基于AHP-隸屬函數(shù)法的棉花子葉期耐低鉀能力鑒定

譚志新 謝留偉 李洪戈 李芳軍 田曉莉,* 李召虎

1中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院作物化控研究中心, 北京 100193; 2中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所品種資源研究室, 河南安陽(yáng) 455000

鉀是植物維持生長(zhǎng)發(fā)育所必需的營(yíng)養(yǎng)元素, 鉀離子(K+)在酶原激活、蛋白質(zhì)合成、光合作用、滲透調(diào)節(jié)、氣孔運(yùn)動(dòng)、能量傳遞、韌皮部運(yùn)輸、離子平衡和抗逆性等方面發(fā)揮重要作用[1-6]。植物正常K+濃度范圍為80～150 mmol L–1[7], 約占植物干重2%～10%, 占植物灰分質(zhì)量50%左右[8-9]。

棉花是我國(guó)重要的經(jīng)濟(jì)作物, 具有無(wú)限生長(zhǎng)和生殖階段持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)的特點(diǎn), 是典型的喜鉀作物[10-11]。而棉花根系屬于直根系, 根量相對(duì)較少, 鉀吸收能力偏低, 對(duì)土壤缺鉀較其他大田作物更為敏感[12-13]。增施鉀肥可以改善棉花鉀營(yíng)養(yǎng), 但不利于棉花生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。如能利用棉花的遺傳多樣性和基因型差異, 挖掘其自身的耐低鉀潛力, 將是解決棉花鉀營(yíng)養(yǎng)需求和鉀資源短缺矛盾的有效途徑。

目前篩選鑒定棉花鉀營(yíng)養(yǎng)高效基因型的方法主要包括田間條件下的全生育期試驗(yàn)法和控制條件下的苗期試驗(yàn)法[14]。田曉莉等[15]曾報(bào)道, 子葉缺鉀斑相對(duì)面積可作為棉花苗期耐低鉀基因型篩選的輔助指標(biāo), 但未關(guān)注子葉期其他性狀與耐低鉀能力的關(guān)系。鑒于子葉期具有培養(yǎng)條件易于控制、鑒定周期短、鑒定通量大等優(yōu)勢(shì), 本研究探討了在子葉期進(jìn)行棉花耐低鉀能力鑒定的可行性。此外, 關(guān)于作物養(yǎng)分效率的鑒定常需要結(jié)合多個(gè)指標(biāo)才能提高結(jié)果的全面性和準(zhǔn)確性, 而每個(gè)指標(biāo)對(duì)棉花耐低鉀能力的貢獻(xiàn)存在差異, 需要結(jié)合實(shí)際生產(chǎn)需求, 才能對(duì)鑒定指標(biāo)的重要程度做出合理判斷[16]。

AHP (Analytic Hierarchy Process)層次分析法是將定性與定量方法有機(jī)結(jié)合的經(jīng)典決策理論, 通過(guò)比較因素之間的重要程度來(lái)分配合理的權(quán)重, 將決策思維數(shù)學(xué)化、系統(tǒng)化, 有利于量化不同因素對(duì)結(jié)果的影響。隸屬函數(shù)法作為一種常用的綜合評(píng)價(jià)方法,廣泛應(yīng)用于作物抗旱[17]、耐鹽[18]等抗逆性狀的評(píng)價(jià)。

本文利用決策模型AHP-隸屬函數(shù)法對(duì)384份棉花種質(zhì)材料子葉期的9個(gè)鑒定指標(biāo)進(jìn)行系統(tǒng)分析,以期建立棉花子葉期耐低鉀能力的綜合比較體系、篩選具有耐低鉀能力的棉花種質(zhì)材料, 從而為棉花耐低鉀育種工作和耐低鉀栽培提供參考和依據(jù)。

