中間偃麥草、長穗偃麥草及其雜交種抗旱性評價

馬小廷,米福貴,王 毅,伏兵哲,撒多文

（內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)生態(tài)環(huán)境學(xué)院,內(nèi)蒙古呼和浩特 010019）

偃麥草屬（Elytrigia）是禾本科多年生根莖禾草,具有良好的抗旱、抗寒、耐鹽堿能力[1],是小麥族內(nèi)重要的牧草種質(zhì)資源和雜交育種的優(yōu)良親本材料[2-3]。其中,中間偃麥草（E.intermedia）和長穗偃麥草（E.elongata）在我國北方省區(qū)常被作為優(yōu)良牧草和防風(fēng)固沙植物利用[4],同時也是小麥（Triticum aestivum）抗病育種所用的重要抗性種質(zhì)資源[5-6]。本試驗采用連續(xù)干旱法脅迫,研究評價中間偃麥草、長穗偃麥草及其雜交種的抗旱性能,以為雜交育種和新品種培育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料試驗材料為中間偃麥草、長穗偃麥草及其正反交的雜種F1植株。

1.2 試驗方法試驗于2009年6月5日-10月2日在內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)溫室內(nèi)進行。試驗材料種植于溫室花盆中,每盆分栽30個分蘗。供處理的材料在試驗開始前澆透水,之后停水讓其自然干旱,對照組正常澆水。干旱脅迫設(shè)停水0、4、8、12 d共4個處理,每處理重復(fù)3次。采集各處理的葉片測定相關(guān)生理指標,采樣時間為7:30-8:00。

植物組織相對含水量的測定采用稱量法[7]；葉綠素含量采用丙酮反復(fù)提取法[7]；葉片游離脯氨酸含量采用酸性茚三酮染色法[7]；丙二醛采用硫代巴比妥酸法[7]；蛋白質(zhì)含量采用考馬斯亮藍G-250法[7]。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析方法運用SAS 9.0軟件完成試驗數(shù)據(jù)的主成分分析,并利用隸屬函數(shù)值對試驗材料的抗旱性進行綜合評價。運用的主要公式如下:

隸屬函數(shù)[9]:

式中,xj表示第j個綜合指標；xmin表示第j個綜合指標的最小值；xmax表示第j個綜合指標的最大值。

權(quán)重[9]:

式中,Wj值表示第j個綜合指標在所有綜合指標中的重要程度；Pj為各材料第j個綜合指標的貢獻率。

綜合值[9]:

2 結(jié)果與分析

2.1 抗旱系數(shù)干旱脅迫到第12天時,中間偃麥草、長穗偃麥草及雜交種材料均出現(xiàn)不同程度的萎蔫,且各項生理指標測定值與對照相比差異顯著。故選用干旱脅迫第12天時的各項生理指標計算抗旱系數(shù)（表1）。

由表1可以看出,在干旱脅迫時,葉片相對含水量、葉綠素、可溶蛋白的值較對照有不同程度的下降,而游離脯氨酸、丙二醛的值則呈現(xiàn)不同程度的升高,表明在干旱脅迫條件下,植物通過調(diào)節(jié)生理代謝過程來抵御這一逆境。

表1 中間偃麥草、長穗偃麥草及其雜交種單項生理指標的抗旱系數(shù)

2.2 主成分分析以抗旱系數(shù)為基礎(chǔ),根據(jù)各向量的絕對值將不同性狀指標劃分為3個主成分。它們的累計貢獻率高達到97.62%（表2）。

表2 各指標主成分的特征向量和累積貢獻率

決定第一主成分大小的主要是葉綠素、丙二醛和葉片相對含水量3個指標,它相當于2.365個原始指標的作用,可反映原始數(shù)據(jù)信息量的47.30%。葉片相對含水量反映了葉片失水多少,在干旱脅迫下葉綠體結(jié)構(gòu)受損,而丙二醛是質(zhì)膜過氧化產(chǎn)物。因此,可把第一主成分稱為“葉片受傷害的因子”。

決定第二主成分大小的主要是游離脯氨酸含量,它相當于1.505個原始指標的作用,可單獨反映整個原始數(shù)據(jù)信息量的30.10%。干旱環(huán)境下,因脯氨酸在植物體內(nèi)的積累主要用于調(diào)節(jié)滲透平衡,故可將第二主成分稱為“滲透調(diào)節(jié)因子”。

