飼用高粱品種種子萌發(fā)期抗旱性篩選

候文慧，張玉霞，陳衛(wèi)東，孫明雪，郭 園，叢百明，杜曉艷

（1.內蒙古民族大學 農(nóng)學院，內蒙古 通遼028043；2.內蒙古自治區(qū)通遼市農(nóng)牧科學研究所，內蒙古 通遼028000）

飼用高粱為禾本科高粱屬生物產(chǎn)量可觀的飼料作物之一，是目前世界上種植歷史悠久的作物之一［1-2］，具有極強的抗旱、耐澇、耐瘠薄、抗鹽堿等特性［3］.其生長受干旱影響較大.種子在萌發(fā)階段極易受到干旱的影響，國內外均有眾多學者對植物萌發(fā)期的抗旱性進行研究，裴帥帥等［4］在不同品種谷子種子萌發(fā)期對干旱脅迫的生理響應及其抗旱性評價中研究表明，種子萌發(fā)期的抗旱性不能靠單一指標評價.陳新等［5］在PEG-6000脅迫下裸燕麥萌發(fā)期抗旱性鑒定與評價研究表明，運用主成分分析法可以將各鑒定指標間重疊的信息部分去除，篩選出其主要的評價指標，從而利用其主要鑒定指標評價種子萌發(fā)期的抗旱性.這種綜合評價分析抗逆性的方法在飼用高粱的抗鹽堿研究中已得到廣泛應用［6-7］.近年來，PEG溶液模擬干旱環(huán)境在植物滲透脅迫生理研究中已經(jīng)得到應用［8］.作物的相對發(fā)芽率和相對發(fā)芽能力等指標是評估發(fā)芽期內玉米［9］、小麥［10］、水稻［11］等農(nóng)作物抗旱性的重要指標，因此，這些指標也可應用于篩選發(fā)芽期培養(yǎng)的高粱.

干旱脅迫是造成農(nóng)作物產(chǎn)量減少的主要因素之一，是限制我國農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素［12］.在我國干旱地區(qū)為了緩解水資源不足的問題，應廣泛種植抗旱性強的作物［13］.因此，選育出抗旱性強的優(yōu)質飼用高粱品種至關重要.本試驗在人工氣候條件下采用PEG-6000模擬干旱處理，通過模擬干旱環(huán)境，研究不同飼用高粱品種在萌發(fā)期對干旱脅迫的響應，確定不同飼用高粱品種的抗旱性，為選擇不同飼用高粱品種適應干旱地區(qū)種植提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗所用飼用高粱品種1220、1230、SU9002、N52K1009、N5212274、BJ0603、BJ0602、2180均來源于北京正道生態(tài)有限公司.

1.2 試驗設計

本試驗采用室內盆栽試驗方法［14］.首先在花盆上套上塑料袋，選擇飽滿無殘缺、大小均勻一致、品質優(yōu)良的8種飼用高粱品種的種子，分別用0.1%的HgCl2進行充分消毒10 min，用蒸餾水反復沖洗干凈.用濃度為15%的聚乙二醇（PEG）溶液進行模擬干旱脅迫處理，以蒸餾水處理為對照，共16 個處理，3 次重復，每個花盆播種50粒種子，每盆加500 g沙土和蛭石并加入200 mL濃度為15%的聚乙二醇（PEG）溶液，覆土厚度3 cm.將花盆放置于通風、光照良好的環(huán)境中，每天記錄發(fā)芽數(shù)，發(fā)芽試驗結束后，每個重復取5株測定胚根、胚芽長度.

1.3 測定指標

種子發(fā)芽指標測定參照《國際種子檢驗規(guī)程》［15］，發(fā)芽率=發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽勢=發(fā)芽達到高峰期時發(fā)芽種子數(shù)/供試種子數(shù)×100%；發(fā)芽指數(shù)GI=ΣGt/Dt，Gt：在時間為t天的發(fā)芽個數(shù)，Dt：至t天的發(fā)芽天數(shù)［16］；活力指數(shù)：VI=GI×S，GI為發(fā)芽指數(shù)，S為根長或芽長；根芽比=根長/種苗長度.

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計分析

1.4.1 單項指標耐鹽堿系數(shù)ω ω=不同濃度處理下的平均測定值/對照測定值

1.4.2 各綜合指標的隸屬函數(shù)值

式中，u（x）為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的隸屬函數(shù)值；x為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù)；xmax為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù)最大值；xmin為第x個主成分的耐鹽堿系數(shù)最小值.

式中，WX為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的權重；VX為第x個主成分耐鹽堿系數(shù)的貢獻率；m為各個主成分耐鹽系數(shù)的權重之和.

式中，D為加權隸屬函數(shù)值，即綜合評價值.

本試驗用Excel 2010計算并處理數(shù)據(jù)，用DPS進行分析數(shù)據(jù).