1 材料與方法

試驗(yàn)于2020—2021年在中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)西校區(qū)光照培養(yǎng)室內(nèi)進(jìn)行, 光照/黑暗時(shí)長(zhǎng)為12 h/12 h, 晝夜溫度為(28±2)℃/(22±2)℃, 相對(duì)濕度控制在70%～80%, 光照強(qiáng)度為380 μmol m–2s–1。試驗(yàn)材料為中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院棉花研究所品種資源研究室提供的384份重測(cè)序棉花種質(zhì)材料, 種子2018年產(chǎn)自河南安陽(yáng), 品種名稱見(jiàn)附表1。

表1 棉花子葉期耐低鉀能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的基因型變異分析Table 1 Genotypic variations in evaluation index of low potassium tolerance at cotyledonary stage of cotton

1.1 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

種子用9%的雙氧水消毒20 min, 清水沖洗種子表面殘余雙氧水, 浸泡至露白, 播種于不含K+的沙床, 3 d后將子葉平展的幼苗轉(zhuǎn)移至K+濃度為0.03 mmol L–1[15]的改良Hoagland培養(yǎng)液(0.03 mmol L–1KNO3, 2.5 mmol L–1Ca(NO3)2, 1 mmol L–1MgSO4,0.5 mmol L–1(NH4)H2PO4, 0.1 mmol L–1FeNaEDTA,2×10–4mmol L–1CuSO4, 1×10–3mmol L–1ZnSO4,2×10–2mmol L–1H3BO3, 5×10–6mmol L–1(NH4)6Mo7O24和1×10–3mmol L–1MnSO4)中培養(yǎng), 用氣泵24 h通氣。每個(gè)培養(yǎng)盒(19 cm×14 cm×7.5 cm)內(nèi)含1.5 L營(yíng)養(yǎng)液, 移入3份種質(zhì)材料, 每份材料4株; 所有材料重復(fù)3次(盆)。

1.2 測(cè)定項(xiàng)目與測(cè)定方法

移苗后第6天進(jìn)行各指標(biāo)記錄和測(cè)定。

1.2.1 子葉與下胚軸夾角 調(diào)整幼苗子葉朝向,使子葉正對(duì)相機(jī)進(jìn)行照相; 利用ImageJ圖像分析軟件(National Institutes of Health, 美國(guó))測(cè)定子葉與下胚軸夾角, 首先沿幼苗下胚軸作出參考線, 再沿子葉切面做出參考線, 2條參考線形成的夾角即為子葉與下胚軸夾角(圖1)。

圖1 子葉與下胚軸夾角的測(cè)定Fig. 1 Determination of the angle between cotyledons and hypocotyls

1.2.2 缺鉀斑相對(duì)面積 將子葉取下平鋪于藍(lán)色塑料板, 并用透明玻璃板鎮(zhèn)壓平展, 之后用相機(jī)垂直拍照獲得子葉及缺鉀斑(褐色水漬狀斑點(diǎn))照片;利用ImageJ圖像分析軟件(National Institutes of Health, 美國(guó))對(duì)缺鉀斑進(jìn)行標(biāo)記(圖2), 根據(jù)子葉及所有缺鉀斑區(qū)域像素點(diǎn)分量計(jì)算缺鉀斑面積占子葉面積的比例。

圖2 子葉缺鉀斑面積測(cè)定Fig. 2 Determination of the area of potassium-deficient spots in cotyledons

1.2.3 根系形態(tài)參數(shù) 使用掃描儀(EPSON-V700,日本)掃描根系, 應(yīng)用WinRHIZO根系分析軟件(WinRHIZO REG2009, 加拿大)統(tǒng)計(jì)根系總長(zhǎng)度、總表面積、總體積、平均直徑等根系形態(tài)參數(shù)。

1.2.4 植株干重 植株(子葉、下胚軸與根系)先在105℃下殺青30 min, 然后在85℃下烘干至恒重后稱量。

1.2.5 K+濃度 植株樣品或種子樣品(每份20粒, 分為種殼和種仁)進(jìn)行粉碎、過(guò)篩, 準(zhǔn)確稱量0.2 g置于10 mL離心管中, 加入5 mL HCl (1 mol L–1), 在28℃下于220轉(zhuǎn) min–1的搖床中震蕩浸提10～12 h, 后置于5℃離心機(jī)(1800×g)中離心15 min, 吸取50 μL上清液, 再加入HCl (1 mol L–1)稀釋至5 mL, 用原子吸收分光光度計(jì)(SpectAA-50/55, Varian, 澳大利亞)測(cè)定K+濃度。

