郜歡歡 葉 桑 王 倩 王劉艷 王瑞莉 陳柳依 唐章林 李加納 周清元 崔 翠

西南大學(xué)農(nóng)學(xué)與生物科技學(xué)院,重慶 400715

鋁(Al)占地殼總含量7%,通常以難溶性鋁氧化物和鋁硅酸鹽等結(jié)合態(tài)的形式存在[1-2]。但是,當(dāng)土壤pH低于5.5時(shí),結(jié)合態(tài)的鋁會(huì)溶出鋁離子(Al3+),對(duì)植物產(chǎn)生毒害作用[3-4]。全世界有30%～40%的耕地和70%的潛在耕地為酸性土壤[1,5-7]。近年來,隨著銨肥大量施用及酸雨的影響,酸性土壤面積也呈現(xiàn)逐漸擴(kuò)大的趨勢(shì)[8-10]。種子萌發(fā)是植物生活周期中最重要和最脆弱的起始階段[11]。馬寶慧[12]研究2個(gè)耐性不同的水稻品種種子萌發(fā)生長(zhǎng)對(duì)鋁的耐性表明,當(dāng)Al3+達(dá)到20 μmol L-1時(shí)顯著抑制根系生長(zhǎng)。李朝蘇等[13]研究鋁溶液浸種處理對(duì)2個(gè)蕎麥品種萌發(fā)表明,低濃度鋁(100 mg L-1)處理可促進(jìn)種子萌發(fā),5000 mg L-1鋁處理降低了蕎麥的發(fā)芽指數(shù)。Martins等[14]結(jié)果表明,高濃度鋁嚴(yán)重限制了麻風(fēng)樹種子萌發(fā)和初始生長(zhǎng)。陳建華等[15]發(fā)現(xiàn)不同濃度Al3+處理降低益母草種子發(fā)芽勢(shì)和發(fā)芽率。胡萃等[16]研究發(fā)現(xiàn)高濃度Al3+處理對(duì)芝麻種子前期萌發(fā)產(chǎn)生一定抑制作用。李立等[17]研究表明,高濃度鋁處理抑制香椿種子萌發(fā),且濃度越高抑制作用越明顯。胡錦勤等[18]研究認(rèn)為高濃度的Al3+會(huì)降低發(fā)芽勢(shì),且顯著抑制根系生長(zhǎng)?？梢婁X毒是酸性土壤環(huán)境中影響種子萌發(fā)質(zhì)量和幼苗形態(tài)建成的主要限制因素[19-21]。因此,選育萌發(fā)期耐鋁毒脅迫的作物品種(系)是實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)、提高品種穩(wěn)定性的關(guān)鍵。

