隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)馬鈴薯高代品系材料的抗旱性

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(1.河北北方學(xué)院馬鈴薯研究中心， 河北 張家口 075000； 2.廊坊市文安縣農(nóng)業(yè)局， 河北 廊坊065800)

·問(wèn)題探討·

隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)馬鈴薯高代品系材料的抗旱性

王燕1，賈智麟2，任冬雪1，馬筱然1，龔學(xué)臣1，尹江1

(1.河北北方學(xué)院馬鈴薯研究中心， 河北 張家口 075000； 2.廊坊市文安縣農(nóng)業(yè)局， 河北 廊坊065800)

干旱是馬鈴薯產(chǎn)量的主要制約因素之一。為篩選出抗旱高產(chǎn)馬鈴薯材料，利用隸屬函數(shù)法對(duì)本實(shí)驗(yàn)室篩選出的12份高代馬鈴薯品系材料進(jìn)行綜合性抗旱性評(píng)價(jià)，篩選出極高抗旱性材料1份，為2006-43-3，抗旱性強(qiáng)材料2份，分別是2009-31-5，2009-7-76，抗旱性中等材料3份，分別是2005-2-126，2007-2-1，2008-34-6，抗旱性弱材料4份，極弱材料2份。

馬鈴薯； 干旱脅迫； 隸屬函數(shù)； 抗旱性評(píng)價(jià)

馬鈴薯是我國(guó)第四大糧食作物，在糧食生產(chǎn)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)中起著重要的作用。全國(guó)種植面積567萬(wàn)hm2，居世界第1位。全國(guó)單產(chǎn)15.4 t/hm2，居世界第95位。產(chǎn)量低的原因主要有病蟲害、逆境和栽培管理?xiàng)l件等因素。干旱造成的減產(chǎn)超過(guò)了其它逆境因素造成減產(chǎn)的總和。因此，選育抗旱高產(chǎn)馬鈴薯品種是馬鈴薯育種的重要任務(wù)之一。馬鈴薯抗旱性評(píng)價(jià)方法研究較多，主要有徐建飛等[1]的以產(chǎn)量為指標(biāo)的抗旱性評(píng)價(jià)方法，和王謐等[2]的以苗期生理生化指標(biāo)為主的隸屬函數(shù)法。本研究結(jié)合以上2種方法對(duì)實(shí)驗(yàn)室篩選出的12個(gè)高代品系材料進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

參試材料為河北北方學(xué)院馬鈴薯研究中心實(shí)驗(yàn)室篩選出的12個(gè)高代品系材料。分別為2006-43-3，2009-31-5，2009-7-76，2005-2-126，2007-2-1，2008-34-6，2004-20-16，2004-40-29，2005-33-20，2008-45-4，05-27-2，2005-34-47。

1.2 材料種植

試驗(yàn)地點(diǎn)在張家口市張北縣喜順溝村進(jìn)行，該地區(qū)無(wú)霜期90～110 d?？购敌澡b定試驗(yàn)在防雨棚內(nèi)進(jìn)行，棚內(nèi)分成2個(gè)大區(qū)，即干旱處理區(qū)和灌溉區(qū)。旱棚的種植區(qū)距邊緣70 cm處及干旱區(qū)和灌溉區(qū)中間深挖1 m溝，埋入塑料布，防止外界水分進(jìn)入和水分互滲。出苗1周內(nèi)加蓋旱棚塑料膜直至收獲期，防止雨水進(jìn)入。每個(gè)處理按隨機(jī)區(qū)組種植，行距60 cm，株距25 cm，每行種植10株，3次重復(fù)。灌溉區(qū)分別在幼苗期、塊莖形成期、塊莖增長(zhǎng)期、淀粉積累期4個(gè)時(shí)期進(jìn)行灌溉，灌水量達(dá)到田間最大持水量的70%。干旱脅迫區(qū)現(xiàn)蕾期開(kāi)始控水直至收獲，含水量自然降低最大持水量的30%時(shí)，分別對(duì)如下生理指標(biāo)和生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定。

