水稻芽期抗旱性綜合評(píng)價(jià)及鑒定指標(biāo)鑒選

李其勇,朱從樺,李星月,武丙琳,易 軍,符慧娟,陳德西,張 鴻

(1.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 植物保護(hù)研究所/農(nóng)業(yè)部西南作物有害生物綜合治理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，成都 610066; 2.四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院 作物研究所，成都 610066)

水稻是中國(guó)乃至世界上最重要的糧食作物之一，其生產(chǎn)耗水量居各類作物生產(chǎn)用水量之首，約占農(nóng)業(yè)用水量70%左右[1-3]。據(jù)統(tǒng)計(jì)，水稻整個(gè)生育期約耗水8884.4m3/hm2，其中田間稻株蒸騰和棵間蒸發(fā)量達(dá)72.31%[4]。傳統(tǒng)淹灌栽培方式下水稻生產(chǎn)耗水量大，加劇農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與水資源短缺的矛盾。干旱已成為阻礙中國(guó)以及世界谷類作物生產(chǎn)的主要非生物脅迫因素之一[5]。干旱脅迫對(duì)水稻芽期[6]、苗期[7-8]、分蘗期[9]、抽穗期[10]、成熟期[11-12]等各時(shí)期均有不同程度的負(fù)面影響，造成水稻出苗困難、分蘗不足、生長(zhǎng)勢(shì)減弱、光合作用受抑、產(chǎn)量降低、品質(zhì)變劣等多方面不利后果。從應(yīng)對(duì)干旱風(fēng)險(xiǎn)來(lái)說(shuō)，篩選優(yōu)質(zhì)抗旱水稻品種是解決水稻抗旱性栽培最重要、最有效的手段。由于水稻抗旱的復(fù)雜性、受環(huán)境影響的多變性，抗旱性鑒定方法、指標(biāo)并不統(tǒng)一，利用綜合分析方法繼續(xù)開(kāi)展抗旱品種篩選并鑒選一批簡(jiǎn)單易測(cè)、通用性強(qiáng)、抗旱性預(yù)測(cè)效果準(zhǔn)確的指標(biāo)顯得十分 必要。

近年來(lái)，不少學(xué)者針對(duì)水稻芽期[6,13]、苗期[14-16]、穗分化期[17]、花期[18]、成熟期[19]等各主要生育期篩選了部分抗旱指標(biāo)以及抗旱品種(材料)。相較于苗期和大田抗旱鑒定，芽期鑒定方便、耗時(shí)短、容量大。在芽期抗旱研究方面，王賀正等[6]提出可用相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)芽干質(zhì)量作水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)，而相對(duì)根干質(zhì)量因變異較大而不適于品種間選擇；田又升等利用主成分分析指出胚芽干質(zhì)量、發(fā)芽率、胚芽鞘長(zhǎng)和根冠比可作為水稻萌發(fā)期抗旱性鑒定的主要指標(biāo)[20]；敬禮恒等[21]指出相對(duì)發(fā)芽率、相對(duì)芽長(zhǎng)、相對(duì)胚根長(zhǎng)、相對(duì)根芽干質(zhì)量可作為水稻種子萌發(fā)期的抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)；王秋菊[22]指出儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)速率、根系活力和β-淀粉酶活力可以作為衡量水稻品種耐旱性強(qiáng)弱的有效生理指標(biāo)；楊瑰麗等[13]指出芽鞘長(zhǎng)和最長(zhǎng)根長(zhǎng)適合用作水稻萌發(fā)期抗旱鑒定指標(biāo)；安永平等[23]認(rèn)為萌發(fā)脅迫指數(shù)和芽鞘長(zhǎng)的干旱脅迫反應(yīng)指數(shù)(DRI)可作為評(píng)價(jià)水稻芽期抗旱性的間接鑒定指標(biāo)?？梢?jiàn)，不同研究者提出的抗旱鑒定指標(biāo)并不完全相同。

