基于主成分分析和模糊評價法的豇豆成株期耐冷性綜合評價和鑒定

黃海濤，胡 江，徐冬梅，林仁亨，譚華強，李煥秀*

(1.四川農(nóng)業(yè)大學(xué) 園藝學(xué)院，四川 成都 611130；2.綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，四川 綿陽 621000)

【研究意義】豇豆原產(chǎn)于熱帶和亞熱帶區(qū)域，耐高溫，不耐低溫霜凍。秋延后栽培后期低溫，抑制了豇豆的植株生長發(fā)育，開花結(jié)莢受到了嚴重的影響，雖然售價提高了，但產(chǎn)量大大降低了，不能產(chǎn)生較好的經(jīng)濟效益。我國在豇豆種質(zhì)資源的收集和保存方面開展了大量的工作，已收集到豇豆資源3000多份，其中長豇豆1700多份[1]。近年來，育種工作者陸續(xù)開展了豇豆種質(zhì)資源形態(tài)學(xué)鑒定、品質(zhì)及抗性研究，在抗性研究方面，重點進行豇豆種質(zhì)資源抗病性、抗蟲性、抗旱性、耐冷性等方面的研究[2-6]。在豇豆耐冷性研究方面，為降低低溫對豇豆生產(chǎn)的影響，豇豆科研和生產(chǎn)單位有意識的篩選晚熟、后期耐低溫弱光、適宜秋延后栽培和早熟、適宜春提早栽培的豇豆品種和育種材料。眾多學(xué)者在豇豆的生理、生化、形態(tài)、產(chǎn)量方面開展了耐冷性的評價，但主要停留在單一指標的評價，缺乏統(tǒng)一的標準[7-11]，單一指標的鑒定具有局限性，不同指標反映的耐冷性情況不盡相同，不能從客觀上反映豇豆資源的耐冷性真實情況?！厩叭搜芯窟M展】主成分分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析、回歸分析法等綜合評價的方法被廣泛用于作物的抗逆性鑒定和品種評價。陳小鳳開展了苦瓜、周亞峰開展了甜瓜、苗永美開展了黃瓜、徐新誠、劉微開展了番茄、陸新華開展了菠蘿、徐小萬、龍杰開展辣椒抗冷性綜合評價和鑒定[12-18]。而基于主成分分析和模糊評價法的豇豆耐冷性綜合鑒定與評價研究未見報道。田間自然低溫鑒定法作為最有效的鑒定方法，最早用于耐冷性研究，在自然低溫條件下，植物的耐冷性得以充分表現(xiàn)，也直接得到體現(xiàn)抗冷性的產(chǎn)量構(gòu)成因素，因此，結(jié)果準確可靠?！颈狙芯壳腥朦c】本研究采取田間自然低溫處理，選取了與豇豆成株期低溫逆境相關(guān)的18個形態(tài)學(xué)、生理學(xué)指標相對值進行豇豆耐冷性研究，采用主成分分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析、回歸分析法對豇豆成株期的耐冷性進行綜合性評價，篩選豇豆成株期耐冷性最佳評價體系，探索直觀、快速、有效的豇豆品種耐低溫鑒定技術(shù)，【擬解決的關(guān)鍵問題】以期為豇豆成株期耐冷性鑒定、篩選和耐冷豇豆新品種的選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 參試材料

試驗品種50個，由綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院近年來從國內(nèi)外育種科研單位收集而來并經(jīng)單株留種提純的種質(zhì)資源。

1.2 田間處理及調(diào)查指標

1.2.1 田間低溫處理 試驗在綿陽市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院蔬菜所游仙街子科研基地進行，對照組于2014年秋季正常播種期(8月5日)播種，處理組于15 d后(8月20)日播種。

