大豆芽期耐高溫評價方法構(gòu)建及耐高溫種質(zhì)資源篩選

李佳佳 龍 群 朱尚尚 單雅敬 吳美燕 魯 云 支現(xiàn)管 廖 威 陳浩然 趙振邦 苗 龍 高慧慧 李英慧 王曉波,* 邱麗娟,*

大豆芽期耐高溫評價方法構(gòu)建及耐高溫種質(zhì)資源篩選

李佳佳1,**龍 群1,**朱尚尚1,**單雅敬1吳美燕1魯 云1支現(xiàn)管1廖 威1陳浩然1趙振邦3苗 龍1高慧慧1李英慧2王曉波1,*邱麗娟2,*

1安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院, 安徽合肥 230036;2中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所 / 農(nóng)作物基因資源與基因改良國家重大科學(xué)工程 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部北京大豆生物學(xué)重點實驗室, 北京 100081;3宿州市農(nóng)業(yè)科學(xué)院, 安徽宿州 234000

極端高溫事件頻增導(dǎo)致大豆生產(chǎn)接連遭受高溫?zé)岷? 嚴(yán)重影響其產(chǎn)量構(gòu)成和品質(zhì)性狀。種子在發(fā)芽階段對外界環(huán)境變化較為敏感, 溫度升高及伴隨而來的干旱等現(xiàn)象會影響大豆種子出苗。建立一套科學(xué)的大豆芽期耐高溫評價方法, 可以為早期耐高溫鑒定、耐高溫種質(zhì)選育以及遺傳機(jī)制研究提供理論基礎(chǔ)。本研究以385份大豆種質(zhì)資源為材料, 利用人工氣候培養(yǎng)箱創(chuàng)造高溫環(huán)境, 于芽期進(jìn)行高溫處理3 d (40℃, 8 h光照/16 h黑暗)。相較于對照(25℃, 8 h光照/16 h黑暗), 高溫處理后大豆芽期下胚軸長顯著下降10.9% (<0.05); 根鮮重、根干重和根冠比等指標(biāo)分別極顯著增加了13.10%、22.20%和16.90% (<0.01), 結(jié)果表明, 高溫處理會顯著影響大豆芽期地上部與地下部生物量的分布。對各性狀耐高溫系數(shù)進(jìn)行主成分分析, 將11個指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3個主成分因子, 進(jìn)一步通過隸屬函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分析計算獲得大豆響應(yīng)高溫脅迫綜合評價值(), 并基于H值對參試品種進(jìn)行聚類分析。最終將385份種質(zhì)資源芽期耐高溫特性劃分為5個等級, 即: I級(耐高溫型)、II級(較耐高溫型)、III級(中間型)、IV級(高溫較敏感型)和V級(高溫敏感型), 綜合試驗中具體表現(xiàn), 篩選出4個芽期耐高溫型大豆品種(H245、H070、H268和H216)。對各項指標(biāo)逐步回歸分析后, 建立大豆芽期耐高溫綜合評價(值)預(yù)測模型:= 0.191+0.0171–0.0072+0.0137+0.0278–0.00910(20.9752), 篩選出下胚軸長(1)、主根長(2)、下胚軸干重(7)、根鮮重(8)和簡化活力指數(shù)(10) 5個指標(biāo)可以作為大豆芽期耐高溫評價指標(biāo)。

大豆; 芽期; 高溫處理; 種質(zhì)資源; 耐高溫性評價

大豆是重要的蛋白質(zhì)和食用油來源, 也是重要的工業(yè)原料[1]。近年來隨著全球氣候變暖, 極端高溫天氣頻發(fā), 高溫?zé)崂艘u擊將會顯著影響作物的生長發(fā)育[2]。據(jù)中國氣象資料報道, 近年來, 我國黃淮海地區(qū)接連遭受高溫, 2022年首個高溫日比往年提前13 d[3], 6月中下旬全國各地都出現(xiàn)了異常高溫現(xiàn)象, 華北及黃淮部分大豆主產(chǎn)區(qū)最高氣溫超過40℃, 對大豆萌發(fā)帶來嚴(yán)峻挑戰(zhàn), 因此, 在大豆芽期進(jìn)行耐高溫種質(zhì)挖掘具有重要生產(chǎn)實踐意義。

目前, 國內(nèi)外對小麥[4]、水稻[5]、玉米[6]等作物的耐熱性研究居多, 而對大豆耐熱性研究較少。高溫?zé)岷Υ蠖龟P(guān)鍵生育期均有不同程度損傷, 會嚴(yán)重影響大豆產(chǎn)量形成和品質(zhì)性狀[7-9]。植物的耐熱性是一個復(fù)雜的生理過程, 高溫脅迫可使大豆芽期種子萌發(fā)率和活力顯著下降[10], 幼苗組織結(jié)構(gòu)受損以及滲透相關(guān)物質(zhì)含量變化[11], 同時通過影響作物重要的生理過程對作物造成毀滅性的傷害, 例如使蛋白質(zhì)變性、葉綠體和線粒體酶活性的失活, 活性氧(reactive oxygen species, ROS)水平、光系統(tǒng)II (photosystem II, PSII)介導(dǎo)的光合效率下降[12]。Vu等[13]發(fā)現(xiàn)溫度升高對大豆各方面指標(biāo)都有影響, 包括開花時間、營養(yǎng)生殖和組織結(jié)構(gòu)等。通過某單一性狀的測定, 很難準(zhǔn)確地反映出不同種質(zhì)間的耐高溫差異, 目前多采用多元綜合評價法分析植物耐高溫特性。關(guān)于大豆耐高溫性鑒定及指標(biāo)篩選, 國內(nèi)外已有廣泛研究。靳路真[14]基于主成分分析、隸屬函數(shù)標(biāo)準(zhǔn)化分析等將155份大豆劃分為6個耐高溫等級, 篩選出百粒重、莖粗、蛋白質(zhì)含量等7個指標(biāo)作為大豆開花期耐熱性鑒定指標(biāo)。莫先樹[15]在大豆花莢期探究了熱與“癥青”現(xiàn)象聯(lián)系, 確定了百粒重、單株粒重、單株莢數(shù)等5個耐熱性篩選指標(biāo), 建立了大豆花莢期熱脅迫鑒定方法, 篩選了4個耐高溫品種和7個高溫敏感性品種。Kanchan等[16]通過設(shè)置不同溫度條件進(jìn)行高溫脅迫, 通過體外花粉萌發(fā)率、花粉管長度、繁殖效率和種子產(chǎn)量等4個指標(biāo)篩選耐高溫大豆基因型。Liu等[17]闡明了作物結(jié)實期的每一個生殖過程都對高溫脅迫敏感, 分析發(fā)現(xiàn)一系列理化過程與結(jié)實率關(guān)系密切, 在調(diào)節(jié)高溫脅迫下作物產(chǎn)量中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