PEG(聚乙二醇)在牧草[24]、小麥[25]、水稻[26]、玉米[27]等各類作物抗旱性研究中應(yīng)用廣泛，可作為良好的干旱脅迫滲透劑。在大田條件下開(kāi)展抗旱性鑒定評(píng)價(jià)易受環(huán)境影響，工作量大，而在芽期開(kāi)展抗旱性鑒定可較好避免大田鑒定不足之處，同時(shí)芽期生理指標(biāo)研究較少，因此，在芽期納入生理指標(biāo)進(jìn)行抗旱性綜合分析、指標(biāo)鑒選，進(jìn)一步探討芽期抗旱鑒定方法。本研究以不同水稻品種為材料，利用PEG在芽期進(jìn)行種子萌發(fā)干旱脅迫，觀察不同水稻品種抗旱性表現(xiàn)差異情況，比較分析不同品種對(duì)干旱脅迫響應(yīng)的差異，并通過(guò)綜合評(píng)價(jià)，篩選水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)，并篩選具有較強(qiáng)抗旱性的品種，為水稻進(jìn)行抗旱性快捷評(píng)價(jià)及品種生產(chǎn)應(yīng)用、節(jié)水抗旱高產(chǎn)栽培提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

選取四川省水稻品種20個(gè)，具體見(jiàn)表1。

表1 參試品種名稱及編號(hào)Table 1 Name and number of tested varieties

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)于2018-01-03在四川省農(nóng)業(yè)科學(xué)院植物保護(hù)研究所恒溫光照培養(yǎng)室進(jìn)行。采用PEG-6000(聚乙二醇)溶液作為干旱脅迫介質(zhì)，其溶液濃度按質(zhì)量體積比配制，經(jīng)前期預(yù)試驗(yàn)選擇，設(shè)20%濃度為干旱脅迫處理，以蒸餾水為對(duì)照(CK)。每品種選擇飽滿種子400余粒，用75%酒精表面消毒45 s，用蒸餾水潤(rùn)洗3次后加蒸餾水(淹沒(méi)種子)于28 ℃恒溫培養(yǎng)室中浸種24 h，后取出用蒸餾水潤(rùn)洗兩次，放入直徑90 mm墊濕潤(rùn)濾紙的培養(yǎng)皿內(nèi)于28 ℃催芽。待種子露白后，取出用濾紙吸干表面水分后，將種子均勻擺進(jìn)直徑為90 mm底部墊有圓形濾紙的培養(yǎng)皿中，每皿50粒，處理組每皿加入8 mL 20%PEG-6000溶液，對(duì)照組加入8 mL 蒸餾水，每處理3次重復(fù)。蓋上蓋置于恒溫光照培養(yǎng)室中發(fā)芽，保持恒溫 28 ℃，光照周期為8 h/16 h(光照/黑暗)，光強(qiáng)為200 μmol/(m2·s)。每天觀察培養(yǎng)皿內(nèi)液體的變化并根據(jù)第1天每皿液體量酌量添加蒸餾水，保持培養(yǎng)皿液體恒定。從種子置床之日起開(kāi)始觀察，以胚根突破種皮1 mm、胚芽為種子長(zhǎng)度1/2為發(fā)芽標(biāo)準(zhǔn)，逐日定時(shí)測(cè)定發(fā)芽種子數(shù)。第10天收獲幼苗，保存于-20 ℃冰箱，待測(cè)生理指標(biāo)。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 發(fā)芽勢(shì)(Germination potential,GP)、發(fā)芽率(Germination rate，GR) 以第3天和第8天每皿發(fā)芽種子數(shù)除以每皿總粒數(shù)即為發(fā)芽勢(shì)及發(fā)芽率。

1.3.2 發(fā)芽指數(shù)(Bud index，BI)BI= ∑(DG/DT)，DG為逐日發(fā)芽數(shù)，DT為相應(yīng)DG的發(fā)芽時(shí)間。

1.3.3 活力指數(shù) (Vitality index，VI)VI=BI×(芽長(zhǎng)+最長(zhǎng)根長(zhǎng))，BI為種子發(fā)芽指數(shù)。

1.3.4 種子萌發(fā)指數(shù) 種子發(fā)芽指數(shù)(Germination index，GI) GI=(1.00)nd2+(0.75)nd4+(0.50)nd6+(0.25)nd8，其中nd2、nd4、nd6、nd8分別為第 2、4、6、8天的種子萌發(fā)率，1.00、 0.75、0.50、0.25分別為相應(yīng)萌發(fā)天數(shù)所賦予的權(quán)重系數(shù)。萌發(fā)抗旱系數(shù)(Germination drought resistance index，GDRI) =干旱脅迫下種子萌發(fā)指數(shù)/對(duì)照種子萌發(fā)指數(shù)。

