不同玉米自交系幼苗對(duì)水分脅迫的響應(yīng)及其耐旱性評(píng)價(jià)

朱志明，許 興，毛桂蓮

(1.寧夏大學(xué)農(nóng)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021； 2.寧夏大學(xué)西北退化生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)與重建教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 寧夏 銀川 750021； 3寧夏大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院， 寧夏 銀川 750021)

玉米是世界上主要的糧食和飼料作物之一,也是需水較多對(duì)水分敏感的作物[1-2]。近年來玉米在我國(guó)的播種面積不斷加大，成為我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要組成部分。然而由于全球氣候不斷惡化，水資源日益匱乏,已對(duì)玉米生產(chǎn)造成嚴(yán)重的影響，尤其在干旱半干旱區(qū)，水分已成為制約玉米生產(chǎn)的最重要生態(tài)因子[3]，據(jù)報(bào)道，由于水分缺乏導(dǎo)致的玉米減產(chǎn)超過其他因素造成減產(chǎn)的總和[4-5]。玉米耐旱性研究愈來愈引起科研工作者的重視。干旱作為一種主要的非生物脅迫因子，它限制農(nóng)作物的生長(zhǎng)，因此，研究作物在干旱條件下的生理反應(yīng)，篩選抗旱種質(zhì)，對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)有著重要意義。

近年來，許多學(xué)者對(duì)干旱脅迫下玉米生長(zhǎng)發(fā)育及產(chǎn)量形成方面做了大量研究，宋鳳斌等[6-7]認(rèn)為水分脅迫造成玉米植株滯長(zhǎng)，發(fā)育期拖后，特別是拔節(jié)孕穗期干旱使玉米植株中上部節(jié)間最終長(zhǎng)度大幅度縮短，玉米地上部莖葉的生長(zhǎng)對(duì)干旱脅迫的反應(yīng)比地下部根系敏感。葛體達(dá)等[8]指出長(zhǎng)期水分脅迫下，超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性均在夏玉米生長(zhǎng)發(fā)育前中期顯著升高而后期下降，MDA含量隨著水分脅迫程度加劇增加,脯氨酸含量成倍增加。齊健等[9]在玉米幼苗(四葉一心)時(shí)進(jìn)行中度干旱脅迫(土壤水分含量為田間最大持水量的45%～50%)處理7d的試驗(yàn)表明，中度干旱脅迫使玉米根系和地上部的生物量降低，根冠比增大，根系活力增強(qiáng)；根系和葉片中的游離脯氨酸含量升高。徐世昌等[10]通過盆栽試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同品種、不同生育時(shí)期玉米的葉片光合速率對(duì)水分脅迫的敏感程度不同。

玉米種質(zhì)耐旱性鑒定方法很多，在玉米萌芽期采用 PEG-6000(聚乙二醇-6000) 模擬干旱的方法是目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者使用最多的方法，該方法不但避免了田間鑒定的周期長(zhǎng)、花費(fèi)人力物力較多的缺點(diǎn)，而且PEG-6000對(duì)植物無毒害，同時(shí)能保持滲透壓穩(wěn)定[11]。苗期進(jìn)行水分脅迫的方法對(duì)于玉米耐旱性評(píng)價(jià)具有重要的指導(dǎo)意義，可以在短期結(jié)合萌芽期進(jìn)行大量材料的鑒定。樸明鑫等[12]對(duì)69份玉米自交系進(jìn)行苗期盆栽耐旱性和大田鑒定分析，結(jié)果表明，苗期盆栽耐旱綜合評(píng)價(jià)分級(jí)與大田鑒定結(jié)果基本一致，為玉米種質(zhì)資源的大規(guī)模盆栽耐旱鑒定提供依據(jù)。