本研究前期已在開花期建立了以花粉活力為主的大豆耐高溫鑒定方法[18], 篩選了適宜黃淮海地區(qū)花期耐高溫優(yōu)異種質(zhì), 并就其耐高溫生理機(jī)制進(jìn)行初步解析[19], 但相較于擬南芥、水稻等作物的耐高溫研究進(jìn)展, 大豆在耐高溫種質(zhì)資源評價、鑒定、機(jī)制解析方面仍然顯得滯后。種子在發(fā)芽階段對外界環(huán)境變化較為敏感, 是進(jìn)行非生物脅迫鑒定的重要時期。大豆芽期響應(yīng)非生物脅迫的研究當(dāng)前多集中在鹽和干旱脅迫上面[20-22], 耐高溫特性評價鑒定及指標(biāo)篩選尚未有一套科學(xué)、快速便捷的鑒定體系。研究芽期高溫脅迫生理指標(biāo)差異, 篩選代表性評價指標(biāo), 能夠為大豆早期耐高溫特性鑒定和種質(zhì)資源篩選提供理論基礎(chǔ)。本研究以385份大豆種質(zhì)資源為材料, 通過人工氣候箱模擬高溫環(huán)境, 分析芽期高溫處理后下胚軸長、主根長、含水量、簡化活力指數(shù)、根冠比等生理指標(biāo), 評價不同品種耐高溫能力, 以期探明大豆芽期耐高溫評價方法及指標(biāo)篩選, 建立一套芽期耐高溫特性評價方法, 為耐高溫種質(zhì)鑒定、耐高溫育種及其遺傳機(jī)制研究提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

385份大豆種質(zhì)資源(附表1)主要為黃淮海生態(tài)區(qū)主栽品種、微核心種質(zhì)資源等, 由中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院作物科學(xué)研究所提供。

1.2 試驗設(shè)計

1.3 測定項目與方法

下胚軸、主根長度: 用直尺測量大豆種子主根的長度和下胚軸的長度(cm)。

鮮重: 吸干材料表面水分, 用電子天平稱量其重量(g)。

干重: 將稱量過鮮重的材料用信封包裝, 于120℃烘箱中殺青15 min, 再經(jīng) 80℃烘干至恒重, 然后用電子天平稱量其重量(g)。

其他性狀計算公式:

含水量(%)=(幼苗鮮重-幼苗干重)/幼苗鮮重 × 100%;

簡化活力指數(shù)[23](G·S)=發(fā)芽率(量)×生長勢, S=幼根生長勢(平均干重或鮮重表示);

根冠比=地下部鮮(干)重/地上部鮮(干)重。

“機(jī)械工程測試技術(shù)”課程多媒體教學(xué)可采用的教學(xué)方法有：講授法、討論法、直觀演示法、練習(xí)法、任務(wù)驅(qū)動法、現(xiàn)場教學(xué)法和自主學(xué)習(xí)法等，其優(yōu)缺點如表1所示。

1.4 數(shù)據(jù)分析與評價方法

利用Microsoft Excel 2010整理和分析數(shù)據(jù), 并計算各處理性狀的平均數(shù), 以SPSS 25.0軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析、隸屬函數(shù)分析、聚類分析和多元回歸分析, 采用Origin和R語言分析作圖。相關(guān)指標(biāo)計算參照文獻(xiàn)[24]如下:

(1) 耐高溫系數(shù)=高溫處理性狀值/對照處理性狀值。

(2) 根據(jù)特征值大于1的準(zhǔn)則提取主成分, 計算主成分得分值; 利用隸屬函數(shù)將各個指標(biāo)性狀在所提取的主成分上的得分值進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化: 隸屬函數(shù)值:(x) = (X–min) / (max–min);= 1, 2, 3, …,; 其中min和max分別表示每個主成分上各性狀指標(biāo)得分值的最小值和最大值。

2 結(jié)果與分析

2.1 高溫處理效應(yīng)

相較于對照(25.1℃±0.3℃和50.5%±0.8%), 人工氣候培養(yǎng)箱高溫處理效果顯著(39.9℃±0.5℃和49.4%±1.2%, 圖1)。其中大部分品種(系)在高溫處理后幼芽生長受到顯著制約, 并造成不可逆損傷, 耐高溫型材料可以正常出苗, 敏感型材料則出現(xiàn)霉?fàn)€、出芽不出苗現(xiàn)象。綜上所述, 本研究中模擬田間環(huán)境的高溫處理方法能夠有效評價大豆種質(zhì)芽期的耐高溫特性。

圖1 不同處理時間平均溫/濕度

2.2 高溫處理對大豆芽期各項生理指標(biāo)的影響

相較于對照, 高溫處理后大豆植株下胚軸長顯著降了10.90% (<0.05), 根鮮重、根干重和根冠比等指標(biāo)分別極顯著增長13.10%、22.20%和16.90% (<0.01, 表1), 總鮮重、總干重、相對水分含量下胚軸鮮重都呈下降趨勢。高溫處理后統(tǒng)計385份參試材料中下胚軸下降的品種占比60.12%: 根鮮重增加的品種占比52.76%、根干重增加的品種占比58.81%、根冠比的增加品種占比58.21%。多數(shù)品種芽期在高溫脅迫后地上部分生長受到抑制、但地下部分反而呈增長趨勢, 說明大豆植株可能通過調(diào)整地上部與地下部生物量的分布來適應(yīng)逆境。

2.3 大豆耐高溫系數(shù)差異性分析

高溫處理后大豆主要農(nóng)藝性狀均受到一定影響,為了鑒別不同品種受高溫脅迫的程度, 用脅迫后與脅迫前各性狀值的比值, 即耐高溫系數(shù)進(jìn)行比較分析。結(jié)果表明, 總鮮重、總干重、根鮮重、根干重、簡化活力指數(shù)和根冠比等性狀變異系數(shù)較大, 變異幅度為41%～89%; 而下胚軸長、主根長、相對含水量、下胚軸鮮重和下胚軸干重等性狀變異系數(shù)較小, 變異幅度為16%～39% (表2), 說明不同性狀指標(biāo)間的耐高溫系數(shù)變異幅度不同, 即使是表現(xiàn)出顯著或極顯著差異的4個性狀指標(biāo)(下胚軸長、根鮮重、根干重和根冠比, 表1), 它們的變異系數(shù)也在較寬泛的浮動范圍(35%～89%)。因此, 以單個生理指標(biāo)的耐高溫系數(shù)來直接評價不同品種的高溫性并不準(zhǔn)確, 需結(jié)合不同性狀對溫度響應(yīng)程度的差異進(jìn)行綜合評價。

表1 高溫(HT)處理對385份大豆芽期生理指標(biāo)的影響

*、**分別表示在0.05和0.01概率水平差異顯著。

*and**mean significant difference at the 0.05 and 0.01 probability levels, respectively.