1.3 測(cè)定指標(biāo)

1.3.1 生理指標(biāo)測(cè)定

葉綠素含量測(cè)定，用SPAD 502葉綠素儀測(cè)定葉片葉綠素相對(duì)值。

離體葉片失水力測(cè)定，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(jì)算單位重量葉片在相同時(shí)間內(nèi)的失水量。

1.3.2 生化指標(biāo)測(cè)定

丙二醛(MDA)含量測(cè)定，硫代巴比妥酸法[3]。

過(guò)氧化氫酶(CAT)活性測(cè)定，紫外吸收法[4]。

過(guò)氧化物酶(POD)活性測(cè)定，愈創(chuàng)木酚法[5]。

1.3.3 收獲指標(biāo)測(cè)定

收獲后測(cè)定單株塊莖產(chǎn)量。計(jì)算抗旱系數(shù)，抗旱系數(shù)=旱地產(chǎn)量/水地產(chǎn)量。

表3 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯生化指標(biāo)的影響

材料 MDA(nmol/g) CAT[U/(min·g)] POD[U/(min·g)] 澆水干旱耐旱系數(shù)澆水干旱耐旱系數(shù)澆水干旱耐旱系數(shù)05?27?20．161．398．6913．3218．101．3685．71213．602．492004?20?160．320．561．752．655．241．98657．62742．861．132004?40?290．330．391．185．246．371．22770．43895．241．162005?2?1260．480．641．335．246．671．2757．141247．6221．832005?33?200．701．261．803．338．562．5798．76195．241．982005?34?470．370．521．454．767．621．60904．761028．571．142006?43?30．250．451．802．8610．483．66161．901395．248．622007?2?10．290．812．797．6220．952．7557．141057．1418．502008?34?60．370．381．035．7119．053．34580．95619．051．072008?45?40．421．413．367．6210．831．42161．90909．525．622009?31?50．300．451．506．4820．483．16114．291733．3315．172009?7?760．241．114．655．1913．812．6666．67265．563．98

1.4 數(shù)據(jù)處理

1.4.1 隸屬函數(shù)

Uij=(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)

……(1)

或Uij=1-(Xij-Xmin)/(Xmax-Xmin)

……(2)

……(3)

……(4)

式中：Uij為i材料j指標(biāo)的隸屬函數(shù)值；Xij為i材料j指標(biāo)的耐旱系數(shù)，即干旱指標(biāo)與澆水指標(biāo)的比值；Xmax為所有材料中此指標(biāo)的最大值；Xmin為所有材料中此指標(biāo)的最小值；Ui是為i材料各性狀的平均抗旱隸屬函數(shù)值。

注:若所用指標(biāo)與抗旱性呈正相關(guān)，用(1)式；如某一指標(biāo)與抗旱性呈負(fù)相關(guān)，用(2)式[2,6-8]。

1.4.2 評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

根據(jù)平均隸屬函數(shù)值對(duì)材料的抗旱性進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)方法參考陳曉杰[9]的方法，并作修改。評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見(jiàn)表1。

表1 馬鈴薯抗旱性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

級(jí)別平均抗旱隸屬函數(shù)值(U)抗旱性1Ui≥U+1．28SD極強(qiáng)2U+0．52SD≤Uilt;U+1．28SD強(qiáng)3U-0．52SD≤Uilt;U+0．52SD中等4U-1．28SD≤Uilt;U-0．52SD弱5Uilt;U-1．28SD極弱