為了研究水分脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)及生理特性的影響，篩選適宜干旱區(qū)栽培的耐旱玉米品種，挖掘耐旱玉米種質(zhì)，本試驗(yàn)在前人研究基礎(chǔ)上，采用苗期盆栽水分脅迫的方法，通過研究玉米自交系幼苗的農(nóng)藝性狀、生理指標(biāo)、光合作用的變化，揭示水分脅迫對(duì)玉米生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響機(jī)制并采用多元統(tǒng)計(jì)分析方法對(duì)不同自交系材料的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，同時(shí)對(duì)生理指標(biāo)與耐旱性之間的關(guān)系進(jìn)行探討，并基于生理指標(biāo)與耐旱性之間的關(guān)系建立玉米自交系耐旱性評(píng)價(jià)數(shù)學(xué)模型，以期為玉米抗旱品種選育及干旱區(qū)玉米栽培提供理論依據(jù)，并為大規(guī)模、快速、準(zhǔn)確的玉米耐旱性評(píng)價(jià)提供科學(xué)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 材 料

試驗(yàn)材料由寧夏科禾種業(yè)、內(nèi)蒙科禾種業(yè)提供，供試玉米自交系代號(hào)及名稱見表1。

表1 不同玉米自交系材料編號(hào)及名稱

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 苗期水分脅迫試驗(yàn)設(shè)計(jì) 試驗(yàn)于2016年4月在寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地塑料溫室內(nèi)進(jìn)行，選用上口徑25 cm、下口徑18 cm，高15 cm的塑膠盆，盆底放置盆墊，裝入細(xì)沙土，土壤有機(jī)質(zhì)含量為6.821 g·kg-1，全氮含量為0.159 g·kg-1，田間最大持水量為25.77%。設(shè)2個(gè)水分處理：正常供水(T1)、田間最大持水量的30%(T2)。每盆播種5粒種子，每處理共設(shè)5個(gè)重復(fù)。2016年4月7日播種后，置于寧夏大學(xué)農(nóng)科實(shí)訓(xùn)基地溫室中，正常田間管理方式管理。待幼苗長(zhǎng)至三葉一心時(shí)開始水分脅迫處理，稱重法控制不同處理土壤水分條件恒定。處理后每天于18∶00稱重，補(bǔ)充失去的水分，使各處理保持設(shè)定的土壤含水量。土壤含水量達(dá)到設(shè)定值后持續(xù)處理7 d，選取長(zhǎng)勢(shì)一致的幼苗測(cè)定株高、莖粗、葉面積、葉綠素含量、光合參數(shù)等，同時(shí)取樣測(cè)定干鮮重、生理指標(biāo)，計(jì)算根冠比。

1.2.2 測(cè)定指標(biāo)及方法 農(nóng)藝性狀的測(cè)定：采用卷尺測(cè)量莖基部到自然伸展時(shí)的最高處為苗高，游標(biāo)卡尺測(cè)量莖粗，SPAD-502型葉綠素儀測(cè)量葉綠素，手持式激光葉面積儀CI-203測(cè)量葉面積。

光合參數(shù)測(cè)定：采用LI-6400光合作用測(cè)量系統(tǒng)在晴朗的上午9∶00—11∶00測(cè)定光合速率(Pn)、蒸騰速率(Tr)、氣孔導(dǎo)度(Gs)、胞間CO2濃度(Ci)。并計(jì)算葉片瞬時(shí)水分利用效率(WUE=Pn/Tr),每個(gè)處理重復(fù)5次。

組織含水量及根冠比測(cè)定：將沖洗干凈的根、冠分開，分別稱取鮮重，記錄后裝入牛皮袋后，恒溫箱中105℃殺青15 min，80℃烘至恒重并稱重，記錄干物質(zhì)量并計(jì)算根冠比、含水量。

生理指標(biāo)的測(cè)定：用電導(dǎo)儀法測(cè)定細(xì)胞膜透性，采用硫代巴比妥酸法測(cè)定MDA含量，磺基水楊酸法測(cè)定脯氨酸含量。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本試驗(yàn)采用Microsoft Excel 2003軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)處理及圖表制作；采用SPSS 17.0(SPSS Inc,Chicago, Illinois)和SAS 9.2系統(tǒng)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、差異顯著性分析、主成分分析、相關(guān)性分析、聚類分析；采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法結(jié)合隸屬函數(shù)進(jìn)行耐旱性的綜合排序。

