不同基因型苦蕎苗期抗旱性綜合評價(jià)及指標(biāo)篩選

路之娟，張永清,2，張楚，劉麗琴，楊春婷

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不同基因型苦蕎苗期抗旱性綜合評價(jià)及指標(biāo)篩選

路之娟1，張永清1,2，張楚1，劉麗琴1，楊春婷1

（1山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041004；2山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西臨汾041004）

【目的】苦蕎不僅具有豐富的營養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值且具有耐冷涼、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)等生理特性，不同苦蕎品種間的抗旱性差異顯著，探討苦蕎苗期耐旱特性，篩選耐旱基因型材料及耐旱性鑒定指標(biāo)并建立耐旱性數(shù)學(xué)評價(jià)模型，不僅能夠?yàn)槠贩N耐旱性評價(jià)與品種篩選奠定基礎(chǔ)，更為黃土高原冷涼地區(qū)的種質(zhì)選育提供理論依據(jù)?！痉椒ā坎捎妹缙谏撑喾绞?，設(shè)置正常供水CK和干旱脅迫DS兩個(gè)處理，對9份不同苦蕎品種在不同處理下的株高、莖粗、葉面積等農(nóng)藝性狀及根系活力、根系酶活性等生理指標(biāo)進(jìn)行測定。利用隸屬函數(shù)法、主成分分析與聚類分析對各苦蕎品種耐旱能力進(jìn)行綜合評價(jià)，并用逐步回歸分析建立最優(yōu)回歸方程進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對苦蕎耐旱能力的預(yù)測與鑒定?！窘Y(jié)果】干旱脅迫對苦蕎各指標(biāo)均有顯著影響，差異性分析結(jié)果表明，苦蕎苗期地上部指標(biāo)、根系干重、根系活力、根系形態(tài)指標(biāo)、可溶性蛋白含量、相對含水量、葉綠素含量、m和v/m等指標(biāo)與對照相比均明顯下降；而根系酶活性、MDA含量、可溶性糖、游離脯氨酸含量、F與對照相比，表現(xiàn)為升高，且耐旱型品種的根冠比也表現(xiàn)為升高，中間型和不耐旱品種則表現(xiàn)為下降。主成分分析將21個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)（累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.30%），且第1主成分主要反映的是生物量、根系形態(tài)、葉片熒光參數(shù)等信息；第2主成分反映的是植株根系活力、根系酶活性和根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等信息；第3主成分反映的是植株地上部形態(tài)及部分葉片和根系生理特性的相關(guān)信息。聚類分析將9個(gè)苦蕎基因型劃分為3類，分別為耐旱型、中間型和不耐旱型。為了對各基因型的耐旱能力進(jìn)行預(yù)測并建立數(shù)學(xué)評價(jià)模型，將值作因變量，各指標(biāo)耐旱系數(shù)作自變量進(jìn)行逐步回歸分析。結(jié)果分析表明，通過建立最優(yōu)回歸方程，篩選出株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、F及水勢等8項(xiàng)對苦蕎耐旱能力有影響的指標(biāo)，并且9個(gè)苦蕎基因型的苗期耐旱能力預(yù)測值與值極顯著相關(guān)（2=0.988**），表明用此方程對苦蕎抗旱特性進(jìn)行預(yù)測具有一定的準(zhǔn)確性及高效性，進(jìn)而在苦蕎抗旱特性的鑒定工作中如果有選擇的測定上述指標(biāo)，可使鑒定工作簡單化?！窘Y(jié)論】干旱脅迫對苦蕎苗期各指標(biāo)均有顯著影響。通過聚類分析圖得出參試品種分為3大類型，即迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種為耐旱型品種；廣苦1號、黔苦6號、云蕎1號為中間型品種；多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號為不耐旱品種。確定了苗期耐旱能力預(yù)測值與值極顯著相關(guān)（2=0.988**），篩選出株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、F及水勢等指標(biāo)，可作為苦蕎抗旱特性快速鑒定的指標(biāo)。

