辣椒品種苗期耐低磷評價(jià)及低磷適應(yīng)性類型劃分

唐榮莉, 王春萍，王紅娟, 韓 垚，雷開榮

(重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心/逆境農(nóng)業(yè)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，重慶 401329)

【研究意義】土壤中有效磷缺乏是辣椒(Capsicumannuum)高產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的重要影響因素之一。在低磷脅迫情況下，同一種作物的不同品種對磷素吸收利用效率存在差異，某些品種對低磷脅迫環(huán)境的適應(yīng)度更高。篩選和培育耐低磷能力強(qiáng)的品種，是提高辣椒磷素利用效率、減少過量施用磷肥、降低環(huán)境污染的有效途徑之一。而開展辣椒品種苗期耐低磷鑒定指標(biāo)和評價(jià)方法研究，是快速有效篩選耐低磷品種的重要基礎(chǔ)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和生產(chǎn)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】作物耐低磷特性是由多基因控制的性狀或多種因素相互作用的結(jié)果[1-2]。合理的選擇與缺磷密切相關(guān)且容易檢測的指標(biāo)并建立科學(xué)的綜合評價(jià)方法可以顯著提高磷素高效利用品種的選擇效率。在作物逆境響應(yīng)及耐性鑒定指標(biāo)方面，植物表觀性狀指標(biāo)是最易觀察和測定的指示因子，現(xiàn)階段研究表明，植物的株高、葉面積、生物量及元素分配、根系長度、表面積、體積、根尖數(shù)、分叉等形態(tài)結(jié)構(gòu)性狀均對營養(yǎng)缺乏的逆境表現(xiàn)出一定程度的響應(yīng)特征[3-6]。這些指標(biāo)間既存在一定的特異性，也往往存在信息重疊現(xiàn)象。在評價(jià)方法方面，一些學(xué)者針對其中幾個(gè)最為敏感的指標(biāo)建立了評價(jià)體系。例如，劉靈等針對大豆(Glycinemax)對低磷脅迫的反應(yīng)，考慮生物量、磷累積量、產(chǎn)量等指標(biāo)從磷效率和敏感性等方面將作物的基因型劃分為磷低效不敏感型、磷低效敏感型、磷高效敏感型及磷高效不敏感型4種類型[7]。高家合等考慮生物量和磷累積量等養(yǎng)分效率及指標(biāo)，將煙草(Nicotianatabacum)劃分為磷低效低產(chǎn)型、磷低效高產(chǎn)型、磷高效高產(chǎn)型及磷高效低產(chǎn)型[8]。但由于使用指標(biāo)較少，這些評價(jià)方式可能會(huì)遺漏關(guān)鍵信息。為更有效和全面地探討逆境脅迫下作物的抗性特征，國內(nèi)外學(xué)者在綜合評價(jià)方法上也進(jìn)行了一系列的探索，例如：王春萍等探討了利用8個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)和模糊隸屬函數(shù)分析法在苗期對辣椒耐低氮水平進(jìn)綜合鑒定的方法[9]；徐小萬等用灰色關(guān)聯(lián)分析探討了辣椒生理生化性狀與耐高溫高濕的關(guān)系[10]；鄭金鳳等利用主成分分析開展了小麥代換系耐低磷生理性狀特征指標(biāo)構(gòu)建[11]；馮琳等結(jié)合主成分分析和偏最小二乘回歸分析了不同基因型棉花根系對局部供磷的響應(yīng)特征[12]。這些研究通過建立綜合指標(biāo)和單項(xiàng)指標(biāo)之間的最優(yōu)回歸方程，在保證指標(biāo)有效信息不丟失的情況下，壓縮了冗余，可用于辨析作物品種對脅迫耐性或敏感性的大小?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前關(guān)于辣椒耐低磷材料的鑒定評價(jià)研究鮮有報(bào)道，更缺乏對市售辣椒品種苗期耐低磷特性的評價(jià)。為有效指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)，快速和合理評價(jià)辣椒品種耐低磷特征，本研究運(yùn)用植物生理學(xué)和根系生物學(xué)等學(xué)科的相關(guān)理論和技術(shù)，以不同辣椒品種在低磷脅迫下的生長發(fā)育、形態(tài)結(jié)構(gòu)、根系特征等表觀性狀的低磷系數(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用多種方法建立了綜合評價(jià)指標(biāo)。【擬解決的關(guān)鍵問題】提出一套較完善的辣椒苗期耐低磷研究方法，測算供試?yán)苯返木C合耐低磷系數(shù)，劃分辣椒的低磷適宜性類型。從而為同類型研究提供方法參考，為辣椒耐低磷品種資源的發(fā)掘與利用提供基礎(chǔ)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