表2 385份大豆芽期高溫處理各單項系數(shù)變異分析

2.4 大豆芽期生理指標(biāo)耐高溫系數(shù)相關(guān)性分析

為了避免各指標(biāo)反映的信息重疊, 更準(zhǔn)確地評價大豆芽期耐高溫水平, 有必要對各指標(biāo)值間進(jìn)行相關(guān)性分析(圖2)。結(jié)果表明, 總干重與其他各項指標(biāo)均無相關(guān)性; 主根長(2)與總鮮重(3,= 0.27)、相對水分含量(7,= 0.12)、根鮮重(8,= 0.42)、根干重(9,= 0.27)、簡化活力指數(shù)(10,= 0.26)和根冠比(11,= 0.46)極顯著正相關(guān)(<0.01); 下胚軸鮮重(6)與下胚軸干重(7,= 0.17)、根鮮重(8,= 0.34)、根干重(9,= 0.25)、簡化活力指數(shù)(10,= 0.23)和根冠比(11,= 0.30)極顯著正相關(guān)(<0.01)。說明高溫處理下大豆芽期相關(guān)性高的評價指標(biāo)反映信息具有一致性, 因此, 僅用某一個鑒定指標(biāo)難以客觀評價不同大豆品種的耐熱性, 挖掘多重指標(biāo)可彌補(bǔ)用單一指標(biāo)評價的片面性, 綜合反映其在高溫處理條件下的耐高溫特性。

圖2 385份大豆芽期高溫處理各單項指標(biāo)耐高溫系數(shù)相關(guān)性分析

1: 下胚軸長;2: 主根長;3: 總鮮重;4: 總干重;5: 相對水分含量;6: 下胚軸鮮重;7: 下胚軸干重;8: 根鮮重;9: 根干重;10: 簡化活力指數(shù);11: 根冠比。*表示在0.05概率水平相關(guān)性顯著。

1: hypocotyl length;2: main root length;3: total fresh weight;4: total dry weight;5: relative moisture content;6: hypocotyl fresh weight;7: hypocotyl dry weight;8: root fresh weight;9: root dry weight;10: simplified vitality index;11: R/S. * means significant correlation at the 0.05 probability level.

2.5 大豆芽期耐高溫系數(shù)主成分分析

按照特征值大于1的準(zhǔn)則提取主成分, 對11個指標(biāo)進(jìn)行主成分分析, 綜合成3個主成分因子, 所占比例分別為42.3%、9.9%和9.5%, 累計貢獻(xiàn)率為61.72%, 即這3個主因子可涵蓋原始數(shù)據(jù)所提供的大部分信息, 具有較大的信息代表性(表3), 且第1主成分貢獻(xiàn)率高, 其中鮮重(0.804)、根鮮重(0.929)和根冠比(0.835)的載荷系數(shù)絕對值較大, 說明該主成分主要反映的是總生物量, 同時反映高溫影響地上部及地下部生物量之間的相關(guān)信息。第2主成分中干重(0.884)載荷系數(shù)絕對值較大; 同理可知第3主成分中下胚軸長、下胚軸鮮重和下胚軸干重與其相關(guān)性高, 表明第3主成分主要反映高溫影響地上部生長的相關(guān)信息。

2.6 參試品種綜合評價和聚類分析

根據(jù)公式計算各綜合指標(biāo)中的隸屬函數(shù)值及其相應(yīng)權(quán)重, 再按照綜合評價指標(biāo)公式計算大豆芽期品種耐高溫綜合評價值(comprehensive evaluation value response to high temperature, 簡稱值), 并根據(jù)值劃分不同品種對高溫脅迫的抵抗能力,值越大, 表明其耐高溫性越強(qiáng), 反之越弱(表4)。參考地方標(biāo)準(zhǔn)DB34/T 3737-2020更好地對大豆耐高溫性進(jìn)行綜合分級評價, 本研究通過系統(tǒng)聚類分析, 利用平均聯(lián)接法對不同大豆品種響應(yīng)高溫能力的指標(biāo)值進(jìn)行了聚類分析(圖3)。結(jié)合聚類分析結(jié)果, 將385個參試大豆種質(zhì)資源初步劃分為5個大類, I級耐高溫型8種; II級較耐高溫型12個品種; III級耐高溫中間型59個品種; IV級高溫較敏感型39個品種和V級高溫敏感型267個品種, 結(jié)合試驗中耐高溫實際表現(xiàn), 篩選出4份耐高溫品種。

表3 主成分分析及貢獻(xiàn)率

圖3 385份大豆H值的聚類分析圖

表4 參試品種高溫響應(yīng)綜合評價(H)值

(續(xù)表4)

2.7 大豆芽期耐高溫性鑒定回歸方程的建立

為分析11個單項指標(biāo)與不同大豆品種之間的耐高溫關(guān)系, 建立可用于大豆芽期耐高溫評價的數(shù)學(xué)模型, 將值作為因變量, 各單項指標(biāo)耐高溫系數(shù)為自變量, 通過逐步回歸法建立大豆芽期耐高溫響應(yīng)綜合評價(值)預(yù)測模型:= 0.191+0.0171– 0.0072+0.0137+0.0278–0.00910(20.9752,≤0.001), 篩選出下胚軸長、主根長、下胚軸干重、根鮮重、簡化活力指數(shù)5個變量指標(biāo)作為大豆芽期耐高溫評價指標(biāo), 從數(shù)學(xué)模型方程的決定系數(shù)和值可以看出, 該方程結(jié)果可較貼合表示耐高溫綜合評價響應(yīng)值()。因此, 在實際應(yīng)用中可有效測定與值密切相關(guān)的指標(biāo), 通過這些指標(biāo)的耐高溫系數(shù)代入計算來預(yù)測大豆種質(zhì)資源耐高溫特性。