苦蕎；抗旱指標(biāo)篩選；主成分分析；聚類分析；回歸分析

0 引言

【研究意義】苦蕎（(L.)）是中國一種古老的雜糧作物，因具有獨(dú)特且豐富的營養(yǎng)及藥用價(jià)值[1]，常被稱為“五谷之王”、“三降食品”，且其生育期短、耐冷涼、耐瘠薄、適應(yīng)性強(qiáng)，在黃土高原地區(qū)具有明顯的區(qū)位優(yōu)勢和生產(chǎn)優(yōu)勢，是當(dāng)?shù)靥厣r(nóng)業(yè)發(fā)展的重要雜糧作物。水分是影響物種豐富度及個(gè)體植株存活、發(fā)育和生長的主要環(huán)境因素[2]，全球每年因干旱導(dǎo)致的減產(chǎn)已超過了其他自然災(zāi)害造成的減產(chǎn)總和[3]。山西素有“十年九旱”之說，干旱是影響該地區(qū)農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)作物生產(chǎn)力提高的最主要逆境因素[4]。通常植物在干旱環(huán)境下會采取避旱、御旱和耐旱策略來應(yīng)對，但避旱和御旱大多具有負(fù)面效應(yīng)，因此篩選耐旱性強(qiáng)且適合當(dāng)?shù)丨h(huán)境條件的基因型作物是解決當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。苦蕎綜合抗旱能力較強(qiáng)，但不同品種或同品種不同基因型之間的抗旱性差異顯著，因此苦蕎耐干旱材料的篩選已成為耐旱育種的重要基礎(chǔ)?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】現(xiàn)有關(guān)苦蕎的研究多集中于種質(zhì)資源[5-6]、農(nóng)藝性狀[7-8]、藥用與營養(yǎng)價(jià)值[9-11]、栽培技術(shù)[12-13]、養(yǎng)分吸收與施肥的增產(chǎn)作用[14-16]、逆境脅迫對苦蕎化學(xué)成分及生理方面的影響等[17-21]。而關(guān)于苦蕎對干旱脅迫的生物學(xué)響應(yīng)及耐旱性苦蕎品種的選育則研究較少。耐旱品種的篩選時(shí)期包括苗期和全生育期，相較而言，苗期鑒定具有時(shí)間短、容量大、環(huán)境因素影響小等優(yōu)點(diǎn)[22]。在篩選鑒定指標(biāo)方面，植株的農(nóng)藝性狀、根系特性、代謝特性及產(chǎn)量等均可作為作物耐旱品種篩選的指標(biāo)[23]。但由于抗旱性是一個(gè)受基因型和水分脅迫雙重制約的復(fù)雜性狀[24]，單一指標(biāo)無法全面的反映出植株對干旱脅迫的響應(yīng)，因此需要采用多指標(biāo)綜合評價(jià)的方式對其進(jìn)行全面的鑒定。目前，研究者多采用相關(guān)分析法、隸屬函數(shù)法、主成分分析法等對作物品種進(jìn)行篩選與評價(jià)[25]。【本研究切入點(diǎn)】干旱是影響苦蕎生長、產(chǎn)量及品質(zhì)的主要因素，研究苦蕎抗旱生理特性、耐旱指標(biāo)篩選及抗旱品種選育對黃土高原冷涼區(qū)作物生長和農(nóng)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。近年來，主成分分析和綜合分析法等已在大宗作物的逆境鑒定上得到應(yīng)用，但在苦蕎抗旱性篩選、鑒定中鮮有報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本研究擬通過沙培試驗(yàn)，對干旱脅迫下9種不同基因型苦蕎幼苗生長、根系形態(tài)及生理特性等差異進(jìn)行研究，并通過主成分分析、聚類分析和回歸分析對各品種苦蕎的抗旱能力進(jìn)行綜合評價(jià)，以期探明抗旱苦蕎基因型的篩選指標(biāo)及評價(jià)方法，為苦蕎品種篩選提供依據(jù)，為黃土高原抗旱育種提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試的9份苦蕎材料分別為奇臺農(nóng)家品種（QT）、迪慶苦蕎（DQ）、多元苦蕎（DY）、云蕎1號（YQ1）、西農(nóng)9909（XN9909）、西蕎1號（XQ1）、廣苦1號（GK1）、黔苦6號（QK6）和黑豐1號（HF1），均為山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院高寒作物研究所提供。

1.2 試驗(yàn)處理

試驗(yàn)于2016年5月至6月在山西師范大學(xué)塑料防雨棚內(nèi)進(jìn)行。采用沙培盆栽試驗(yàn)，選用16 cm（高）×14 cm（盆底直徑）塑料盆為試驗(yàn)用盆，每盆裝用去離子水洗凈、晾干的沙子2 kg，播種飽滿、均勻、無病蟲害的苦蕎種子14粒，播種后正常供應(yīng)水分，長出兩片真葉時(shí)進(jìn)行間苗，每盆留苗7株。3片真葉期開始干旱脅迫。試驗(yàn)采用兩因素完全隨機(jī)設(shè)計(jì)，因素A為9個(gè)不同苦蕎品種；因素B為不同水分處理，分別為正常供水CK（土壤含水量為河沙最大持水量的65%—75%）和干旱脅迫DS（土壤含水量為河沙最大持水量的25%—35%），每個(gè)處理重復(fù)4次，共72盆。為了保證試驗(yàn)期間幼苗生長不受養(yǎng)分限制，每盆定量澆灌2.5 L相同濃度的霍格蘭營養(yǎng)液，其成分及含量為Ca(NO3)2820.7 mg·L-1、KNO3505.6 mg·L-1、MgSO4·7H2O 616.2 mg·L-1、KH2PO4272.2 mg·L-1、微量元素和鐵鹽同霍格蘭標(biāo)準(zhǔn)營養(yǎng)液，每5 d每盆澆灌同等營養(yǎng)液一次，處理20 d后（顯蕾期）開始測定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

形態(tài)指標(biāo)的測定：葉面積用葉面積儀法；株高、最大根長用直接測量法；生物量用烘干后稱重法；根系的總長、根總表面積、根體積用英國產(chǎn)Delta-T SCAN根系分析系統(tǒng)測定；葉片相對含水量（RWC）用稱重法測定[26]；葉綠素含量用分光光度計(jì)法測定[26]，葉綠素?zé)晒鈪?shù)用美國Opti2science公司生產(chǎn)的OS52FL調(diào)制式葉綠素?zé)晒鈨x，于取樣前一天早上（5：00—8：00，弱光環(huán)境下）測定最上一片定型葉的葉綠素?zé)晒鈪?shù)（初始熒光、最大熒光產(chǎn)量）。

生理指標(biāo)的測定：超氧化物歧化酶（SOD）活性用藍(lán)四唑法測定，過氧化物酶（POD）活性用愈創(chuàng)木酚比色法測定，丙二醛（MDA）含量用硫代巴比妥酸法測定，可溶性糖含量用蒽酮比色法測定，可溶性蛋白質(zhì)含量用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法測定[26]。以上指標(biāo)均重復(fù)3次，取平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

參考蘭巨生[27]，孟慶立[28]、尹利等[29]的方法，以9種苦蕎的農(nóng)藝性狀和生理生化指標(biāo)作為數(shù)據(jù)，對各性狀測定值進(jìn)行平均值差異顯著性分析，按公式（1）計(jì)算抗旱系數(shù)（X）。相關(guān)指標(biāo)計(jì)算如下。

