劉 磊，馬奔馳，陳杰盼，王 磊，馮 琰，王 寬，祁利潘，龔學(xué)臣，尹 江，王 燕

(河北北方學(xué)院馬鈴薯研究中心，河北 張家口 075000)

馬鈴薯是第四大糧食作物，在世界糧食生產(chǎn)、解決人類溫飽和改善飲食結(jié)構(gòu)方面發(fā)揮了重要作用。栽培種親本材料遺傳背景狹窄，缺乏高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗基因資源，難以突破栽培種范圍。為了選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)多抗品種，亟需尋找新的資源。馬鈴薯的野生種種質(zhì)資源非常豐富，這些資源在其原產(chǎn)地長期自然選擇下，形成了高度抗病性和對不良環(huán)境的耐性，但這些野生種還沒有完全被掌握和利用。同時，原產(chǎn)地種與種之間均分散存在。隨著人們對野生種質(zhì)資源認識和研究的不斷深入，野生種在育種中的巨大潛力逐漸受到重視。馬鈴薯種質(zhì)資源的引進、品種選育及評價是一項基礎(chǔ)性的工作，通過單一指標(biāo)分析無法準(zhǔn)確地對馬鈴薯綜合性狀進行合理評價，而綜合評價法能對品種進行全面客觀的評價[1]，具有一定的客觀性和準(zhǔn)確性，避免了單一指標(biāo)的片面性。

馬鈴薯抗旱性評價方法較多，但大部分研究者采用王謐等[2]的以苗期生理生化指標(biāo)為主的隸屬函數(shù)法。相關(guān)分析是一種研究各性狀間相關(guān)性及程度的統(tǒng)計方法。鄧聚龍[3]灰色系統(tǒng)理論的灰色關(guān)聯(lián)度分析克服了大樣本、模糊評判及單因素比較的缺陷，能解決方差分析中僅憑產(chǎn)量評價品種的不足，是一種簡便、信息量大、可靠性強的綜合評價分析方法[4-8]。該方法在棉花[9]、玉米[10]、水稻[11-12]、大豆[13-14]、苜蓿[15]的品種評價中有廣泛應(yīng)用[16]。但結(jié)合隸屬函數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)分析對馬鈴薯品種生長性狀與抗旱性進行綜合評價分析的研究鮮有報道。

本研究以河北北方學(xué)院馬鈴薯研究中心從多個國家和地區(qū)收集的32份野生馬鈴薯資源為材料，對其物候期、生長性狀和抗旱性進行了調(diào)查和測定，并采用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法和灰色關(guān)聯(lián)分析法對抗旱指標(biāo)進行綜合評價，目的是明確各指標(biāo)影響抗旱的程度和參試材料對干旱脅迫的響應(yīng)能力，為馬鈴薯育種親本的選擇提供理論依據(jù)。

1 材料與調(diào)查指標(biāo)

1.1 供試材料

32份野生馬鈴薯材料分別為LS 21-8、LS 69-1、LS 38-2、LS 54-8、LS 42-8、LS 1-5、LS 57-5、LS 39-1、LS 40-7、LS 23-2、LS 48-3、LS 19-6、LS 59-4、LS 6-8、LS 36-4、LS 6、LS 38-7、LS 6-6、LS 29-6、LS 24-6、LS 5-2、LS 7-5、LS 44-6、LS 46-8、LS 5、LS 1、LS 8-4、LS 46-7、LS 60-2、LS 47-4、LS 23-1、LS 3。

1.2 材料種植

大田旱棚種植，灌溉區(qū)分別在幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長期、淀粉積累期4個時期進行灌溉，灌水量達到田間最大持水量的70%。干旱脅迫區(qū)從現(xiàn)蕾期開始控水直至收獲，含水量自然降低到最大持水量的30%時，分別對相關(guān)指標(biāo)進行調(diào)查和測定。

1.3 調(diào)查指標(biāo)

根據(jù)馬鈴薯種質(zhì)資源描述規(guī)范和數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，調(diào)查32份馬鈴薯材料的物候期分別為播種期、出苗期、收獲期、生育期等。植株形態(tài)特征分別為莖顏色、葉片顏色、花繁茂性、花冠色和株高等。塊莖性狀分別為薯形、皮色、肉色、薯皮類型和塊莖芽眼深度等。產(chǎn)量性狀為小薯數(shù)、小薯重、大薯數(shù)、大薯重和總產(chǎn)量等。