3 討論

黃淮海夏大豆播種和生長期與三伏天氣重疊, 溫度對其影響會隨著生長期的變化而變化[25]。在營養(yǎng)(Vn)階段, 大豆生長發(fā)育的最佳溫度為30℃[26], 而生殖(Rn)期最適產(chǎn)量溫度在22～24℃之間[27]。郭小紅等[28]基于不同生育時期的大豆耐高溫脅迫溫度篩選試驗發(fā)現(xiàn)萌芽期對溫度最為敏感。在高溫高濕逆境下, 辣椒芽期生長受阻, 下胚軸長、鮮重、發(fā)芽率和活力指數(shù)等15個指標(biāo)均以不同程度下降[29]。高溫處理后, 芥蘭芽期熱害指數(shù)上升, 相對電導(dǎo)率、脯氨酸含量、丙二醛含量、SOD酶活性等變化率最為顯著[30]。作物耐高溫評價指標(biāo)以及優(yōu)異種質(zhì)資源篩選是耐逆研究的基礎(chǔ), 耐高溫特性受諸多因素影響[31-35], 在不同背景下會表現(xiàn)出顯著的生理生化差異。大豆芽期耐高溫分子機(jī)制的探索仍處于起步階段, 探究大豆芽期耐高溫性評價方法和代表性指標(biāo)是深度解析耐高溫特性分子機(jī)制的必要前提。

溫度對干物質(zhì)分配、根系和植物發(fā)育起著重要作用。通常條件下, 植物能夠通過調(diào)整自身生物量分配來維持逆境條件下植株的生長和存活[36]。大豆芽期高溫處理后生長發(fā)育受到抑制, 主要表現(xiàn)為幼芽的下胚軸長、總鮮重、總干重、地上鮮生物量和地上干生物均呈下降趨勢, 這個結(jié)果與馬鈴薯、蘿卜等耐高溫性分析結(jié)果基本一致[37-38]。本試驗通過對各單項指標(biāo)的分析得出, 相較于高溫敏感型, 耐高溫型品種在高溫逆境下的地上部生物量下降、根系生物量增加, 導(dǎo)致根冠比上升, 推測可能其地下部分在遭遇高溫逆境時通過根部發(fā)育來獲得自我防御機(jī)制。根系是多種物質(zhì)的同化、轉(zhuǎn)化和合成的重要器官, 最先感受土壤水分及養(yǎng)分元素變化[39]。前人研究發(fā)現(xiàn)作物在受到非生物脅迫時, 會優(yōu)先發(fā)育比較發(fā)達(dá)的根系來適應(yīng)逆境[40]。例如剖析玉米根系應(yīng)對鹽脅迫的生理反應(yīng)發(fā)現(xiàn), 耐鹽品種會維持較高的根系生物量, 來增加根系Na+毒性外排速率, 維持離子平衡[41]。擬南芥中過表達(dá)可以通過促進(jìn)根長增長從而促進(jìn)根系水力傳導(dǎo)率、根系水分利用效率、葉綠素含量、光合速率和生物量積累的增加來增強(qiáng)抗逆性[42]。本研究中發(fā)現(xiàn)部分較耐高溫品種高溫處理后表現(xiàn)出不同現(xiàn)象, 例如高溫環(huán)境下H064品種不僅根系, 其下胚軸的生長也受到促進(jìn)。參考Burko等[43]研究結(jié)果可知, 高溫會通過促進(jìn)光敏色素相互作用因子7 (phytochrome interacting factors 7, PIF7) DNA的結(jié)合及phyB-PIF生長素信號模塊控制生長素來提高對下胚軸伸長的影響速率, 這種現(xiàn)象可能是高溫影響幼苗光敏色素及植物生長素的感知與運輸造成的。

耐高溫特性評價需要合適的代表性鑒定指標(biāo), 指標(biāo)的選擇離不開耐高溫性鑒定時期和參試材料數(shù)量的考量。目前有關(guān)大豆芽期耐高溫特性及生理機(jī)制研究的報道很少, 不同大豆品種的耐高溫機(jī)制不盡相同。針對不同作物類型, 提出采用多個指標(biāo)、多種方法相結(jié)合的方式對作物進(jìn)行抗性鑒定, 能更加全面地反映出耐逆性強(qiáng)弱, 同時也篩選出多種芽期與耐逆性相關(guān)的指標(biāo), 例如發(fā)芽率、株高、芽長、根長、生物量、莖葉Na+等[44-46]。本研究以主成分分析將11個單一指標(biāo)轉(zhuǎn)換成3個相互獨立的綜合指標(biāo), 降低了同質(zhì)化變量的重復(fù), 第一主成分因子貢獻(xiàn)率為42.31%, 得到與其相關(guān)系數(shù)較高的下胚軸長、根鮮重、簡化活力指數(shù)等指標(biāo)。又進(jìn)一步通過逐步回歸分析了11個指標(biāo)與不同大豆品種耐高溫性關(guān)系, 由方程可知, 11個單項指標(biāo)中有5個指標(biāo)顯著性響應(yīng)大豆芽期耐高溫特性, 分別為下胚軸長、主根長、下胚軸干重、根鮮重和簡化活力指數(shù)。下胚軸長、主根長等形態(tài)指標(biāo)直接影響植物各部位的生物量, 光合作用是植株產(chǎn)量形成的基礎(chǔ), 也是植物對脅迫最敏感的生理過程之一[47]。前人發(fā)現(xiàn), 在逆境下由于滲透離子積累反饋抑制, 降低了大豆植株光合作用的效率, 導(dǎo)致地上部及地下部生長及生物量下降[48]。同時, 種子活力與耐逆性有關(guān), 夏播大豆播種后經(jīng)常遭受高溫導(dǎo)致出苗率低, 影響成株數(shù), 進(jìn)而影響產(chǎn)量, 其簡化活力指數(shù)排除了品種間自身活力差異, 反映了種子出芽后的田間生長活力。前人在萌發(fā)期進(jìn)行非生物脅迫耐逆評價常以發(fā)芽率、活力指數(shù)、發(fā)芽指數(shù)等直觀有效的指標(biāo)來進(jìn)行篩選[29], 本研究中大多數(shù)試驗材料皆為萌發(fā)快速的品種, 可以用簡化活力指數(shù)即萌發(fā)量′幼根生長勢表示, 此操作簡單易行, 能夠快速反映高溫出芽后的生長力。綜上所述, 本研究通過回歸模型篩選的下胚軸長、主根長、下胚軸干重、根鮮重和簡化活力指數(shù)作為大豆芽期耐高溫主要評價指標(biāo)既滿足了芽期大規(guī)?？焖勹b定的需求, 又能較為全面展現(xiàn)大豆高溫脅迫條件下地上部和根部的形態(tài)變化來反映不同品種耐高溫能力的強(qiáng)弱, 對于大豆芽期耐高溫評價具有一定的參考價值。

