候文慧，張玉霞，陳衛(wèi)東，孫明雪，郭 園，叢百明，杜曉艷

（1.內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼028043；2.內(nèi)蒙古自治區(qū)通遼市農(nóng)牧科學(xué)研究所，內(nèi)蒙古 通遼028000）

飼用高粱為禾本科高粱屬生物產(chǎn)量可觀的飼料作物之一，是目前世界上種植歷史悠久的作物之一［1-2］，具有極強(qiáng)的抗旱、耐澇、耐瘠薄、抗鹽堿等特性［3］.其生長(zhǎng)受干旱影響較大.種子在萌發(fā)階段極易受到干旱的影響，國(guó)內(nèi)外均有眾多學(xué)者對(duì)植物萌發(fā)期的抗旱性進(jìn)行研究，裴帥帥等［4］在不同品種谷子種子萌發(fā)期對(duì)干旱脅迫的生理響應(yīng)及其抗旱性評(píng)價(jià)中研究表明，種子萌發(fā)期的抗旱性不能靠單一指標(biāo)評(píng)價(jià).陳新等［5］在PEG-6000脅迫下裸燕麥萌發(fā)期抗旱性鑒定與評(píng)價(jià)研究表明，運(yùn)用主成分分析法可以將各鑒定指標(biāo)間重疊的信息部分去除，篩選出其主要的評(píng)價(jià)指標(biāo)，從而利用其主要鑒定指標(biāo)評(píng)價(jià)種子萌發(fā)期的抗旱性.這種綜合評(píng)價(jià)分析抗逆性的方法在飼用高粱的抗鹽堿研究中已得到廣泛應(yīng)用［6-7］.近年來(lái)，PEG溶液模擬干旱環(huán)境在植物滲透脅迫生理研究中已經(jīng)得到應(yīng)用［8］.作物的相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)發(fā)芽能力等指標(biāo)是評(píng)估發(fā)芽期內(nèi)玉米［9］、小麥［10］、水稻［11］等農(nóng)作物抗旱性的重要指標(biāo)，因此，這些指標(biāo)也可應(yīng)用于篩選發(fā)芽期培養(yǎng)的高粱.

干旱脅迫是造成農(nóng)作物產(chǎn)量減少的主要因素之一，是限制我國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素［12］.在我國(guó)干旱地區(qū)為了緩解水資源不足的問題，應(yīng)廣泛種植抗旱性強(qiáng)的作物［13］.因此，選育出抗旱性強(qiáng)的優(yōu)質(zhì)飼用高粱品種至關(guān)重要.本試驗(yàn)在人工氣候條件下采用PEG-6000模擬干旱處理，通過(guò)模擬干旱環(huán)境，研究不同飼用高粱品種在萌發(fā)期對(duì)干旱脅迫的響應(yīng)，確定不同飼用高粱品種的抗旱性，為選擇不同飼用高粱品種適應(yīng)干旱地區(qū)種植提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所用飼用高粱品種1220、1230、SU9002、N52K1009、N5212274、BJ0603、BJ0602、2180均來(lái)源于北京正道生態(tài)有限公司.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

本試驗(yàn)采用室內(nèi)盆栽試驗(yàn)方法［14］.首先在花盆上套上塑料袋，選擇飽滿無(wú)殘缺、大小均勻一致、品質(zhì)優(yōu)良的8種飼用高粱品種的種子，分別用0.1%的HgCl2進(jìn)行充分消毒10 min，用蒸餾水反復(fù)沖洗干凈.用濃度為15%的聚乙二醇（PEG）溶液進(jìn)行模擬干旱脅迫處理，以蒸餾水處理為對(duì)照，共16 個(gè)處理，3 次重復(fù)，每個(gè)花盆播種50粒種子，每盆加500 g沙土和蛭石并加入200 mL濃度為15%的聚乙二醇（PEG）溶液，覆土厚度3 cm.將花盆放置于通風(fēng)、光照良好的環(huán)境中，每天記錄發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽試驗(yàn)結(jié)束后，每個(gè)重復(fù)取5株測(cè)定胚根、胚芽長(zhǎng)度.