表1 參試品種

1.2.2 田間調(diào)查方法 每次采收調(diào)查平均嫩莢粗、平均嫩莢重、平均單株產(chǎn)量、單株結(jié)莢數(shù)、平均莢長等形態(tài)學(xué)性狀。最后一次采收期(對照組10月25日，平均氣溫18.6℃、處理組11月20日，平均氣溫10.8℃)調(diào)查電導(dǎo)率(EC)、葉綠素a含量(Ca)、葉綠素b含量(Cb)、葉綠素總量(CT)、可溶性蛋白含量(SP)、可溶性糖含量(SS)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性、超氧陰離子(SA)含量、丙二醛(MDA)含量、游離脯氨酸(Pro)含量。冷害指數(shù)于11月24日(最低氣溫8.9 ℃)調(diào)查處理組植株。冷害指數(shù)參考于超[19]標準對幼苗冷害癥狀進行分級；葉片葉綠素含量用分光光度計測定；可溶性蛋白含量用考馬斯亮藍G-520染色法測定；可溶性糖含量的測定采用蒽酮比色法；過氧化氫酶(CAT)活性的測定采用紫外吸收法；過氧化物酶(POD)活性用愈創(chuàng)木酚法測定；超氧化物歧化酶(SOD)活性用氮藍四唑法測定；抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性采用紫外比色法； 超氧陰離子測定用羥胺氧化法；丙二醛含量用硫代巴比妥酸比色法測定；游離氨基酸含量用茚三酮顯色法測定，以上生理生化指標均按李合生的方法測定[20]。

1.2.3 數(shù)據(jù)分析 相關(guān)指標計算及數(shù)據(jù)分析方法參照苗永美[14](2013)方法，采用 IBMSPSS 20.0軟件對數(shù)據(jù)進行相關(guān)性分析、主成分分析、聚類分析和回歸分析，獲得各指標的貢獻率，逐步回歸法建立D值與指標之間的回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 豇豆成株期耐冷性形態(tài)學(xué)鑒定指標的篩選及相關(guān)性分析

根據(jù)8月20日播種，后期低溫處理和8月5日播種正常條件(CK)下嫩莢粗、嫩莢重、單株產(chǎn)量、單株結(jié)莢數(shù)、莢長形態(tài)學(xué)性狀測定值, 計算各形態(tài)學(xué)性狀指標的相對值，并各相對值的變異系數(shù)(表2)。

表2 不同豇豆品種成株期耐冷性相關(guān)形態(tài)學(xué)性狀指標

續(xù)表2 Continued table 2

編號CIIRPT(%)RPW(%)RYP(%)RPP(%)RPL(%)252.4881.5380.2511.9726.3772.41262.7887.9869.53912.774.13272.5180.3650.6131.0626.1272.33282.8778.8982.5438.1620.8279.46292.4482.5574.4620.2229.1284.66302.4280.7759.8129.6110.9481.18312.3285.7455.0616.9912.6972.05324.1273.6856.1310.119.0474.39334.4867.6752.061.058.0373.14344.3065.4350.543.976.9380.43354.5177.6577.962.19.5984.22361.0091.5590.0773.7271.5288.42374.3455.3382.617.9715.9776.14384.4069.1770.093.617.9977.04392.3480.9860.9921.1222.0483.16402.6282.5881.8930.8118.2272.81412.7789.2349.2318.4910.975.97424.6378.2279.314.490.5979.66434.5975.164.8216.525.4487442.789150.1721.5124.7477.96454.1885.255.4229.522.9583.15464.1273.9574.981.083.8274.9474.1389.6372.921418.5662.83484.5384.469.9911.4319.2261.56492.5079.0377.4336.7628.286.28502.5572.4671.7934.6220.1781.03CV0.280.12 0.17 0.82 0.73 0.08

注：CII：冷害指數(shù)；RPT：相對嫩莢粗；RPW：相對嫩莢重；RYP：相對單株產(chǎn)量；RPP:相對單株結(jié)莢數(shù)；RPL:相對莢長；CV：變異系數(shù)，下同。

Notes: CII: Chilling injury index; RPT: Relative pod thickness; RPW: Relatively tender pod weight; RYP: Relative yield per plant; RPP: Relative pods per plant; RPL: Relative pod length；CV: Coefficient of variance, the same as below.

從形態(tài)學(xué)觀察，冷害指數(shù)越大，植物耐冷性越差，8月20日播種的豇豆的平均嫩莢粗、平均嫩莢重、平均單株產(chǎn)量、平均單株結(jié)莢數(shù)、平均莢長都受到了影響，明顯低于8月5日播種的豇豆。根據(jù)品種的耐冷性不同，不同品種的耐冷性形態(tài)學(xué)指標變化幅度表現(xiàn)為有一定差異，其中相對嫩莢粗(RPT)的變化幅度55.33 %～91.55 %、相對嫩莢重(RPW)的變化幅度49.23 %～90.07 %、相對單株產(chǎn)量(RYP)的變化幅度1.05 %～73.72 %、相對單株結(jié)莢數(shù)0.59 %～71.52 %、相對莢長(RPLL)的變化幅度為59.20 %～88.42 %。其中相對平均單株產(chǎn)量(RYP)和平均單株結(jié)莢數(shù)(RPP)受的影響最大(變異系數(shù)最大，分別為0.82、0.73)，說明晚播種后期低溫對產(chǎn)量形態(tài)學(xué)指標產(chǎn)生明顯的影響。

