中間偃麥草、長(zhǎng)穗偃麥草及其雜交種抗旱性評(píng)價(jià)

馬小廷,米福貴,王 毅,伏兵哲,撒多文

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

偃麥草屬（Elytrigia）是禾本科多年生根莖禾草,具有良好的抗旱、抗寒、耐鹽堿能力[1],是小麥族內(nèi)重要的牧草種質(zhì)資源和雜交育種的優(yōu)良親本材料[2-3]。其中,中間偃麥草（E.intermedia）和長(zhǎng)穗偃麥草（E.elongata）在我國(guó)北方省區(qū)常被作為優(yōu)良牧草和防風(fēng)固沙植物利用[4],同時(shí)也是小麥（Triticum aestivum）抗病育種所用的重要抗性種質(zhì)資源[5-6]。本試驗(yàn)采用連續(xù)干旱法脅迫,研究評(píng)價(jià)中間偃麥草、長(zhǎng)穗偃麥草及其雜交種的抗旱性能,以為雜交育種和新品種培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料為中間偃麥草、長(zhǎng)穗偃麥草及其正反交的雜種F1植株。

1.2 試驗(yàn)方法試驗(yàn)于2009年6月5日-10月2日在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)進(jìn)行。試驗(yàn)材料種植于溫室花盆中,每盆分栽30個(gè)分蘗。供處理的材料在試驗(yàn)開始前澆透水,之后停水讓其自然干旱,對(duì)照組正常澆水。干旱脅迫設(shè)停水0、4、8、12 d共4個(gè)處理,每處理重復(fù)3次。采集各處理的葉片測(cè)定相關(guān)生理指標(biāo),采樣時(shí)間為7:30-8:00。

植物組織相對(duì)含水量的測(cè)定采用稱量法[7]；葉綠素含量采用丙酮反復(fù)提取法[7]；葉片游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[7]；丙二醛采用硫代巴比妥酸法[7]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍(lán)G-250法[7]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析方法運(yùn)用SAS 9.0軟件完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)的主成分分析,并利用隸屬函數(shù)值對(duì)試驗(yàn)材料的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。運(yùn)用的主要公式如下:

隸屬函數(shù)[9]:

式中,xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)；xmin表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最小值；xmax表示第j個(gè)綜合指標(biāo)的最大值。

權(quán)重[9]:

式中,Wj值表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的重要程度；Pj為各材料第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

綜合值[9]:

2 結(jié)果與分析

2.1 抗旱系數(shù)干旱脅迫到第12天時(shí),中間偃麥草、長(zhǎng)穗偃麥草及雜交種材料均出現(xiàn)不同程度的萎蔫,且各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定值與對(duì)照相比差異顯著。故選用干旱脅迫第12天時(shí)的各項(xiàng)生理指標(biāo)計(jì)算抗旱系數(shù)（表1）。

由表1可以看出,在干旱脅迫時(shí),葉片相對(duì)含水量、葉綠素、可溶蛋白的值較對(duì)照有不同程度的下降,而游離脯氨酸、丙二醛的值則呈現(xiàn)不同程度的升高,表明在干旱脅迫條件下,植物通過調(diào)節(jié)生理代謝過程來抵御這一逆境。

表1 中間偃麥草、長(zhǎng)穗偃麥草及其雜交種單項(xiàng)生理指標(biāo)的抗旱系數(shù)

2.2 主成分分析以抗旱系數(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)各向量的絕對(duì)值將不同性狀指標(biāo)劃分為3個(gè)主成分。它們的累計(jì)貢獻(xiàn)率高達(dá)到97.62%（表2）。

表2 各指標(biāo)主成分的特征向量和累積貢獻(xiàn)率

決定第一主成分大小的主要是葉綠素、丙二醛和葉片相對(duì)含水量3個(gè)指標(biāo),它相當(dāng)于2.365個(gè)原始指標(biāo)的作用,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的47.30%。葉片相對(duì)含水量反映了葉片失水多少,在干旱脅迫下葉綠體結(jié)構(gòu)受損,而丙二醛是質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物。因此,可把第一主成分稱為“葉片受傷害的因子”。

決定第二主成分大小的主要是游離脯氨酸含量,它相當(dāng)于1.505個(gè)原始指標(biāo)的作用,可單獨(dú)反映整個(gè)原始數(shù)據(jù)信息量的30.10%。干旱環(huán)境下,因脯氨酸在植物體內(nèi)的積累主要用于調(diào)節(jié)滲透平衡,故可將第二主成分稱為“滲透調(diào)節(jié)因子”。

決定第三主成分大小的主要是可溶蛋白,相當(dāng)于1.011個(gè)原始指標(biāo)的作用,可反映全部信息量的20.22%,故將第三主成分稱為“蛋白因子”。