1.2.6 K+積累量 計(jì)算公式為: K+積累量(mg)=植株生物量(g)×K+濃度(mg g–1)。

1.3 AHP-隸屬函數(shù)模型

由AHP法和隸屬函數(shù)法構(gòu)成AHP-隸屬函數(shù)模型, AHP法用來(lái)確定指標(biāo)的權(quán)重值, 隸屬函數(shù)法用來(lái)計(jì)算指標(biāo)的隸屬函數(shù)度值, 最后累加各鑒定指標(biāo)賦權(quán)后的隸屬函數(shù)值, 對(duì)供試材料的耐低鉀性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

1.3.1 構(gòu)建判斷矩陣A 從鑒定指標(biāo)中確定評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)構(gòu)建判斷矩陣A。

1.3.2 權(quán)重計(jì)算及矩陣檢驗(yàn) 步驟如下:

① 計(jì)算判斷矩陣A各行所有因素乘積得向量Mi,, 式中,xij表示第i行, 第j個(gè)因素的數(shù)值,n表示評(píng)價(jià)指標(biāo)數(shù)量(下同);

②Mi的n次開(kāi)方得向量

③ 向量歸一化得權(quán)向量Wi,

④ 計(jì)算特征向量AWi, AWi=A×Wi;

⑤ 計(jì)算最大特征值λmax,

⑦ 根據(jù)平均隨機(jī)一致性指數(shù)(RI)表, 計(jì)算一致性比率CR,

⑧ 若CR小于0.1, 則判斷矩陣A一致性檢驗(yàn)通過(guò), 否則需要重新構(gòu)建判斷矩陣A。

1.3.3 計(jì)算正負(fù)隸屬函數(shù)值

X+= (Xij–Xi,min)/(Xi,max–Xi,min);

X–= 1 – (Xij–Xi,min)/(Xi,max–Xi,min)

式中,X+和X–分別表示正負(fù)隸屬函數(shù)值,Xij表示第i品種的第j評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)值,Xi,max和Xi,min分別表示鑒定材料第j評(píng)價(jià)指標(biāo)的最大值和最小值。

1.3.4 計(jì)算種質(zhì)材料的綜合評(píng)價(jià)值C

計(jì)算公式:C∑Xi×Wi

式中,Xi表示第i個(gè)品種各評(píng)價(jià)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值,Wi表示各評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重。

1.4 數(shù)據(jù)處理

使用Microsoft Excel 2019進(jìn)行數(shù)據(jù)整理, 使用R語(yǔ)言(R Core Team, 2022)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析并繪圖制表。

1.4.1 相關(guān)性分析 利用correlation包的correlation函數(shù), 使用Spearman方法計(jì)算各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)r1; 應(yīng)用Pearson方法計(jì)算種子K+含量與耐低鉀能力之間相關(guān)系數(shù)r2, 并通過(guò)Holm法(1979)校正P值。

1.4.2 聚類分析 利用factoextra包的hclust函數(shù),采用average法對(duì)384份種質(zhì)材料的綜合評(píng)價(jià)值進(jìn)行層次聚類。

1.4.3 方差分析 利用car包的aov函數(shù)進(jìn)行差異顯著性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 棉花子葉期耐低鉀能力鑒定