以冷害指數(shù)的倒數(shù)進行耐冷性評價，將50份豇豆材料的耐冷性、相對嫩莢粗、相對嫩莢重、相對單株重、相對單株結(jié)莢數(shù)、相對莢長進行相關(guān)性分析(表3)。

由表3可以看出，豇豆成株期的耐冷性與相對嫩莢粗、相對單株產(chǎn)量、相對單株結(jié)莢數(shù)、相對豆莢長成顯著性的正相關(guān)。說明耐冷性越強，嫩莢粗度、豆莢長度、結(jié)莢數(shù)減小幅度越小，相對單株產(chǎn)量越大，說明冷害指數(shù)及上述4 個性狀在晚播種后期冷脅迫與正常播種(CK)之比值可作為豇豆成株期耐冷性的鑒定適宜指標。

2.2 豇豆成株期耐冷性生理學(xué)鑒定指標的篩選

在2次不同播種期(8月5號、8月20日)的豇豆采收末期(播種后3個月)測定不同品種的電導(dǎo)率(EC)、葉綠素a含量(Ca)、葉綠素b含量(Cb)、葉綠素總量 (CT)、可溶性蛋白含量(SP)、可溶性糖含量(SS)、過氧化氫酶(CAT)、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、抗壞血酸過氧化物酶(APX)活性、超氧陰離子(SA)含量、丙二醛含量(MDA)、游離脯氨酸含量(Pro)，結(jié)果見表4。

表3 豇豆成株期耐冷性狀形態(tài)學(xué)指標相關(guān)性分析

注：CRI: 耐冷指數(shù)。

Notes: CRI: Chilling-resistance index.

表4 不同豇豆品種成株期耐冷性相關(guān)生理指標

續(xù)表4 Continued table 4

序號ECCaCbCTSPSSCATPODSODAPXSAMDAPro31 114.2371.2572.3779.82126.28128.8141.8116.3114.12100.51185.34174.36128.832 201.3355.4350.4374.89110.14108.69172.94126.9295.24112.82179.28171.68108.6932 211.5776.1156.6275.12104.56143.62191.3899.57122.5106.9143.58215.18143.6234 193.9754.8678.5160.38124.37135.18169.94104.15110.22129.43137.59184.97135.1835 175.3852.5240.7841.79106.19118.25167.71124.0392.97101.66110.26228.7118.2536 108.165.0166.5792.52141.63104.79126.9176.9128.78130.15110.71120.7190.7637 158.558.245.7478.28105.07118.24169.15126.55103.4100.92117.23177.02118.2438 197.7650.7953.2468.25133.4110.52219.2120.66120.96127.88119.55212.16110.5239 121.5159.0168.9778.63108.03125.01163.6106.46101.01116.34151.24169.06125.0140 150.2372.191.0992.391.68132.92182.83135.03134.8399.65105.24138.54132.9241 101.8469.2590.8778.95117.488.13217.86120.74124.46106.94166.65167.8888.1342 241.6744.0649.5870.32101.42125.91161.88130.27123.21119.76126.75232.01125.9143 168.2559.0740.4653.83115.74114.95180.7110.58121.59123.8178.45225.76114.9544 127.8161.5489.8957.0798.95122.66206.65135.1100.43104.96126.14191.29122.6645 201.2362.2862.2872.0498.12104.33140.26110.2108.72116.79193.85193.77104.3346 208.7242.7376.3163.3897.14143.59145.7896.1794.24129.51122.63163.31143.5947 197.1450.1469.7473.88105.88125.67207.03128.21112.47109.55163.65182.34125.6748 151.7141.8159.9455.31118.29143.84194.51122.1298.33117.64144.67237.75143.8449 137.5262.5373.5285.68108.4115.28165.09106.8114.1392.27133.53183.13115.2850 114.0391.7587.3987.64119.4593.3225.13119.43120.6393.73185.74139.2893.3CV0.23 0.22 0.24 0.20 0.11 0.14 0.17 0.12 0.10 0.10 0.20 0.18 0.14