2.3 抗旱性綜合評(píng)價(jià)

2.3.1隸屬函數(shù)分析 將各材料的抗旱系數(shù)代入各主成分表達(dá)式中,計(jì)算出各綜合指標(biāo)值,根據(jù)公式（1）求得每一材料各綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值（表3）。

表3 各試驗(yàn)材料的綜合指標(biāo)值、隸屬函數(shù)值 μ（xj）、綜合評(píng)價(jià)（D）

2.3.2權(quán)重的確定 根據(jù)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率（分別為 47.3%、30.1%、20.2%）,利用公式（2）可求出各綜合指標(biāo)的權(quán)重,3個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.485、0.308 、0.094（表 3）。

2.3.3綜合評(píng)價(jià) 用公式（3）計(jì)算試驗(yàn)材料的綜合耐旱能力。把每一試驗(yàn)材料的隸屬函數(shù)值分別乘以相應(yīng)的權(quán)重,累加得到各試驗(yàn)材料的抗旱綜合值。

根據(jù)各材料的抗旱綜合值（表3）可對(duì)試驗(yàn)材料的耐旱進(jìn)行強(qiáng)弱排序,值越大,表明試驗(yàn)材料越耐旱。雜交種2的值最大,長(zhǎng)穗偃麥草的值最小。

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫引起植物體內(nèi)出現(xiàn)水分虧缺,降低了植物組織相對(duì)含水量,植物組織相對(duì)含水量降低幅度可反映植物體內(nèi)缺水程度[10]。丙二醛含量是反映膜脂過氧化強(qiáng)弱的重要指標(biāo)[11]。丙二醛對(duì)水分變化的反應(yīng)非常敏感,干旱脅迫時(shí),植物體內(nèi)丙二醛大量積累,丙二醛含量增加的幅度,可作為一項(xiàng)抗旱指標(biāo)[12]。葉綠素含量是反映植物光合作用強(qiáng)度大小的重要指標(biāo),植物抗旱性與葉綠素含量有關(guān),干旱脅迫下,葉綠素含量下降,因此可作為一項(xiàng)抗旱指標(biāo)[13]。干旱脅迫時(shí)游離脯氨酸增多,它可作為植物細(xì)胞的滲透調(diào)節(jié)物,也可起解毒作用,因此脯氨酸可用作抗旱的生理指標(biāo),也可用來鑒定植物受干旱程度的大小[10-14]。

牧草的抗逆性受多種因素影響,不同草種的抗逆機(jī)制也不盡相同,從而使得不同種類的牧草在逆境脅迫下,具體生理指標(biāo)的反應(yīng)也不盡相同。因此,用單個(gè)生理指標(biāo)難以準(zhǔn)確地體現(xiàn)牧草抗逆性的強(qiáng)弱,故人們經(jīng)常應(yīng)用多個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)牧草對(duì)不良環(huán)境的耐受能力[15]。主成分分析法能將多數(shù)單個(gè)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的、數(shù)量較少的、彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo),并能根據(jù)各綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小,準(zhǔn)確判定各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性。在此基礎(chǔ)上,計(jì)算出各試驗(yàn)材料的每一個(gè)綜合指標(biāo)值以及相應(yīng)的隸屬函數(shù)值后,依據(jù)各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性（權(quán)重）進(jìn)行加權(quán),便可得到各試驗(yàn)材料抗旱性的綜合值。

本試驗(yàn)所測(cè)定的4份材料的抗旱性是由上述3個(gè)綜合指標(biāo)共同決定的,任一綜合指標(biāo)值的大小并不能完全代表某一材料抗旱性的強(qiáng)弱。根據(jù)3個(gè)綜合指標(biāo)值的貢獻(xiàn)率求出其相應(yīng)的隸屬函數(shù)值,并依據(jù)各綜合指標(biāo)的相對(duì)重要性（權(quán)重）進(jìn)行加權(quán),得到不同試驗(yàn)材料抗旱性的綜合評(píng)價(jià)值。由于其值是一個(gè)無量綱的純數(shù),各試驗(yàn)材料的抗旱性具有可比性[16-17]。

在干旱脅迫時(shí),全部供試材料的游離脯氨酸、丙二醛含量與對(duì)照相比呈現(xiàn)出增高趨勢(shì),葉片含水量、可溶蛋白、葉綠素含量表現(xiàn)出下降趨勢(shì)。5個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)綜合成為了3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)；通過隸屬函數(shù)分析,雜交種1（正交）的抗旱綜合值為0.529,雜交種2（反交）為0.702,而其2個(gè)親本中間偃麥草和長(zhǎng)穗偃麥草僅為0.308和0.191,雜交種材料的抗旱能力遠(yuǎn)高于2個(gè)親本,其中反交雜交種的抗旱性最強(qiáng)。

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