油菜是我國(guó)主要油料作物之一,在我國(guó)的種植面積及總產(chǎn)量均占世界的1/3[22],主要分布在南方酸性土壤的長(zhǎng)江中下游流域。酸性土壤中鋁損壞根系分生組織的細(xì)胞活性,抑制細(xì)胞有絲分裂和根系生長(zhǎng)[23-24],影響水分及營(yíng)養(yǎng)元素吸收[25],最終限制作物的生長(zhǎng)和產(chǎn)量[26]。油菜適宜生長(zhǎng)的土壤pH為6.0～7.0[27],鋁毒害問題成為油菜生產(chǎn)的重要脅迫因子[27-28]。鋁毒對(duì)油菜生長(zhǎng)的影響及耐鋁毒種質(zhì)的篩選鑒定引起了廣泛重視。但針對(duì)油菜鋁毒耐性種質(zhì)資源篩選的試驗(yàn)主要在苗期進(jìn)行。黨甲軍等[3]以不同濃度A12(S04)318H2O對(duì)油菜幼苗期進(jìn)行耐鋁性篩選,發(fā)現(xiàn)25～100 μmol L-1微量鋁濃度促進(jìn)幼苗根系伸長(zhǎng)生長(zhǎng),而濃度為800～1600 μmol L-1時(shí)根伸長(zhǎng)生長(zhǎng)受到嚴(yán)重抑制。熊潔等[29]用1 mmol L-1濃度的鋁脅迫(AlCl3,pH 4.0)進(jìn)行苗期耐鋁性鑒定,通過聚類分析將23份油菜品種(系)劃分為耐鋁、中度耐鋁及不耐鋁3類。黃邦全等[30]通過根長(zhǎng)和鮮重比較分析了不同Al3+濃度對(duì)油菜的影響,并對(duì)8份油菜品種(系)幼苗的耐鋁性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)。自1976年,Konzak等[31]通過溶液-濾紙法(the method of solution-paper)進(jìn)行小麥、大麥、水稻、高粱、玉米、大豆等作物萌發(fā)過程鋁毒耐性資源篩選后,該方法已經(jīng)被廣泛應(yīng)用[18,32]。但是,根據(jù)種子萌發(fā)期相關(guān)性狀進(jìn)行油菜耐鋁毒種質(zhì)資源篩選卻未見報(bào)道。本研究對(duì)廣泛收集的具有不同遺傳背景和來源的148份甘藍(lán)型油菜品種(系)采用溶液-濾紙法在種子萌發(fā)過程進(jìn)行鋁脅迫處理,調(diào)查各性狀,運(yùn)用主成分、聚類分析和逐步回歸分析等不同評(píng)價(jià)方法綜合評(píng)價(jià)油菜種子萌發(fā)期耐鋁毒特性,篩選出萌發(fā)期對(duì)鋁毒耐性較強(qiáng)的甘藍(lán)型油菜種質(zhì)并優(yōu)化評(píng)價(jià)體系,為酸性土壤區(qū)域油菜耐鋁毒品種(系)選擇和新品種(系)選育提供參考依據(jù)和理論支持。

1 材料與方法

1.1 供試油菜種質(zhì)資源

用于萌發(fā)期鋁毒脅迫處理濃度篩選的材料為中雙11(ZS11)和4個(gè)不同油菜品系(D011、D363、D016、D064)；用于資源篩選鑒定和綜合評(píng)價(jià)體系構(gòu)建的試驗(yàn)材料是從國(guó)內(nèi)外高等學(xué)校、科研院所收集并整理的具有不同遺傳背景和廣泛地理來源的148份甘藍(lán)型油菜種質(zhì),所有品種(系)均由重慶市油菜工程技術(shù)研究中心提供。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 萌發(fā)期鋁毒脅迫處理濃度的篩選 以遺傳背景不同的5份甘藍(lán)型油菜品種(系)為材料,選擇大小均勻、籽粒飽滿的種子,以蒸餾水清洗3次。試驗(yàn)設(shè)置AlCl3的質(zhì)量濃度分別為0(CK)、30、60、90、120、150和240 μg mL-1。在鋪有2層濾紙的培養(yǎng)皿中均勻放入20粒種子,分別加入3 mL不同濃度的鋁毒溶液。各處理3次重復(fù)。將培養(yǎng)皿置于光照培養(yǎng)箱中,溫度25℃,相對(duì)濕度85%,光暗時(shí)間為16 h/8 h。植物根系對(duì)鋁毒非常敏感[33-34],鋁毒脅迫下根系生長(zhǎng)快速受到抑制[35],通常將根長(zhǎng)受抑制的程度作為植物鋁毒耐性的篩選指標(biāo)[36]。因此,本試驗(yàn)于7 d后測(cè)定其胚根長(zhǎng)度,參考Foy等[37]的方法進(jìn)行油菜種子適宜鋁毒耐性處理濃度的篩選。

1.2.2 萌發(fā)期耐鋁毒油菜品種(系)的鑒定 用篩選出來的脅迫濃度分別處理148份甘藍(lán)型油菜種子,以蒸餾水處理為對(duì)照,按照上述培養(yǎng)方法,3次重復(fù)。以胚根突破種皮1 mm為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)[38],于第3天和第7天分別統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)(germination vigor,GV)和發(fā)芽率(germination rate,GR),第7天于每皿隨機(jī)選取10株長(zhǎng)勢(shì)基本一致的幼苗測(cè)定植株根長(zhǎng)(root length,RL)、芽長(zhǎng)(shoot length,SL)、鮮重(fresh weight,FW)及干重(dry weight,DW)。