4 結(jié)論

本研究綜合大豆芽期耐逆生理性狀, 建立一套耐高溫特性綜合評價標(biāo)準(zhǔn), 對大豆種質(zhì)耐高溫鑒定提供了一種適用大規(guī)模且高效的新思路。根據(jù)聚類分析結(jié)果結(jié)合具體情況, 將385個參試大豆品系初步劃分為5大類, 即I級(耐高溫型)、II級(較耐高溫型)、III級(中間型)、IV級(高溫較敏感型)和V級(高溫敏感型), 并綜合試驗中具體表現(xiàn)篩出4份耐高溫種質(zhì)分別為H245、H070、H268和H216。同時, 建立了芽期耐高溫綜合評價(值)預(yù)測回歸模型:=0.191+0.0171–0.0072+0.0137+0.0278–0.0091(20.9752,1為下胚軸長、2為主根長、7為下胚軸干重、8為根鮮重、10為簡化活力指數(shù)), 篩選了這5個指標(biāo)作為芽期耐高溫參考評價指標(biāo), 為進(jìn)一步開展大豆耐高溫新品種選育和分子機(jī)制研究提供了方法和材料基礎(chǔ)。

[1] Li B, Tian L, Zhang J Y, Huang L, Han F X, Yan S R, Wang L Z, Zheng H K, Sun J M. Construction of a high-density genetic map based on large-scale markers developed by specific length amplified fragment sequencing () and its application to QTL analysis for isoflavone content in., 2014, 15: 1086.

[2] Kurek I, Chang T K, Bertain S M. Enhanced thermostability ofrubisco activase improves photosynthesis and growth rates under moderate heat stress., 2007, 19: 3230–3241.

[3] 駱倩雯. 35.1℃！北京今年首個高溫日來臨, 比常年提前13天. 京報網(wǎng), 2022 [2023-02-13], https://baijiahao.baidu.com/s?id= 1734054271630784824&wfr=spider&for=pc. Luo Q W. 35.1℃！The first hot day in Beijing this year is coming, 13 days ahead of normal. Tex: Beijing News Network, 2022 [2023-02-13], https://baijiahao.baidu.com/s?id= 1734054271630784824&wfr=spider &for=pc.

[4] 仵妮平. 高溫脅迫對小麥產(chǎn)量及品質(zhì)性狀的影響. 石河子大學(xué)碩士學(xué)位論文, 新疆石河子, 2020. Wu N P. Effects of High Temperature Stress on Yield and Quality Characters of Wheat. MS Thesis of Shihezi University, Shihezi, Xinjiang, China, 2020 (in Chinese with English abstract).

[5] 王明, 吳輝, 孫小成, 蔣小軍, 雷干農(nóng), 陶衛(wèi), 柏長青, 徐敏. 孕穗期高溫對水稻生理特性和產(chǎn)量性狀影響研究. 中國農(nóng)學(xué)通報, 2022, 38(30): 1–5.Wang M, Wu H, Sun X C, Jiang X J, Lei G N, Tao W, Bai C Q, Xu M. Effects of high temperature at booting stage on physiological characteristics and yield traits of rice., 2022, 38 (30): 1–5 (in Chinese with English abstract).

[6] 陳巖, 岳麗杰, 楊勤, 張會玲, 柯國華, 劉永紅. 高溫?zé)岷τ衩咨L發(fā)育的影響及研究進(jìn)展. 耕作與栽培, 2019, (1): 26–31. Chen Y, Yue L J, Yang Q, Zhang H L, Ke G H, Liu Y H. Effects of high temperature and heat damage on maize growth and development and research progress., 2019, (1): 26–31 (in Chinese with English abstract).

[7] 李才媛, 彭春華, 趙勤炳, 謝萍, 諶偉. 武漢市2003年盛夏異常高溫特征分析. 華中師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2004, 38: 379–382. Li C Y, Peng C Y, Zhao Q B, Xie P, Chen W. Characteristics of abnormal high temperature in mid-summer of 2003 in Wuhan.(Nat Sci Edn), 2004, 38: 379–382 (in Chinese with English abstract).

[8] Apraku B, Hunter R B, Tollenaar M. Effect of temperature during grain filling on whole plant and grain yield in maize (L.)., 1983, 63: 357–363.

[9] Jumrani K, Bhatia V S. Impact of combined stress of high temperature and water deficit on growth and seed yield of soybean., 2018, 24: 37–50.

[10] Demir I, Mavi K, Matthew S. Mean germination time of pepper seed lots (L) predicts size and uniformity of seedling singer mination tests and transplant modules.,2008, 36: 2130.

[11] 盧瓊瓊, 宋新山, 嚴(yán)登華. 高溫脅迫對大豆幼苗生理特性的影響. 河南師范大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版), 2012, 40(1): 112–115. Lu Q Q, Song X S, Yan D H. Effects of high temperature stress on physiological characteristics of soybean seedlings.(Nat Sci Edn), 2012, 40(1): 112–115 (in Chinese with English abstract).

[12] Nadeem M, Li J J, Wang M H, Shah L, Lu S Q, Wang X B, Ma C X. Unraveling field crops sensitivity to heat stress: mechanisms, approaches, and future prospects., 2018, 8: 128.

[13] Vu L D, Xu X Y, Gevaert K, De S I. Developmental plasticity at high temperature., 2019, 81: 399–411.

[14] 靳路真. 大豆品種(系)耐熱性鑒定及其生理機(jī)制研究. 沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 遼寧沈陽, 2016. Jin L Z. Identification of Heat Tolerance and Physiological Mechanism of Soybean. MS Thesis of Shenyang Agricultural University, Shenyang, Liaoning, China, 2016 (in Chinese with English abstract).

[15] 莫先樹. 花莢期熱浪脅迫對大豆生長的影響. 西北農(nóng)林科技大學(xué)碩士學(xué)位論文, 陜西楊凌, 2021. Mo X s. Effects of Heat Wave Stress on Soybean Growth in Flowering and Pod Stage. MS thesis of Northwest A&F University, Yangling, Shaanxi, China, 2021 (in Chinese with English abstract).

[16] Kanchan J, Virender S B, Govind P P. Screening soybean genotypes for high temperature tolerance by in vitro pollen germination, pollen tube length, reproductive efficiency and seed yield., 2018, 23: 77–90.