1.4.1 各測定指標(biāo)抗旱系數(shù)計(jì)算

= 干旱脅迫下的測定值/正常供水下的測定值 （1）

(X)＝(X-X)／(X-X) (=1, 2, 3, …,) （2）

式中，為各測定指標(biāo)的干旱相對值，X為各指標(biāo)的干旱處理相對值，隸屬函數(shù)值(X)反映各指標(biāo)的抗旱系數(shù)，X、X分別為干旱處理相對值的最大值與最小值。

1.4.2 各基因型苦蕎的抗旱綜合指標(biāo)值、權(quán)重值及綜合抗旱能力計(jì)算

(X)＝1j1j+2j2j+…+aX(=1, 2, …,;= 1, 2, …,) （3）

式中，(X)第個(gè)綜合指標(biāo)值，a表示各單一指標(biāo)的特征值所對應(yīng)的特征向量，X為各單一指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化處理值。

式中，W表示第個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重，P表示各基因型第個(gè)綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率。

（5）

式中，值為各基因型苦蕎抗旱能力的綜合評價(jià)值。

采用Excel 2003和SPSS 19.0軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，采用Duncan’s法進(jìn)行多重比較；采用主成分分析計(jì)算各品種綜合抗旱能力（值），最后針對供試苦蕎品種值，通過系統(tǒng)聚類進(jìn)行分析，劃分抗旱級別；對(X)值進(jìn)行逐步回歸分析，求取回歸方程。

2 結(jié)果

2.1 干旱脅迫對不同基因型苦蕎苗期相關(guān)農(nóng)藝性狀的影響

2.1.1 植株地上部性狀 由表1可知，與正常供水相比，干旱條件下9個(gè)參試品種的株高、莖粗、葉面積和莖葉干重均有所降低，且不同品種降幅存在差異。干旱脅迫下，9個(gè)苦蕎品種的株高與正常供水相比均達(dá)顯著差異水平，其中黑豐1號降幅最大（45%），西蕎1號、多元苦蕎次之，而迪慶苦蕎降幅最?。▋H為13%）。奇臺農(nóng)家品種的莖粗降幅最小（僅為3%）；其次為迪慶苦蕎（4%）、西農(nóng)9909（4%），西蕎1號降幅最大（14%）；幼苗葉面積降幅24%—61%，其中西蕎1號降幅最大（61%）；莖葉干重降幅37%—56%，其中西蕎1號和多元苦蕎降幅最大（56%）。由各指標(biāo)變化幅度均值可知，干旱脅迫對4個(gè)指標(biāo)的影響表現(xiàn)為葉面積＞莖葉干重＞株高＞莖粗。

表1 水分脅迫對苦蕎苗期地上部植株生長的影響

表內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。同列數(shù)據(jù)后不同字母表示處理間差異達(dá)顯著水平（＜0.05）。下同

Values are mean ± SE. Different letters in the same column indicate significant difference among treatments at 0.05 level.The same below

2.1.2植株根系性狀 由表2可知，除主根長外，干旱脅迫均使各品種根體積、根表面積和根系干重顯著下降，3個(gè)指標(biāo)中降幅最大的3個(gè)品種均為西蕎1號、黑豐1號和多元苦蕎，與CK相比分別降低了66%、67%和64%；61%、75%和74%；64%、66%和65%，說明這3個(gè)品種的根系形態(tài)對干旱脅迫更為敏感。干旱脅迫下除迪慶苦蕎、西農(nóng)9909、奇臺農(nóng)家品種的根冠比為上升趨勢外，其余6個(gè)品種都顯著下降，說明迪慶苦蕎、西農(nóng)9909、奇臺農(nóng)家品種的莖葉干重受干旱影響程度大于根系干重，因而其根冠比升高，即干旱脅迫對這3個(gè)品種的根系影響較小。

表2 水分脅迫對苦蕎苗期根系生長的影響

2.2 干旱脅迫對不同品種苦蕎苗期根系生理指標(biāo)的影響

2.2.1根系活力、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）活性及丙二醛（MDA）含量 由表3可知，干旱脅迫下，各基因型苦蕎苗期的根系活力均呈下降趨勢，其中，降幅較大的品種為西蕎1號（49%），其次為黑豐1號（36%）和多元苦蕎（20%），迪慶苦蕎的降幅最?。▋H為6%）。

干旱脅迫使各基因型苦蕎幼苗的根系SOD、POD活性升高，其中根系SOD活性增幅較大的品種是西農(nóng)9909（138%）、迪慶苦蕎（121%）和奇臺農(nóng)家品種（120%），根系POD活性增幅較大的品種是迪慶苦蕎（39%）、西農(nóng)9909（25%）與奇臺農(nóng)家品種（24%），表明這3種基因型在干旱環(huán)境中仍可保持相對較高的SOD和POD活性，清除活性氧的能力較好，對干旱脅迫的適應(yīng)性較強(qiáng)。

與對照相比，干旱脅迫使苦蕎根系MDA含量顯著升高，正常供水下，9個(gè)參試品種的MDA含量在4.59—15.61 nmol·g-1，而干旱脅迫后含量在5.21—23.16 nmol·g-1；其中迪慶苦蕎增幅最?。?0%），西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種次之，表明其受MDA傷害較小，說明干旱脅迫下這3個(gè)品種減輕膜脂過氧化作用的能力較強(qiáng)，受害程度小，而多元苦蕎增幅最大，其膜脂受害程度也最大。