1.3 數(shù)據(jù)處理與分析

利用Microsoft Excel 2007統(tǒng)計(jì)、處理原始數(shù)據(jù)并作相關(guān)圖表,運(yùn)用SPSS 17.0[39]和DPS 2005[40]對(duì)處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析、相關(guān)性分析、主成分分析及聚類分析等。

參考田蕾等[41]、姜奇彥等[42]方法,按照公式(1)計(jì)算各單項(xiàng)指標(biāo)性狀的鋁毒耐性系數(shù)(aluminum toxicity tolerance coefficient,AC),計(jì)算各單項(xiàng)指標(biāo)性狀A(yù)C值間相關(guān)性、統(tǒng)計(jì)頻次分布并進(jìn)行主成分分析[43]；公式(2)和(3)分別用于計(jì)算各品種(系)各單項(xiàng)指標(biāo)隸屬函數(shù)和平均隸屬函數(shù)值(average subordinate function value,ASF)；公式(4)和(5)分別計(jì)算各綜合指標(biāo)的權(quán)重(ωi)和鋁毒耐性綜合評(píng)價(jià)值(aluminum toxicity tolerance value,A)；公式(6)、(7)、(8)分別計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)(ξi)、關(guān)聯(lián)度(γi)和各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)[ωi(γ)]；公式(9)計(jì)算各品種(系)每個(gè)指標(biāo)性狀的對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)(weight aluminum toxicity tolerance coefficient,WACij)；公式(10)計(jì)算每個(gè)品種(系)的對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)(WACj)。

式(1)中,Xij、CKij分別表示第j個(gè)品種(系)第i個(gè)指標(biāo)在鋁毒脅迫和對(duì)照處理的測(cè)定值；m和n分別代表性狀指標(biāo)數(shù)和品種(系)數(shù)。式(2)中,ACij表示第j個(gè)品種(系)第i個(gè)指標(biāo)的單項(xiàng)鋁毒耐性系數(shù),ACmin、ACmax分別表示所有參試材料某單項(xiàng)指標(biāo)耐性系數(shù)的最小值和最大值。式(3)中,Ri表示每個(gè)品種(系)的第i個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值。式(4)中,ωi表示第i個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度即權(quán)重；Pi代表經(jīng)主成分分析所得到各品種(系)第i個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。式(5)中,R(Xi)代表各主成分得分值；其中k為選取的主成分個(gè)數(shù)。式(6)中,ξi為關(guān)聯(lián)系數(shù),Δij為品種(系)最優(yōu)性狀與第j個(gè)品種(系)第i個(gè)指標(biāo)的絕對(duì)差值,minΔij為最小二級(jí)絕對(duì)差值,maxΔij為最大二級(jí)絕對(duì)差值,p為分辨系數(shù)(取0.5)；式(7)中,γi為關(guān)聯(lián)度；式(8)中,ωi(γ)為各指標(biāo)權(quán)重系數(shù)；式(9)中,WACij為第j個(gè)品種(系)第i個(gè)指標(biāo)的加權(quán)耐性系數(shù),ACij表示第j個(gè)品種(系)第i個(gè)指標(biāo)的單項(xiàng)鋁毒耐性系數(shù)；式(10)中,WACj為第j個(gè)品種(系)的加權(quán)耐性系數(shù)。

以各指標(biāo)鋁毒耐性系數(shù)(AC)為比較序列,以鋁毒耐性綜合評(píng)價(jià)值(A)為參考序列進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度分析,獲得各指標(biāo)AC 值與A 值間的關(guān)聯(lián)度(γi)?；贏 值采用類平均法和歐氏距離進(jìn)行聚類分析。以A 值為因變量,對(duì)各指標(biāo)的AC 值為自變量進(jìn)行逐步回歸分析,獲得回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 脅迫濃度篩選