1.3.5 根、芽性狀 于處理后的第8天在各培養(yǎng)皿內(nèi)隨機(jī)選取5 棵已發(fā)芽的種子，測(cè)量各種子的芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根數(shù)，并分根、芽、剩余種子三部分分別稱量鮮質(zhì)量，分裝后于烘干箱105 ℃殺青0.5 h，80 ℃烘至恒質(zhì)量后稱量干質(zhì)量。

1.3.6 根芽比(Root-shoot ratio，RSR) 根芽比(RSR)=根干質(zhì)量/芽干質(zhì)量。

1.3.7 儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率(Storage material conversion rate，SMCR) 儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率(SMCR)=(芽干質(zhì)量+根干質(zhì)量)/(芽干質(zhì)量十根干質(zhì)量十剩余種子干質(zhì)量)。

1.3.8 幼苗相對(duì)含水量(Seedling relative water content，SRWC) 相對(duì)含水量(SRWC)=(幼苗鮮質(zhì)量-幼苗干質(zhì)量)/幼苗鮮質(zhì)量×100%。

1.3.9 生理指標(biāo) 測(cè)定淀粉酶、可溶性糖含量、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性，其中MDA含量、SOD活性、POD活性、CAT活性采用上海源葉生物技術(shù)有限公司ELISA測(cè)試盒測(cè)定，其余指標(biāo)采用蘇州科銘生物技術(shù)有限公司的相應(yīng)指標(biāo)試劑盒以微量法測(cè)定。

除萌發(fā)抗旱系數(shù)(已是相對(duì)值)外，各性狀數(shù)據(jù)均以相對(duì)值表示：指標(biāo)相對(duì)值=脅迫指標(biāo)測(cè)定值/對(duì)照指標(biāo)測(cè)定值。為便于描述，所有指標(biāo)名稱均表示各指標(biāo)相對(duì)值。

1.4 隸屬綜合評(píng)價(jià)法

數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理公式：正向指標(biāo)：μ(Xj)=(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(1)

負(fù)向指標(biāo)：μ(Xj)=1-(Xj-Xmin)/(Xmax-Xmin)

(2)

其中，j= 1,2,3,… ，n；Xj表示第j個(gè)指標(biāo)值；Xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的最小值；Xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值，如某一個(gè)指標(biāo)與抗旱性為負(fù)相關(guān)，則采用公式(2)計(jì)算，計(jì)算出各品種各指標(biāo)的隸屬值。采用標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法計(jì)算權(quán)重系 數(shù)Wj：

(3)

(4)

其中，j= 1,2,3,… ,n；MFSV為隸屬函數(shù)綜合值(Membership function synthetic value)，隸屬函數(shù)綜合值越大，表示抗旱性越強(qiáng)。

1.5 分級(jí)評(píng)價(jià)法

在借鑒高吉寅等[28]、王賀正等[6]的劃級(jí)方法基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。

計(jì)算分級(jí)系數(shù)：

(5)

其中，n為指標(biāo)個(gè)數(shù)；m為分級(jí)級(jí)數(shù)。GC代表參試品種的分級(jí)系數(shù)(Grading coefficient)，值越大則綜合抗旱性越強(qiáng)。

1.6 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

采用Microsoft Excel 2007整理試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用DPS14.05進(jìn)行方差分析(Duncan新復(fù)極差法)、相關(guān)性分析、主成分分析，采用SPSS 24.0進(jìn)行聚類分析。

UCT算法在不同的深度獲取評(píng)估值。根據(jù)算法具體設(shè)計(jì)邏輯，在執(zhí)行過(guò)程中，先評(píng)估分支的“希望”值，值越高，然后UCT算法的搜索深度越深 （遠(yuǎn)大于 d），結(jié)果能較大限度的擬合最優(yōu)解[2]；相反，值越低，丟棄的可能性越大。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫對(duì)水稻芽期萌發(fā)的影響