[17] Liu Y H, Li J J, Zhu Y L. Heat stress in legume seed setting: effects, causes, and future prospects., 2019, 10: 938.

[18] 汪明華, 李佳佳, 陸少奇, 邵文韜, 程安東, 張文明, 王曉波, 邱麗娟. 大豆品種耐高溫特性的評價方法及耐高溫種質(zhì)篩選與鑒定. 植物遺傳資源學(xué)報, 2019, 20: 891–902. Wang M H, Li J J, Lu S Q, Shao W T, Cheng A D, Zhang W M, Wang X B, Qiu L J. Evaluation methods of high temperature tolerance of soybean varieties and screening and identification of high temperature tolerance germplasm., 2019, 20: 891–902 (in Chinese with English abstract).

[19] Li J J, Nadeem M, Chen L Y, Wang M H, Wan M Y, Qiu L J, Wang X B. Differential proteomic analysis of soybean anthers by iTRAQ under high temperature stress., 2020, 229: 103968.

[20] 牛遠(yuǎn), 楊修艷, 戴存鳳, 王博文, 任高磊, 吳靜磊, 王飛兵, 陳新紅. 大豆芽期和苗期耐鹽性評價指標(biāo)篩選. 大豆科學(xué), 2018, 37: 215–223. Niu Y, Yang X Y, Dai C F, Wang B W, Ren G L, Wu J L, Wang F B, Chen X H. Screening of evaluation indexes of salt tolerance in soybean bud and seedling stage., 2018, 37: 215–223 (in Chinese with English abstract).

[21] 彭智, 李龍, 柳玉平, 劉惠民, 景蕊蓮. 小麥芽期和苗期耐鹽性綜合評價. 植物遺傳資源學(xué)報, 2017, 18: 638–645. Peng Z, Li L, Liu Y P, Liu H M, Jing R L. Comprehensive evaluation of salt tolerance at bud and seedling stages of wheat., 2017, 18: 638–645 (in Chinese with English abstract).

[22] 王偉, 姜偉, 張金龍, 苗龍, 趙團(tuán)結(jié), 蓋鈞鎰, 李艷. 大豆種質(zhì)的耐旱性鑒定及耐旱指標(biāo)篩選. 大豆科學(xué), 2015, 34: 808–818. Wang W, Jiang W, Zhang J L, Miao L, Zhao T J, Gai J Y, Li Y. Identification of drought tolerance and screening of drought tolerance indexes of soybean germplasm., 2015, 34: 808–818 (in Chinese with English abstract).

[23] 邵桂花, 李舒凡. 大豆芽期抗旱生理指標(biāo)之探討. 種子世界, 1990, (5): 22–23. Shao G h, Li S f. Study on physiological indexes of drought resistance in soybean sprout stage., 1990, (5): 22–23 (in Chinese).

[24] 靳路真, 王洋, 張偉, 邱紅梅, 陳健, 候云龍, 馬曉萍, 王躍強(qiáng),謝甫綈. 大豆品種(系)耐熱性鑒定及分級評價. 中國油料作物學(xué)報, 2016, 38(1): 77–87. Jin L z, Wang Y, Zhang W, Qiu H M, Chen J, Hou Y L, Ma X P, Wang Y Q, Xie F T. Identification and grading evaluation of heat resistance of soybean varieties (lines)., 2016, 38(1): 77–87 (in Chinese with English abstract).

[25] Cao Y Y, Zhao H. Protective roles of brassinolide on rice seedlings under high temperature stress., 2008, 15: 63–68.

[26] Djanaguiraman M, Prasad P V V, Boyle D L. Soybean pollen anatomy, viability and pod set under high temperature stress., 2012, 199: 171–177.

[27] HalvorsenH. The gas exchange of flax seeds in relation to temperature: I. Experiment with immature seeds and capsules., 2010, 8: 501–511.

[28] 郭小紅, 韋清源, 湯復(fù)躍, 陳文杰, 梁江, 謝甫綈, 陳淵. 萌發(fā)期耐高溫大豆種質(zhì)資源篩選及耐熱指標(biāo)評價. 大豆科學(xué), 2022, 41: 513–519.Guo X H, Wei Q Y, Tang F Y, Chen W J, Liang J, Xie F T, Chen Y. Screening of high temperature tolerance soybean germplasm resources and evaluation of heat tolerance indexes at germination stage., 2022, 41: 513–519 (in Chinese with English abstract).

[29] 徐小萬, 雷建軍, 李穎, 王恒明, 徐曉美, 羅少波. 基于數(shù)學(xué)模型的辣椒芽期耐高溫多濕性綜合評價方法. 中國農(nóng)業(yè)科技導(dǎo)報, 2013, 15(6): 174–180. Xu X W, Lei J J, Li Y, Wang H M, Xu X M, Luo S B. Comprehensive evaluation method of high temperature and humidity tolerance of pepper in bud stage based on mathematical model., 2013, 15(6): 174–180 (in Chinese with English abstract).

[30] 陳增舉. 芥藍(lán)耐熱性鑒定及耐熱材料篩選. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文, 廣東廣州, 2017. Chen Z J. Identification of Heat Resistance of Chinese Kale and Screening of Heat-resistant Materials. MS Thesis of South China Agricultural University, Guangzhou, Guangdong, China, 2017 (in Chinese with English abstract).

[31] Ren C, Bilyeu K D, Beuselinck P R. Composition, vigor, and proteome of mature soybean seeds developed under high temperature., 2009, 49: 1010–1022.

[32] Li S, Fu Q, Chen L, Huang W D, Yu D Q.,, andcoordinate induction of plant thermotolerance., 2011, 233: 1237–1252.

[33] Rizhsky L, Liang H, Mittler R. The combined effect of drought stress and heat shock on gene expression in tobacco., 2002, 130: 1143–1151.

[34] Larkindale J, Hall J D, Knight M R. Heat stress phenotypes ofmutants implicate multiple signaling pathways in the acquisition of thermotolerance., 2005, 138: 882–897.

[35] Mao L, Deng M, Jiang S. Characterization of the-type transcription factor (), which contributes to heat tolerance in tomatoes., 2020, 11: 554520.

[36] Zhang H, Zhao Y, Zhu J K. Thriving under stress: how plants balance growth and the stress response., 2020, 55: 529–543.

[37] 戴鳴凱. 高溫脅迫對馬鈴薯幼苗生長和生理的影響及相關(guān)耐熱基因分析. 福建農(nóng)林大學(xué)碩士畢業(yè)論文, 福建福州, 2018. Dai M K. Effects of High Temperature Stress on Growth and Physiology of Potato Seedlings and Analysis of Related Heat Tolerance Genes. MS Thesis of Fujian Agricultural and Forestey University, Fuzhou, Fujian, China, 2018 (in Chinese with English abstract).