以西南地區(qū)廣泛種植的22種市售辣椒品種為材料(表1)進(jìn)行辣椒苗期耐低磷評價(jià)方法研究，供試?yán)苯钒耸惺鄢Ｓ迷耘嗥贩N，涵蓋燈籠型、牛角型、朝天椒、線椒等類型，種子由重慶市農(nóng)業(yè)科學(xué)院生物技術(shù)研究中心提供。

表1 供試?yán)苯返幕咎卣?/p>

續(xù)表1 Continued table 1

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.2.1 育苗 采取實(shí)驗(yàn)室內(nèi)恒溫培養(yǎng)的方法，于2017-2018年在逆境農(nóng)業(yè)研究重慶市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室人工氣候室進(jìn)行辣椒培養(yǎng)試驗(yàn)。挑選飽滿一致且無病蟲害的22份辣椒材料的種子，經(jīng)過溫湯浸種、搓洗瀝干水分后均勻放入盛有2層濕潤濾紙的培養(yǎng)皿中，置于人工氣候箱內(nèi)25～28 ℃黑暗條件下發(fā)芽。將發(fā)芽后的種子用蒸餾水清洗后單株移到具有3排共15個(gè)Φ=0.5 cm的圓孔的黑色海綿漂浮板上，隨后懸浮于大小與漂浮板匹配的裝有蒸餾水的黑色塑料培養(yǎng)盒中，使用蒸餾水育苗1周后再進(jìn)行1周1/2濃度的霍格蘭營養(yǎng)液的過渡培養(yǎng)，隨后進(jìn)行低磷和對照處理。

1.2.2 營養(yǎng)液配置 試驗(yàn)采用霍格蘭營養(yǎng)液培養(yǎng)辣椒，利用前期建立的耐低磷鑒定體系，并參考其他同類文獻(xiàn)的低磷濃度水平[13-14]，設(shè)正常(CK)和低磷(1 %)共2個(gè)濃度進(jìn)行辣椒耐低磷試驗(yàn)處理。其中CK處理的營養(yǎng)液組成為(mmol/L)：1.0 KH2PO4，1.25 MgSO4，2.5 KCl，2.5 KNO3，2.5 Ca(NO3)2，0.4625 H3BO3，6.722×10-3MnSO4，3.16×10-3CuSO4，5×10-4Na2MoO4，7.65×10-4ZnSO4，0.02 Fe-EDTA。低磷處理是將供磷營養(yǎng)液中的KH2PO4濃度降低到CK的1 %，即KH2PO4為10 μmol/L，K成分用KCl代替，其他組分不變。各處理營養(yǎng)液pH調(diào)節(jié)至6.2～6.4。

1.2.3 培養(yǎng)條件 每種處理培養(yǎng)3盒植株，以1盒即15棵植株為1個(gè)重復(fù)。對14 d苗齡辣椒幼苗進(jìn)行低磷脅迫處理30 d，培養(yǎng)過程中，每3～4 d更換1次相應(yīng)處理營養(yǎng)液500 mL。培養(yǎng)條件控制為：溫度25～28 ℃，光照12～14 h/d，光照強(qiáng)度4600～6000 lx，空氣相對濕度70 %～80 %。更換營養(yǎng)液前用蒸餾水將植株根部殘留營養(yǎng)液清洗干凈[9]。