對(duì)測(cè)定的23個(gè)指標(biāo)進(jìn)行方差分析(表2)?？梢钥闯?，脯氨酸含量在品種間、根芽比在干旱脅迫間、根數(shù)和可溶性糖在品種與干旱脅迫互作間無(wú)顯著性差異，除此外，所有指標(biāo)在品種間、干旱脅迫間以及品種與干旱脅迫互作間均有顯著性或極顯著性差異。表明采用20% PEG-6000作為干旱脅迫處理濃度，20個(gè)參試品種在干旱脅迫作用下產(chǎn)生了顯著變化，可以較好地比較水稻品種間的抗旱性強(qiáng)弱。

表2 干旱脅迫下水稻各指標(biāo)方差分析表(F值)Table 2 Variance analysis of rice indices under drought stress(F value)

2.2 干旱脅迫下水稻芽期各指標(biāo)相關(guān)性分析

從表3可以看出，芽期萌發(fā)、生長(zhǎng)指標(biāo)間相關(guān)性較高，多達(dá)顯著水平，而生理指標(biāo)間相關(guān)性較弱，較少達(dá)顯著水平。對(duì)于發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)5個(gè)萌發(fā)相關(guān)的指標(biāo)來(lái)說(shuō)，指標(biāo)間均呈極顯著正相關(guān)，萌發(fā)抗旱系數(shù)與發(fā)芽指數(shù)相關(guān)性最強(qiáng)(r=0.967**)，發(fā)芽率與發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)的相關(guān)性弱于發(fā)芽勢(shì)。表明相對(duì)于發(fā)芽率，發(fā)芽勢(shì)更能反映干旱脅迫下種子萌發(fā)抗旱性強(qiáng)弱。對(duì)于生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)來(lái)說(shuō)，芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、幼苗相對(duì)含水量4個(gè)指標(biāo)間均呈顯著或極顯著正相關(guān)，且均與前述5個(gè)萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)呈顯著或極顯著正相關(guān)；芽長(zhǎng)與最長(zhǎng)根長(zhǎng)、根干質(zhì)量顯著正相關(guān)(r=0.606**、0.492*)，表現(xiàn)出根芽同伸的關(guān)系。表明這4個(gè)生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)間在干旱脅迫下關(guān)系較密切。對(duì)于生理指標(biāo)來(lái)說(shuō)，MDA、可溶性糖、脯氨酸與絕大部分萌發(fā)、生長(zhǎng)、生理指標(biāo)呈負(fù)相關(guān)性，其中，脯氨酸含量與發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、發(fā)芽指數(shù)、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、芽長(zhǎng)、根干質(zhì)量、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、幼苗相對(duì)含水量均呈顯著或極顯著負(fù)相關(guān)，表明脯氨酸含量變化與干旱脅迫下種子萌發(fā)生長(zhǎng)表現(xiàn)關(guān)系較為緊密。α-淀粉酶活性、總淀粉酶活性、β-淀粉酶活性間均呈極顯著正相關(guān)，均與根干質(zhì)量極顯著正相關(guān)，表明較強(qiáng)的淀粉酶活性可促進(jìn)根系物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用，提高根系物質(zhì)積累量。

表3 干旱脅迫下水稻各指標(biāo)的相關(guān)性分析Table 3 Correlation analysis of rice indices under drought stress

2.3 干旱脅迫下水稻芽期抗旱性分級(jí)法綜合分析

采用四級(jí)分級(jí)法對(duì)20個(gè)品種進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)(表4)。可以看出，各指標(biāo)的級(jí)別值主要為2、3級(jí)，1、4級(jí)相對(duì)較少，采用標(biāo)準(zhǔn)差S作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，最強(qiáng)和最弱的指標(biāo)值分布較少，多數(shù)指標(biāo)值分級(jí)居于最強(qiáng)、最弱之間。

表4 水稻品種芽期干旱下各性狀相對(duì)值及分級(jí)系數(shù)Table 4 Relative values and grading coefficients of traits under drought stress at the germination stage of rice varieties

按照分級(jí)系數(shù)GC大小對(duì)品種進(jìn)行排序，‘岡優(yōu)99’‘德香4923’‘川優(yōu)6203’‘內(nèi)6優(yōu)138’‘川香優(yōu)6號(hào)’5個(gè)品種分級(jí)系數(shù)GC大于0.6，分列前5名，為抗旱性較強(qiáng)的品種；‘宜香2115’‘宜香2079’‘瀘優(yōu)137’‘宜香3724’‘宜香907’分級(jí)系數(shù)GC小于 0.45，排名后5位，抗旱性相對(duì)較弱；其余品種居中。