[38] 吳斌, 蔣秋瑋, 顧婷婷, 趙梅, 柳李旺. 高溫脅迫下不同耐熱性蘿卜幼苗生理響應(yīng)分析. 中國蔬菜, 2010, (10): 25–28． Wu B, Jiang Q W, Gu T T, Zhao M, Liu L W. Physiological response of radish seedlings under high temperature stress., 2010, (10): 25–28 (in Chinese with English abstract).

[39] 李朝蘇, 劉鵬, 蔡妙珍. 養(yǎng)麥對酸鋁脅迫生理響應(yīng)的研究. 水土保持學(xué)報, 2005, 19(3): 105–109.Li C S, Liu P, Cai M Z. Study on physiological response of wheat to aluminum acid stress., 2005, 19(3): 105–109 (in Chinese with English abstract).

[40] 胡承偉, 張學(xué)昆, 鄒錫玲, 程勇, 曾柳, 陸光遠(yuǎn). PEG模擬干旱脅迫下甘藍(lán)型油菜的根系特性與抗旱性. 中國油料作物學(xué)報, 2013, 35: 48–53. Hu C W, Zhang X K, Zou X L, Cheng Y, Zeng L, Lu G Y. Root characteristics and drought resistance ofunder PEG simulated drought stress., 2013, 35(1): 48–53 (in Chinese with English abstract).

[41] Hu D D, Li R F, Dong S T. Maize (L.) responses to salt stress in terms of root anatomy, respiration and antioxidative enzyme activity., 2022, 22: 602.

[42] Zhang Y, Zhou Y Y, Liu C. Tuning drought resistance by using a root-specific expression transcription factorin., 2021, 145: 379–391.

[43] Burko Y, Willige B C, Seluzicki A. PIF7 is a master regulator of thermomorphogenesis in shade., 2022, 13: 4942–4942.

[44] 郭望模, 傅亞萍, 孫宗修. 水稻芽期和苗期耐鹽指標(biāo)的選擇研究. 浙江農(nóng)業(yè)科學(xué), 2004, (1): 32–35. Guo W M, Fu Y P, Sun Z X. Selection of salt tolerance indexes in rice bud and seedling stage., 2004, (1): 32–35 (in Chinese).

[45] 李春紅, 姚興東, 鞠寶韜, 朱明月, 王海英, 張惠君, 敖雪, 于翠梅, 謝甫綈, 宋書宏. 不同基因型大豆耐蔭性分析及其鑒定指標(biāo)的篩選. 中國農(nóng)業(yè)科學(xué), 2014, 47: 2927–2939. Li C H, Yao X D, Ju B T, Zhu M Y, Wang H Y, Zhang H J, Ao X, Yu C M, Xie F T, Song S H. Analysis of shade tolerance of different genotypes of soybean and screening of identification indexes., 2014, 47: 2927–2939 (in Chinese with English abstract).

[46] 李合生. 現(xiàn)代植物生理學(xué)(第2版). 北京: 高等教育出版社, 2007. pp 348–352. Li H S. Modern Plant Physiology, 2nd edn. Beijing: Higher Education Press, 2007. pp 348–352 (in Chinese).

[47] Ashraf M. Salt tolerance of cotton: some new advances., 2002, 21: 1–30.

[48] 龐強(qiáng)強(qiáng), 周曼, 孫曉東, 陳貽誦, 蔡興來. 不同菜心品種萌發(fā)期和苗期耐熱性分析及其鑒定指標(biāo)篩選. 西北農(nóng)業(yè)學(xué)報, 2020, 29(2): 295–305.Pang Q Q, Zhou M, Sun X D, Chen Y C, Cai X L. Heat resistance analysis and identification index screening of different cabbage heart varieties at germination and seedling stage., 2020, 29(2): 295–305 (in Chinese with English abstract).

附表1 參試大豆品種信息

Table S1 Soybean variety information

編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No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

(續(xù)附表1)

編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No.編號No.統(tǒng)一編號Unified No. H034ZDD21867H111ZDD05932H188ZDD25074H265ZDD24370H342WDD02252 H035ZDD08091H112ZDD05935H189ZDD25106H266ZDD24371H343WDD02253 H036ZDD13172H113ZDD05936H190ZDD24905H267ZDD24372H344WDD03082 H037ZDD00120H114ZDD12438H191ZDD25204H268ZDD24520H345WDD00663 H038ZDD00359H115ZDD12894H192ZDD25295H269ZDD24568H346WDD00712 H039ZDD00372H116ZDD16055H193ZDD25313H270ZDD24574H347WDD00667 H040ZDD00412H117ZDD16095H194ZDD25328H271ZDD23682H348WDD01649 H041ZDD16736H118ZDD16166H195ZDD24975H272ZDD24398H349WDD00679 H042ZDD22283H119ZDD16221H196ZDD24981H273ZDD24542H350WDD01652 H043ZDD09349H120ZDD16321H197ZDD25030H274ZDD24548H351WDD03093 H044ZDD18877H121ZDD16354H198ZDD25113H275ZDD23795H352WDD03125 H045ZDD18959H122ZDD16358H199ZDD25016H276ZDD24438H353WDD00672 H046ZDD18965H123ZDD20874H200ZDD25068H277ZDD24439H354WDD03001 H047ZDD23122H124ZDD20896H201ZDD24382H278ZDD24440H355WDD02363 H048ZDD23124H125ZDD20903H202ZDD23643H279ZDD24481H356WDD02314 H049ZDD22033H126ZDD20910H203ZDD23612H280ZDD24447H357WDD02317 H050ZDD23053H127ZDD14673H204ZDD24113H281ZDD24450H358WDD03055 H051ZDD23064H128ZDD14725H205ZDD23618H282ZDD24678H359WDD00756 H052ZDD23075H129ZDD14740H206ZDD24410H283ZDD24161H360WDD00707 H053ZDD11434H130ZDD22587H207ZDD24413H284ZDD24037H361WDD00722 H054ZDD00765H131ZDD12535H208ZDD24414H285ZDD24748H362WDD00669 H055ZDD18199H132ZDD13033H209ZDD24415H286ZDD23955H363WDD00668 H056ZDD18200H133ZDD03731H210ZDD25264H287ZDD24076H364WDD03021 H057ZDD00400H134ZDD22057H211ZDD25266H288ZDD23978H365WDD00820 H058ZDD18044H135ZDD22076H212ZDD23754H289ZDD24595H366WDD00833 H059ZDD22747H136ZDD19741H213ZDD23757H290ZDD24576H367WDD00834 H060ZDD22767H137ZDD19742H214ZDD23749H291ZDD24550H368WDD00835 H061ZDD22770H138ZDD19750H215ZDD24486H292ZDD24639H369WDD00805 H062ZDD22773H139ZDD16473H216ZDD23785H293WDD01336H370WDD00810 H063ZDD22785H140ZDD21998H217ZDD23786H294WDD01169H371WDD00830 H064ZDD22797H141ZDD15492H218ZDD24495H295WDD01340H372WDD00896 H065ZDD22836H142ZDD16889H219ZDD24499H296WDD01056H373WDD00900 H066ZDD02767H143ZDD21515H220ZDD23783H297WDD01152H374WDD00838 H067DD19366H144ZDD14566H221ZDD24488H298WDD01321H375WDD00806 H068ZDD19403H145ZDD24117H222ZDD24476H299WDD01099H376WDD00924 H069ZDD17013H146ZDD15672H223ZDD24479H300WDD01055H377WDD00925 H070ZDD17146H147ZDD15757H224ZDD23705H301WDD01038H378WDD00870 H071ZDD04110H148ZDD15812H225ZDD23709H302WDD01067H379WDD00845 H072ZDD11531H149ZDD15828H226ZDD23712H303WDD01406H380WDD02939 H073ZDD12837H150ZDD15829H227ZDD23718H304WDD01073H381WDD00677 H074ZDD14596H151ZDD15837H228ZDD23723H305WDD00987H382WDD00811 H075ZDD11583H152ZDD15848H229ZDD23724H306WDD01240H383WDD00854 H076ZDD11690H153ZDD15980H230ZDD23727H307WDD01278H384WDD00923 H077ZDD11943H154ZDD16473H231ZDD24457H308WDD01005H385WDD00929