注：EC：電導(dǎo)率；Ca：葉綠素a；Cb：葉綠素b；CT：葉綠素總量；SP：可溶性蛋白含量；SS：可溶性糖含量；CAT：過氧化氫酶；POD：過氧化物酶；SOD：超氧化物歧化酶；APX：抗壞血酸過氧化物酶；SA：超氧陰離子；MDA：丙二醛；Pro：游離脯氨酸。

Notes: EC: Conductivity; Ca: Chlorophyll a; Cb: Chlorophyll b; CT: Total chlorophyll ; SP: Soluble protein content; SS: Soluble sugar content; CAT: Catalase; POD: Peroxidase oxide dismutase; APX: Ascorbate peroxidase; SA: Superoxide anion; MDA: Malondialdehyde;Pro: Free proline.

由表4可以看出，50個豇豆品種在后期低溫處理后生理指標表現(xiàn)有差異，8月20日播種的豇豆的葉綠素a含量(Ca)、葉綠素b含量(Cb)、葉綠素總量(CT)明顯減??；電導(dǎo)率(EC)、丙二醛含量(MDA)、超氧陰離子含量(SA)明顯增加了；可溶性蛋白含量(SP)在多數(shù)種質(zhì)中呈增加的趨勢，僅在9個品種中表現(xiàn)為下降；可溶性糖含量(SS)和游離脯氨酸含量(Pro)在多數(shù)品種表現(xiàn)為增加的趨勢，在11個品種表現(xiàn)為下降；酶活性方面變化較為復(fù)雜，過氧化氫酶(CAT)酶活性增加、超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)、抗壞血酸過氧化物酶(APX)多數(shù)品種活性增加，少數(shù)品種活性降低。從變異系數(shù)來看，各生理指標的變異系數(shù)為0.10～0.24，明顯低于形態(tài)學(xué)指標的變異系數(shù)0.08～0.73。說明形態(tài)學(xué)指標間的差異比生理指標表現(xiàn)為更大，生理學(xué)指標細小的差異都會影響到形態(tài)學(xué)綜合表現(xiàn)為較大的差異。進一步對生理學(xué)指標的相對值進行相關(guān)性分析(表5)。

由表5可以看出，豇豆成株期的耐冷性與葉綠素總量、可溶性蛋白含量、POD活性、SOD酶活性呈顯著性正相關(guān)，而與相對電導(dǎo)率、可溶性糖含量、丙二醛含量、游離脯氨酸酸含量呈顯著負相關(guān)。與葉綠素a含量、葉綠素b含量、CAT酶活性、APX酶活性、超氧陰離子含量無顯著性的相關(guān)關(guān)系。說明植株越耐冷、葉綠素總量越高，表現(xiàn)為葉色越深，葉片中的可溶性蛋白保持越高水平，抗氧化酶活性表現(xiàn)為較強的水平。越不耐冷，冷害指數(shù)越大，電解質(zhì)外滲透越嚴重，相對電導(dǎo)率越高，細胞質(zhì)膜透性越大，細胞質(zhì)膜受到的損傷就越大，丙二醛含量也越高，大量的脯氨酸積累，脯氨酸含量大大升高。

2.3 豇豆成株期耐冷性主成分分析和耐冷性評價

考慮到形態(tài)學(xué)指標相對嫩莢粗(RPT)、相對單株產(chǎn)量(RYP)、相對結(jié)莢數(shù)(RPP)、相對豆莢長(RPL)以及生理學(xué)指標相對電導(dǎo)率(EC)、葉綠素總量(CT)、可溶性蛋白含量(SP)、可溶性糖含量(SS)、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛含量(MDA)、游離脯氨酸含量(Pro)的相對值與豇豆成株期耐冷性相關(guān)性顯著。它們表征耐冷性的信息有所重疊, 因此選擇單項指標難以準確客觀地反映不同豇豆品種的成株期耐低溫的能力。將與豇豆成株期耐冷性相關(guān)性顯著的形態(tài)學(xué)指標相對嫩莢粗(RPT)、相對單株產(chǎn)量(RYP)、相對結(jié)莢數(shù)(RPP)、相對豆莢長(RPL)以及生理學(xué)指標電導(dǎo)率(EC)、葉綠素總量(CT)、可溶性蛋白含量(SP)、可溶性糖含量(SS)、過氧化物酶(POD)活性、超氧化物歧化酶(SOD)活性、丙二醛含量(MDA)、游離脯氨酸含量(Pro)的13個指標相對值標準化后進行主成分分析(表6)。