2.4 干旱脅迫下水稻芽期隸屬函數(shù)法綜合分析

利用隸屬函數(shù)法對(duì)所有指標(biāo)進(jìn)行綜合分析，以標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)法求每個(gè)指標(biāo)的權(quán)重，具體見(jiàn)表5。對(duì)隸屬函數(shù)綜合值MFSV進(jìn)行排序，‘岡優(yōu)99’‘川優(yōu)6203’‘德香4923’‘內(nèi)6優(yōu)138’‘福伊優(yōu)188’5個(gè)品種分列抗旱性綜合排名前5位，綜合抗旱性較強(qiáng)；‘花香7021’‘宜香2079’‘瀘優(yōu)137’‘宜香3724’‘宜香907’的隸屬綜合值小于0.45，排名后5位，抗旱性相對(duì)較弱。評(píng)價(jià)結(jié)果與分級(jí)系數(shù)較為一致。

表5 水稻品種芽期干旱下各指標(biāo)隸屬值、隸屬函數(shù)綜合值及抗旱性排名Table 5 Membership function value，MFSV and drought resistance rank of rice varieties under drought stress at germination stage

2.5 干旱脅迫對(duì)水稻芽期萌發(fā)指標(biāo)主成分分析

對(duì)23個(gè)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析(表6、表7)，共提取了7個(gè)特征值大于1的新主成分因子，累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.20%，基本上代表了23個(gè)原始指標(biāo)的大部分信息。

表6 各指標(biāo)主成分分析(7個(gè)因子)的特征向量及方差累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 6 Eigenvectors and accumulative contribution rate in principal component analysis of each index(7 factors)

根據(jù)提取的7個(gè)主成分特征向量及標(biāo)準(zhǔn)化的指標(biāo)相對(duì)值，分別計(jì)算每個(gè)主成分的綜合得分值(PCASV，Principal component analysis synthetic value)(表7)，并用隸屬函數(shù)法計(jì)算每個(gè)品種每個(gè)主成分指標(biāo)隸屬值，同時(shí)以主成分貢獻(xiàn)率計(jì)算指標(biāo)所占權(quán)重，最后計(jì)算出每個(gè)品種的綜合得分值(PCASV值)，并對(duì)品種抗旱性進(jìn)行排名，PCASV值越大的品種其抗旱性越強(qiáng)?？梢钥闯觯▋?yōu)6203’‘岡優(yōu)99’‘岡優(yōu)900’‘川香308’‘福伊優(yōu)188’的主成分綜合值大于0.62，分別排在前5名，綜合抗旱性較強(qiáng)，‘花香7021’‘H優(yōu)523’‘宜香2079’‘宜香907’‘宜香3724’排名后5位。

表7 主成分分析7個(gè)因子得分、隸屬值、綜合值及排名Table 7 Scores，membership values，PCASV and rankings in principal component analysis of 7 factors

2.6 綜合評(píng)價(jià)方法相關(guān)性分析

對(duì)分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值、主成分綜合值3種綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行相關(guān)性分析(表8)?？梢钥闯?，3個(gè)綜合分析方法結(jié)果均達(dá)極顯著正相關(guān)，分級(jí)系數(shù)與隸屬函數(shù)綜合值相關(guān)系數(shù)最高 (0.962**)，二者評(píng)價(jià)結(jié)果較為一致，而主成分綜合值評(píng)價(jià)結(jié)果稍差。

表8 水稻品種芽期干旱脅迫下綜合指標(biāo)相關(guān)性分析Table 8 Correlation analysis of comprehensive indices under drought stress at germination stage of rice varieties

2.7 水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)篩選

從表9可以看出，儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率與分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值的相關(guān)系數(shù)分別為0.913**、0.901**，指標(biāo)本身反映了種子萌發(fā)階段物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用狀況，根、芽干物質(zhì)積累量越高則此指標(biāo)大，因此，可作為水稻芽期抗旱性評(píng)價(jià)的首選單項(xiàng)指標(biāo)；活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量與分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值均極顯著正相關(guān)，可作為抗旱性評(píng)價(jià)的備選單項(xiàng)指標(biāo)；發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、幼苗相對(duì)含水量相對(duì)值的變異系數(shù)較小，脯氨酸測(cè)定較復(fù)雜，發(fā)芽指數(shù)與主成分綜合值無(wú)顯著相關(guān)，不建議作為鑒定指標(biāo)。分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值較為全面反映了各品種芽期綜合抗旱能力，評(píng)價(jià)更準(zhǔn)確，但工作量相對(duì)更大，計(jì)算更為復(fù)雜，可作為抗旱性評(píng)價(jià)的精確鑒定指標(biāo)。