1.4 抗旱指標(biāo)測定及方法

株高：從泥土的表層到主莖的第1花序分支的高度。

葉綠素相對值：用SPAD 502葉綠素儀測定。

保水力：離體葉片保水力測定采用重量法，取新鮮功能葉片精確稱重，置空氣中緩慢脫水9 h后再稱重，計算單位重量葉片在相同時間內(nèi)的失水量[17]。

產(chǎn)量：收獲后測定單株塊莖產(chǎn)量。

過氧化氫酶(CAT)：采用紫外吸收法[18]測定 。

過氧化物酶(POD)：采用愈創(chuàng)木酚氧化法[19]測定。

丙二醛(MDA)含量：采用硫代巴比妥酸TBA顯色法測定[20]。

脯氨酸(Pro)含量：采用磺基水楊酸法測定。

1.5 數(shù)據(jù)分析

模糊隸屬函數(shù)分析參考王燕等[21]方法。

2 結(jié)果與分析

2.1 物候期調(diào)查分析

由表1可見，野生馬鈴薯材料的生育期為77～121 d。80 d以內(nèi)為早熟材料，81～105 d 為中熟材料,106 d以上的是晚熟材料。早熟有BD 23-2、BD 38-2、BD 46-7、BD 48-3共4個材料；中熟有BD 1-5、BD 23-1、BD 36-4等9個材料；晚熟有BD 1、BD 19-6、BD 21-8等19個材料。通過出苗期的比較，早熟材料出苗普遍較快，中熟材料次之，晚熟材料出苗普遍慢。

表1 32份野生馬鈴薯材料物候期Table 1 32 phenological period surveys of wild potato materials

2.2 植株形態(tài)特征調(diào)查分析

由表2可見，野生馬鈴薯材料的莖顏色以綠色為主，少數(shù)淺綠色；葉片顏色有綠色、棕綠色、褐綠色、紫色；花冠色有白色、淺紫色、紫色、深紫色、粉色、雜色；花繁茂性以多為主，少數(shù)中等；株高在26.3～33.3 cm之間的材料有BD 6、BD 64-4、BD 39-1、BD 21-8；株高在41.7～46.1 cm之間的材料有BD 38-7、BD 1、BD 69-1、BD 57-5；株高在51.3～54 cm之間的材料有BD 46-7、BD 3、BD 40-7、BD 24-6；株高在58～62 cm之間的材料有BD 6-6、BD 42-8、BD 65-4、BD 5-2、BD 1-5。

表2 32份野生馬鈴薯材料的植株形態(tài)特征Table 2 Investigation of plant morphological characteristics of 32 wild potato materials

2.3 塊莖性狀調(diào)查分析

由表3可見，野生馬鈴薯薯形為圓形或橢圓形；薯皮絕大多數(shù)為光滑，極少數(shù)是麻皮；芽眼有淺、中、深，少數(shù)為深；皮色大多數(shù)為白或黃、淺黃、金黃，少數(shù)為紅，極少數(shù)為粉；肉色淺黃或金黃居多，三種彩肉為紅心白肉，黃圈紅肉和紅圈黃肉。在一般情況下薯形圓形或橢圓形、中等大小、整齊均一、薯皮顏色黃或淺黃、表皮光滑、芽眼無色且淺，肉色金黃的商品薯比較受歡迎。

表3 32份野生馬鈴薯材料塊莖性狀Table 3 32 tuber properties of wild potato materials

2.4 產(chǎn)量調(diào)查分析

產(chǎn)量調(diào)查結(jié)果(表4)顯示，野生馬鈴薯結(jié)薯多但大多為小薯且產(chǎn)量偏低，結(jié)薯數(shù)超過100個的材料有LS 1-5、LS 23-1、LS 23-2、LS 36-4、LS 38-2、LS 38-7、LS 40-7、LS 42-8、LS 44-6和LS 6-6等,總重量大于5 kg的有LS 21-8、LS 23-1、LS 23-2、LS 24-6、LS 36-4、LS 38-2、LS 38-7、LS 40-7、LS 42-8、LS 44-6、LS 46-8、LS 47-4和LS 6-6等。

表4 32份野生馬鈴薯材料產(chǎn)量Table 4 32 yield surveys of wild potato materials

2.5 隸屬函數(shù)分析

根據(jù)隸屬函數(shù)公式計算葉綠素、產(chǎn)量、保水力、株高、CAT、POD、MDA和Pro等8個抗旱生理指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，并求出平均值，以評價抗旱性，結(jié)果見表5。32份材料的抗旱性強弱為LS 40-7>LS 42-8>LS 64-4>LS 47-4>LS 48-3>LS 21-8>LS 54-8>LS 57-5>LS 6>LS 69-1>LS 36-4>LS 24-6>LS 8-4>LS 46-7>LS 44-6>LS 39-1>LS 23-2>LS 38-2>LS 23-1>LS 29-6>LS 38-7>LS 1>LS 60-2>LS 19-6>LS 5>LS 3>LS 65-4>LS 1-5>LS 5-2>LS 6-6>LS 46-8>LS 59-4。

表5 干旱脅迫下32份野生馬鈴薯材料抗旱指標(biāo)的隸屬函數(shù)值Table 5 Membership function values of the drought resistance index of 32 wild potatoes under drought stress

2.6 農(nóng)藝性狀的統(tǒng)計分析

對32份野生馬鈴薯種質(zhì)主要農(nóng)藝性狀進行統(tǒng)計分析，結(jié)果(表6)表明，葉綠素、產(chǎn)量、保水力、株高、CAT、POD、MDA和Pro等8個抗旱生理指標(biāo)的變異系數(shù)表現(xiàn)為CAT>Pro>MDA>POD>株高>葉綠素>保水力>產(chǎn)量，所有性狀的變異系數(shù)均大于10%，表明參試馬鈴薯材料有著較大的變異范圍。