表3 干旱脅迫對不同苦蕎苗期根系活力、SOD和POD活性及MDA含量的影響

2.2.2可溶性糖、可溶性蛋白及脯氨酸含量 干旱脅迫下，植株通過積累滲透物質(zhì)，降低滲透勢的方式，來保證植株可繼續(xù)從外界吸水，以滿足植株正常的水分需求。干旱脅迫使各參試品種根系的可溶性糖和脯氨酸含量顯著升高，而可溶性蛋白含量顯著降低（表4）。可溶性糖含量增幅較大的品種依次為西農(nóng)9909、迪慶苦蕎和奇臺農(nóng)家品種，分別增加82%、73%和66%，增幅最小的為黑豐1號（22%）；脯氨酸含量增幅較大的品種依次為迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種，分別增加1.21%、1.19%和1.10%，西蕎1號增幅最小，僅為59%；可溶性蛋白含量降幅較大的品種依次為多元苦蕎、西蕎1號和黑豐1號，分別降低56%、51%和41%，其中迪慶苦蕎降幅最小（13%），西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種次之。說明迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種在干旱脅迫下能夠積累更多的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，進(jìn)而緩解逆境壓力，提高干旱適應(yīng)能力。

2.3 干旱脅迫對不同苦蕎品種苗期葉片葉綠素含量、葉片相對含水量及熒光參數(shù)的影響

綜觀當(dāng)今學(xué)者對社會福利政策質(zhì)量評價(jià)的研究，總體上持有三種觀點(diǎn):（1）評價(jià)社會福利政策方案；（2）評價(jià)社會福利政策全過程，既包括評價(jià)政策方案，還強(qiáng)調(diào)對政策執(zhí)行以及政策效果的評價(jià)；（3）評價(jià)社會福利政策效果。這些觀點(diǎn)雖然視角不同，各有側(cè)重，但最重要的共識已經(jīng)達(dá)成，即社會福利政策質(zhì)量評價(jià)是一種包括價(jià)值、原則、標(biāo)準(zhǔn)及方法論在內(nèi)的活動過程，而不僅僅是一種純技術(shù)性、量化性的活動。本文探討社會福利政策質(zhì)量評價(jià)傾向于第二種觀點(diǎn)，即政策質(zhì)量評價(jià)是對政策全過程的評價(jià)，既包括對政策方案的評價(jià)，也包括對政策執(zhí)行以及政策效果的評價(jià)。

2.3.1葉綠素和葉片相對含水量 由圖1可知，干旱脅迫使各基因型苦蕎的葉綠素含量顯著降低，其中西農(nóng)9909、奇臺農(nóng)家品種和迪慶苦蕎降幅較小，葉綠素含量分別是各對照的0.17、0.20、0.22倍，多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號降幅較大，分別是各對照的0.40、0.46、0.53倍。說明多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號對干旱脅迫較為敏感。葉片相對含水量同葉綠素含量的變化趨勢相似，與對照相比，迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種降幅較小，分別下降了14%、16%和18%；西蕎1號、黑豐1號和多元苦蕎降幅較大，分別降低了32%、35%和37%（圖2）。說明在同等程度干旱脅迫下西蕎1號、黑豐1號和多元苦蕎降幅大于其他品種，使苦蕎得不到充足的水分來維持體內(nèi)正常生理代謝活動。

2.3.2葉綠素?zé)晒鈪?shù) 由表5可知，干旱脅迫使各基因型苦蕎葉片的F升高，其中黑豐1號增幅最大，達(dá)到42%；干旱脅迫使苦蕎幼苗葉片最大熒光參數(shù)（m）顯著下降，降幅為13%—31%，其中黑豐1號降幅最大，為31%。最大光化學(xué)效率（v/m）降低表明植物體內(nèi)光合作用原初反應(yīng)受到抑制，由表5可知，干旱脅迫下各參試品種幼苗葉片v/m顯著降低，其中降幅較小的品種是奇臺農(nóng)家品種（13%）、西農(nóng)9909（17%）和迪慶苦蕎（19%），降幅較大的是西蕎1號（31%）、多元苦蕎（33%）和黑豐1號（36%）。結(jié)果表明，當(dāng)9種苦蕎品種處于水分脅迫的狀態(tài)下，PSⅡ活性中心受到傷害，影響了光合電子向QA、QB及PQ庫的正常傳遞，其中西蕎1號、多元苦蕎和黑豐1號光合作用能力下降較嚴(yán)重，抑制了其正常生長。

表4 水分脅迫對不同苦蕎脯氨酸、可溶性糖和可溶性蛋白含量的影響

圖內(nèi)數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)誤。不同字母表示處理間差異達(dá)顯著水平（P＜0.05）。下同

2.4 主成分分析

2.4.1 各綜合指標(biāo)載荷系數(shù)及貢獻(xiàn)率 主成分分析法是一種可在損失較少信息量的前提下利用指標(biāo)間的相互關(guān)系，將多個(gè)變量經(jīng)高度概括后轉(zhuǎn)化為少量綜合指標(biāo)的降維分析方法[30]。利用SPSS軟件對21個(gè)篩選指標(biāo)的耐旱系數(shù)進(jìn)行主成分分析，結(jié)果顯示（表6），前3個(gè)綜合指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率分別為59.92%、19.69%和7.69%，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.30%，其余可忽略不計(jì)。這樣將原有的21個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，即這3個(gè)主因子可涵蓋原始數(shù)據(jù)所提供的大部分信息，可作為數(shù)據(jù)分析的有效成分。在第1主成分中，株高、莖葉干重、根系干重、根表面積、根體積、m、v/m的載荷系數(shù)絕對值較大，說明該主成分主要反映的是生物量、根系形態(tài)、葉片熒光參數(shù)等信息；在第2主成分中，根冠比、SOD、POD活性、MDA含量、F、游離脯氨酸含量、可溶性糖、根系活力的載荷系數(shù)絕對值較大，說明該主成分主要反映的是植株根系活力、根系酶活性和根系滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)等信息；在第3主成分中，起主要作用的指標(biāo)是莖粗、葉面積、葉綠素含量、可溶性蛋白含量、葉片相對含水量，說明該主成分主要反映的是植株地上部形態(tài)及部分葉片和根系生理特性的相關(guān)信息。