表9 干旱脅迫下各指標(biāo)與萌發(fā)生長(zhǎng)及綜合指標(biāo)相關(guān)性分析Table 9 Correlation analysis of each index and germination growth and comprehensive indices under drought stress

2.8 新篩選指標(biāo)評(píng)價(jià)結(jié)果比較

利用篩選出的活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)及分級(jí)法分析，并與單項(xiàng)指標(biāo)及綜合指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)性分析(表10)?？梢钥闯?，采用5個(gè)鑒定指標(biāo)計(jì)算的分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值與原所有指標(biāo)的分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值相關(guān)系數(shù)分別為0.923**、0.880**，其中，這5個(gè)指標(biāo)在隸屬函數(shù)分析中權(quán)重合計(jì)僅占所有指標(biāo)權(quán)重的18%，在分級(jí)法中各品種5個(gè)指標(biāo)分級(jí)值和占其總分級(jí)值的15.6%～26.4%，占比不高但評(píng)價(jià)結(jié)果高度相關(guān)，說(shuō)明采用篩選出的5個(gè)指標(biāo)進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)與所有指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果基本一致。5個(gè)鑒定指標(biāo)的分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值與活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率均極顯著相關(guān)。表明，采用篩選出的5個(gè)指標(biāo)可以較好地評(píng)價(jià)參試品種抗旱性。

表10 5個(gè)干旱鑒定指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與單項(xiàng)及綜合指標(biāo)相關(guān)性分析Table 10 Correlation analysis between comprehensive evaluation results of five drought identification indices and individual， comprehensive indices

2.9 參試品種抗旱性聚類分析

利用儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量、隸屬函數(shù)綜合值、分級(jí)系數(shù)7個(gè)指標(biāo)以組間聯(lián)接-平方歐氏距離進(jìn)行聚類分析(圖1)。可以將20個(gè)參試品種劃分為5大類抗旱性不同的類群，其中，‘岡優(yōu)99’為一類，抗旱性最強(qiáng)；‘德香4923’‘內(nèi)6優(yōu)138’‘川香優(yōu)6號(hào)’‘川優(yōu)6203’聚為一類，抗旱性較強(qiáng)；‘瀘優(yōu)137’‘宜香3724’‘宜香2079’聚為一類，抗旱性較弱；‘宜香907’為一類，抗旱性弱；其余品種聚為一類，抗旱性居中。

圖1 品種抗旱性綜合聚類分析Fig.1 Comprehensive clustering analysis of drought resistance of varieties