在不同濃度鋁毒脅迫處理下,5 個(gè)品種(系)胚根生長(zhǎng)均受到抑制(表1),但不同品種(系)的根長(zhǎng)在不同鋁脅迫濃度下變化趨勢(shì)存在差異。當(dāng)處理濃度為30 μg mL-1時(shí),5 個(gè)品種(系)根長(zhǎng)較對(duì)照差異均未達(dá)到顯著,而當(dāng)處理濃度大于或等于120 μg mL-1時(shí),5個(gè)品種(系)根長(zhǎng)較對(duì)照差異均達(dá)到顯著水平,且隨著濃度增加,抑制更加明顯。因此鋁毒脅迫濃度過低(≤30 μg mL-1)或者過高(≥120 μg mL-1)均無法區(qū)分品種(系)間耐性差異。在60 μg mL-1和90 μg mL-1鋁毒脅迫時(shí),ZS11 和D363 根長(zhǎng)較對(duì)照差異顯著,而D011、D016 和D064 與對(duì)照差異不顯著,說明這2個(gè)濃度能夠區(qū)分出品種(系)間耐性差異,可用于區(qū)分油菜種子萌發(fā)期耐鋁性差異的篩選濃度。為了提高選擇效率,實(shí)驗(yàn)中選擇用90 μg mL-1鋁脅迫濃度作為篩選萌發(fā)期耐鋁毒油菜品種(系)的適宜處理濃度。

2.2 萌發(fā)期指標(biāo)分析

由表2可知,6 個(gè)性狀在對(duì)照和處理2 種條件下品種(系)間差異均達(dá)到顯著水平。對(duì)照組中各性狀變異系數(shù)范圍為24.79%～30.52%,變異系數(shù)從大到小依次為發(fā)芽勢(shì)、根長(zhǎng)、干重、芽長(zhǎng)、鮮重、發(fā)芽率；處理組中各性狀變異系數(shù)范圍是 24.49%～32.96%,變異系數(shù)從大到小依次為干重、根長(zhǎng)、發(fā)芽勢(shì)、鮮重、發(fā)芽率、芽長(zhǎng)。對(duì)照和處理2 種條件下變異系數(shù)均大于24%,說明148 份油菜品種(系)間具有較廣泛的遺傳變異。鋁毒脅迫下,根長(zhǎng)均值、鮮重均值及干重均值較對(duì)照分別下降 32.36%、15.60%和4.26%,其中根系受抑制最為嚴(yán)重；而發(fā)芽勢(shì)、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率則分別較對(duì)照增加5.81%、4.86%和4.53%。

表1 各品種(系)不同鋁毒脅迫濃度下根長(zhǎng)變化 Table1 Changes of root length of different varieties under different aluminum toxicity stress concentrations(cm)

表2 鋁毒脅迫下油菜品種(系)各指標(biāo)的變化 Table2 Changes of various indexes of rapeseed varieties under aluminum toxicity stress

2.3 單項(xiàng)指標(biāo)鋁毒耐性系數(shù)(AC 值)分析

按照公式(1)計(jì)算148 份油菜品種(系)的單項(xiàng)指標(biāo)鋁毒耐性系數(shù)(AC 值),統(tǒng)計(jì)該群體各單項(xiàng)耐鋁毒系數(shù)(AC 值)的頻次分布(圖1),結(jié)果表明,各指標(biāo)AC 值連續(xù)性變異分布,具典型的數(shù)量性狀特點(diǎn),直接通過AC 值大小區(qū)分品種(系)鋁毒耐性較為片面。表3表明,鮮重、干重和根長(zhǎng)AC 值均值小于1.00,而發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和芽長(zhǎng) AC 值均值大于1.00。但6 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)鋁毒耐性系數(shù)(AC 值)在品種(系)間差異較大,均達(dá)到極顯著水平(P＜0.01),說明這些性狀在鋁毒脅迫下不同品種(系)間變化不同。6 個(gè)指標(biāo)的變異系數(shù)介于12.650%～36.528%之間,表現(xiàn)為根長(zhǎng)＞發(fā)芽勢(shì)＞發(fā)芽率＞鮮重＞芽長(zhǎng)＞干重。表4表明,各指標(biāo)鋁毒耐性系數(shù)之間存在一定程度的相關(guān)性。其中,根長(zhǎng)與發(fā)芽率、鮮重呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01),與芽長(zhǎng)呈顯著相關(guān)(P＜0.05)；而芽長(zhǎng)與鮮重,發(fā)芽勢(shì)與發(fā)芽率,干重與鮮重之間均呈極顯著正相關(guān)(P＜0.01)。因此,各性狀的鋁毒耐性系數(shù)所提供的信息重疊,在油菜耐鋁毒脅迫中所起的作用不完全相同,直接利用這些性狀指標(biāo)的AC 值進(jìn)行油菜萌發(fā)期耐鋁毒性評(píng)價(jià)不太準(zhǔn)確,較為片面。

