用主成分分析和隸屬函數(shù)法綜合篩選蘋(píng)果自根砧嫁接方式

張 婷,趙 林,李剛波,張 梅,楊 艷,王福建,樊繼德*

(1.江蘇徐淮地區(qū)徐州農(nóng)業(yè)科學(xué)研究所,江蘇 徐州 221121;2.江蘇徐州豐縣大沙河果園,江蘇 徐州 221700)

蘋(píng)果矮砧密植栽培具有早果、豐產(chǎn)、質(zhì)優(yōu)、便于機(jī)械化作業(yè)等特點(diǎn),已成為國(guó)內(nèi)外蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)發(fā)展的方向和趨勢(shì);培育良種良砧匹配的優(yōu)良苗木是保證園貌整齊、節(jié)約管理成本、延長(zhǎng)經(jīng)濟(jì)壽命、提高果品質(zhì)量的關(guān)鍵措施,其中嫁接作為保證優(yōu)良苗木的重要措施之一,受到越來(lái)越多的關(guān)注。

砧穗之間的親緣關(guān)系是嫁接親和的前提條件,即關(guān)系越近則嫁接表現(xiàn)親和性越強(qiáng),反之則不親和。煙富3號(hào)屬于優(yōu)良著色系富士芽變品種,由于具有著色好、上色快、果個(gè)大等優(yōu)良特點(diǎn),受到市場(chǎng)廣泛關(guān)注和喜愛(ài)。T337是一個(gè)優(yōu)質(zhì)的矮化自根砧。為了更好地促進(jìn)煙富3號(hào)的矮化密植,提高苗木質(zhì)量,明確將其嫁接到T337的最優(yōu)方法是極其重要的。目前,蘋(píng)果育苗的嫁接方式主要有“丁字形”芽接、帶木質(zhì)嵌芽接法、劈接法、分段嫁接法及二重枝接法[1-3]；關(guān)于嫁接早期親和性的研究主要集中于生理生化、組織細(xì)胞學(xué)及分子生物學(xué)等方面[4-6]。另外,嫁接親和性是一個(gè)由多基因控制的性狀,單一指標(biāo)難以準(zhǔn)確地反映嫁接親和性；而主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法可全面、有效地分析嫁接親和性,而此方面的應(yīng)用研究鮮有報(bào)道。此外,目前有關(guān)蘋(píng)果嫁接砧木研究主要集中于喬化砧[7]和矮化中間砧[8],而關(guān)于自根砧的研究鮮有報(bào)道。所以我們采用6種嫁接方式將煙富3號(hào)嫁接到T337上,對(duì)其生長(zhǎng)和嫁接親和力進(jìn)行了研究比較，并采用主成分分析法和隸屬函數(shù)法篩選出了最佳的嫁接方式,以期為蘋(píng)果育苗嫁接方式的選擇提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

砧木材料為一年生的自根砧T337,粗度為0.8～1.0 cm;接穗材料為煙富3號(hào),選擇直徑為0.6～0.8 cm的枝段。

1.2 試驗(yàn)內(nèi)容與方法

于2016年7月將煙富3號(hào)嫁接于T337上,試驗(yàn)設(shè)6種嫁接方式,分別為：?jiǎn)窝恐?嫁接口以上全部剪除)、單芽枝接(嫁接口以上留20 cm)、單芽枝接(嫁接口以上留30 cm)、單芽枝接(嫁接口以上全部保留)、帶木質(zhì)部芽接、插皮接。嫁接口均與地面相距30 cm。上述各試驗(yàn)處理均嫁接88株以上,采用完全隨機(jī)區(qū)組設(shè)計(jì)。

在嫁接45 d后,調(diào)查嫁接成活率。隨機(jī)剪下嫁接口5 cm處,進(jìn)行生理指標(biāo)測(cè)定,采用氮藍(lán)四唑(NBT)法測(cè)定SOD活性；采用考馬斯亮藍(lán)法測(cè)定可溶性蛋白含量；采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性；采用過(guò)氧化氫法測(cè)定CAT活性[9]。

在翌年新梢生長(zhǎng)至1 cm長(zhǎng)左右后,利用卷尺每隔半個(gè)月測(cè)定1次新梢長(zhǎng)度,每次測(cè)定10株。在8月測(cè)定新梢粗度；用95%乙醇法測(cè)定每片葉的葉綠素含量；用畫(huà)紙(硫酸紙)稱(chēng)重法測(cè)定每個(gè)單葉的葉面積;采用徒手制片法制片,用CX21FS1型Olympus顯微鏡觀(guān)測(cè)葉片結(jié)構(gòu),每個(gè)處理隨機(jī)選取30個(gè)視野,測(cè)量葉片厚度、柵欄組織厚度及海綿組織厚度。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

利用WPS軟件和SPSS 17.0進(jìn)行數(shù)據(jù)整理、主成分分析和隸屬函數(shù)分析[10]。相關(guān)計(jì)算公式如下：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin) (i=1,2,3,…,n)