表5 豇豆成株期耐冷性生理指標相關(guān)性分析

表6 各主成分的特征向量及貢獻率

由表6可以看出，前7個主成分的累計貢獻率達到86.812 %，分別為40.280 %、11.798 %、8.207 %、7.569 %、7.126 %、6.699 %和5.133 %, 累計貢獻率大于85 %，即這7個綜合指標的貢獻率即可解釋86.812 %的總變異，因此, 這7個獨立的綜合指標(CI1～CI7)可代表13個單項指標的絕大部分信息。第1主成分(PC1)中耐冷指數(shù)(CRI)、相對單株產(chǎn)量(RYP)特征向量最大，為0.170、0.158；第2主成分(PC2)中可溶性糖含量(SS)、游離脯氨酸(Pro)含量特征向量最大，為0.506、0.478；第3主成分(PC3)中相對豆莢長(RPL)、可溶性蛋白(SP)特征向量最大，為0.653、0.414；第4主成分(PC4)中超氧化物歧化酶活性(SOD)、相對單株結(jié)莢數(shù)(RPP)、葉綠素總量(CT)特征向量最大，為0.652、-0.434、0.398；第5主成分(PC5)中超氧化物歧化酶活性(SOD)、丙二醛含量(MDA)、過氧化物酶(POD)、相對嫩莢粗(RPT)得特征向量最大，為0.520、0.437、0.386、-0.438；第6主成分(PC6)中相對豆莢長(RPL)、可溶性蛋白(SP)特征向量最大，分別為0.485、-0.792；第7主成分(PC7)中相對電導(dǎo)率(EC)、相對過氧化物酶(POD)活性特征向量最大，分別為0.656、0.693。

2.4 豇豆成株期耐冷性綜合評價

由表7顯示，根據(jù)7個主成分的特征向量及各指標的相對值求出50份材料的7個綜合指標，隸屬函數(shù)值， 根據(jù)權(quán)重和隸屬函數(shù)值，進一步計算出綜合評價值D，以D值大小對50份豇豆品種的耐冷性進行排序。

表7成株期各品種的綜合指標(CI)、隸屬函數(shù)值(μ)、綜合評價值(D)和預(yù)測值(VP)

Table 7 Comprehensive index (CI), membership function value (μ), comprehensive evaluation value (D) and prediction value (VP) of the adult plant stage