1.3.1 各測(cè)試指標(biāo)的耐旱系數(shù)(Drought tolerance coefficient，DTC)

DTC=處理測(cè)定值/對(duì)照測(cè)定值×100%

(1)

1.3.2 各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值

u(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)j=1，2，…，n

(2)

式中，Xj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)，Xmin、Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。

1.3.3 各指標(biāo)的權(quán)重

(3)

式中，Wj表示第j個(gè)綜合指標(biāo)在所有綜合指標(biāo)中的權(quán)重；Pj代表經(jīng)主成分分析所得到各玉米自交系材料第j個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率。

1.3.4 玉米自交系材料綜合耐旱性評(píng)價(jià)

(4)

2 結(jié)果與分析

2.1 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗農(nóng)藝性狀的影響

表2結(jié)果表明，水分脅迫影響玉米生長(zhǎng)，與對(duì)照(T1)相比，水分脅迫顯著降低了不同自交系材料的株高、莖粗，差異均達(dá)到顯著水平；材料之間的表現(xiàn)不同，株高降低幅度20.8%～46.5%，其中材料A27-4-2降低幅度最低，為20.8%，材料KH207降低幅度最大，為46.5%，其他材料介于兩者之間。莖粗降低幅度7.2%～38.9%,材料12-016-3降低幅度最低，為7.2%，材料KH207降低幅度最大，為38.9%，其他材料介于兩者之間。水分脅迫降低了玉米自交系的葉片面積以及葉綠素含量，與對(duì)照(T1)相比，材料A27-4-2、12-016-3葉面積下降的不顯著。其他材料葉面積顯著下降。SPAD值除材料A27-4-2、8-8-1、KH207、1583、H482下降不顯著外，其他處理顯著下降。葉面積下降幅度3.4%～52.4%，其中材料A27-4-2下降幅度最低，8-8-1下降幅度最大。

由表3可得，水分脅迫降低了玉米自交系地上部及地下部含水量，材料H816的地上部含水量下降率最大，為32.36%，材料8-8-1的地上部含水量下降率最小，為3.42%。除材料8-8-1、1583與對(duì)照差異不顯著外，其余材料與對(duì)照差異顯著。地下部含水量材料H482的下降率最大，為58.08%；A27-2-1的下降率最小，為2.85%。除材料KH207、A27-2-1、遼3162,77與對(duì)照差異不顯著外，其余材料與對(duì)照差異顯著。

植物在干旱脅迫下通過提高根冠比來維持正常生命活動(dòng)，對(duì)干旱脅迫做出響應(yīng)。圖1可以看出，水分脅迫使玉米自交系的根冠比增加，除材料A27-4-2、KH207、H482外，其余材料的根冠比顯著增加。不同材料變化不同，其中遼3162，77的增加幅度最大，增幅達(dá)102.9%，H482增加幅度最小，為0.54%，其他材料介于二者之間。

2.2 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系材料光合參數(shù)的影響

表4結(jié)果表明，水分脅迫降低了玉米自交系的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度；增加了胞間二氧化碳濃度和水分利用效率。除材料KH207、12-016-3、H482的差異不顯著外，水分脅迫顯著降低了其他材料的凈光合速率、蒸騰速率、氣孔導(dǎo)度。不同材料的下降幅度不同，耐旱材料下降幅度小，表明水分脅迫對(duì)其傷害較小。胞間二氧化碳濃度除材料KH207、12-016-3、遼3162,77差異不顯著外，其他材料與對(duì)照差異顯著，水分脅迫顯著提高了自交系材料的胞間二氧化碳濃度。水分脅迫有效提高了自交系的水分利用效率，除材料8-8-1、KH207小幅下降外，其他材料的水分利用效率得到了提高。適度干旱有助于水分利用效率的提高，減少水分消耗。

表2 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗農(nóng)藝性狀的影響

注：字母不同表示同一品種不同處理間差異達(dá)0.05顯著水平，下同。

Note: Different letters in the same row between different treatment means significant difference at 0.05 level, the same below.