圖2 水分脅迫對苦蕎苗期葉片相對含水量的影響

表5 水分脅迫對不同品種苦蕎幼苗葉片熒光參數(shù)的影響

2.4.2各基因型苦蕎的綜合指標(biāo)值、權(quán)重、值及綜合評價(jià) 通過公式（1）、（2）計(jì)算出個(gè)品種抗旱系數(shù)，利用公式（3）、（4）可計(jì)算出各品種的綜合指標(biāo)值（分別用F1、F2、F3表示）及其權(quán)重（，利用公式（5）可計(jì)算出各品種的綜合抗旱能力值，用值作為標(biāo)準(zhǔn)來判別各參試品種抗旱能力的強(qiáng)弱，并對其進(jìn)行排序（表7）。其中，迪慶苦蕎的值最高，抗旱能力最強(qiáng)，其他依次為西農(nóng)9909、奇臺農(nóng)家品種、黔苦6號、廣苦1號、云蕎1號、多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號。西蕎1號的值最低，說明其抗旱能力最弱。

2.5 抗旱基因型的聚類分析

本試驗(yàn)采用歐氏距離平方法及系統(tǒng)聚類法對值進(jìn)行系統(tǒng)聚類（圖3）。在歐氏距離5處可將9份苦蕎聚成3大類：耐旱型、中間型和不耐旱型。其中，耐旱型包括迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種；中間型包括廣苦1號、黔苦6號、云蕎1號；不耐旱型包括多元苦蕎、黑豐1號和西蕎1號。

表6 各綜合指標(biāo)載荷系數(shù)及累計(jì)貢獻(xiàn)率

2.6 苦蕎抗旱性鑒定回歸方程的建立

為建立抗旱性評價(jià)的數(shù)學(xué)模型，把值作為因變量，各單項(xiàng)指標(biāo)的抗旱系數(shù)作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，并建立預(yù)測苦蕎耐旱能力的最優(yōu)回歸方程：D=-11.309+1.7081+1.5722+0.3163+6.4294+1.4545- 5.4766+4.0877+11.0628（2=0.988）。式中，1、2、3、4、5、6、7、8分別代表株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、F及水勢。9個(gè)苦蕎基因型的抗旱預(yù)測值（）與抗旱性綜合評價(jià)值（）極顯著相關(guān)（2=0.988**）。

圖3 9份不同基因型苦蕎抗旱能力的系統(tǒng)聚類圖

3 討論

3.1 苦蕎苗期形態(tài)及生理特性的差異與評價(jià)

選育抗旱型品種是提高作物高產(chǎn)及品質(zhì)、促進(jìn)干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展的有效途徑。前人研究表明，脅迫環(huán)境可導(dǎo)致植株形態(tài)學(xué)參數(shù)和生理生化指標(biāo)發(fā)生改變[31]。本試驗(yàn)通過對各項(xiàng)單一指標(biāo)的分析得出，與不耐旱基因型苦蕎相比，耐旱能力強(qiáng)的基因型在干旱環(huán)境下地上部干重降幅大于根系干重，導(dǎo)致根冠比上升，說明其地下部生長受影響較小，具有比較發(fā)達(dá)的根系和較強(qiáng)的根系吸收能力；同時(shí)耐旱型品種可維持較高的根系SOD、POD活性、較高的滲透壓和水分吸收量，可快速清除有害成分，緩減膜脂過氧化作用，從而更好的適應(yīng)干旱環(huán)境，有效減輕了MDA含量對植物體的傷害。

3.2 苦蕎耐旱性鑒定方法

干旱脅迫是影響苦蕎各生長發(fā)育的重要因素。對其抗旱性進(jìn)行鑒定就是對其耐旱能力進(jìn)行篩選、評價(jià)和歸類的過程，但用單一指標(biāo)很難全面、精準(zhǔn)地反映各品種的耐旱性強(qiáng)弱，所以，用多個(gè)綜合指標(biāo)去評價(jià)作物的耐旱性才比較可靠。近年來，隸屬函數(shù)法和主成分分析法已在胡麻[25]、谷子[22, 28]等作物的抗逆性鑒定中得到應(yīng)用，但在苦蕎耐旱性鑒定中卻仍未見到報(bào)道。本試驗(yàn)通過隸屬函數(shù)法計(jì)算出各指標(biāo)的耐旱系數(shù)u(x)作為評價(jià)苦蕎單項(xiàng)耐旱能力大小的指標(biāo)，采用主成分分析法和聚類分析得出各苦蕎品種綜合抗旱能力（值），將參試品種劃分為3個(gè)不同耐旱等級：耐旱型、中間型和不耐旱型。u(x)為隸屬函數(shù)法處理后的抗旱系數(shù)，將其作為抗旱性篩選指標(biāo)能夠消除不同基因型苦蕎間固有的生物學(xué)和遺傳學(xué)特性差異；值是一個(gè)無量綱的純數(shù)[32]，所以各品種間的抗旱性差異具有可比性。再通過回歸分析，篩選出對苦蕎耐旱性影響較為顯著的指標(biāo)，得出快速鑒別并預(yù)測苦蕎耐旱能力的最優(yōu)回歸方程。

3.3 苦蕎耐旱性鑒定指標(biāo)