3 討 論

3.1 水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)篩選

水稻抗旱性是多基因控制的數(shù)量性狀，具有豐富的遺傳背景和復(fù)雜的分子機(jī)理[29-30]。不同研究者對(duì)水稻種子芽期抗旱性鑒定指標(biāo)研究結(jié)果并不完全相同，芽期的形態(tài)生長(zhǎng)及生理指標(biāo)都在一定程度上反映了水稻芽期抗旱性強(qiáng)弱，但鑒定指標(biāo)仍不統(tǒng)一。在本研究中，絕大多數(shù)品種發(fā)芽勢(shì)相對(duì)值在85%以上，發(fā)芽率相對(duì)值在95%以上，發(fā)芽勢(shì)受抑程度高于發(fā)芽率，同時(shí)，芽長(zhǎng)受抑程度高于最長(zhǎng)根長(zhǎng)，芽長(zhǎng)、最長(zhǎng)根長(zhǎng)、芽干質(zhì)量等生長(zhǎng)相關(guān)指標(biāo)的相對(duì)值低于發(fā)芽勢(shì)、發(fā)芽率、萌發(fā)抗旱系數(shù)等萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)，這與田又升等[20]、李艷等[31]研究結(jié)果較為一致。表明水稻種子萌發(fā)時(shí)遭受干旱脅迫時(shí)，會(huì)推遲萌發(fā)時(shí)間，但對(duì)發(fā)芽率抑制作用較小，干旱脅迫對(duì)芽長(zhǎng)、根長(zhǎng)、物質(zhì)消耗的抑制作用較萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)更強(qiáng)。研究指出，干旱脅迫對(duì)水稻種子萌發(fā)存在時(shí)間效應(yīng)，20%PEG脅迫下水稻種子在第6天的相對(duì)萌發(fā)率變異系數(shù)高于第8天的[23]，隨著萌發(fā)時(shí)間延長(zhǎng)，種子萌發(fā)率得以提高，導(dǎo)致干旱脅迫效應(yīng)減小甚至無(wú)差異。因此，采用發(fā)芽相關(guān)指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)有待進(jìn)一步探討。本研究認(rèn)為，相較于萌發(fā)相關(guān)指標(biāo)，根芽生長(zhǎng)發(fā)育可能更能反映出干旱脅迫對(duì)種子芽期萌發(fā)的影響。結(jié)合相關(guān)分析，儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率與分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值相關(guān)系數(shù)為所有指標(biāo)中最高，主成分分析中在第一主成分載荷最高，其在干旱脅迫、品種及干旱脅迫和品種互作間均達(dá)極顯著水平，同時(shí)反映了種子萌發(fā)過(guò)程中物質(zhì)的轉(zhuǎn)化、利用和根芽干物質(zhì)積累能力，其值越高表明種子萌發(fā)時(shí)種子胚乳物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用越多，根芽物質(zhì)積累量越高，根芽生長(zhǎng)越健壯，因此可作為芽期抗旱性評(píng)價(jià)首選指標(biāo)?；盍χ笖?shù)由發(fā)芽指數(shù)與根芽性狀共同決定，包含了萌發(fā)和生長(zhǎng)兩方面信息，其與分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值相關(guān)系數(shù)分別為 0.847**、 0.810**，次于儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率，可作為抗旱性鑒定指標(biāo)，在谷子和玉米的研究中也有相似結(jié)果[32-33]。萌發(fā)抗旱系數(shù)在多數(shù)研究中作為芽期抗旱鑒定指標(biāo)得到了較多認(rèn)可，本研究中與其他萌發(fā)生長(zhǎng)相關(guān)及綜合指標(biāo)顯著相關(guān)，可作為鑒定指標(biāo)。芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量密切相關(guān)，均直接反映了種子萌發(fā)芽部生長(zhǎng)情況，與萌發(fā)生長(zhǎng)、綜合指標(biāo)顯著相關(guān)，可作為鑒定指標(biāo)，這與李艷的結(jié)果一致[31]。綜上，儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、活力指數(shù)、萌發(fā)抗系旱數(shù)、芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量可以作為水稻種子芽期抗旱性鑒定指標(biāo)，分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值可作為抗旱性精確鑒定的指標(biāo)。

3.2 水稻芽期抗旱性鑒定方法比較

干旱脅迫下，作物會(huì)產(chǎn)生一系列復(fù)雜的生理生化變化，并帶來(lái)形態(tài)上的改變，對(duì)干旱脅迫響應(yīng)包含了形態(tài)、生理生化等多方面的信息，因此，采用單一指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)會(huì)導(dǎo)致評(píng)價(jià)結(jié)果片面化，甚至不準(zhǔn)確，造成抗旱評(píng)價(jià)中部分重要指標(biāo)信息缺失。目前認(rèn)為通過(guò)多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法更能準(zhǔn)確反映作物抗旱性，可以納入干旱脅迫對(duì)植株形態(tài)、生長(zhǎng)、生理等影響的更多信息進(jìn)行抗旱性綜合評(píng)價(jià)。應(yīng)用隸屬函數(shù)法、主成分分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法、干旱劃級(jí)法等[31，34-35]綜合評(píng)價(jià)法進(jìn)行評(píng)價(jià)準(zhǔn)確性更好，在水稻[36-37]、大豆[38-39]、玉米[40]、油菜[41]等多種作物上均有應(yīng)用，篩選出了一批具備一定抗旱能力的優(yōu)質(zhì)品種、材料，實(shí)際應(yīng)用效果較好。本研究采用了隸屬函數(shù)法、主成分分析法、干旱分級(jí)法3種綜合評(píng)價(jià)方法分別進(jìn)行了品種抗旱性評(píng)價(jià)，3種評(píng)價(jià)方法綜合評(píng)價(jià)結(jié)果相關(guān)性均達(dá)極顯著強(qiáng)相關(guān)，結(jié)果較為一致。因此，利用綜合評(píng)價(jià)法可以較好地評(píng)價(jià)水稻芽期抗旱性。隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)應(yīng)用較廣，符合多指標(biāo)評(píng)價(jià)要求，改進(jìn)的分級(jí)系數(shù)應(yīng)用效果較好。