1.3 測(cè)定指標(biāo)

種子發(fā)芽指標(biāo)測(cè)定參照《國(guó)際種子檢驗(yàn)規(guī)程》［15］，發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽勢(shì)=發(fā)芽達(dá)到高峰期時(shí)發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)GI=ΣGt/Dt，Gt：在時(shí)間為t天的發(fā)芽個(gè)數(shù)，Dt：至t天的發(fā)芽天數(shù)［16］；活力指數(shù)：VI=GI×S，GI為發(fā)芽指數(shù)，S為根長(zhǎng)或芽長(zhǎng)；根芽比=根長(zhǎng)/種苗長(zhǎng)度.

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

1.4.1 單項(xiàng)指標(biāo)耐鹽堿系數(shù)ω ω=不同濃度處理下的平均測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值

1.4.2 各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

式中，u（x）為第x個(gè)主成分耐鹽堿系數(shù)的隸屬函數(shù)值；x為第x個(gè)主成分的耐鹽堿系數(shù)；xmax為第x個(gè)主成分的耐鹽堿系數(shù)最大值；xmin為第x個(gè)主成分的耐鹽堿系數(shù)最小值.

式中，WX為第x個(gè)主成分耐鹽堿系數(shù)的權(quán)重；VX為第x個(gè)主成分耐鹽堿系數(shù)的貢獻(xiàn)率；m為各個(gè)主成分耐鹽系數(shù)的權(quán)重之和.

式中，D為加權(quán)隸屬函數(shù)值，即綜合評(píng)價(jià)值.

本試驗(yàn)用Excel 2010計(jì)算并處理數(shù)據(jù)，用DPS進(jìn)行分析數(shù)據(jù).

2 結(jié)果與分析

2.1 抗旱系數(shù)

根據(jù)抗旱系數(shù)公式計(jì)算飼用高粱種質(zhì)材料各單項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)（表1）.表1表明，各品種的發(fā)芽勢(shì)（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）和活力指數(shù)（VI）均低于對(duì)照（ω＜1），而多數(shù)品種根芽比（RBR）高于對(duì)照（ω＞1），但不同基因型飼用高粱的不同指數(shù)變化是不同的，N52K1009在RBR指標(biāo)中數(shù)值最低，但在其他指標(biāo)中均不是最低.因此利用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)抗旱性可能會(huì)得到不同、甚至相反的結(jié)果.為了補(bǔ)充單一指標(biāo)評(píng)估的不足，本研究使用了幾種不同分析方法.

表1 各單項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)ω值Tab. 1 Drought resistance coefficient ω value of each single index

2.2 相關(guān)性分析

由表2 可知，GP與RBR呈顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.75；GP與GI呈極顯著正相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)為0.96.說(shuō)明飼用高粱各個(gè)指標(biāo)間有一定的重復(fù)性，用單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)飼用高粱的抗旱性不夠準(zhǔn)確，具有一定的片面性.

表2 抗旱系數(shù)間的相關(guān)關(guān)系Tab. 2 Correlation among drought resistance coefficients

2.3 供試飼用高粱種質(zhì)材料抗旱系數(shù)的主成分分析

由表3可知，在飼用高粱種子萌發(fā)期抗旱系數(shù)的主成分分析中，第一主成分的貢獻(xiàn)率是57.112%，第二主成分的貢獻(xiàn)率是29.637%，二者累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)86.749%，代表了絕大部分信息，可以作為2個(gè)新的綜合指標(biāo)對(duì)飼用高粱種質(zhì)材料抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià).