本研究采用的9個(gè)耐低鉀鑒定指標(biāo)均存在不同程度的基因型差異。缺鉀斑相對(duì)面積的變異系數(shù)最大, 達(dá)到了96.24%, 分布于0～83.0% (表1和圖3-A),表明該指標(biāo)對(duì)低鉀脅迫具有強(qiáng)烈的指示作用; 子葉與下胚軸夾角的變異系數(shù)為31.52%, 分布于4.5～75.5°之間(表1和圖3-B), 表明缺鉀導(dǎo)致子葉發(fā)生不同程度的萎蔫; 根系形態(tài)參數(shù)(根長(zhǎng)、根表面積、平均根直徑和根體積)的變異系數(shù)在16.6%～27.8%之間變動(dòng), 且均呈正偏分布(表1和圖3-C～F), 表明50%左右種質(zhì)材料的根系生長(zhǎng)低于平均水平; 3個(gè)生理指標(biāo)(植株干重、K+濃度、K+積累量)的變異系數(shù)在14.73%～19.28%之間變動(dòng), 均呈正態(tài)分布(表1和圖3-G～I(xiàn)), 表明其可作為供試種質(zhì)材料耐低鉀能力的鑒定指標(biāo)。

(圖3)

2.2 棉花子葉期耐低鉀能力各評(píng)價(jià)指標(biāo)間的相關(guān)性分析

由表2可知, 缺鉀斑相對(duì)面積與子葉與下胚軸夾角呈顯著負(fù)相關(guān), 表明低鉀脅迫下子葉缺鉀斑越少、萎蔫程度越輕; 植株干重與根系總長(zhǎng)度、總表面積及總體積呈顯著正相關(guān), 表明低鉀脅迫下根量越大越有利于幼苗生長(zhǎng); 根系總長(zhǎng)度、總表面積與K+濃度和K+積累量呈顯著正相關(guān), 表明低鉀脅迫下根系長(zhǎng)度的增加以及根系表面積的擴(kuò)大有利于幼苗對(duì)K+的吸收。

表2 棉花子葉期耐低鉀能力各評(píng)價(jià)指標(biāo)相關(guān)性分析Table 2 Correlation analysis among evaluation index of low potassium tolerance at cotyledonary stage of cotton

2.3 利用AHP-隸屬函數(shù)模型鑒定供試種質(zhì)材料的耐低鉀能力

2.3.1 構(gòu)建判斷矩陣A 根據(jù)變異分析、相關(guān)性分析以及前人經(jīng)驗(yàn), 利用比較尺度法, 構(gòu)建判斷矩陣A (表3)。對(duì)鑒定指標(biāo)中缺鉀斑相對(duì)面積(%)、子葉與下胚軸夾角(°)、根系總長(zhǎng)度(cm)、根系總表面積(cm2)、根系總體積(cm3)、植株干重(g)和K+濃度(mg g–1)進(jìn)行相互比較, 缺鉀斑相對(duì)面積與子葉與下胚軸夾角同為表型指標(biāo), 但根據(jù)差異分析(表1)發(fā)現(xiàn),前者變異系數(shù)是后者3倍多, 表明前者低鉀指示作用更加靈敏, 因此兩者之間重要程度為2∶1。生物量是作物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程的最終結(jié)果體現(xiàn), 因此植株干重相比于缺鉀斑相對(duì)面積重要程度為3。根系總長(zhǎng)度、根系總表面積和根系總體積分別從3個(gè)維度來(lái)反映根系生長(zhǎng)發(fā)育情況, 而缺鉀斑相對(duì)面積是對(duì)根系以上部分的生理狀態(tài), 與根系形態(tài)參數(shù)之間比較重要程度相當(dāng)。子葉缺鉀斑的形成是鉀素缺乏所導(dǎo)致的, 并且結(jié)合相關(guān)性分析, 表明鉀含量與缺鉀斑的形成存在因果關(guān)系, 因此鉀含量的重要程度要高, 但其重要程度要低于植株干重, 因?yàn)殁浰刈罱K是轉(zhuǎn)化為生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中干物質(zhì)的積累, 因此鉀含量與缺鉀斑相對(duì)面積的重要程度比值為2∶1。平均根直徑和K+積累量未入選判斷矩陣, 原因在于前者與K+濃度和K+積累量不相關(guān), 且其變異系數(shù)最小;而后者和植株干重高度相關(guān), 為了減少數(shù)據(jù)冗余對(duì)其進(jìn)行了剔除。