CI1CI2CI3CI4CI5CI6CI7μ(1)μ(2)μ(3)μ(4)μ(5)μ(6)μ(7)DVP排名10.0331.3020.8820.550-1.483-0.5000.9920.2900.7130.8100.7090.2110.4050.7380.4010.3931220.275-0.003-1.521-0.542-0.7510.3750.1630.3300.4230.1670.4550.3840.5650.5490.3250.3283530.3210.667-0.9291.1011.063-0.132-0.8670.3390.5720.3250.8370.8120.4720.3150.4000.3961340.1550.8430.7280.6100.8291.140-2.2550.3100.6110.7690.7230.7570.706-0.0010.4160.423951.0530.2070.766-1.102-0.4900.1500.7730.4660.4700.7790.3250.4460.5240.6880.4340.42056-0.7141.6460.5730.900-1.0330.2241.4920.1580.7890.7270.7900.3170.5380.8510.3790.3561771.007-0.005-0.685-0.1780.770-2.0401.2250.4580.4230.3910.5390.7430.1210.7900.4090.392118-0.383-1.9111.066-1.001-0.8240.122-1.1580.2160.0000.8590.3480.3670.5190.2490.2570.276479-1.207-0.2750.224-0.9490.9060.7442.0140.0740.3630.6340.3600.7750.6340.9700.2990.2893910-0.821-0.1290.6271.3181.557-0.4600.8940.1390.3950.7420.8870.9290.4120.7150.3610.3412111-0.061-0.8110.1660.280-0.1391.1330.1510.2720.2440.6180.6460.5290.7050.5460.3510.3572612-0.474-0.784-1.440-0.8781.366-0.104-0.6640.2000.2500.1890.3770.8840.4770.3610.2680.2724613-1.059-0.3751.283-0.205-0.6920.772-0.9080.0980.3410.9170.5330.3980.6390.3060.2820.2974314-1.6040.9231.593-0.4510.3850.538-0.0300.0030.6291.0000.4760.6520.5960.5050.3060.2953815-1.6330.117-0.467-2.0401.860-0.496-1.035-0.0020.4500.4490.1061.0000.4050.2770.2100.2045016-0.042-1.1450.9050.3120.458-1.077-0.1160.2750.1700.8160.6530.6700.2980.4860.3400.3443017-1.2640.622-1.4970.1551.426-0.1450.1900.0620.5620.1730.6170.8980.4700.5550.2760.2754418-0.721-1.0360.0690.5631.0151.485-0.3430.1570.1940.5920.7120.8010.7700.4340.3200.33936190.2411.002-0.7050.2250.5352.735-1.0900.3250.6470.3850.6330.6881.0000.2640.4160.4398200.413-1.473-0.2490.977-0.121-0.5460.2690.3550.0970.5070.8080.5330.3960.5730.3510.35825210.575-1.305-0.871-0.432-1.177-0.0671.3440.3830.1340.3410.4800.2830.4840.8170.3290.34131220.2220.251-1.7301.8010.0790.8030.2730.3210.4800.1111.0000.5800.6440.5740.3850.40815230.798-1.4270.612-1.3351.154-0.0810.4400.4220.1070.7380.2700.8340.4820.6120.3870.40914240.2100.7071.4460.443-1.099-2.7010.3020.3190.5810.9610.6840.3020.0000.5810.3790.35216250.487-1.182-0.832-0.206-0.4820.171-0.1860.3680.1620.3510.5330.4480.5280.4700.3280.32833260.331-1.706-1.319-0.186-1.9110.8790.7760.3400.0450.2210.5380.1100.6580.6880.2880.31741271.234-1.277-0.3200.478-0.225-1.091-1.7880.4980.1410.4880.6920.5080.2960.1060.3710.36218281.090-1.0440.6140.5991.097-0.050-1.8730.4730.1920.7380.7200.8200.4870.0860.4240.4327290.975-0.0280.5200.6630.0120.3620.5730.4530.4180.7130.7350.5640.5630.6420.4570.4383300.7950.157-0.2281.2350.4040.3811.5580.4210.4590.5130.8680.6570.5670.8660.4610.4612310.3400.937-0.6350.047-0.403-2.091-0.8490.3420.6320.4040.5920.4660.1120.3190.3470.3442832-0.276-0.3590.008-1.070-0.745-0.2941.3470.2350.3440.5760.3320.3860.4420.8180.3070.2853732-1.3811.161-0.3761.3430.007-0.434-0.6380.0420.6820.4730.8930.5630.4170.3670.2910.2744034-1.0390.6751.4310.6200.067-1.104-0.3630.1010.5740.9570.7250.5770.2940.4290.3250.3013435-0.958-0.4681.010-1.555-0.2941.0750.6440.1160.3200.8440.2190.4920.6940.6580.2860.30942364.1142.5931.222-1.9781.6130.7100.8431.0001.0000.9010.1210.9420.6270.7030.7490.737137-0.4280.2880.1550.0230.2760.170-0.0830.2080.4880.6150.5860.6270.5280.4930.3420.3182938-0.487-0.4520.7660.6021.607-1.3211.2000.1980.3240.7790.7210.9410.2540.7850.3610.32322

續(xù)表7 Continued table 7

CI1CI2CI3CI4CI5CI6CI7μ(1)μ(2)μ(3)μ(4)μ(5)μ(6)μ(7)DVP排名390.2940.7980.617-0.208-1.836-0.114-1.1850.3340.6010.7390.5330.1280.4760.2430.3600.36923400.5801.685-2.1461.442-0.5260.694-0.5690.3840.798-0.0010.9160.4370.6240.3830.4110.42010411.014-1.555-0.8000.686-0.052-0.753-0.1450.4590.0790.3600.7400.5490.3580.4790.3680.3752042-0.9940.389-0.4230.9400.5260.9212.1470.1090.5100.4610.7990.6850.6661.0000.3470.3512743-0.510-0.4911.4620.7870.7950.556-0.2510.1940.3150.9650.7640.7490.5990.4550.3690.37819440.2220.547-0.645-1.940-0.9281.105-0.4400.3210.5450.4010.1300.3420.7000.4120.3290.36532450.078-0.6350.702-0.314-1.1991.2640.2370.2960.2830.7620.5080.2780.7290.5660.3510.3612446-1.4330.7950.086-0.038-2.378-0.452-0.6690.0330.6010.5970.5720.0000.4130.3600.2230.2334847-0.3020.485-2.052-1.008-0.456-0.8270.3810.2300.5320.0250.3460.4540.3450.5990.2700.2664548-0.9701.166-1.306-2.4970.356-1.644-1.0820.1130.6830.2240.0000.6450.1940.2660.2170.21949490.6880.5951.0790.431-0.9470.524-1.0870.4030.5560.8630.6810.3380.5930.2650.4280.4276501.219-0.6810.5640.9810.029-0.505-0.5550.4950.2730.7250.8090.5680.4040.3860.4400.4244