注，SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)生理指標(biāo)的影響

表2顯示，干旱脅迫處理植株的葉綠素相對(duì)含量值升高，失水率降低。2009-7-76，2006-43-3，2008-45-4等材料葉綠素相對(duì)值系數(shù)較大，2006-43-3等材料的失水率系數(shù)較小。葉綠素是衡量葉片生理活性變化的重要指標(biāo)，較高葉綠素含量是維持植株光合作用的必備條件，因此，葉綠素相對(duì)值與材料抗旱性呈正相關(guān)，即葉綠素相對(duì)值越大，抗旱性越強(qiáng)；葉片的失水率與植株的抗旱性密切相關(guān)，失水率越低表示該植株的保水力越強(qiáng)，抗旱性越強(qiáng)，即失水率系數(shù)越大抗旱性越差，失水率系數(shù)值與抗旱性成反比。由此，推測(cè)2009-7-76，2006-43-3，2008-45-4和2006-43-3等材料具有抗旱性。

表2 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯生理指標(biāo)的影響

材料 葉綠素 失水率 澆水干旱耐旱系數(shù)澆水干旱耐旱系數(shù)05?27?239．5845．661．150．280．20．712004?20?1638．8245．141．160．260．20．772004?40?2946．2851．681．120．280．190．682005?2?12633．539．261．170．220．170．772005?33?2042．145．981．090．170．120．712005?34?4743．0847．141．090．20．212006?43?334．4747．41．380．290．170．592007?2?136．940．221．090．230．20．872008?34?631．737．741．190．220．170．772008?45?434．4646．121．340．340．310．912009?31?537．246．141．240．220．180．822009?7?7639．4657．621．460．250．210．84

2.2 干旱脅迫對(duì)生化指標(biāo)的影響

表3顯示，在干旱脅迫處理后供試材料的MDA含量、CAT活性和POD活性都有不同程度升高。2008-34-6，2004-40-29，2005-2-126，2005-34-47，2009-31-5等材料MDA含量增加不明顯；2006-43-3，2009-31-5，2008-34-6等材料CAT活性升高幅度較大。2005-2-126，2007-2-1，2009-31-5，2006-43-3等材料POD活性大幅度升高。MDA含量是間接測(cè)定膜脂過(guò)氧化程度以及植物抗逆性的重要指標(biāo)，MDA含量越大，膜脂過(guò)氧化程度越大，膜系統(tǒng)受損程度越嚴(yán)重，抗旱能力越弱，因此推測(cè)2008-34-6，2004-40-29，2005-2-126，2005-34-47，2009-31-5等材料在干旱脅迫后MDA含量上升幅度較小，對(duì)膜系統(tǒng)損傷可能較?。籆AT和過(guò)氧化物酶POD是清除代謝過(guò)程中產(chǎn)生的活性氧，免除對(duì)細(xì)胞的氧化破壞，提高植物的抗旱抗逆性，CAT、POD酶活性升高幅度越大，植株的抵抗干旱導(dǎo)致的活性氧造成的傷害能力越強(qiáng)，因此推測(cè)2006-43-3，2009-31-5，2008-34-6， 2005-2-126，2007-2-1，2009-31-5，2006-43-3等材料在干旱脅迫后活性氧清除能力較強(qiáng)，能夠保護(hù)細(xì)胞免受活性氧的傷害。

表5 隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)抗旱性

材料隸屬函數(shù)值MDACATPOD葉綠素產(chǎn)量保水力隸屬函數(shù)平均值抗旱性2006?43?30．910．370．770．9110．83極強(qiáng)2009?31?50．940．790．680．410．720．440．66強(qiáng)2009?7?760．530．590．1410．870．390．59強(qiáng)2005?2?1260．960．0210．220．710．550．58中2007?2?10．770．630．8400．330．320．48中2008?34?610．8700．270．560．550．54中2004?20?160．910．310．010．20．610．560．43弱2004?40?290．9900．010．0710．780．48弱2005?33?200．90．550．0500．390．710．43弱2008?45?40．70．080．220．670．950．210．47弱05?27?200．060．070．170．420．690．24極弱2005?34?470．950．160．010．01000．19極弱

2.3干旱脅迫對(duì)產(chǎn)量指標(biāo)的影響

表4得知，干旱脅迫對(duì)2004-40-29，2008-45-4，2006-43-4等材料產(chǎn)量影響較小，耐旱系數(shù)較大，推測(cè)在干旱脅迫環(huán)境中可能保障較高的產(chǎn)量。