Construction of evaluation method for tolerance to high-temperature and screening of heat-tolerant germplasm resources of bud stage in soybean

LI Jia-Jia1,**, LONG Qun1,**, ZHU Shang-Shang1,**, SHAN Ya-Jing1, WU Mei-Yan1, LU Yun1, ZHI Xian-Guan1, LIAO Wei1, CHEN Hao-Ran1, ZHAO Zhen-Bang3, MIAO Long1, GAO Hui-Hui1, LI Ying-Hui2, WANG Xiao-Bo1,*, and QIU Li-Juan2,*

1School of Agronomy, Anhui Agricultural University, Hefei 230036, Anhui, China;2Institute of Crop Sciences, Chinese Academy of Agricultural Sciences / the National Key Facility for Crop Gene Resources and Genetic Improvement (NFCRI) / Key Laboratory of Crop Gene Resource and Germplasm Enhancement (MARA), Beijing 100081, China;3Suzhou Academy of Agricultural Sciences, Suzhou 234000, Anhui, China

The frequent occurrence of extreme high temperature (HT) events causes continuous heat damage to soybean production, which seriously damages the yield components and quality traits. The seeds are sensitive to the changes of the external environment at germination stage. The rising temperature and the accompanying drought will affect the emergence of soybean seeds. The establishment of a set of scientific evaluation methods for HT tolerance at bud stage can provide a theoretical basis for the early identification of soybean, the breeding of HT tolerance germplasm, and the study of tolerance mechanism. In this study, 385 germplasm resources varieties were selected as the experimental materials, which creating a HT environment by artificial climate incubator and subjected to HT-stress for 3 d (40℃, 16 h light /8 h darkness) at bud stage of soybean. Compared with the control (25℃, 16 h light /8 h darkness), the hypocotyl length of soybean bud stage was significantly decreased 10.9% under HT stress (< 0.05). The indices of fresh root weight, dry root weight, and root-shoot ratio increased by 13.10%, 22.20%, and 16.90%, respectively (<0.01). The results showed that HT-stress significantly affected the surface and underground biomass distribution of bud stage in soybean. Meanwhile, the principal component analysis for the coefficient of HT-tolerance for each trait converted 11 indexes into two principal component factors. The comprehensive evaluation value (-value) of soybean response to HT-stress was obtained by the standardized analysis of membership function, and cluster analysis was conducted for the tested varieties based on-value.Ultimately, 385 germplasm resources were divided into 5 grades for the HT-tolerance at bud stage in soybean [namely: Grade I (tolerance), Grade II (strong tolerance), Grade III (medium), Grade IV (strong sensitive), and Grade V (sensitive type)] and four HT-resistant varieties based on the specific performance (H245, H070, H268, and H216) were initially selected combined with the actual heat resistance performance. After the stepwise regression analysis of each index, a predictive model for the comprehensive evaluation of HT tolerance (-value) at bud stage of soybean was established:= 0.191 + 0.0171– 0.0072+ 0.0137+ 0.0278– 0.00910(20.9752). Five indexes main including hypocotyl length (1), main root length (2), hypocotyl dry weight (7), root fresh weight (8), and simplified vigor index (10) were screened out as the evaluation indexes for HT tolerance at bud stage in soybean.

soybean; germination stage; high temperature treatment; genetic resources; evaluation of high temperature resistance

10.3724/SP.J.1006.2023.34025

本研究由國家重點研發(fā)計劃項目(2021YFD1201603-4), 安徽省高校自然科學(xué)研究項目(KJ2021A0200), 安徽省自然科學(xué)基金項目(2208085MC61), 安徽省現(xiàn)代農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)技術(shù)體系建設(shè)專項和安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)引進(jìn)與穩(wěn)定人才項目(yj2018-38)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2021YFD1201603-4), the Natural Science Research Project of Colleges and Universities in Anhui Province (KJ2021A0200), the Natural Science Foundation of Anhui Province (2208085MC61), and the Special Fund for Anhui Agriculture Research System, and the Talent Introduction and Stabilization Project of Anhui Agricultural University (yj2018-38).

王曉波, E-mail: wxbphd@163.com; 邱麗娟, E-mail: qiulijuan@caas.cn

**同等貢獻(xiàn)(Contributed equally to this work)

李佳佳, E-mail: lijia6862@163.com; 龍群, E-mail: 13856541099@163.com; 朱尚尚, E-mail: 18755796707@qq.com

2023-02-16;

2023-04-17;

2023-05-05.

URL: https://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20230504.1601.004.html

This is an open access article under the CC BY-NC-ND license (http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/).