1.3 測定項(xiàng)目與方法

辣椒幼苗收獲后，對代表植株干物質(zhì)特征、葉面積特征、磷含量、根系特征的性狀進(jìn)行觀察，獲取單株根干重、單株莖干重、單株葉干重、根磷含量(%)、莖磷含量(%)、葉磷含量(%)、株高、葉面積、根長、根系投影面積、根系表面積、根系平均直徑、根體積、根尖數(shù)、分支數(shù)共15個(gè)指標(biāo)值。

1.3.1 葉面積指標(biāo)測定 使用CI-202便攜式葉面積儀獲得辣椒樣品單株葉面積數(shù)據(jù)。

1.3.2 根系指標(biāo)測定 將剪下的辣椒根系在根盤中分散開置于根系掃描儀上進(jìn)行掃描，每個(gè)處理隨機(jī)選取3株作為重復(fù)。使用WinRHIZO根系分析軟件測定各指標(biāo)測量根系表面積、根系總長度、根體積、根直徑、根系分支數(shù)、根尖數(shù)等衡量根系大小及形態(tài)結(jié)構(gòu)的指標(biāo)值。

1.3.3 株高及質(zhì)量測定 用直尺測量每株樣品株高，將植株根莖葉用剪刀分離，處理及對照按重復(fù)水平分別裝入信封中，將植株置于烘箱中，105 ℃殺青10 min，然后在75 ℃烘干至恒重，分別稱量根、莖、葉干重，精確到小數(shù)點(diǎn)后4位。

1.3.4 磷含量測定 將植株各器官組織烘干粉碎后，采用濃H2SO4-H2O2消煮，使用釩鉬黃比色法在722紫外-可見分光光度計(jì)450 nm處比色測定辣椒根、莖、葉樣品的磷含量。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析

所獲得數(shù)據(jù)用Excel、SPSS10.0及Canoco5.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析和作圖。

1.4.1 基本數(shù)據(jù)處理 根據(jù)測定指標(biāo)計(jì)算辣椒植干重根冠比、磷含量根冠比、磷吸收及利用效率等指標(biāo)。其中磷吸收效率(mg/g)按照Elliott和L?uchli[15]的方法計(jì)算，磷利用效率(g/mg)按照Siddiqi和Glass[16]的方法計(jì)算。為消除不同辣椒品種間固有的生物學(xué)差異，本研究采用耐低磷系數(shù)[low phosphorus tolerance coefficients(LPTC)]來衡量基因型間的差異[14]。具體公式如下：

A=Pt/RDW

(1)

式中，A代表磷吸收效率，Pt代表整個(gè)植株吸磷量，RDW代表根系干質(zhì)量。

E=SDW/Ps

(2)

式中，E代表磷利用效率，SDW代表地上部干質(zhì)量，Ps代表地上部磷含量。

LPTC=M/CK

(3)

式中，LPTC代表耐低磷系數(shù)(后面的論述將分別以X、Y來具體表示)，M代表低磷處理下各指標(biāo)測定值，CK代表對照條件下各指標(biāo)測定值。

1.4.2 主成分分析 主成分分析是一種使用最廣泛的數(shù)據(jù)降維算法。該方法通過將X維特征映射到具有正交特征的Z維主成分上，實(shí)現(xiàn)對數(shù)據(jù)的降維處理。本研究使用SPSS軟件將原來多個(gè)彼此相關(guān)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成新的少數(shù)幾個(gè)彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)，從而建立綜合指標(biāo)Zj。

1.4.3 綜合評價(jià) 利用以下公式[17]計(jì)算各辣椒品種低磷綜合評價(jià)值(D)：

(4)