圖1 甘藍(lán)型油菜不同指標(biāo)耐性系數(shù)的頻次分布 Fig.1 Frequency distribution of tolerance coefficients of different indicators in Brassica napus

表3 油菜各指標(biāo)鋁毒脅迫耐性系數(shù)(AC 值)Table3 Aluminum toxicity stress tolerance coefficient of each index of rapeseed(AC value)

表4 油菜各指標(biāo)鋁毒脅迫耐性系數(shù)相關(guān)系數(shù) Table4 Correlation coefficients of aluminum toxicity stress tolerance coefficient among various indexes of rapeseed

2.4 單項(xiàng)指標(biāo)耐性系數(shù)(AC 值)的主成分分析

由表5可知,第一、第二、第三和第四主成分的貢獻(xiàn)率分別為 33.418%、29.522%、14.747%和12.723%,累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到90.411%。抽取前4 個(gè)主成分因子,基本涵蓋了所測(cè)指標(biāo)的大部分遺傳信息,將6 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4 個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo),作為鋁毒脅迫影響油菜種質(zhì)萌發(fā)期的主要篩選指標(biāo)。第一主成分中發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率和根長(zhǎng)正向貢獻(xiàn)率較高,第二主成分中鮮重、干重和根長(zhǎng)正向貢獻(xiàn)率較高,第三主成分貢獻(xiàn)率較高的是芽長(zhǎng),綜合可知,主成分一、二、三基本包括了萌發(fā)期測(cè)定的所有指標(biāo)性狀,且貢獻(xiàn)率達(dá)到77%以上,所以前3 個(gè)主成分可反映148 份甘藍(lán)型油菜萌發(fā)期耐鋁毒性。

2.5 基于平均隸屬函數(shù)值、鋁毒耐性綜合評(píng)價(jià)值和對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式(4)計(jì)算供試148 份種質(zhì)的平均隸屬函數(shù)值(ASF 值),并排序(表6)表明,平均隸屬函數(shù)值(ASF 值)介于0.109～0.642 之間,從大到小前10 名依次為01188、WH-20、甲預(yù)31 棚、A109、WH-55、中雙10 號(hào)、WH-19、SWU110、滬油15 號(hào)和中油589,從小到大后10 名依次為湘油13 號(hào)、96021、CY12QSZ06、甲922、陽光198、SWU59、甲預(yù)17棚、WX10329、2012-3448 和WX1025。供試種質(zhì)對(duì)鋁毒耐性綜合評(píng)價(jià)值(A 值)度量了各品種(系)的主成分得分和主成分權(quán)重的累加值,其值大小反應(yīng)了各品種(系)對(duì)鋁毒耐性的強(qiáng)弱。148 份油菜種質(zhì)A 值介于-1.536～2.018 之間,根據(jù)A 值大小對(duì)供試種質(zhì)進(jìn)行耐性排序(表6),對(duì)鋁毒耐性強(qiáng)的品種(系)排序前10 的品種(系)依次為01188、WH-20、A109、甲預(yù)31 棚、SWU110、中雙10 號(hào)、滬油15 號(hào)、WH-19、WH-55 和中油589,對(duì)鋁毒敏感性的品種(系)依次為湘油13 號(hào)、陽光198、甲預(yù)17 棚、甲922、WX10329、96021、CY12QSZ06、wx1025、2012-3448 和SWU59。根據(jù)對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)(WAC 值)大小對(duì)供試種質(zhì)進(jìn)行耐性排序(表6),對(duì)鋁毒耐性強(qiáng)的品種(系)有WH-20、01188、甲預(yù)31 棚、A109、WH-55、SWU110、WH-19、中雙10 號(hào)、中油589 和滬油15 號(hào),對(duì)鋁毒敏感性的品種(系)有湘油13 號(hào)、陽光198、甲預(yù)17 棚、96021 和甲922。從3種綜合評(píng)價(jià)體系來看,148份品種(系)在不同評(píng)價(jià)體系中排名略有不同,但排名順序差異不大,對(duì)鋁毒耐性和對(duì)鋁毒敏感性品種(系)的篩選結(jié)果基本一致。