決定第三主成分大小的主要是可溶蛋白,相當于1.011個原始指標的作用,可反映全部信息量的20.22%,故將第三主成分稱為“蛋白因子”。

2.3 抗旱性綜合評價

2.3.1隸屬函數(shù)分析 將各材料的抗旱系數(shù)代入各主成分表達式中,計算出各綜合指標值,根據(jù)公式（1）求得每一材料各綜合指標的隸屬函數(shù)值（表3）。

表3 各試驗材料的綜合指標值、隸屬函數(shù)值 μ（xj）、綜合評價（D）

2.3.2權(quán)重的確定 根據(jù)綜合指標貢獻率（分別為 47.3%、30.1%、20.2%）,利用公式（2）可求出各綜合指標的權(quán)重,3個綜合指標的權(quán)重分別為0.485、0.308 、0.094（表 3）。

2.3.3綜合評價 用公式（3）計算試驗材料的綜合耐旱能力。把每一試驗材料的隸屬函數(shù)值分別乘以相應(yīng)的權(quán)重,累加得到各試驗材料的抗旱綜合值。

根據(jù)各材料的抗旱綜合值（表3）可對試驗材料的耐旱進行強弱排序,值越大,表明試驗材料越耐旱。雜交種2的值最大,長穗偃麥草的值最小。

3 討論與結(jié)論

干旱脅迫引起植物體內(nèi)出現(xiàn)水分虧缺,降低了植物組織相對含水量,植物組織相對含水量降低幅度可反映植物體內(nèi)缺水程度[10]。丙二醛含量是反映膜脂過氧化強弱的重要指標[11]。丙二醛對水分變化的反應(yīng)非常敏感,干旱脅迫時,植物體內(nèi)丙二醛大量積累,丙二醛含量增加的幅度,可作為一項抗旱指標[12]。葉綠素含量是反映植物光合作用強度大小的重要指標,植物抗旱性與葉綠素含量有關(guān),干旱脅迫下,葉綠素含量下降,因此可作為一項抗旱指標[13]。干旱脅迫時游離脯氨酸增多,它可作為植物細胞的滲透調(diào)節(jié)物,也可起解毒作用,因此脯氨酸可用作抗旱的生理指標,也可用來鑒定植物受干旱程度的大小[10-14]。

牧草的抗逆性受多種因素影響,不同草種的抗逆機制也不盡相同,從而使得不同種類的牧草在逆境脅迫下,具體生理指標的反應(yīng)也不盡相同。因此,用單個生理指標難以準確地體現(xiàn)牧草抗逆性的強弱,故人們經(jīng)常應(yīng)用多個指標綜合評價牧草對不良環(huán)境的耐受能力[15]。主成分分析法能將多數(shù)單個指標轉(zhuǎn)換成新的、數(shù)量較少的、彼此獨立的綜合指標,并能根據(jù)各綜合指標貢獻率的大小,準確判定各綜合指標的相對重要性。在此基礎(chǔ)上,計算出各試驗材料的每一個綜合指標值以及相應(yīng)的隸屬函數(shù)值后,依據(jù)各綜合指標的相對重要性（權(quán)重）進行加權(quán),便可得到各試驗材料抗旱性的綜合值。

本試驗所測定的4份材料的抗旱性是由上述3個綜合指標共同決定的,任一綜合指標值的大小并不能完全代表某一材料抗旱性的強弱。根據(jù)3個綜合指標值的貢獻率求出其相應(yīng)的隸屬函數(shù)值,并依據(jù)各綜合指標的相對重要性（權(quán)重）進行加權(quán),得到不同試驗材料抗旱性的綜合評價值。由于其值是一個無量綱的純數(shù),各試驗材料的抗旱性具有可比性[16-17]。

在干旱脅迫時,全部供試材料的游離脯氨酸、丙二醛含量與對照相比呈現(xiàn)出增高趨勢,葉片含水量、可溶蛋白、葉綠素含量表現(xiàn)出下降趨勢。5個單項指標綜合成為了3個相互獨立的綜合指標；通過隸屬函數(shù)分析,雜交種1（正交）的抗旱綜合值為0.529,雜交種2（反交）為0.702,而其2個親本中間偃麥草和長穗偃麥草僅為0.308和0.191,雜交種材料的抗旱能力遠高于2個親本,其中反交雜交種的抗旱性最強。

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