D值大小反映了豇豆成株期耐冷性的強弱， 15號豇豆(寧豇3號)D值為0.210，在所有參試品種中耐冷性最弱。

為更精確地分析豇豆耐冷性與形態(tài)學(xué)和生理指標之間的關(guān)系，建立可靠的豇豆耐冷性評價數(shù)學(xué)模型，以D值為因變量，以各單項指標的不同播種期的相對值為自變量進行逐步回歸分析，建立了最優(yōu)的回歸方程：D=-0.481+0.210*X1+0.157X3+0.494X5+0.128X10+0.178X11，方程決定系數(shù)R2= 0.972，P=0.013845，達顯著水平。其中X1、X3、X5、X10、X11分別代表耐冷指數(shù)(CRI)、相對單株產(chǎn)量(RYP)、相對豆莢長(RPL)以及生理學(xué)指標超氧化物歧化酶(SOD)活性過氧化物酶、(POD)活性的相對值。將相關(guān)數(shù)據(jù)代入回歸方程得到預(yù)測值，相關(guān)分析表明，50個豇豆品種的成株期耐冷預(yù)測值(VP)與綜合評價值(D)之間的相關(guān)系數(shù)為0.981，呈極顯著正相關(guān)，說明該回歸方程可用于豇豆的萌芽期耐冷性綜合評價，準確度高。豇豆植株在冷脅迫下受到傷害，變短，單株產(chǎn)量減，酶活性增強。

采用平均組間連接法中的 Euclidean 距離法對各品種D值聚類分析。由圖1可以看出，在歐式距離25處，參試的50個豇豆品種被明顯分為2種類型，即耐冷極強的從迪拜引進的豇豆(1個品種：36號)和從我國各省份引進的耐冷一般的豇豆類型(49個品種)；在歐式距離8～10之間，耐冷一般的豇豆類型被分為耐冷中等的豇豆類型(46個品種)和冷敏感的豇豆類型(3個品種：15、48、46)。在歐式距離5～8之間，耐冷中等的豇豆類型進一步被分為耐冷較好的(12個品種)和耐冷較差(34個品種)類型。即在歐式距離5～8之間，所有參試的50個品種被分為4種類型：I類極強耐冷型豇豆(1個品種)、II類耐冷較好型(12個品種)、III類耐冷較差豇豆(34個品種)、IV類冷敏感型(3個品種)。

3 小 結(jié)

本研究采取自然低溫處理，選取了與豇豆成株期低溫逆境相關(guān)的18個形態(tài)學(xué)、生理學(xué)指標相對值進行豇豆耐冷性研究，將其中18個指標與豇豆的冷害指數(shù)進行相關(guān)性分析，并進一步選取了與豇豆冷害指數(shù)相關(guān)性顯著的13個指標進行主成分分析，將13個指標轉(zhuǎn)換為7個獨立的綜合指標(CI1～CI7)，在計算豇豆材料的隸屬值的基礎(chǔ)上進一步利用各綜合指標的貢獻率計算豇豆的耐冷綜合評價值，在將耐冷綜合評價值進行排序，并采用平均組間連接法中的 Euclidean 距離法對各品種D值聚類分析，有效消除了各指標之間的相關(guān)性, 避免信息重疊,獲得了耐冷性極強的豇豆種質(zhì)1份(迪拜豇豆)，耐冷性較強的豇豆種質(zhì)12份(29、30、28、49、5、50、1、3、4、19、7、40)和冷敏感豇豆種質(zhì)3份(46、18、15)。