作物的抗旱性是一種由多因素、多機(jī)制共同作用的復(fù)雜數(shù)量性狀，選擇合理且有效的測定指標(biāo)是鑒定作物抗旱性的關(guān)鍵。近年來對苦蕎的抗旱性也開展了研究[20]，但關(guān)于其抗旱性指標(biāo)篩選很少；本研究采用苗期沙培實(shí)驗(yàn)對苦蕎進(jìn)行了品種篩選，通過分析耐旱性與各指標(biāo)之間的關(guān)系，建立耐旱性評價(jià)模型及最優(yōu)回歸方程，進(jìn)而量化各品種的耐旱能力并篩選出苦蕎抗旱性快速鑒定指標(biāo)，且9個(gè)苦蕎品種的抗旱預(yù)測值（Y）與抗旱性綜合評價(jià)值（D）極顯著相關(guān)（2=0.988**），表明用此方程比較合理、可靠，可用于苦蕎耐旱性的快速鑒定。

4 結(jié)論

干旱環(huán)境對苦蕎苗期各指標(biāo)均有顯著影響。本研究通過干旱脅迫處理和隸屬函數(shù)法等綜合分析，確定迪慶苦蕎、西農(nóng)9909和奇臺農(nóng)家品種的耐旱能力較強(qiáng)，可作為苦蕎抗旱育種及黃土高原瘠薄土壤栽植的參考種質(zhì)資源。株高、莖粗、根冠比、根系活力、最大根長、MDA、及水勢等8項(xiàng)指標(biāo)可作為苦蕎苗期快速、準(zhǔn)確的抗旱性鑒定指標(biāo)。

References

[1] Calderónmontano J M, Burgosmoron E, Pérezguerrero C, Lópezlázaro M. A review on the dietary flavonoid kaempferol., 2011, 11(4): 298-344.

[2] Gurevitch J, Scheiner S M, Fox G A.. Sunderland, MA, USA: SinauerAssociates Inc, 2006: 2-30.

[3] 湯章城. 植物對水分脅迫的反應(yīng)和適應(yīng)性—I.抗逆性的一般概念和植物的抗?jié)承? 植物生理學(xué)通訊, 1983(3): 24-29.

TANG Z C. Plant responses and adaptability to water stress─I.The general concept of resistance and the flood resistance of plants., 1983(3): 24-29. (in Chinese)

[4] 張永清, 苗果園. 水分脅迫條件下有機(jī)肥對小麥根苗生長的影響. 作物學(xué)報(bào), 2006, 32(6): 811-816.

ZHANG Y Q, MIAO G Y. Effects of manure on root and shoot growth of winter wheat under water stress., 2006, 32(6): 811-816. (in Chinese)

[5] Deng L Q, Zhang K, Huang K F, Chen Q F. RADP analysis for genetic diversity of nineteen common and tartary buckwheat varieties., 2011, 12(1): 65-69.

[6] 徐笑宇, 方正武, 楊璞, 高金鋒, 王鵬科, 馮佰利. 苦蕎遺傳多樣性分析與核心種質(zhì)篩選. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2015, 1(1): 268-277.

XU X Y, FANG Z W, YANG P, GAO J F, WANG P K, FENG B L. Genetic diversity analysis of tartary buckwheat and selection of core collections., 2015, 1(1): 268-277. (in Chinese)

[7] 汪燦, 胡丹, 楊浩, 阮仁武, 袁曉輝, 易澤林, 宋志成, 趙丹. 苦蕎主要農(nóng)藝性狀與產(chǎn)量關(guān)系的多重分析. 作物雜志, 2013(6): 18-22.

WANG C, HU D, YANG H, RUAN R W, YUAN X H,YI Z L, SONG Z C, ZHAO D. Multiple analysis of relationship between main agronomic traits and yield in tartary buckwheat., 2013(6): 18-22. (in Chinese).

[8] 李瑞國, 高冬麗, 柴巖, 胡銀崗, 高金鋒, 安守強(qiáng). 苦蕎資源農(nóng)藝性狀因子聚類分析. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2007, 25(6): 80-84.

LI R G, GAO D L, CHAI Y, HU Y G, GAO J F, AN S Q. Factor and cluster analysis of tartary buckwheat resources., 2007, 25(6): 80-84. (in Chinese)

[9] Huang K F, Shi Z, Song Y X, Han C H, Chen Q H. Research on variation in sucrose content among different tartary buckwheat genotypes., 2011, 12(2): 211-213.

[10] 劉琴, 張薇娜, 朱媛媛, 胡秋輝. 不同產(chǎn)地苦蕎籽粒中多酚的組成、分布及抗氧化性比較. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47(14): 2840-2852.

LIU Q, ZHANG W N, ZHU Y Y, HU Q H. Comparison of the constitution, distribution, and antioxidant activities of polyphenols from different varieties buckwheat seed produced from different regions of China., 2014, 47(14): 2840-2852. (in Chinese)

[11] Pei Y Q, Qiang W, Fang S. Nutritional composition and flavonoids content of flour from different buckwheat cultivars., 2010, 45(5): 951-958.

[12] 葛維德, 趙陽, 劉冠求. 播種期對苦蕎主要農(nóng)藝性狀及產(chǎn)量的影響. 雜糧作物, 2009, 29(1): 36-37.

GE W D, ZHAO Y, LIU G Q. The effects of planting period on the main agronomic character and yield of tartary buckwheat., 2009, 29(1): 36-37. (in Chinese)

[13] 萬麗英. 播種密度對高海拔地區(qū)苦蕎產(chǎn)量與品質(zhì)的影響. 作物研究, 2008, 22(1): 42-44.

WAN L Y. Effect of planting density on yield and quality of tartary buckwheat in high altitude region., 2008, 22(1): 42-44. (in Chinese)

[14] 田秀英, 李會合, 王正銀. 施硒對苦蕎N, P, K營養(yǎng)元素和土壤有效養(yǎng)分含量的影響. 水土保持學(xué)報(bào), 2009, 23(3): 112-115.