表5 各綜合指標(biāo)的特征值、貢獻(xiàn)率和主成分特征向量值 Table5 Characteristic value,contribution rate,and principal component characteristic value of each comprehensive index

表6 鋁毒脅迫下油菜品種(系)資源的ASF 值、A 值、WAC 值排序 Table6 ASF value,A value,and WAC value sequence of rapeseed variety resources under aluminum toxicity stress

(續(xù)表6)

(續(xù)表6)

(續(xù)表6)

2.6 聚類分析

基于各品種(系)綜合鋁毒耐性系數(shù)值(A),通過離差平方和法進(jìn)行系統(tǒng)聚類,在歐氏距離D=10.95處將148 份供試種質(zhì)分為四大類(圖2)。其中第Ⅰ類是耐鋁毒性的品種(系),包括01188、WH-20、甲預(yù)31 棚、SWU110、中雙10 號(hào)和滬油15 號(hào)等18 份,占12.16%,其中,13 份材料來自湖北,2 份來自重慶,其余3 份分別來自江蘇、陜西和四川；第II 類是較耐鋁毒性品種(系),包括SWU96、至尊、中油589、皖油29、SWU40、SWU71、中雙12 號(hào)和廣德8104等45 份,占30.41%,其中,21 份來自湖北,12 份來自重慶,5 份來自江蘇,3 份來自四川,2 份來自陜西,青海和甘肅各占1 份；第III 類屬于耐鋁毒性一般的品種(系),包括DDI、宿84-6、WH-37、揚(yáng)J6711 和Rucabo 等56 份,占37.84%,其中27 份來自湖北,12份來自江蘇,7 份來自重慶,4 份來自甘肅,2 份來自湖南,3 份來自陜西,1 份來自四川；第IV 類屬于鋁毒敏感品種(系),包括湘油13 號(hào)、陽光198、甲預(yù)17 棚和甲922 等29 份,占19.59%,其中9 份來自湖北,7 份來自重慶,6 份來自湖南,3 份來自四川,2 份來自甘肅,江蘇,1 份來自陜西。統(tǒng)計(jì)各類型單項(xiàng)鋁毒耐性系數(shù)(AC)、綜合耐鋁毒性度量值(A)、對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)(WAC)和平均隸屬函數(shù)值(ASF)(表7)表明,除干重的AC 值在第II 類群略有降低外,各單項(xiàng)指標(biāo)AC 值以及綜合評(píng)價(jià)體系中的ASF 值、WAC值和A 值均隨鋁毒耐性級(jí)別降低而減小。

表7 供試油菜種質(zhì)耐性評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí) Table7 Classification of evaluation index of rapeseed germplasm tolerance

圖2 基于A 值的供試種質(zhì)耐性系統(tǒng)聚類圖 Fig.2 Cluster diagram of test germplasm tolerance system based on A value