2.4抗旱性綜合評(píng)價(jià)

綜合分析以上各項(xiàng)指標(biāo)可看出，各指標(biāo)與抗旱性之間并無(wú)一致的統(tǒng)一性，因抗旱性是個(gè)多因素綜合的性狀，所以對(duì)生化指標(biāo)、生理指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)利用隸屬函數(shù)求其平均隸屬函數(shù)值，篩選出極高抗旱性材料1份，為2006-43-3，抗旱性強(qiáng)材料2份(2009-31-5，2009-7-76)，抗旱性中等材料3份(2005-2-126，2007-2-1，2008-34-6)，抗旱性弱材料4份(2004-20-16，2004-40-29，2005-33-20，2008-45-4)，抗旱性極弱材料2份(05-27-2，2005-34-47)。

3 結(jié)論與討論

本研究通過(guò)生化指標(biāo)、生理指標(biāo)和產(chǎn)量指標(biāo)，利用隸屬函數(shù)法對(duì)12份高代馬鈴薯品系材料進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)，篩選出極高抗旱性材料1份(2006-43-3)，抗旱性強(qiáng)材料2份(2009-31-5，2009-7-76)，抗旱性中等材料3份(2005-2-126，2007-2-1，2008-34-6)，抗旱性弱材料4份(2004-20-16，2004-40-29，2005-33-20，2008-45-4)，抗旱性極弱材料2份(05-27-2，2005-34-47)。

抗旱性鑒定就是按作物品種(品系)的抗旱能力進(jìn)行篩選、評(píng)價(jià)和歸類的過(guò)程。通過(guò)抗旱鑒定可以為抗旱育種提供優(yōu)異種質(zhì)。干旱對(duì)植物的影響是多方面的，抗旱性評(píng)價(jià)是一個(gè)復(fù)雜的問(wèn)題，難以用單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)法是對(duì)多個(gè)指標(biāo)的綜合分析，避免了單一指標(biāo)的片面性。因此，能夠提高抗旱性鑒定的準(zhǔn)確性。本研究利用隸屬函數(shù)法對(duì)12份高代馬鈴薯品系材料的抗旱性進(jìn)行綜合分析，鑒定結(jié)果基本與生產(chǎn)實(shí)際相吻合，為抗旱高產(chǎn)品種的選育提供了理論指導(dǎo)，加快了育種步伐，確保了旱地馬鈴薯產(chǎn)量，促進(jìn)農(nóng)民增收。

表4 干旱脅迫對(duì)馬鈴薯產(chǎn)量指標(biāo)的影響

材料澆水(kg)干旱(kg)耐旱系數(shù)05?27?25．653．000．532004?20?165．203．300．632004?40?294．403．780．862005?2?1265．053．500．692005?33?207．053．590．512005?34?472．950．860．292006?43?46．955．600．812007?2?17．553．600．482008?34?65．753．500．612008?45?46．0255．000．832009?31?55．003．500．702009?7?767．906．200．78

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Evaluation on Advanced Lines of Potato Drought-resistance Traits by Subordinate Function Values Analysis

WANGYan1,JIAZhilin2,RENDongxue1,MAXiaoran1,GONGXuechen1,YINJiang1

2017-01-28

國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)(馬鈴薯)技術(shù)體系專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)資助(CARS-10)；河北省地方標(biāo)準(zhǔn)，馬鈴薯抗旱性鑒定評(píng)價(jià)技術(shù)規(guī)程(NY 201679)；河北北方學(xué)院?；?Q 2014012)。

王 燕(1982—)，女，河北邯鄲人，博士，講師，主要從事抗旱研究；E-mail:nkxwyy@163.com。

尹 江(1960—)，男，河北張家口人，研究員，主要從事馬鈴薯育種及高產(chǎn)栽培技術(shù)研究。

10.16590/j.cnki.1001-4705.2017.06.072

S 532

A

1001-4705(2017)06-0072-04