表3 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系組織含水量的影響

2.3 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗生理指標(biāo)的影響

圖2表明，水分脅迫會(huì)導(dǎo)致膜脂過氧化，引起玉米自交系幼苗葉片中MDA含量顯著增加，不同材料的表現(xiàn)不同，MDA的增加幅度為7.1%～61.1%,增幅最大的為A27-2-1，為61.1%，增幅最小的為12-016-3，為7.1%。材料1583、遼3162,77、KH207表現(xiàn)較好，其MDA增加幅度較小，膜脂過氧化程度較輕。A27-2-1的增幅最大，膜脂過氧化程度加劇。

圖1 水分脅迫對(duì)不同玉米自交系材料根冠比的影響

圖2水分脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗MDA含量的影響

Fig.2 Effect of water stress on MDA content in seedling of Maize Inbred Lines

圖3結(jié)果表明，水分脅迫顯著提高了玉米自交系幼苗細(xì)胞膜透性，與對(duì)照相比差異達(dá)到顯著水平，水分脅迫對(duì)玉米葉片細(xì)胞膜造成了傷害，使細(xì)胞膜透性增大；其中材料遼3162,77的細(xì)胞膜透性增加值最大，為173.3%，KH207膜透性增加值最小，為17.9%。其他材料的介于二者之間，說明材料遼3162,77受干旱脅迫傷害程度大，耐旱性較差，材料KH207耐旱性較強(qiáng)，適于干旱地種植。

植物在缺水環(huán)境中為了更好生長(zhǎng)，其體內(nèi)滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)會(huì)積極響應(yīng)降低細(xì)胞滲透勢(shì)，以利于植物從外界吸收水分，由圖4可得，水分脅迫后，所有材料幼苗葉片脯氨酸含量急劇上升，與對(duì)照相比差異達(dá)到顯著水平；材料12-016-3脯氨酸含量增長(zhǎng)率達(dá)到259.6%，是對(duì)照的3.6倍，增長(zhǎng)最少的為材料A27-4-2，增長(zhǎng)率為52.4%。其它材料增長(zhǎng)率介于二者之間。增長(zhǎng)幅度越大說明其耐旱性越強(qiáng)。

圖3 水分脅迫對(duì)玉米自交系幼苗細(xì)胞膜透性的影響

圖4水分脅迫對(duì)不同玉米自交系幼苗脯氨酸含量的影響

Fig.4 Effect of water stress on Pro content in seedlings of Different Maize Inbred Lines

2.4 水分脅迫下玉米自交系各綜合指標(biāo)的耐旱系數(shù)及其相關(guān)性分析

玉米自交系的株高、莖粗、葉面積、MDA等指標(biāo)是反映玉米自交系苗期抗旱性的重要指標(biāo)。不同玉米自交系材料對(duì)干旱環(huán)境的耐受能力也不相同。水分脅迫下玉米自交系種子苗期相關(guān)指標(biāo)會(huì)發(fā)生明顯變化，通過分析發(fā)芽相關(guān)指標(biāo)間的相關(guān)性可揭示指標(biāo)間是否存在依存關(guān)系，以及相關(guān)關(guān)系的方向和強(qiáng)度。