以D值為因變量，以各單項指標的不同播種期的相對值為自變量進行逐步回歸分析，建立了最優(yōu)的回歸方程：D=-0.481+0.210*X1+0.157X3+0.494X5+0.128X10+0.178X11，通過回歸方程分析，從13個指標中進一步篩選了耐冷指數(shù)(CRI)、相對單株產(chǎn)量(RYP)、相對豆莢長(RPL)以及生理學(xué)指標超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶、(POD)活性的相對值作為豇豆成株期耐冷性評價的指標，利用它們對不同耐冷性豇豆品種進行評價，預(yù)測值和耐冷性綜合評價值相關(guān)性顯著，說明這6個指標是豇豆成株期耐冷性評價的較好的篩選鑒定指標，該方程可評價不同豇豆類型的耐冷性，是一套可操作性強的豇豆耐冷性評價體系。

圖1 豇豆成株期耐冷性綜合評價指標D值聚類圖Fig.1 Cowpea chilling resistance comprehensive evaluation index D value cluster diagram of the adult plant stage

4 討 論

植物耐冷性是多基因控制的數(shù)量性狀。植物應(yīng)對低溫脅迫的能力是一個多系統(tǒng)的綜合生理反應(yīng)，既受遺傳基因的控制，也受環(huán)境的影響。采用單一的形態(tài)學(xué)或生理學(xué)指標來評價豇豆的耐冷性，結(jié)果差異較大。分析形態(tài)學(xué)和生理學(xué)各指標的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)多數(shù)指標與耐冷指數(shù)以及各指標間多數(shù)相關(guān)系數(shù)顯著，說明信息重疊較多，用單一的指標來評價豇豆的耐冷性具有較大的局限性，需要利用綜合評價的手段來對豇豆的耐冷性進行評價，提高評價的準確性。本研究采取不同播種時期的豇豆形態(tài)學(xué)指標和生理學(xué)指標的相對值來評價豇豆的耐冷性，消除了不同豇豆本身品種固有的特性，有效地反映了品種在低溫和正常溫度下各性狀指標受低溫影響變化的幅度，指標選擇具有科學(xué)性。

研究發(fā)現(xiàn)8月20日播種的豇豆植株后期受冷脅迫，植株生長受到了明顯的影響，豇豆都加相對正常播種時期(8月5日播種)的豇豆植株豆莢變細，有花而不實和落花落莢的現(xiàn)象，結(jié)莢數(shù)變少，最終導(dǎo)致相對產(chǎn)量減少；低溫下，豇豆的生理生化指標也受到了很大的影響。低溫脅迫下，細胞膜系統(tǒng)受到損傷，膜透性增加，膜脂過氧化程度明顯加劇，丙二醛(MDA)含量明顯增加，但耐冷性的品種植株中丙二醛(MDA)和電導(dǎo)率上升幅度小，說明低溫脅迫下耐冷性強的豇豆膜脂質(zhì)過氧化程度較弱，低溫對耐冷品種細胞膜的損傷相對較?。豢扇苄蕴?、游離脯氨酸、可溶性蛋白是植物抗冷性相關(guān)的3種重要的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，本研究結(jié)果表明低溫脅迫下多數(shù)品種的可溶性糖、可溶性蛋白、游離脯氨酸等指標呈增加的趨勢，但不同耐冷性的品種變化幅度不盡相同，可溶性糖和游離脯氨酸的含量與品種的耐冷性呈顯著性的負相關(guān)，可溶性蛋白與品種的耐冷性呈顯著正相關(guān)；本試驗豇豆品種在低溫下植株黃化，葉色變淡，在生理指標上表現(xiàn)為葉綠素含量降低，不耐冷的品種降低更為明顯；在低溫脅迫下植物體內(nèi)的活性氧增加了，為了減輕活性氧對植物細胞的損傷，抗氧化酶超氧化物酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性明顯增強，特別是抗氧化酶(POD和SOD)與豇豆的耐冷性呈明顯的正相關(guān)，說明低溫誘導(dǎo)了抗氧化酶的活性，耐冷的品種抗氧化酶活性增加幅度更大，活性氧的清除能力強于耐冷性弱的品種，減輕了活性氧對豇豆細胞的傷害。本研究發(fā)現(xiàn)，生理指標的相對值的變異系數(shù)明顯小于形態(tài)學(xué)指標的變異系數(shù)，說明植株生長過程中，低溫脅迫處理下生理學(xué)指標的細小差異在形態(tài)學(xué)指標表現(xiàn)為差異較大。