(5)

1.4.4 基于Canoco的排序分析 排序分析是將樣方排列在一定的空間，使得排序軸能反映一定的梯度，從而解釋樣方分布與因子的關(guān)系。使用排序方法可以在多個(gè)實(shí)際或虛擬坐標(biāo)軸上將辣椒品種一個(gè)個(gè)進(jìn)行排列并產(chǎn)生排序結(jié)果圖[18]。本研究使用PCA生成的多個(gè)綜合指標(biāo)結(jié)合Canoco5.0軟件對辣椒品種的耐低磷特征進(jìn)行排序，通過建立辣椒品種之間相似(相異)矩陣和綜合指標(biāo)之間的相關(guān)矩陣生成排序圖，從而解讀辣椒品種之間低磷耐策略的關(guān)系、不同辣椒品種與各個(gè)耐低磷綜合指標(biāo)的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 辣椒對低磷條件的響應(yīng)特征及指標(biāo)間的相關(guān)性

2.1.1 低磷處理下辣椒形態(tài)和生理性狀的變化 根據(jù)所測得的數(shù)據(jù)，利用公式(3)求得各辣椒品種各性狀的耐低磷系數(shù)X(表2)。該指數(shù)大于1表明低磷增加了該性狀的測定值，小于1說明低磷降低了該性狀的測定值。由表2可見，與CK相比，低磷處理辣椒的單株根干重、根長、根系投影面積、根系表面積、根體積、根分支數(shù)等性狀值普遍增加；單株莖干重、單株葉干重、根磷含量(%)、莖磷含量(%)、葉磷含量(%)、植株高度、葉面積等性狀值普遍表現(xiàn)為下降；而平均直徑、根尖數(shù)等性狀值表現(xiàn)出增加或減少的品種相當(dāng)。即低磷處理使辣椒幼苗多個(gè)指標(biāo)都發(fā)生了顯著變化，形態(tài)變化主要表現(xiàn)為葉片數(shù)降低、葉面積變小，根系伸長變細(xì)，側(cè)根與根毛的數(shù)量和長度增加，株高降低，生物量及其分配特征變化主要表現(xiàn)為地下部分干物質(zhì)量增加以及地上部干物質(zhì)量降低；生理變化主要體現(xiàn)在低磷處理下辣椒植株的根莖葉的磷百分含量都顯著降低。受不同的環(huán)境適應(yīng)能力及響應(yīng)策略的影響，不同辣椒品種處理和對照之間生長狀況差別較大。

表2 不同基因型辣椒品種各單項(xiàng)指標(biāo)的耐低磷指數(shù)

續(xù)表2 Continued table 2

2.1.2 各性狀低磷系數(shù)的相關(guān)分析 對各性狀指標(biāo)的耐低磷指數(shù)進(jìn)一步利用Canoco5.0軟件進(jìn)行的相關(guān)分析，22個(gè)不同品種的辣椒品種的各性狀耐低磷指數(shù)(Xn)的相關(guān)關(guān)系如圖1所示。圖中箭頭代表各指標(biāo)的耐低磷指數(shù)，指標(biāo)間夾角余弦值展現(xiàn)指標(biāo)間的正負(fù)相關(guān)性，即兩種指標(biāo)夾角越小相關(guān)性越緊密，當(dāng)兩夾角為90°時(shí)代表不相關(guān)，超過90°的時(shí)候，則表明為負(fù)相關(guān)。從圖1可以看出，考查的各單項(xiàng)性狀間存在不同程度的相關(guān)性，使得它們所提供的信息發(fā)生重疊，因此從這些單項(xiàng)指標(biāo)上評價(jià)其耐低磷特征難以得到客觀的結(jié)果。

圖1 各單項(xiàng)指標(biāo)的耐低磷指數(shù)相關(guān)性特征Fig.1 Correlation characteristic of different indicators