指標(biāo)間的相對(duì)值能消除品種間的固有誤差，較之絕對(duì)值更能準(zhǔn)確反映植物抗旱能力的大小。根據(jù)公式(1)計(jì)算計(jì)算各測(cè)定指標(biāo)的相對(duì)值即抗旱系數(shù)(DTC)。由表5可得，總體而言不同的玉米自交系受到干旱脅迫后，株高(PH)、莖粗(SD)、葉面積(LA)、葉綠素含量(SPAD)、地上部含水量(AWC)、地下部含水量(UWC)、凈光合速率(Pn)與對(duì)照相比(T1)均有所下降(DTC<1)，水分利用效率(WUE)、相對(duì)電導(dǎo)率(REC)、根冠比(R/S)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)與對(duì)照相比均有所上升(DTC>1)，但不同材料間的變化幅度不盡相同，因此僅采用各指標(biāo)的耐旱系數(shù)不能對(duì)玉米自交系的抗旱性做出準(zhǔn)確評(píng)價(jià)。

不同指標(biāo)間存在著不同程度的相關(guān)關(guān)系(表6)，莖粗、地上部含水量與其它指標(biāo)間無顯著相關(guān)關(guān)系。株高與葉面積、SPAD、WUE呈極顯著正相關(guān)，與膜透性、脯氨酸含量呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。葉面積與SPAD間存在著極顯著正相關(guān)關(guān)系，與脯氨酸含量存在著顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。SPAD與脯氨酸含量存在極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系。地下部含水量與MDA含量、脯氨酸含量間存在顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，凈光合速率與根冠比膜透性顯著負(fù)相關(guān)。膜透性與根冠比、脯氨酸呈顯著正相關(guān)關(guān)系。說明隨著干旱脅迫的加劇，玉米自交系的膜透性增加，根冠比增大。干旱脅迫對(duì)其生理代謝造成傷害。

根據(jù)玉米自交系發(fā)芽指標(biāo)間的相關(guān)分析可知，不同指標(biāo)間存在顯著差異，它們所提供的信息發(fā)生重疊，且各指標(biāo)變化幅度不同，在抗旱性評(píng)價(jià)中所起的作用也不同，且玉米的抗旱性是一個(gè)復(fù)雜的綜合性狀，是多因素共同作用的結(jié)果，采用某單一指標(biāo)不能夠直觀、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)其抗旱性。為了彌補(bǔ)單一指標(biāo)評(píng)價(jià)的不足，可以利用其它多元分析方法對(duì)其抗旱性進(jìn)行更全面深入的評(píng)價(jià)。

表5 水分脅迫下各單項(xiàng)指標(biāo)的耐旱系數(shù)

注：PH：株高；SD：莖粗；LA：葉面積；SPAD：葉綠素含量；AWC：地上部含水量；UWC:地下部含水量；Pn：凈光合速率；WUE：水分利用效率；REC：相對(duì)電導(dǎo)率；R/S：根冠比；MDA：丙二醛含量；PRO：脯氨酸含量。下同。

Note: PH: plant height; SD:stem diameter; LA: leaf area; SPAD: chlorophyll content; AWC: shoot water content; UWC: underground water content; Pn: net photosynthetic rate; WUE: water use efficiency; REC: relative conductivity; MDA: MDA content; proline: PRO content； R/S: root shoot ratio; The same below.

