變化程度越高,說明其變化態(tài)勢越相近,兩者的關(guān)聯(lián)度大,相互關(guān)系越密切,反之,其相互關(guān)聯(lián)度較小[22]。近年來對各性狀指標(biāo)和抗旱性之間的關(guān)系提供量化的可靠評價大多利用灰色關(guān)聯(lián)度分析法[26-30]。本試驗中抗旱關(guān)聯(lián)序(關(guān)聯(lián)度排名)結(jié)果顯示(表5),指標(biāo)依次排名分別為根鮮重、發(fā)指數(shù)、芽干重、芽長、萌發(fā)耐旱指數(shù)、芽鮮重、發(fā)芽勢、根干重、發(fā)芽率,結(jié)合前人的的研究基礎(chǔ),可以體現(xiàn)小麥萌發(fā)期的主要抗旱相關(guān)性狀的緊密程度,為萌發(fā)期鑒定作物的抗旱性提供了重要的依據(jù)。

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