2 結果與分析

2.1 抗旱系數(shù)

根據(jù)抗旱系數(shù)公式計算飼用高粱種質材料各單項指標的抗旱系數(shù)（表1）.表1表明，各品種的發(fā)芽勢（GP）、發(fā)芽指數(shù)（GI）和活力指數(shù)（VI）均低于對照（ω＜1），而多數(shù)品種根芽比（RBR）高于對照（ω＞1），但不同基因型飼用高粱的不同指數(shù)變化是不同的，N52K1009在RBR指標中數(shù)值最低，但在其他指標中均不是最低.因此利用單一指標評價抗旱性可能會得到不同、甚至相反的結果.為了補充單一指標評估的不足，本研究使用了幾種不同分析方法.

表1 各單項指標的抗旱系數(shù)ω值Tab. 1 Drought resistance coefficient ω value of each single index

2.2 相關性分析

由表2 可知，GP與RBR呈顯著正相關（P＜0.05），相關系數(shù)為0.75；GP與GI呈極顯著正相關（P＜0.01），相關系數(shù)為0.96.說明飼用高粱各個指標間有一定的重復性，用單項指標評價飼用高粱的抗旱性不夠準確，具有一定的片面性.

表2 抗旱系數(shù)間的相關關系Tab. 2 Correlation among drought resistance coefficients

2.3 供試飼用高粱種質材料抗旱系數(shù)的主成分分析

由表3可知，在飼用高粱種子萌發(fā)期抗旱系數(shù)的主成分分析中，第一主成分的貢獻率是57.112%，第二主成分的貢獻率是29.637%，二者累計貢獻率達86.749%，代表了絕大部分信息，可以作為2個新的綜合指標對飼用高粱種質材料抗旱性進行評價.

表3 供試飼用高粱種質萌發(fā)期抗旱系數(shù)的主成分分析Tab. 3 Principal component analysis of drought resistance coefficient of sorghum germplasm at germination stage

2.4 供試飼用高粱種質材料權重、隸屬函數(shù)值及D值分析

如表4所示，同一指標下，SU9002的隸屬函數(shù)值最大，為1.000，說明此材料下SU9002的抗旱性最強；BJ0602的u（1）值最小，說明此材料下BJ0602的抗旱性最弱.根據(jù)公式（2）得出，2個綜合指標的權重分別為0.658和0.342.運用公式（3）計算得出飼用高粱抗旱性綜合評價值D值，并根據(jù)D值對其抗旱性進行強弱排序，結果為SU9002＞N5212274＞2180＞1230＞1220＞BJ0603＞N52K1009＞BJ0602，SU9002 的D值最大，表明其抗旱性最強，BJ0602的D值最小，說明其抗旱性最差.

表4 各材料隸屬函數(shù)值、權重、D值及排序Tab. 4 Membership function value，weight，D value and ranking of each material

2.5 不同飼用高粱品種抗旱性聚類分析

圖1 聚類分析圖Fig. 1 Cluster analysis diagram

如圖1所示，對8個品種萌發(fā)期的抗旱系數(shù)進行聚類分析，可將其分為3類，第一類為抗旱能力極強的飼用高粱品種，為SU9002，占總體的12.5%；第二類為抗旱能力中等的飼用高粱品種，為1230，N5212274，2180，占總體的37.5%；第三類為抗旱能力弱的飼用高粱品種，為1220，BJ0603，BJ0602，N52K1009，占總體的50.0%.

3 討論與結論

對于多種不同作物萌發(fā)期的抗旱性研究表明，種子的GI和VI已被確定為農(nóng)作物的抗旱性指標，并且可以反映出種子抗旱性的強弱［17-18］.陳新等［19］在PEG-6000脅迫下裸燕麥萌發(fā)期抗旱性鑒定與評價中表明，裸燕麥的種子在萌發(fā)期GI、VI等均與抗旱性存在著密不可分的相關性，可以將活力指數(shù)與發(fā)芽指數(shù)作為其抗旱性鑒定的主要指標.荊瑞勇等［18］、赫福霞等［20］、徐蕊等［21］和安永平等［22］研究表明，抗旱指數(shù)、發(fā)芽勢、發(fā)芽率可以作為鑒定其萌發(fā)期抗旱能力強弱的指標.劉桂紅等［23］研究表明，種子的根芽長度也可作為谷子抗旱鑒定的重要指標.本試驗中，飼用高粱品種SU9002的測定指標中，相對發(fā)芽率和相對活力指數(shù)測定數(shù)值最大，但在測量指標中，相對發(fā)芽指數(shù)、相對根芽比和相對發(fā)芽勢測定最大數(shù)值則是品種2180.綜上所述，僅用相對發(fā)芽率、相對發(fā)芽指數(shù)、相對發(fā)芽勢、相對活力指數(shù)和相對根芽比5個指標中任一指標作為唯一標準過于片面，綜合評價各指標是必要的，這與王帥等［24］、張毅等［25］、曹俊梅等［26］觀點一致.本試驗通過主成分分析，將干旱處理下不同飼用高粱材料測定的5個單項指標綜合成2個新的綜合指標，通過隸屬函數(shù)法分析，得到不同種質材料苗期抗旱性綜合評價值（D值），通過綜合評價值篩選抗旱性強弱更加合理.本試驗結果表明，8 種飼用高粱種質材料的抗旱性由大到小為2180＞1220＞BJ0602＞BJ0603＞1230＞SU9002＞N52K1009＞N5212274.