2.2 基于生物量分配利用的辣椒耐低磷特征評價(jià)

生物量是植物生長積累的物質(zhì)基礎(chǔ)，低磷逆境環(huán)境下，植物會(huì)調(diào)整磷素使用策略和生物量分配策略應(yīng)對逆境傷害[19-21]，因此，辣椒苗期在低磷條件下的生物量分配及磷素分配特征可以表征苗期的耐低磷性能差異。目前，干重根冠比，磷含量根冠比、營養(yǎng)元素的吸收效率、利用效率等反映磷吸收與生物量的磷響應(yīng)方式的指標(biāo)，常常被用來輔助評價(jià)作物在逆境脅迫下的抗性特征[22-23]。

利用公式(3)求得各辣椒品種干重根冠比、磷含量根冠比、營養(yǎng)元素的吸收效率、利用效率的耐低磷系數(shù)Y。從表3可以看出，干重根冠比LPTC的范圍為1.04～2.98，磷含量根冠比LPTC的范圍為0.41～3.01，磷吸收效率LPTC的范圍為0.04～0.69，磷利用效率LPTC的范圍為1.11～9.98。即在低磷脅迫下，辣椒普遍會(huì)提高干重根冠比及磷利用效率，降低磷吸收效率以及改變磷含量在根冠的分配比例來適應(yīng)逆境，且不同品種之間差異較大。就結(jié)果而言，這幾個(gè)指標(biāo)對不同品種的核算結(jié)果既有相似性，也具有差異性。其中，就干重根冠比LPTC而言，83、1021、T1最大，T22、T17、T23最??；就磷含量根冠比LPTC而言，T6、83、1021最大，T16、T22、T23最?。痪土孜招蔐PTC而言，T17、T23、T22最大，T7、T14、83最??；就磷利用效率LPTC而言，83、T7、T14最大，T23、T17、1021最小。即單獨(dú)使用這幾個(gè)評價(jià)指標(biāo)對不同辣椒品種的排序結(jié)果并不完全一致。因此，若單獨(dú)使用這幾個(gè)指標(biāo)來代替辣椒的耐低磷性，可能會(huì)得出具有誤差甚至矛盾的結(jié)果。

表3 辣椒各品種磷及生物量分配利用LPTC特征

2.3 基于主成分分析的耐低磷特征評價(jià)

2.3.1 基于各性狀耐低磷系數(shù)的主成分分析 15個(gè)單項(xiàng)性狀的耐低磷系數(shù)(Xn)間存在不同程度的相關(guān)性，使得它們所提供的信息發(fā)生重疊。而常用的幾個(gè)生物量分配利用指標(biāo)的耐低磷系數(shù)(Yn)能涵蓋的原始性狀信息有限，可能遺漏某些耐低磷性狀的關(guān)鍵信息。故需要使用一定的方法來壓縮信息，本研究通過使用PCA的方法結(jié)合各單項(xiàng)性狀耐低磷指數(shù)(Xn)的結(jié)果提取主成分，生成新的綜合指標(biāo)。

表4列出了利用SPSS軟件對各性狀的耐低磷系數(shù)進(jìn)行主成分分析的結(jié)果。根據(jù)耐低磷系數(shù)公式(3)對各品種農(nóng)藝性狀測量值進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，消除了原始數(shù)據(jù)量級的差異，使得各個(gè)指標(biāo)間具有可比性。前4個(gè)主成分累積貢獻(xiàn)率達(dá)86.37 %，其貢獻(xiàn)率分別為36.39 %、26.66 %、15.38 %和7.93 %，說明前4個(gè)主成分基本上反映了15個(gè)指標(biāo)的信息。將前4個(gè)主成分分別定義為第1至第4個(gè)綜合指標(biāo)，這樣就把原來15個(gè)具有相互關(guān)聯(lián)的單項(xiàng)指標(biāo)轉(zhuǎn)換為4個(gè)新的相互獨(dú)立的綜合指標(biāo)，它們對應(yīng)的特征向量為：