表6 水分脅迫下玉米自交系各指標(biāo)的相關(guān)性

2.5 水分脅迫下玉米自交系各綜合指標(biāo)的主成分分析

由于莖粗、地上部含水量與其它指標(biāo)無顯著相關(guān)性，故選用除上述指標(biāo)外的剩余6個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析。根據(jù)每個(gè)指標(biāo)的特征值及貢獻(xiàn)率來篩選主成分。表10是玉米自交系材料苗期6個(gè)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果，表中CI1- CI6為干旱脅迫下玉米自交系苗期6個(gè)指標(biāo)所轉(zhuǎn)化的6個(gè)主成分，根據(jù)特征值來看，主成分一、主成分二、主成分三的特征值為5.74，2.05，1.01，均大于1，故初步考慮保留前三個(gè)主成分。進(jìn)一步考慮貢獻(xiàn)率，第一主成分的貢獻(xiàn)率為57.39%，說明第一主成分能夠提供原變量綜合信息的一半以上，第二主成分的貢獻(xiàn)率為20.53%，第三個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率為10.07%。前三個(gè)主成分的累積貢獻(xiàn)率達(dá)87.99%，在80%以上，說明前三個(gè)主成分已經(jīng)將9份玉米自交系材料苗期抗旱性的87.99%的信息反映了出來，其余主成分所提供的信息較少，約為10%左右，因此根據(jù)主成分保留原則保留主成分一主成分二及主成分三，這樣可將原有的6個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個(gè)相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并代表了原始指標(biāo)攜帶的絕大部分信息，可較為全面地評(píng)價(jià)不同玉米自交系材料苗期的抗旱能力。表10還揭示了兩個(gè)主成分和原變量的關(guān)系，表中特征向量的絕對(duì)值越大說明主成分與原變量的關(guān)系越密切。由表中數(shù)據(jù)可得，主成分一與株高(X1)、葉面積(X2)、SPAD(X3)的關(guān)系較密切，第二主成分與地下部含水量(X4)、水分利用效率(X6)的關(guān)系較密切。第三主成分地下部含水量(X4)、凈光合速率(X5)說明株高、葉面積、SPAD、地下部含水量、凈光合速率這5個(gè)指標(biāo)可以作為玉米自交系苗期抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)，且可靠性較高。

表7 玉米自交系主成分分析的特征向量、貢獻(xiàn)率、累積貢獻(xiàn)率

2.6 不同玉米自交系材料抗旱性綜合評(píng)價(jià)

2.6.1 隸屬函數(shù)分析 根據(jù)公式(2)計(jì)算不同玉米自交系材料各指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U(x),由表8可以看出A27-4-2的U1最大，為1.000，表明此材料在第一主成分下表現(xiàn)為抗旱性最強(qiáng)，而H482最小為0.001，表明此材料在第一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為抗旱性最差。

2.6.2 權(quán)重的確定 根據(jù)公式(3)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，經(jīng)計(jì)算6個(gè)指標(biāo)的權(quán)重分別為0.456，0.223,0.121,0.106,0.093(表8)。

表8 不同自交系材料的耐旱性分析

2.6.3 玉米自交系耐旱性綜合評(píng)價(jià)及分類 根據(jù)公式(4)計(jì)算各材料的抗旱性綜合評(píng)價(jià)D值，并根據(jù)D值大小對(duì)其抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行排序(表8)，其中材料A27-4-2的D值最大，表明其抗旱性最強(qiáng)，12-016-3的D值最小，表明其抗旱性最弱。

采用最大距離法對(duì)D值進(jìn)行聚類分析[13-14]，將9份玉米自交系分為四類：材料12-016-3、H482為第Ⅰ類，屬于干旱敏感型材料；材料遼3162,77、H816、1583、A27-2-1為第Ⅱ類，屬于弱耐旱材料；材料8-8-1、KH207為第Ⅲ類，屬于中度耐旱材料；材料A27-4-2為第Ⅳ類，屬于強(qiáng)耐旱材料(圖5)。

2.6.4 回歸模型的建立及鑒定指標(biāo)的篩選 為分析指標(biāo)與材料耐旱性的關(guān)系，篩選可靠的耐旱性鑒定指標(biāo)，建立可用于玉米耐旱性鑒定的數(shù)學(xué)模型，以耐旱性綜合評(píng)價(jià)D值作為因變量，各指標(biāo)的耐旱系數(shù)作為自變量進(jìn)行逐步回歸分析，建立最優(yōu)回歸方程：

D=-0.107746+0.35003UWC+1.67684WUE-0.05857REC-0.1699Pro,方程決定系數(shù)R2=0.9954，P=0.0001。由方程可知，12個(gè)指標(biāo)中有4個(gè)指標(biāo)對(duì)玉米苗期耐旱性有顯著影響，分別為UWC、WUE、REC、Pro。對(duì)回歸方程的估計(jì)精度進(jìn)行分析(表9)，結(jié)果表明：估計(jì)精度均在92.19%以上，表明方程中的指標(biāo)可以準(zhǔn)確評(píng)價(jià)玉米苗期的抗旱性，該方程可用于玉米耐旱性評(píng)價(jià)。在耐旱性鑒定試驗(yàn)中可以選用上述四個(gè)指標(biāo)，計(jì)算其耐旱系數(shù)，然后代入方程預(yù)測(cè)其耐旱性。