(1)

式(1)中：U(Xi)為指標(biāo)i的隸屬函數(shù)值;Xi為指標(biāo)i的測(cè)定值;Xmin和Xmax分別為指標(biāo)i的最小值和最大值。

(2)

(3)

式(2)～式(3)中:Pi代表第i個(gè)綜合指標(biāo)的貢獻(xiàn)率;Wi代表權(quán)重;D值為在不同的嫁接方式下由綜合指標(biāo)評(píng)價(jià)所得的綜合評(píng)價(jià)值。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同嫁接方式對(duì)蘋(píng)果嫁接苗成活率的影響

由表1可知:采用單芽枝接(0 cm)的嫁接方式,煙富3號(hào)的成活率最低,僅為53%;其他的均達(dá)到70%以上,其中插皮接的成活率最高,達(dá)到94.06%。根據(jù)國(guó)家苗木標(biāo)準(zhǔn)[11],苗木長(zhǎng)度大于120 cm的為一級(jí)苗木。根據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)，6種嫁接方式達(dá)到一級(jí)苗木的比例均在80%以上,特別是帶木質(zhì)部芽接的一級(jí)苗木比例達(dá)到了98.75%。

表1 嫁接方式對(duì)蘋(píng)果嫁接苗成活率的影響

2.2 嫁接方式對(duì)嫁接親和性的影響

從表2可以看出：4種單芽枝接的嫁接方式在嫁接苗SOD活性和POD活性方面無(wú)顯著差異；采用插皮接的嫁接方式,嫁接口處的SOD活性和POD活性均極顯著低于帶木質(zhì)部芽接的;在CAT活性方面,采用單芽枝接(0、20 cm)和插皮接的CAT活性顯著高于或高于其他嫁接方式的;插皮接在可溶性蛋白含量方面極顯著高于其他嫁接方式,而單芽枝接(0 cm)顯著低于其他嫁接方式。

表2 不同嫁接方式嫁接口生理指標(biāo)的比較

2.3 嫁接方式對(duì)一年生嫁接苗新梢生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響

由圖1可知,在不同的嫁接方式下,新梢生長(zhǎng)量的動(dòng)態(tài)變化均呈上升的趨勢(shì),從5月下旬到6月中旬有一個(gè)快速增長(zhǎng)階段,特別是采用插皮接和帶木質(zhì)部芽接方法時(shí)新梢的生長(zhǎng)快于其他嫁接方式,其中采用帶木質(zhì)部芽接的方法在后期生長(zhǎng)速度最快,8月的生長(zhǎng)量最大;而單芽枝接(0 cm)的新梢雖然在生長(zhǎng)初期保持較高的生長(zhǎng)速度,但從5月下旬開(kāi)始,其生長(zhǎng)速度逐漸放緩。

由圖2可見(jiàn)：采用帶木質(zhì)部芽接的接穗生長(zhǎng)量高于其他嫁接方式的；其次是插皮接的；而單芽枝接(0 cm)的接穗生長(zhǎng)量最少；4種枝接方式在生長(zhǎng)量方面無(wú)顯著差異；主干高在各處理間無(wú)顯著差異,但帶木質(zhì)部芽接的主干要稍微高于其他嫁接方式的,其中插皮接的主干高最低。由此可知采用插皮接使得煙富3號(hào)的分枝生長(zhǎng)旺盛。由表3可知：接穗和砧木的干徑在各處理間無(wú)顯著差異,且接穗干徑的變化幅度要高于砧木的,其凈增長(zhǎng)量是砧木的1倍左右,且均大于矮化自根砧一級(jí)苗木標(biāo)準(zhǔn)(苗木粗度≥1.0 cm)；4種枝接的接穗和砧木干徑均高于其他嫁接方式的，說(shuō)明枝接法有利于接穗的加粗生長(zhǎng),而帶木質(zhì)部芽接有利于接穗的伸長(zhǎng)生長(zhǎng)。

圖1 嫁接方式對(duì)接穗新梢生長(zhǎng)動(dòng)態(tài)的影響

圖2 嫁接方式對(duì)新梢生長(zhǎng)量及主干高度的影響表3 接穗及砧木在不同嫁接方式下的干徑變化

嫁接方式接穗粗度/cm砧木粗度/cm單芽枝接(0 cm)1.669 aA0.816 aA單芽枝接(20 cm)1.847 aA0.895 aA單芽枝接(30 cm)1.902 aA0.935 aA單芽枝接(保留長(zhǎng)度)1.693 aA0.789 aA帶木質(zhì)部芽接1.660 aA0.775 aA插皮接1.680 aA0.606 aA