TIAN X Y, LI H H, WANG Z Y. Effect of Se application on contents of nitrogen, phosphorus and potassium in tartary buckwheat and content of available nutrients in soil., 2009, 23(3): 112-115. (in Chinese)

[15] 宋毓雪, 郭肖, 楊龍?jiān)? 陳慶富, 黃凱豐. 不同氮磷鉀肥料處理對苦蕎籽粒充實(shí)度及產(chǎn)量的影響. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 26(6): 1568-1572.

SONG Y X, GUO X, YANG L Y, CHEN Q F, HUANG K F. Effects of different NPK treatments on the yield and plumpness of tartary buckwheat., 2014, 26(6): 1568-1572. (in Chinese)

[16] 張強(qiáng), 李艷琴. 基于礦質(zhì)元素的苦蕎產(chǎn)地判別研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2011, 44(22): 4653-4659.

ZHANG Q, LI Y Q. The origin discrimination of tartary buckwheat based on the mineral elements., 2011, 44(22): 4653-4659. (in Chinese)

[17] Lim J H, Park K J, Kim B K, Jeong J W, Kim H J. Effect of salinity stress on phenolic compounds and carotenoids in buckwheat (M.) sprout., 2012, 135(3): 1065-1070.

[18] 胡麗雪. 苦蕎幼苗對鉛鋁脅迫的生理生化反應(yīng)及其矯治[D]. 貴州: 貴州師范大學(xué), 2014.

HU L X. The physiological and biochemical response of buckwheat seedlings to lead &aluminum stress and rectification of its toxicity[D]. Guizhou: Guizhou Normal University, 2014. (in Chinese)

[19] 董新純, 趙世杰, 郭珊珊, 孟慶偉. 增強(qiáng)UV-B條件下類黃酮與苦蕎逆境傷害和抗氧化酶的關(guān)系. 山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版), 2006, 37(2): 157-162.

DONG X C, ZHAO S J, GUO S S, MENG Q W. Role of flavonoids on stress injury and antioxydative enzymes inseedings under enhanced UV-B radiation., 2006, 37(2): 157-162. (in Chinese)

[20] 陳鵬, 張德玖, 李玉紅, 陳濤.水分脅迫對苦蕎幼苗生理生化特性的影響. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2008, 17(5): 204-207.

CHEN P, ZHANG D J, LI Y H, CHEN T. Effect of drought stress during seedling stage on physiological and biochemical traits of tartary buckwheat., 2008, 17(5): 204-207. (in Chinese)

[21] Yao Y N, Xuan Z Y, Li Y, He Y M, Korpelainen H, Li C Y. Effects of ultraviolet-B radiation on crop growth, development, yield and leaf pigment concentration of tartary buckwheat () under field conditions., 2006, 25(3): 215-222.

[22] 李春艷, 張宏, 馬龍, 李誠. 冬小麥苗期氮素吸收利用生理指標(biāo)的綜合評價(jià). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2012, 18(3): 523-530.

LI C Y, ZHANG H, MA L, LI C. Comprehensive evaluation on physiological indices of nitrogen absorption and utilization in winter wheat at the stage., 2012, 18(3): 523-530. (in Chinese)

[23] 李強(qiáng), 羅延宏, 譚杰, 孔凡磊, 楊世民, 袁繼超. 玉米雜交種苗期耐低氮指標(biāo)的篩選與綜合評價(jià). 中國生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2014, 22(10): 1190-1199.

LI Q, LUO Y H, TAN J, KONG F L, YANG S M, YUAN J C. Indexes screening and comprehensive evaluation of low nitrogen tolerance of hybrid maize cultivar at seeding stage., 2014, 22(10): 1190-1199. (in Chinese)

[24] 白志英, 李存東, 孫紅春, 趙金鋒. 小麥代換系抗旱生理指標(biāo)的主成分分析及綜合評價(jià). 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2008, 41(12): 4264-4272.

BAI Z Y, LI C D, SUN H C, ZHAO J F. Principal component analysis and comprehensive evaluation on physiological indices of drought resistance in wheat substitution., 2008, 41(12): 4264-4272. (in Chinese)

[25] 羅俊杰, 歐巧明, 葉春雷, 王方, 王鏞臻, 陳玉梁. 重要胡麻栽培品種的抗旱性綜合評價(jià)及指標(biāo)篩選. 作物學(xué)報(bào), 2014, 40(7): 1259-1273.

LUO J J, OU Q M, YE C L, WANG F, WANG Y Z, CHEN Y L. Comprehensive valuation of drought resistance and screening of indices of important flax cultivars., 2014, 40(7): 1259-1273. (in Chinese)

[26] 張志良, 瞿偉菁, 李小方. 植物生理學(xué)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo). 第4版. 北京: 高等教育出版社, 2009: 32-227.

ZHANG Z L, QU W J, LI X F.. Beijing: Higher Education Press, 2009: 32-227. (in Chinese)

[27] 蘭巨生. 農(nóng)作物綜合抗旱性評價(jià)方法的研究. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 1998, 7(3): 85-87.

LAN J S. Comparison of evaluating methods for agronomic drought resistance in crops., 1998, 7(3): 85-87. (in Chinese)

[28] 孟慶立, 關(guān)周博, 馮佰利, 柴巖, 胡銀崗. 谷子抗旱相關(guān)性狀的主成分與模糊聚類分析. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2009, 42(8): 2667-2675.

MENG Q L, GUAN Z B, FENG B L, CHAI Y, HU Y G. Principal component analysis and fuzzy clustering on drought-tolerance related traits of foxtail millet ()., 2009, 42(8): 2667-2675. (in Chinese)

[29] 尹利, 逯曉萍, 傅曉峰, 李美娜, 郭建. 高丹草雜交種灰色關(guān)聯(lián)分析與評判. 中國草地學(xué)報(bào), 2006, 28(3): 21-25.