表3 棉花子葉期耐低鉀能力評(píng)價(jià)指標(biāo)之間重要性比較Table 3 Comparison of importance among evaluation index of low potassium tolerance at cotyledonary stage of cotton

2.3.2 計(jì)算權(quán)重并檢驗(yàn)判斷矩陣 由表4可知,權(quán)向量Wi即為評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重值, 其中植株干重權(quán)重值最大為0.3208, 子葉與下胚軸夾角權(quán)重值最小為0.0513。CR值(一致性比率)為0.0154, 遠(yuǎn)小于0.1, 表明判斷矩陣一致性檢驗(yàn)通過(guò), 判斷矩陣構(gòu)建合理。

表4 棉花子葉期耐低鉀能力評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重向量計(jì)算及檢驗(yàn)Table 4 Weight vector calculation and test of evaluation index of low potassium tolerance at cotyledonary stage of cotton

表6 部分供試種質(zhì)材料的種仁和種殼K+濃度Table 6 Potassium concentration in kernel and hull of cotton seed of partial tested germplasms

2.3.3 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值C及聚類分析 根據(jù)隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值C, 384份種質(zhì)材料耐低鉀能力排名如附表1所示, 其中K129 (無(wú)極一枝花)的綜合評(píng)價(jià)值C為0.7868, 排名第1; K355 (棕1-61)和K141 (黑山棉1號(hào))分別位于第2和第3位。K42(巴西014)的綜合評(píng)價(jià)值C為0.2451, 為倒數(shù)第1名, K272 (石抗39)和K63 (三江八江大花)分別為倒數(shù)第2和第3名。

根據(jù)頻次分析(圖4), 隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值C在0.43～0.52之間的分布頻次最高, 為34.6%, 表明約1/3的種質(zhì)材料具中等水平的耐低鉀能力; 而最耐低鉀(C值為0.70～0.79)和最不耐低鉀(C值為0.25～0.34)的種質(zhì)材料均較少, 占供試材料的比例分別為1.3%和3.6%。系統(tǒng)聚類分析將供試種質(zhì)材料劃分為3大類(圖5), 其中5份供試種質(zhì)材料耐低鉀能力最強(qiáng),占比1.3%, 13份供試種質(zhì)材料最不耐低鉀, 占比3.4%, 這與頻次分析結(jié)果相近, 表明AHP-隸屬函數(shù)法計(jì)算出的綜合評(píng)價(jià)值C可用來(lái)篩選和分類。

圖4 供試棉花種質(zhì)材料子葉期綜合耐低鉀能力的頻次分布Fig. 4 Frequency distribution of low potassium tolerance of tested cotton germplasms at cotyledonary stage

圖5 種質(zhì)材料耐低鉀能力的聚類分析Fig. 5 Cluster analysis of low potassium tolerance of tested cotton germplasms at cotyledonary stage

2.6 部分種質(zhì)材料的種仁和種殼K+濃度

為了明確棉花子葉期耐低鉀能力是否受種子K+濃度的影響, 通過(guò)隨機(jī)抽樣法抽取24份種質(zhì)材料,分別測(cè)定其種仁和種殼的K+濃度(表5)。結(jié)果表明,種仁K+濃度變化幅度在11.7～16.2 mg g–1之間, 種殼K+濃度變化幅度在7.7～12.9 mg g–1之間, 不同種質(zhì)材料的種仁和種殼K+濃度差異不顯著。此外, 種仁和種殼K+濃度與種質(zhì)材料的耐低鉀能力(隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值C)無(wú)相關(guān)關(guān)系(數(shù)據(jù)未展示), 表明種子K+濃度不影響種質(zhì)材料的耐低鉀能力。