圖5 玉米自交系系統(tǒng)聚類圖

3 討論與結(jié)論

水分脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響最終體現(xiàn)在植物生長(zhǎng)上[15]。郭相平等[16]分別進(jìn)行水分脅迫7 d和14 d的研究指出，前期(尤其是苗期)水分脅迫可使玉米植株得到干旱鍛煉，增大根冠比和根活力,促進(jìn)后期籽粒形成。本試驗(yàn)中，干旱脅迫顯著增大了玉米幼苗的根冠比，其中遼3162,77的增加幅度最大，增幅達(dá)102.9%，H482增加幅度最小，為0.54%，表明遼3162,77的抗旱能力優(yōu)于其他材料，在干旱脅迫下能夠增大根冠比，提高根系吸水能力，調(diào)節(jié)生命活動(dòng)。前人研究表明，在嚴(yán)重水分脅迫下，細(xì)胞壁的硬化有效地限制了植物綠葉面積的擴(kuò)大，從而顯著降低植物蒸騰失水，提高水分利用效率，使植物維持正常的生命活動(dòng)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，水分脅迫會(huì)抑制玉米生長(zhǎng)發(fā)育；玉米株高、莖粗、葉面積與對(duì)照相比顯著下降，不同品種間存在明顯的差異，這與前人研究結(jié)果吻合。

光合作用是作物產(chǎn)量形成的基礎(chǔ)，作物產(chǎn)量的90%來源于光合作用。光合作用是作物積累干物質(zhì)，增加產(chǎn)量的重要途徑。在水分脅迫條件下，作物由于光合作用受到抑制，從而引起作物減產(chǎn)。研究表明，水分脅迫對(duì)光合作用的影響主要表現(xiàn)在兩個(gè)方面：氣孔限制和非氣孔限制，其中Ci和Gs是關(guān)鍵指標(biāo)，當(dāng)Ci升高Gs下降時(shí)表現(xiàn)為非氣孔限制；當(dāng)Ci下降Gs升高時(shí)表現(xiàn)為氣孔限制[17]。在輕中度水分脅迫下，由于氣孔導(dǎo)度影響CO2的供應(yīng)，主要表現(xiàn)為氣孔因素。在嚴(yán)重水分脅迫下，葉肉的光合能力受到直接影響，非氣孔因素起主要作用[18]。

張仁和等[19]通過對(duì)2個(gè)玉米品種進(jìn)行盆栽試驗(yàn)，結(jié)果表明中度干旱脅迫下葉片Pn下降是氣孔因素引起的，重度干旱脅迫下Pn降低主要由非氣孔因素引起的。本試驗(yàn)在田間持水量的30%嚴(yán)重水分脅迫下，玉米幼苗葉片光合速率顯著下降，Ci升高Gs下降，表明本試驗(yàn)條件下水分脅迫對(duì)玉米幼苗葉片光合作用的影響主要是由非氣孔因素引起的。此結(jié)果與前人研究結(jié)果一致。干旱脅迫下，作物主要通過降低蒸騰速率來提高葉片的瞬時(shí)水分利用效率(WUE)[20]。適度的水分脅迫能提高葉片的水分利用效率。從而達(dá)到節(jié)水目的，本試驗(yàn)中除材料8-8-1，KH207下降外，其他材料的水分利用效率均有所提高或保持不變，可能由于材料8-8-1，KH207耐旱性較差，蒸騰速率下降較慢，導(dǎo)致水分利用效率降低，而其他材料通過降低蒸騰，提高水分利用效率來維持正常代謝活動(dòng)，減少干旱對(duì)其損傷。