表3 供試飼用高粱種質(zhì)萌發(fā)期抗旱系數(shù)的主成分分析Tab. 3 Principal component analysis of drought resistance coefficient of sorghum germplasm at germination stage

2.4 供試飼用高粱種質(zhì)材料權(quán)重、隸屬函數(shù)值及D值分析

如表4所示，同一指標(biāo)下，SU9002的隸屬函數(shù)值最大，為1.000，說(shuō)明此材料下SU9002的抗旱性最強(qiáng)；BJ0602的u（1）值最小，說(shuō)明此材料下BJ0602的抗旱性最弱.根據(jù)公式（2）得出，2個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.658和0.342.運(yùn)用公式（3）計(jì)算得出飼用高粱抗旱性綜合評(píng)價(jià)值D值，并根據(jù)D值對(duì)其抗旱性進(jìn)行強(qiáng)弱排序，結(jié)果為SU9002＞N5212274＞2180＞1230＞1220＞BJ0603＞N52K1009＞BJ0602，SU9002 的D值最大，表明其抗旱性最強(qiáng)，BJ0602的D值最小，說(shuō)明其抗旱性最差.

表4 各材料隸屬函數(shù)值、權(quán)重、D值及排序Tab. 4 Membership function value，weight，D value and ranking of each material

2.5 不同飼用高粱品種抗旱性聚類分析

圖1 聚類分析圖Fig. 1 Cluster analysis diagram

如圖1所示，對(duì)8個(gè)品種萌發(fā)期的抗旱系數(shù)進(jìn)行聚類分析，可將其分為3類，第一類為抗旱能力極強(qiáng)的飼用高粱品種，為SU9002，占總體的12.5%；第二類為抗旱能力中等的飼用高粱品種，為1230，N5212274，2180，占總體的37.5%；第三類為抗旱能力弱的飼用高粱品種，為1220，BJ0603，BJ0602，N52K1009，占總體的50.0%.

3 討論與結(jié)論

對(duì)于多種不同作物萌發(fā)期的抗旱性研究表明，種子的GI和VI已被確定為農(nóng)作物的抗旱性指標(biāo)，并且可以反映出種子抗旱性的強(qiáng)弱［17-18］.陳新等［19］在PEG-6000脅迫下裸燕麥萌發(fā)期抗旱性鑒定與評(píng)價(jià)中表明，裸燕麥的種子在萌發(fā)期GI、VI等均與抗旱性存在著密不可分的相關(guān)性，可以將活力指數(shù)與發(fā)芽指數(shù)作為其抗旱性鑒定的主要指標(biāo).荊瑞勇等［18］、赫福霞等［20］、徐蕊等［21］和安永平等［22］研究表明，抗旱指數(shù)、發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率可以作為鑒定其萌發(fā)期抗旱能力強(qiáng)弱的指標(biāo).劉桂紅等［23］研究表明，種子的根芽長(zhǎng)度也可作為谷子抗旱鑒定的重要指標(biāo).本試驗(yàn)中，飼用高粱品種SU9002的測(cè)定指標(biāo)中，相對(duì)發(fā)芽率和相對(duì)活力指數(shù)測(cè)定數(shù)值最大，但在測(cè)量指標(biāo)中，相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)根芽比和相對(duì)發(fā)芽勢(shì)測(cè)定最大數(shù)值則是品種2180.綜上所述，僅用相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)發(fā)芽指數(shù)、相對(duì)發(fā)芽勢(shì)、相對(duì)活力指數(shù)和相對(duì)根芽比5個(gè)指標(biāo)中任一指標(biāo)作為唯一標(biāo)準(zhǔn)過(guò)于片面，綜合評(píng)價(jià)各指標(biāo)是必要的，這與王帥等［24］、張毅等［25］、曹俊梅等［26］觀點(diǎn)一致.本試驗(yàn)通過(guò)主成分分析，將干旱處理下不同飼用高粱材料測(cè)定的5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)綜合成2個(gè)新的綜合指標(biāo)，通過(guò)隸屬函數(shù)法分析，得到不同種質(zhì)材料苗期抗旱性綜合評(píng)價(jià)值（D值），通過(guò)綜合評(píng)價(jià)值篩選抗旱性強(qiáng)弱更加合理.本試驗(yàn)結(jié)果表明，8 種飼用高粱種質(zhì)材料的抗旱性由大到小為2180＞1220＞BJ0602＞BJ0603＞1230＞SU9002＞N52K1009＞N5212274.