3 討論

3.1 棉花子葉期耐低鉀能力評(píng)價(jià)指標(biāo)的確定

棉花鉀營(yíng)養(yǎng)效率受多基因調(diào)控, 因此需選取多種評(píng)價(jià)指標(biāo)才能全面反映種質(zhì)材料響應(yīng)鉀脅迫的能力, 從而增加鑒定結(jié)果的準(zhǔn)確性[18]。生物量是評(píng)價(jià)養(yǎng)分效率最重要且最常用的指標(biāo)[19], 因此本文賦予植株干重的權(quán)重值最大。K+濃度、K+積累量等作為評(píng)價(jià)指標(biāo)也常被采用[20]。姜存?zhèn)}等[21]、田曉莉等[22]的研究表明, 作物養(yǎng)分含量、養(yǎng)分積累量、生物量等生理指標(biāo)來(lái)對(duì)種質(zhì)材料進(jìn)行耐低鉀鑒定, 他們的結(jié)果還表明低鉀脅迫下表現(xiàn)好的種質(zhì)材料, 其鉀營(yíng)養(yǎng)效率也高, 說(shuō)明耐低鉀能力與養(yǎng)分營(yíng)養(yǎng)效率之間是相關(guān)聯(lián)的。此外, 當(dāng)棉花子葉期遭受低鉀脅迫時(shí),子葉會(huì)出現(xiàn)水漬狀的不規(guī)則失綠圓斑, 這是典型的棉花缺鉀癥狀, 并且不同種質(zhì)材料子葉缺鉀斑出現(xiàn)的時(shí)間與大小都各不相同, 說(shuō)明缺鉀斑可用來(lái)比較棉花子葉期的耐低鉀能力[15]。子葉與下胚軸的夾角反映子葉的萎蔫程度, 夾角越小, 萎蔫程度越重。這是由于低鉀脅迫影響幼苗子葉柄的生長(zhǎng)發(fā)育, 減少了子葉柄中維管束和木質(zhì)部的導(dǎo)管數(shù)量[23], 降低了子葉柄的機(jī)械硬度和韌性, 從而影響葉柄對(duì)子葉的支撐作用, 使子葉在重力作用下下垂。不同種質(zhì)材料子葉與下胚軸的夾角在缺鉀條件下也各有差異, 同時(shí)子葉與下胚軸夾角與缺鉀斑相對(duì)面積具有極顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系(r= –0.56***), 這表明子葉與下胚軸夾角同樣可以作為表型評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行參考。根系形態(tài)(根長(zhǎng)、根表面積等)在一定程度上決定植株吸收養(yǎng)分的能力,常作為評(píng)價(jià)植物養(yǎng)分效率的指標(biāo)[24-25]。通過(guò)相關(guān)性分析發(fā)現(xiàn), 根系總長(zhǎng)度與根系總表面積、根系總體積呈正相關(guān), 與平均根直徑呈負(fù)相關(guān), 這是由于根表面積以及根體積的測(cè)量計(jì)算均與根系長(zhǎng)度有關(guān), 表面積和體積會(huì)隨著根系長(zhǎng)度的增加而增加。

3.2 綜合比較耐低鉀能力數(shù)學(xué)方法的選取

利用多個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)來(lái)考察種質(zhì)材料的耐低鉀能力, 需明確各評(píng)價(jià)指標(biāo)在體系中的重要程度, 根據(jù)指標(biāo)的優(yōu)先級(jí)確定權(quán)重分配。目前常見(jiàn)的賦權(quán)方法有3種: 主成分分析法(PCA)、AHP層次分析法和熵權(quán)法[26]。

PCA是一種基于數(shù)據(jù)相關(guān)性的、客觀的賦權(quán)方法, 而本文結(jié)果表明棉花子葉期耐低鉀能力評(píng)價(jià)指標(biāo)相互之間的相關(guān)程度并不高, 不適合進(jìn)行主成分分析。熵權(quán)法實(shí)質(zhì)上是基于評(píng)價(jià)指標(biāo)的變異情況來(lái)進(jìn)行賦權(quán), 而植株干重作為本研究最重要的評(píng)價(jià)指標(biāo), 其變異系數(shù)最小, 表明熵值不高, 因此在體系中的權(quán)重值也不會(huì)高, 這不符合我們的預(yù)期以及實(shí)際生產(chǎn)要求。本文采用了AHP層次分析法來(lái)進(jìn)行賦權(quán), 因?yàn)榉N質(zhì)材料的篩選是為滿足研究者試驗(yàn)?zāi)康乃M(jìn)行的主觀活動(dòng), 評(píng)價(jià)指標(biāo)的賦權(quán)需結(jié)合作物客觀生長(zhǎng)發(fā)育規(guī)律及實(shí)際生產(chǎn)活動(dòng)來(lái)進(jìn)行, 即需要借鑒專家經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合前人數(shù)據(jù)資料進(jìn)行分析。