植物在受到逆境傷害時(shí)其體內(nèi)發(fā)生一系列的生理生化反應(yīng)來消除或降低外界環(huán)境對(duì)其傷害。通過測(cè)定植物在逆境條件下的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)(Pro)的變化，膜脂過氧化的程度(MDA)，細(xì)胞膜透性的變化，組織含水量的變化等來衡量植物受到傷害程度[21]。本試驗(yàn)結(jié)果表明，玉米自交系在受到水分脅迫時(shí)，其體內(nèi)的脯氨酸含量急劇上升，材料12-016-3脯氨酸含量增長(zhǎng)率達(dá)到259.6%，是對(duì)照的3.6倍，表明其在干旱脅迫下能夠迅速做出反應(yīng)，減少水分脅迫對(duì)其影響，也從側(cè)面反映了其較強(qiáng)的抗旱性。研究表明，MDA含量的變化與植物的抗逆性呈顯著負(fù)相關(guān)[22]，本試驗(yàn)結(jié)果顯示，水分脅迫下MDA含量顯著增加，增幅最大的為A27-2-1，為61.1%，增幅最小的為12-016-3，為7.1%。說明材料A27-2-1抵御干旱脅迫的能力較差，可能與其耐旱性強(qiáng)弱有關(guān)。細(xì)胞膜透性越大表明細(xì)胞膜受傷害程度越大，其中材料遼3162,77的細(xì)胞膜透性增加值最大，為173.3%，說明其細(xì)胞膜傷害程度較大，也從側(cè)面反映了其耐旱性較差。

水分脅迫下，玉米自交系的農(nóng)藝性狀，生理指標(biāo)，光合特性都發(fā)生了明顯變化，但9份材料在不同的性狀中表現(xiàn)出差異，某項(xiàng)指標(biāo)表現(xiàn)較好的材料其他指標(biāo)表現(xiàn)一般，再次表明植物的抗逆性是多基因控制的，多因素綜合作用的復(fù)雜生理過程，因此采用單一方法或單一指標(biāo)評(píng)價(jià)其抗逆性是片面的。為了更全面評(píng)價(jià)種質(zhì)的抗旱性，筆者采用目前研究采用較多的模糊隸屬函數(shù)法、主成分分析法、回歸分析等多元分析方法對(duì)上述9份材料的耐旱性做出了綜合評(píng)價(jià)。

通過主成分分析將干旱脅迫下玉米幼苗的6個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為3個(gè)彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，并計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)D值，比較準(zhǔn)確的對(duì)玉米自交系材料的耐旱性做出了評(píng)價(jià)，利用聚類分析將9份玉米自交系材料分為耐旱性不同的四類，即干旱敏感型、弱耐旱材料、中度耐旱性材料、高度耐旱性四類。利用逐步回歸的分析方法建立了玉米耐旱性評(píng)價(jià)回歸方程：D=-0.107746+0.35003UWC+1.67684WUE-0.05857REC-0.1699Pro,篩選出適宜干旱脅迫下玉米耐旱性鑒定指標(biāo)4個(gè)，即地下部含水量、水分利用效率、相對(duì)電導(dǎo)率、脯氨酸含量。在相同的逆境脅迫下可通過測(cè)定其它玉米品種上述4個(gè)指標(biāo)的耐旱系數(shù)，結(jié)合回歸方程進(jìn)行耐旱性預(yù)測(cè)。可為大規(guī)?？鼓嫘苑N質(zhì)資源鑒定篩選及干旱地栽培提供理論指導(dǎo)。9份玉米自交系的耐旱性強(qiáng)弱順序?yàn)椋篈27-4-2>KH207>8-8-1>A27-2-1>1583>H816>遼3162,77>H482>12-016-3。其中材料8-8-1、KH207 A27-4-2的抗旱性較強(qiáng)，可以在后續(xù)試驗(yàn)中進(jìn)行抗旱育種及栽培研究。

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