2.4 葉形及葉片解剖結(jié)構(gòu)在不同嫁接方式下的比較

嫁接方式對(duì)葉片形狀的影響較小,其中葉長(zhǎng)在不同處理之間無(wú)顯著差異,但是單芽枝接(0 cm)的葉長(zhǎng)要小于其他嫁接方式的；另外,采用帶木質(zhì)部芽接和插皮接的方法使葉片變寬,特別是極顯著大于單芽枝接(0 cm)的；總體上來(lái)說(shuō)帶木質(zhì)部芽接和插皮接的葉面積要大于采用單芽枝接(保留長(zhǎng)度)的(表4)。在葉片解剖結(jié)構(gòu)方面,單芽枝接(0 cm)和單芽枝接(20 cm)在葉片厚度和柵欄組織厚度方面存在顯著差異,但在其他嫁接方式間無(wú)顯著差異;采用插皮接使葉片海綿組織變厚(表5)。

表4 嫁接方式對(duì)葉面積的影響

表5 嫁接方式對(duì)葉片解剖結(jié)構(gòu)的影響

2.5 主成分分析及隸屬函數(shù)分析結(jié)果

采用主成分分析法,依據(jù)累計(jì)貢獻(xiàn)率大于85%的標(biāo)準(zhǔn),將原來(lái)14個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為6個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)(成分),6個(gè)成分的貢獻(xiàn)率分別為27.259%、21.604%、15.032%、11.448%、7.880%、7.446%,累積貢獻(xiàn)率達(dá)到90.669%(表6)。在各成分中具有最大特征向量絕對(duì)值的性狀指標(biāo)即為該成分的主要指標(biāo),第一成分中葉綠素b含量(Ⅰ)為其主要指標(biāo),成分2～6的主要指標(biāo)分別是海綿組織厚度(Ⅱ)、葉面積(Ⅲ)、可溶性蛋白含量(Ⅳ)、接穗粗度(Ⅴ)及POD活性(Ⅵ)；以此為代表進(jìn)行隸屬函數(shù)分析,根據(jù)公式(2)計(jì)算可得6個(gè)綜合指標(biāo)的權(quán)重分別為0.301、0.238、0.166、0.126、0.087、0.082。

表6 各性狀主成分的特征向量及貢獻(xiàn)率

采用公式(3)計(jì)算各嫁接方式的綜合評(píng)價(jià)值D,并根據(jù)D值進(jìn)行排序，篩選出最佳的嫁接方式。從表7可以看出：插皮接的D值最大,即該嫁接方法使煙富3號(hào)的愈合程度最高；其次是留20 cm的單芽枝接；而單芽枝接(0 cm)的綜合評(píng)價(jià)值最低。

表7 各嫁接方式的隸屬函數(shù)值及綜合評(píng)價(jià)值

3 討論及結(jié)論

本研究結(jié)果表明：蘋(píng)果自根砧的最佳嫁接方式為插皮接,插皮接不僅成活率高,而且接穗生長(zhǎng)量大,新梢長(zhǎng)度平均到達(dá)156 cm,新梢直徑大于1 cm,有利于良種壯苗培育,適于推廣應(yīng)用。呂天星等[3]研究表明以山定子為基砧的蘋(píng)果矮化中間砧苗宜采用二重枝接法嫁接;呼鳳蘭等[12]研究表明把紅富士蘋(píng)果嫁接于山定子上,宜采用插皮接,其嫁接成活率高;張秀美[13]的研究結(jié)果表明,以平邑甜茶為砧木,采用不同的方法嫁接‘岳陽(yáng)紅’蘋(píng)果,以改良的切腹接的成活率最高(98.8%);祝佳強(qiáng)[14]選取八棱海棠為蘋(píng)果苗的基砧,在其上嫁接SH40作為中間砧,研究表明以春季單芽腹接的效果最好,其嫁接成活率、幼苗高度和粗度都明顯優(yōu)于夏季帶木質(zhì)部芽接的，因此,最佳嫁接方式與砧木的種類(lèi)和嫁接品種有關(guān)。

對(duì)于嫁接親和性的判斷,應(yīng)該對(duì)所研究的指標(biāo)進(jìn)行分析判斷后再綜合評(píng)價(jià)才更加有效。本試驗(yàn)采用主成分分析法把14個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換成6個(gè)綜合指標(biāo),以此作為代表確定其權(quán)重,進(jìn)一步利用隸屬函數(shù)分析法求出各綜合指標(biāo)的評(píng)價(jià)值(D值),從而最終決定最佳嫁接方式。此方法在大豆遮蔭性[10]、中間砧蘋(píng)果抗旱性[15]及玉米耐鹽性[16]等方面多有報(bào)道,所以此方法能消除單項(xiàng)指標(biāo)的片面性,比較科學(xué)地說(shuō)明了7月份蘋(píng)果自根砧T337和煙富3號(hào)宜采用插皮接的方法,其成活率高,達(dá)到一級(jí)苗木標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)量多,并且親和力高,有利于苗木的生長(zhǎng)。