2.7 萌發(fā)期耐鋁毒性指標(biāo)的篩選和回歸方程構(gòu)建

統(tǒng)計(jì)各單項(xiàng)指標(biāo)AC 值與A 值的灰色關(guān)聯(lián)度、權(quán)重和排序(表8)表明,關(guān)聯(lián)度和權(quán)重大小依次為根長(zhǎng)、鮮重、干重、芽長(zhǎng)、發(fā)芽率、發(fā)芽勢(shì),雖然各關(guān)聯(lián)度和權(quán)重系數(shù)差值較小,但是根長(zhǎng)和鮮重排序靠前,結(jié)果與前面各指標(biāo)對(duì)鋁毒脅迫的敏感性基本吻合。為了進(jìn)一步分析萌發(fā)期各單項(xiàng)指標(biāo)耐鋁毒系數(shù)(AC 值)與耐鋁毒特性之間的關(guān)系,篩選出耐鋁毒鑒定指標(biāo),建立耐鋁毒評(píng)價(jià)的數(shù)學(xué)模型,進(jìn)行耐鋁毒性預(yù)測(cè)。以6 個(gè)各單項(xiàng)指標(biāo)耐鋁毒系數(shù)為自變量、以耐鋁毒綜合度量值A(chǔ) 值為因變量,進(jìn)行逐步回歸,構(gòu)建最優(yōu)回歸方程：A = -4.86305507+0.5507091372X1+ 0.7123716750X2+0.8760485264X3+0.7832374352X5+ 2.0774041486X6(F=1408512.3071**,R2=0.99998)。公式中的X1、X2、X3、X5、X6分別代表發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、鮮重、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的AC 值。從最優(yōu)回歸方程知,除干重外,各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鋁毒系數(shù)(AC 值)均與油菜萌發(fā)期耐鋁毒特性顯著相關(guān),在油菜萌發(fā)期耐鋁毒特性篩選上,可以參考這5 個(gè)指標(biāo)?；貧w方程預(yù)測(cè)準(zhǔn)確度高、效果較好。因此,在油菜萌發(fā)期測(cè)定其根長(zhǎng)、芽長(zhǎng)、鮮重、干重、發(fā)芽率和發(fā)芽勢(shì),并通過回歸方程估算其A 值,可以初步判斷種質(zhì)的耐鋁毒特性。

表8 供試油菜種質(zhì)各指標(biāo)AC 值與A 值的灰色關(guān)聯(lián)度 Table8 Grey correlation degree between AC values and A values of various indexes of rape germplasm

3 討論

鋁毒耐性是指作物在鋁毒脅迫時(shí)所表現(xiàn)出來的忍耐能力。不同基因型作物間的鋁毒耐性差異在鋁離子濃度過高或過低的情況下都會(huì)趨于不顯著[32],因此,適宜的處理濃度對(duì)作物種質(zhì)資源篩選非常重要。本試驗(yàn)設(shè)計(jì)了7 個(gè)鋁離子處理濃度,用不同遺傳來源的5 份品種(系)為試驗(yàn)材料,以根長(zhǎng)作為選擇指標(biāo)[37],通過比較不同材料間根長(zhǎng)變化差異,最終選擇90 μg mL-1AlCl3的處理濃度作為148 份種質(zhì)資源的鋁毒耐性篩選濃度。該濃度與Rosado 等[32]和應(yīng)小芳等[44]在麻風(fēng)樹和大豆中篩選出的適宜濃度基本一致,但與劉強(qiáng)等[45]在油菜種子萌發(fā)中研究結(jié)果存在著差異,究其原因,主要是試驗(yàn)過程中研究品種(系)群體大小、參考指標(biāo)和統(tǒng)計(jì)時(shí)間不同所致。