表4 各性狀耐低磷系數(shù)的主成分構(gòu)成矩陣

第一主成分：Z1=0.045X1+0.333X2+0.555X3+0.567X4+0.540X5+0.571X6-0.199X7+0.317X8+0.581X9+0.863X10+0.863X11+0.581X12+0.89X13+0.708X14+0.709X15;

第二主成分：Z2=-0.034X1+0.785X2+0.738X3+0.339X4+0.645X5+0.330X6+0.608X7+0.843X8-0.645X9-0.445X10-0.445X11+0.229X12-0.224X13-0.024X14-0.451X15;

第三主成分：Z3=0.820X1+0.445X2+0.026X3-0.628X4+0.007X5-0.663X6+0.464X7+0.235X8+0.176X9+0.209X10+0.209X11+0.087X12+0.193X13-0.369X14+0.176X15;

第四主成分：Z4=-0.178X1+0.115X2+0.083X3-0.044X4+0.095X5-0.054X6+0.292X7+0.134X8+0.409X9-0.053X10-0.053X11-0.724X12-0.300X13+0.345X14+0.340X15。

在第1主成分中10、11、13、14、15項(xiàng)的系數(shù)較大，分別代表根系投影面積、根系表面積、根體積、根尖數(shù)、分支數(shù)，故第一主成分大致可概括為根系性狀。在第2主成分的表達(dá)式中，第2、3、5、7、8、9項(xiàng)的系數(shù)較大，分別代莖干重、葉干重、莖磷百分含量、高、葉面積、根長，故第2主成分可概括為生物量及磷含量特性；在第3主成分的表達(dá)式中，第1、4、6項(xiàng)的系數(shù)較大，代表根干重、根磷百分含量、葉磷百分含量，故第3主成分可概括為生物量及磷含量特性；在第4主成分的表達(dá)式中，第12項(xiàng)的系數(shù)大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他指標(biāo)的影響，代表了根系平均直徑。綜合分析上述結(jié)果表明，主成分分析將原有的指標(biāo)進(jìn)行了綜合壓縮，降低了冗余，比單一指標(biāo)更合理，以上4個(gè)主成分可作為辣椒耐低磷的主要綜合鑒定指標(biāo)。

2.3.2 基于綜合耐低磷得分(D)的耐低磷特征評價(jià) 根據(jù)公式(5)求出每個(gè)品種所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值U和和各品種辣椒的D值，以進(jìn)一步綜合評價(jià)其耐低磷能力(表5)。由表5可知，每個(gè)品種所有綜合指標(biāo)的隸屬函數(shù)值不盡相同。例如，對于同一綜合指標(biāo)如Z1而言，在低磷脅迫條件下，T10的U1值最大(1.000)，說明T10在Z1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)的耐低磷特性最強(qiáng)；T12的U1值最小(0)，T6、T7的U1值較小，說明T6、T7在Z1這一綜合指標(biāo)上表現(xiàn)為耐低磷特性較弱。根據(jù)4個(gè)綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)率的大小(0.364、0.266、0.154、0.079)和公式(5)求出權(quán)重，分別為0.421、0.309、0.178、0.0925。

表5 各綜合指標(biāo)Z(x)、綜合指標(biāo)隸屬函數(shù)U(x)及綜合耐低磷得分D

根據(jù)公式(5)計(jì)算出各品種的綜合評價(jià)耐低磷能力D值，通過D值可對各品種辣椒品種耐低磷特性進(jìn)行強(qiáng)弱排序。參考周廣生、鄭金鳳[11, 24]的劃分標(biāo)準(zhǔn)，選擇D值所在的區(qū)間>0.65、0.45～0.65和<0.45，將各品種劃分為較強(qiáng)耐低磷、中度耐低磷和較弱耐低磷3種。其中較強(qiáng)耐低磷包含T17、T23、T16、T8、T10、T20、T22共7個(gè)品種，中度耐低磷包含T15、T5、T4、T14、T2共5個(gè)品種，較弱耐低磷包括T3、T9、T13、1021、T1、T6、T12、T11、T7、83共10個(gè)品種。