YIN L, LU X P, FU X F, LI M N, GUO J. The grey relation analysis and evaluation of hybrid pacesetter., 2006, 28(3): 21-25. (in Chinese)

[30] Singh U, Ladha J K, Castillo E G, Punzalan G, Agnes Padre, Duqueza M. Genotypic variation in nitrogen use efficiency in medium and long duration rice., 1998, 58(1): 35-53.

[31] 張美俊, 喬治軍, 楊武德, 馮美臣, 肖璐潔, 王冠, 段云. 不同糜子品種對低氮脅迫的生物學(xué)響應(yīng). 植物營養(yǎng)與肥料學(xué)報(bào), 2014, 20(3): 661-669.

ZHANG M J, QIAOA Z J, YANG W D, FENG M C, XIAO L J, WANG G, DUAN Y. Biological response of different cultivars of millet to low nitrogen stress., 2014, 20(3): 661-669. (in Chinese)

[32] 王軍, 周美學(xué), 許如根, 呂超, 黃祖六. 大麥耐濕性鑒定指標(biāo)和評價(jià)方法研究. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2007, 40(10): 2145-2152.

WANG J, ZHOU M X, XU R G, Lü C, HUANG Z L. Studies on selecting and evaluation methods for barley’s (L.) waterlogging tolerance., 2007, 40(10): 2145-2152. (in Chinese)

（責(zé)任編輯 楊鑫浩）

Comprehensive Evaluation and Indicators of the Drought Resistance of Different Genotypes oftataricum at Seedling Stage

LU ZhiJuan1, ZHANG YongQing1, 2, ZHANG Chu1, LIU LiQin1, Yang ChunTing1

(1College of Life Sciences, Shanxi Normal University, Linfen 041004, Shanxi;2College of Geographical Sciences, Shanxi Normal University, Linfen 041004, Shanxi)

【Objective】not only has rich nutritional and medicinal values, but also has great physiological characteristics such as relatively high tolerance and strong adaptation ability to cold and barren conditions. There is a significant difference in resistance to drought stress among different genotypes of. Study of drought resistance characteristics of, screening of the materials of high tolerance genotypes and identification of indicators of drought resistance, and building a mathematic model for appraising the drought resistance not only can provide a foundation for evaluating the drought resistance and selection of genotypes, but also can provide a theoretical basis for germplasm breeding in cold areas of Loess Plateau. 【Method】Multiple indices of seedlings, including agronomic traits and physiological characteristics, were measured in the normal supply and drought stress with ninegenotypes. Subordination function method, principal component analysis and clustering analysis were used to synthetically evaluate the drought resistance of differentgenotypes. Moreover, stepwise regression analysis was used to establish the optimal regression equation that could forecast and identify the drought resistance ability of. 【Result】Drought stress has an obvious effect on the indexes ofat seedling stage. Results of difference of testing indices showed that the overground index, root dry weight, root activity, root morphology index, soluble protein contents, relative water content, chlorophyll content and leaf fluorescence parameters under drought stress were obviously decreased compared with the control group. Compared with the control group, drought stress not only resulted in the decreases of aboveground and root characteristics, root activity, soluble protein contents, leaf relative water and chlorophyll content,mandv/m, but also resulted in the increase of the activities of superoxide dismutase (SOD) and peroxidase (POD), the contents of malonaldehyde (MDA) and soluble sugar, and leafF. Besides, the root-shoot ratio of drought tolerance genotypes showed a rising trend, while the intermediate and drought-intolerant genotypes showed a declining trend. The principal component analysis turned 21 single indices into three independent comprehensive indices (accumulative contribution of 87.30%). The principal component 1 mainly reflected the information of biomass, root morphology, and leaf fluorescence parameters etc. The principal component 2 mainly reflected the information of root activity, root enzyme activity and osmotic adjustment substances etc. While the principal component 3 mainly reflected the information of aboveground morphology, partial leaf and root physiological characteristics. Ninegenotypes were divided into three categories by clustering analysis: drought-tolerant type, middle type, and drought-intolerant type. In order to predict the drought resistance of each genotype and build a mathematical evaluation model,values and drought tolerance index of various indexes were taken as the dependent variable and independent variable, respectively, for the stepwise regression analysis. By establishing an optimal regression equation, eight influential indices for drought resistance, including plant height, stem diameter, root-shoot ratio, root activity, main root length, MDA content,F, and leaf relative water content, were selected. The predictive values of drought tolerance of ninehad a significantly correlation withvalues (2=0.988**), which showed a certain accuracy and efficiency to forecast thedrought-resistance by using this equation. And the identification work could become easier when measuring these indexes selectively. 【Conclusion】Drought stress has significant influence on each index during seeding stage of. According to the cluster trend diagram, the tested categories can be divided into three types: drought tolerance type (including Diqing kuqiao, Xinong 9909, Qitai farmers), intermediate type (including Guangku 1, Qianku 6 and Yunqiao 1), and non drought-intolerance type (including Duoyuan kuqiao, Heifeng 1 and Xiqiao 1). The study selected the nine indexes including plant height, stem diameter, root-shoot ratio, root activity, main root length, MDA content,F, and leaf relative water content, which could rapidly identify the drought resistance of, and the predictive values of drought tolerance is significantly correlated withvalues (2=0.988**).

; screening drought resistance index; principal component analysis; clustering analysis; regression analysis

2017-04-10；接受日期：2017-07-24

國家自然科學(xué)基金（31571604）

路之娟，E-mail：luzhijuan1992@126.com。張楚，E-mail：zhangchu0331@126.com。路之娟和張楚為同等貢獻(xiàn)作者。通信作者張永清，E-mail：yqzhang208@126.com