本研究單項(xiàng)耐性系數(shù)結(jié)果顯示,對(duì)鋁毒脅迫敏感性最強(qiáng)的是根長(zhǎng),研究結(jié)果與前人報(bào)道的結(jié)果一致[35-36,46-48]。除根長(zhǎng)外,干重、鮮重、芽長(zhǎng)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率均受到不同程度的影響,且不同品種(系)不同性狀指標(biāo)受到的影響程度不同,說明通過單一性狀對(duì)種子萌發(fā)期耐鋁毒能力進(jìn)行評(píng)價(jià)不穩(wěn)定。隨著對(duì)作物抗逆性研究的發(fā)展,主成分分析、平均隸屬函數(shù)值法、模糊數(shù)學(xué)綜合評(píng)價(jià)法和聚類分析等已在棉花[49]、花生[50]、柑橘[51]等作物抗逆性的篩選鑒定中得到廣泛應(yīng)用,灰色關(guān)聯(lián)度可確定各指標(biāo)耐性系數(shù)與綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)A 值間的密切程度[52-53]。結(jié)合多種分析方法對(duì)油菜萌發(fā)期耐鋁毒種質(zhì)資源進(jìn)行篩選與綜合評(píng)價(jià)較為可靠,既可以避免了單一方法的片面性,又能揭示油菜萌發(fā)期相關(guān)性狀與耐鋁性的關(guān)系,進(jìn)一步豐富了耐鋁毒種質(zhì)資源篩選工作的內(nèi)容。本研究結(jié)合各評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)148 份供試材料的萌發(fā)期鋁毒耐性進(jìn)行單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)排序,并基于綜合鋁毒耐性系數(shù)值(A)進(jìn)行聚類,將148 份種質(zhì)鋁毒耐性分為四大類。其中,鋁毒耐性強(qiáng)的品種(系)包括01188、WH-20、A109、甲預(yù)31 棚等,這些材料為油菜種子萌發(fā)期鋁毒耐性機(jī)制和新品種選育提供材料,也為油菜栽培提供理論指導(dǎo)。通過不同地理來源的油菜品種(系)在聚類分析類群分布來看,陜西、甘肅和青海等偏北省份收集的15 份品種(系)中僅有5 份鋁毒耐性較強(qiáng),其余10 份鋁毒耐性較差,究其原因可能是北方酸性土壤較少,鋁毒害不嚴(yán)重；而耐鋁毒性最好的18份油菜品種(系)主要來自湖北、重慶等南方地區(qū),尤其是長(zhǎng)江流域地區(qū),由于該區(qū)域酸雨嚴(yán)重及銨肥大量施用,導(dǎo)致油菜生產(chǎn)長(zhǎng)期遭受鋁毒脅迫的為害,然而,適度的逆境脅迫能夠提高植物的抗逆性,進(jìn)化選擇及適應(yīng)性馴化使得該區(qū)域部分油菜品種表現(xiàn)出極強(qiáng)的耐鋁性。

目前,油菜耐鋁毒特性的研究主要在苗期和成株期,對(duì)油菜種子萌發(fā)過程中的研究較少。由于基因表達(dá)的時(shí)空性,作物在不同生育時(shí)期所表現(xiàn)的耐鋁毒特性可能存在一定差異,在萌發(fā)期篩選出的鋁毒耐性較好的油菜品種(系)是否在苗期或者成株期表現(xiàn)出相同的特性還有待于驗(yàn)證。從生育時(shí)期重要性來看,種子萌發(fā)是作物生長(zhǎng)發(fā)育的初始階段,其好壞影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的整個(gè)時(shí)期,因此篩選萌發(fā)期鋁毒耐性較好的品種(系)具有非常重要的意義。本文通過單項(xiàng)指標(biāo)和綜合指標(biāo)比較,認(rèn)為綜合鋁毒耐性系數(shù)值(A)較單項(xiàng)指標(biāo)更可以作為甘藍(lán)型油菜種子萌發(fā)期鋁毒耐性篩選的重要指標(biāo),并建立最優(yōu)回歸模型,認(rèn)為該模型將可用于其他甘藍(lán)型油菜種子萌發(fā)期鋁毒耐性篩選。

4 結(jié)論

測(cè)定甘藍(lán)型油菜萌發(fā)期相關(guān)形態(tài)指標(biāo),結(jié)合各指標(biāo)鋁毒脅迫耐性系數(shù)(AC 值)、各品種(系)鋁毒脅迫耐性綜合評(píng)價(jià)值(A 值)、平均隸屬函數(shù)值(ASF 值)及各品種(系)的對(duì)鋁毒加權(quán)耐性系數(shù)(WAC 值)進(jìn)行相關(guān)分析、頻數(shù)分析、主成分分析、灰色關(guān)聯(lián)分析和聚類分析的評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。根據(jù)主成分、ASF值、A 值、WAC 值和聚類分析對(duì)148 份甘藍(lán)型油菜鋁毒耐性排序和分類,篩選出01188、WH-20、甲預(yù)31棚等為耐鋁毒型品種(系)。通過灰色關(guān)聯(lián)分析和逐步回歸分析,并構(gòu)建了最優(yōu)回歸方程：A= -4.86305507+ 0.5507091372X1+0.7123716750X2+0.8760485264X3+ 0.7832374352X5+2.0774041486X6(F=1408512.3071**,R2= 0.99998),認(rèn)為測(cè)定發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、鮮重、根長(zhǎng)和芽長(zhǎng)的AC 值可快速有效鑒定萌發(fā)期甘藍(lán)型油菜種質(zhì)資源對(duì)鋁毒的耐性。