2.7 灰色關(guān)聯(lián)度分析

2.7.1灰色系統(tǒng)的建立

按灰色系統(tǒng)理論的要求，將上述32份材料的8個抗旱指標(biāo)作為一個整體，即灰色關(guān)聯(lián)系統(tǒng)[22]。

2.7.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于各指標(biāo)的量綱不一致，需對各抗性指標(biāo)的隸屬函數(shù)值作無量綱化處理，公式如下[23]：

表6 32份野生馬鈴薯材料抗旱性狀的變異分析Table 6 Variability analysis of drought resistance traits in 32 wild potato materials

其中，X0為隸屬函數(shù)均值的參考數(shù)列，Xi為8項抗旱指標(biāo)比較數(shù)列，Si為同一指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差。結(jié)果見表7。

表7 樣本標(biāo)準(zhǔn)化處理數(shù)據(jù)Table 7 Sample-normalized and processed data

2.7.3關(guān)聯(lián)度及關(guān)聯(lián)系數(shù)的計算

1) 計算絕對差值：

以參考數(shù)列減去各樣本數(shù)列，得到各數(shù)列絕對差值，運用 Microsoft Excel 軟件中函數(shù)獲取最大和最小絕對差值。最小絕對差值min (i)min (k)=|X0(k)-Xi(k)|， 最大絕對差值 max(i)max(k)=|X0(k)-Xi(k)|。

2) 關(guān)聯(lián)系數(shù)：

εi(k)=

(1)

式中， ξi(k)表示每個樣本每個指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，i為數(shù)列中的行數(shù)，k為數(shù)列中的列數(shù)。ρ為分辨系數(shù)，ρ∈[0，1]， 考慮到關(guān)聯(lián)度區(qū)間的分布影響，ρ取 0.5[24]。各樣本關(guān)聯(lián)系數(shù)見表8。

3) 計算灰色關(guān)聯(lián)度：

將每個樣本的各項指標(biāo)的關(guān)聯(lián)系數(shù)取算術(shù)平均值，得到等權(quán)關(guān)聯(lián)度。

4) 等權(quán)關(guān)聯(lián)度：

(2)

2.7.4關(guān)聯(lián)度排序

如表9所示，各指標(biāo)與抗旱性關(guān)聯(lián)度為：0.699>0.671>0.660>0.606>0.601>0.594>0.589>0.554。基于灰色關(guān)聯(lián)分析理論,關(guān)聯(lián)度越大,表明參考數(shù)列與比較數(shù)列的關(guān)系愈緊密，反之，關(guān)系較遠。因而，關(guān)聯(lián)度大小可表明某一項指標(biāo)對干旱的敏感程度，各指標(biāo)對32個馬鈴薯材料抗旱性的影響依次為：產(chǎn)量、葉綠素、保水力、株高、MDA、CAT、Pro、POD。

表8 各樣本關(guān)聯(lián)系數(shù)Table 8 Association coefficients of each sample

表9 關(guān)聯(lián)度結(jié)果Table 9 Association degree results

3 結(jié)論與討論

通過對32份野生馬鈴薯材料進行物候期、植株形態(tài)特征、塊莖性質(zhì)、產(chǎn)量等4個項目的調(diào)查分析，選取以植株利于機械化收獲，薯型及薯肉顏色受市場歡迎且產(chǎn)量高為依據(jù)得到兩個綜合性狀較強的材料，分別是早熟材料LS 6-6和晚熟材料LS 24-6。

在抗旱性試驗中，根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析對8項抗旱指標(biāo)對抗旱的影響進行排名，結(jié)果為：產(chǎn)量>葉綠素>保水力>株高>MDA>CAT>Pro>POD。通過模糊數(shù)學(xué)隸屬函數(shù)方法，對32個材料的8個指標(biāo)進行隸屬函數(shù)值分析得出，32個野生馬鈴薯材料耐旱隸屬函數(shù)總平均值范圍為0.38～0.88，LS 40-7總平均值最高，為0.88，其耐旱性最強，其次是LS 42-8和LS 64-4，總平均值分別為0.85、0.84，而LS 59-4總平均值最低，為0.38，其耐旱性最弱。

現(xiàn)有栽培種親本材料遺傳背景狹窄，缺乏高產(chǎn)、優(yōu)質(zhì)、多抗基因資源，基本上沒有突破普通栽培種范圍。為了選育優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)多抗品種，急需尋找新的資源。通過調(diào)查32份野生馬鈴薯材料，針對物候期、植株形態(tài)特征和塊莖性質(zhì)挑選出優(yōu)秀的早熟和晚熟材料。對32份野生材料的8個指標(biāo)的耐旱性進行了評價，植物的耐旱性受多種因素影響，不同材料對某個指標(biāo)的耐旱性不盡相同，單一指標(biāo)難以反映材料的耐旱性強弱，采用多指標(biāo)綜合評價可以避免單因素評定的差異，全面地反映植物的抗旱性。本試驗篩選出與耐旱性高度相關(guān)的抗旱指標(biāo)，為后續(xù)馬鈴薯抗旱性研究提供參考。