3.3 分級(jí)系數(shù)的應(yīng)用

在水稻抗旱性評(píng)價(jià)中，高吉寅、王賀正、王秋菊等應(yīng)用了分級(jí)法進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)[6，28，42]，其分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)由人為劃分，存在不確定性。本研究對(duì)分級(jí)法進(jìn)行了改進(jìn)，建立了以標(biāo)準(zhǔn)差為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)學(xué)方法，提出了新的綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)，即分級(jí)系數(shù)，研究表明應(yīng)用效果較好。該分級(jí)評(píng)價(jià)方法具有如下特點(diǎn)：(1)建立了整套評(píng)價(jià)方法計(jì)算公式，正負(fù)向指標(biāo)均可，可直接對(duì)指標(biāo)值進(jìn)行依序計(jì)算，最終得出綜合評(píng)價(jià)值；(2)以數(shù)學(xué)方法進(jìn)行分級(jí)，不受數(shù)據(jù)大小、量綱限制，均可按公式統(tǒng)一計(jì)算得到相應(yīng)分級(jí)值，排除了人為分級(jí)的主觀性，保證了計(jì)算過(guò)程的客觀性；(3)分級(jí)系數(shù)位于0到1的閉區(qū)間，數(shù)值大小適中，且不會(huì)因指標(biāo)個(gè)數(shù)增減而大幅變化；(4)傳統(tǒng)分級(jí)值越大表示抗旱性越弱，而本評(píng)價(jià)方法的分級(jí)系數(shù)越大代表抗旱性越強(qiáng)，符合人們思維習(xí)慣；(5)本分級(jí)評(píng)價(jià)方法具有廣泛通用性，在不同試驗(yàn)、不同材料、不同抗性評(píng)價(jià)(抗鹽、抗高溫、抗低溫等)中均可應(yīng)用，可比性較強(qiáng)。從本研究結(jié)果來(lái)看還有兩點(diǎn)值得探討：(1)以標(biāo)準(zhǔn)差作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，使得大部分性狀值被分至2、3級(jí)，以0.5S作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)各性狀值分布更為分散，則到底選用多大倍數(shù)標(biāo)準(zhǔn)差作為分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)而讓分級(jí)值分布更合理有待思考；(2)綜合分級(jí)值是以各指標(biāo)分級(jí)值相加而得出，是否應(yīng)根據(jù)相對(duì)值計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重，再行計(jì)算分級(jí)系數(shù)。以上兩點(diǎn)還有待進(jìn)一步發(fā)展完善，以更科學(xué)合理地應(yīng)用本方法。

4 結(jié) 論

對(duì)水稻品種進(jìn)行芽期干旱脅迫下，利用各指標(biāo)相對(duì)值進(jìn)行相關(guān)性分析、綜合分析，篩選出儲(chǔ)藏物質(zhì)轉(zhuǎn)化率、活力指數(shù)、萌發(fā)抗旱系數(shù)、芽長(zhǎng)、芽干質(zhì)量可以作為水稻芽期抗旱性鑒定指標(biāo)。

綜合分析中，隸屬函數(shù)法和分級(jí)法相較主成分法效果較好，因此，分級(jí)系數(shù)、隸屬函數(shù)綜合值可作為芽期抗旱性精確鑒定的指標(biāo)?？刹捎梅旨?jí)法、隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合分析。

對(duì)比綜合分析結(jié)果排序及聚類分析結(jié)果，‘岡優(yōu)99’‘德香4923’‘內(nèi)6優(yōu)138’‘川香優(yōu)6號(hào)’‘川優(yōu)6203’5個(gè)品種綜合抗旱性較強(qiáng)。