3.3 種子含K+量與子葉期耐低鉀能力的關(guān)系

種子的養(yǎng)分含量會(huì)影響幼苗的生長(zhǎng)[27], 如種子含氮量高有利于緩解低氮脅迫對(duì)幼苗生長(zhǎng)的抑制作用, 并可加快幼苗對(duì)外源氮素的吸收[28-30]; 玉米幼苗葉片與根系的磷含量隨著種子磷含量的增加而增加[31-32]; 菜豆的磷營(yíng)養(yǎng)效率基因型差異與種子磷含量密切相關(guān)[33]; 耐低鉀能力強(qiáng)的秈稻種子具有較高的鉀含量[34]。然而, 本研究發(fā)現(xiàn)隨機(jī)抽取的24份種質(zhì)材料種子各部分(種殼、種仁)的K+含量在基因型間無(wú)顯著差異, 與子葉期綜合耐低鉀能力(隸屬函數(shù)綜合評(píng)價(jià)值)也無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系, 這與田曉莉等[22]研究結(jié)果相似。當(dāng)然, 這一結(jié)果也可能與本研究抽取的樣本量較小有關(guān), 因此對(duì)于種子K+含量與其子葉期耐低鉀能力的關(guān)系還需要進(jìn)一步的研究。

3.4 不足與展望

在棉花子葉期進(jìn)行耐低鉀能力鑒定可加快篩選效率, 但子葉期處于棉花生長(zhǎng)早期, 不能完全代表棉花全生育期的生長(zhǎng)發(fā)育特性, 因此需要對(duì)本研究方法篩選出來(lái)的代表種質(zhì)材料在田間進(jìn)行全生育期鑒定。此外, 選取的鑒定指標(biāo)不同、對(duì)各指標(biāo)的賦權(quán)不同, 最后的鑒定結(jié)果也會(huì)存在差異。本研究選取的指標(biāo)和賦予各指標(biāo)的權(quán)重是否適宜, 也需要通過(guò)田間全生育期鑒定進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)田間試驗(yàn)驗(yàn)證的耐低鉀材料和低鉀敏感材料可用來(lái)進(jìn)行基因型差異機(jī)制研究, 將會(huì)更好地指導(dǎo)耐低鉀品種的培育及耐低鉀栽培措施的制定。

4 結(jié)論

本文以384份棉花種質(zhì)材料為供試對(duì)象, 在子葉期采用子葉缺鉀斑相對(duì)面積、子葉與下胚軸夾角、植株干重、根系總長(zhǎng)度、根系總表面積、根系總體積和K+濃度等7個(gè)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)供試種質(zhì)的耐低鉀能力。利用變異系數(shù)、相關(guān)性對(duì)評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行分析,采用AHP層次分析法對(duì)指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán), 運(yùn)用隸屬函數(shù)法進(jìn)行綜合評(píng)價(jià), 綜合兩者構(gòu)建AHP-隸屬函數(shù)決策模型, 劃分出耐低鉀能力強(qiáng)的材料5份、耐低鉀能力中等的材料366份及低鉀敏感材料13份, 其中耐低鉀能力最強(qiáng)的3份種質(zhì)材料為K129 (無(wú)極一枝花)、K355 (棕1-61)和K141 (黑山棉1號(hào)), 對(duì)低鉀最敏感的3份種質(zhì)材料為K42 (巴西014)、K272 (石抗39)和K63 (三江八江大花)。此外, 種子K+濃度與子葉期的耐低鉀能力無(wú)顯著相關(guān)關(guān)系。

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