2.3.3 基于綜合指標(biāo)Z(x)排序的磷響應(yīng)類型劃分 基于Canoco5.0軟件根據(jù)4個(gè)綜合指標(biāo)Z1～Z4對辣椒22個(gè)品種分別進(jìn)行了排序分析，以探索不同辣椒品種的異同及它們之間的關(guān)系。分析結(jié)果以二維平面圖的形式展示了二者之間的對應(yīng)關(guān)系。圖2中的圓點(diǎn)代表22個(gè)辣椒品種，排序圖中矢量線表示各個(gè)主成分，圓點(diǎn)之間的距離越近代表各辣椒品種所涉及的各綜合指標(biāo)特征越為類似。圓點(diǎn)(代表某一辣椒品種)在某一矢量線段(代表各綜合指標(biāo))上的投影離原點(diǎn)的距離越遠(yuǎn)，代表該品種某一綜合性狀的得分值與所有品種該性狀的平均值的差異越大。投影位于矢量線段的正方向上，代表該品種的得分高于平均值，若位于矢量線段的延長線上，代表得分低于平均值。根據(jù)辣椒品種在排序圖上所分布的位置與各個(gè)主成分之間的關(guān)系，可大致將其劃分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ 4個(gè)類型。鑒于Z1和Z4主要代表根系特征，Z2和Z3主要代表生物量和磷吸收特征，類型的劃分可歸納為根系敏感與否和磷吸收累積的高效與否。類型Ⅰ為根系敏感磷高效型，包括T17、T22、T23、1021；類型Ⅱ?yàn)楦碘g感磷高效型，包括T2、T6、T7、T12、T16、T20；類型Ⅲ為根系鈍感磷低效型，包括T1、T5、T9、T11、T13、83；類型Ⅳ為根系敏感磷低效型，包括T3、T4、T8、T10、T14、T15。

圖2 基于排序分析的品種距離特征Fig.2 Distance relations of peppers based on rank analysis

3 討 論

植物耐低磷性是受多因素、多機(jī)制共同作用的復(fù)雜數(shù)量性狀[25-27]。不同辣椒品種耐低磷機(jī)制不同，不同指標(biāo)的結(jié)果僅能反映其某一方面的適應(yīng)性特征。前人常用干重根冠比，磷含量根冠比、磷吸收效率、利用效率等由2～3個(gè)性狀指標(biāo)合成的指標(biāo)表征植物對逆境環(huán)境的耐受性。這幾個(gè)指標(biāo)雖包含了部分生物量和磷含量信息，但缺乏葉面積、根系分布特征等信息，可能遺漏了部分重要結(jié)果，故而造成評價(jià)結(jié)果的異質(zhì)性及片面性。而使用多個(gè)指標(biāo)來篩選大量辣椒種質(zhì)苗期的耐低磷性雖更加全面，但可能存在信息重疊。故為了準(zhǔn)確有效評價(jià)辣椒耐低磷特征，本研究借助主成分分析把15個(gè)形態(tài)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為4個(gè)綜合指標(biāo)，第1主成分可歸結(jié)為根系性狀，第2、3主成分為生物量及磷含量特性，第4主成分的可歸結(jié)為根系直徑。將原有的指標(biāo)進(jìn)行了綜合壓縮，降低了冗余，比單一指標(biāo)更合理，可作為辣椒耐低磷鑒定的基礎(chǔ)。但與由2～3個(gè)性狀合成的指標(biāo)相比，本研究涉及的指標(biāo)較多，后續(xù)研究中為能更簡便地進(jìn)行綜合評價(jià)，可選取每個(gè)主成分中得分較高的性狀，例如根體積、根系表面積、根干重、根磷百分含量、根系平均直徑、葉面積及葉干重等進(jìn)行測定和評價(jià)。

本研究在主成分分析基礎(chǔ)上使用基于綜合指標(biāo)Z(x)的排序分析與基于綜合耐低磷得分(D)這兩種方法評價(jià)了辣椒的耐低磷特征，兩種綜合評價(jià)方法均基于主成分分析，但所代表的側(cè)重點(diǎn)有所不同。使用綜合耐低磷得分(D)能更加直觀的獲取耐低磷排序信息，從而可按照得分劃分辣椒耐低磷能力；而基于綜合指標(biāo)Z(x)生成的排序圖所獲取的信息更為豐富，除了能按照距離遠(yuǎn)近對品種進(jìn)行直觀聚類外，還能獲得不同品種與主成分之間的相關(guān)信息，并判定主成分代表的性狀對耐低磷特征的影響，從而劃分品種耐低磷的類型。這2種方法的評價(jià)結(jié)果可互為補(bǔ)充和參考。

植物磷效率的相對重要性因不同植物種類或基因型而異[28]。在低磷供應(yīng)條件下，磷高效基因型辣椒具有更高的環(huán)境適應(yīng)能力。本研究結(jié)果表明，T17、T23、T16、T8、T10、T20、T22等品種綜合耐低磷得分較高，在磷缺乏區(qū)域可選用這些耐低磷品種以提高養(yǎng)分利用率，從而減少肥料用量，保護(hù)生態(tài)環(huán)境；T3、T9、T13、1021、T1、T6、T12、T11、T7、83等品種耐低磷的特性較弱，不適宜在低磷地區(qū)種植。本試驗(yàn)過程中采用水培試驗(yàn)對耐低磷品種進(jìn)行評價(jià)和篩選，和實(shí)際土壤中的磷固定吸收釋放過程存在差異，故在指導(dǎo)實(shí)際生產(chǎn)前還需進(jìn)一步通過大田或土培試驗(yàn)驗(yàn)證。

比較綜合指標(biāo)Z(x)的排序分析與基于綜合耐低磷得分(D)的結(jié)果發(fā)現(xiàn)，綜合耐低磷得分D評價(jià)出的耐低磷特性較強(qiáng)的品種中T17、T23、T22屬于根系敏感型，而T16、T20為根系鈍感型；綜合耐低磷得分D評價(jià)出的耐低磷特性較弱的品種中僅有T3屬于根系敏感型，T9、T1、T11、83為根系鈍感型。這些結(jié)果表明，具有耐低磷特征的品種往往根系更為敏感，但根系敏感與否的響應(yīng)特征并不能完全代表其對逆境的耐性特征。

4 結(jié) 論

本研究通過對22個(gè)辣椒品種的15個(gè)性狀耐低磷的主成分分析，將原來相互關(guān)聯(lián)的指標(biāo)轉(zhuǎn)換成了4個(gè)獨(dú)立的綜合指標(biāo)。通過計(jì)算各品種的綜合評價(jià)值(D)將供試?yán)苯菲贩N分成耐低磷能力有差異的3類，其中較弱耐低磷10個(gè)、中度耐低磷5個(gè)、較強(qiáng)耐低磷7個(gè)?；诰C合指標(biāo)Z(x)的排序分析，可將供試?yán)苯穭澐譃楦得舾辛赘咝?、根系鈍感磷高效型、根系鈍感磷低效型及根系敏感磷低效型共4種類型。采用本試驗(yàn)建立的辣椒苗期耐低磷篩選評價(jià)體系與方法，可實(shí)現(xiàn)在早期對辣椒耐低磷性狀進(jìn)行大批量初步評價(jià)，為辣椒耐低磷種質(zhì)資源的發(fā)掘與利用及其他同類研究提供技術(shù)支持。