高光效糜子品種鑒定篩選

閆鋒

摘要：采用大田試驗對25個糜子品種的葉片胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率、瞬時水分利用效率進行測定，運用模糊隸屬函數(shù)、主成分分析、聚類分析對參試糜子品種的光合性能進行綜合評價和聚類分析。結果表明，25個糜子品種的葉片光合指標在品種間存在較大差異，變異系數(shù)為10.47%～29.98%，氣孔導度的變異系數(shù)最大（29.98%），胞間CO2濃度的變異系數(shù)最小（10.47%）；利用主成分分析將糜子5個單項光合指標轉化為2個獨立的綜合指標，結果表明，蒸騰速率、凈光合速率、氣孔導度可作為糜子光合性能鑒定的評價指標。通過聚類分析，將25個糜子品種劃分為高光效、較高光效、中等光效、低光效4個類型，篩選出“雁黍11號”“內(nèi)糜7號”“隴糜14”“齊黍1號”“晉黍8號”“隴糜18”6個高光效品種，可作為高光效育種親本材料加以利用。

關鍵詞：糜子；高光效；綜合評價；主成分分析

中圖分類號：S516

文獻標識碼：A

糜子（Panicum miliaceum L.）起源于中國，富含營養(yǎng)，具有較高的食用、藥用和飼用價值。糜子生育期相對于其他作物短且耐瘠薄、耐旱，是干旱、半干旱地區(qū)的重要作物[1]。研究表明，作物積累的干物質有90%～95%來自于葉片的光合作用，光合作用是決定產(chǎn)量的重要因素，光合性能的改善是提高作物產(chǎn)量的有效途徑之一。高光效種質資源是開展高光效育種的物質基礎，研究表明，同一作物不同品種間的光合效率存在顯著差異，且具有穩(wěn)定的遺傳特性[2]。高光效種質主要通過直接篩選、理化誘變、有性雜交等方法獲得，其中直接篩選法簡單直接，應用最為普遍[3]。

前人已對多種作物進行了高光效種質的篩選工作并成功篩選出一批高光效作物種質[4-5]。

筆者通過查詢文獻發(fā)現(xiàn)，前人針對糜子種質資源評價主要集中在產(chǎn)量、品質、抗性方面，而關于光合性能方面的研究鮮見報道，為此，本研究以中國不同地區(qū)的25個糜子品種為試驗材料，利用模糊數(shù)學隸屬函數(shù)、主成分分析、聚類分析對糜子光合指標進行統(tǒng)計分析，以期為構建糜子高光效評價體系以及高光效種質資源創(chuàng)新提供依據(jù)。

1? 材料和方法

1.1? ?供試材料與試驗設計

參試糜子品種分別來自中國10家糜子科研育種單位，共計25個品種（表1）。試驗于2022年在黑龍江省農(nóng)業(yè)科學院齊齊哈爾分院科研基地進行，采用隨機區(qū)組設計，8行區(qū)，行長4 m，小區(qū)面積20.8 m2，試驗設3次重復，各品種留苗密度均為40萬株·hm-2。

1.2? ?測定項目與測定方法

糜子抽穗時在每小區(qū)中間4行隨機選取10株，用美國CID公司生產(chǎn)的CI-340型光合作用測定儀測定倒二葉的胞間CO2濃度（Ci）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Gs）、凈光合速率（Pn），測定位置為葉片中部，葉片瞬時水分利用效率（WUE）=Pn/Tr。

1.3? ?數(shù)據(jù)處理與分析

用Excel2019、SPSS19.0軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計及方差分析。參照孫東雷等[6]的方法運用模糊隸屬函數(shù)和均方差系數(shù)賦予權重，對參試品種進行綜合評價，具體公式如下：

Uij=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）? ? ? ? ? ? ? ? （1）

如果為反向指標，則用反隸屬函數(shù)進行轉換，計算公式為：

Uij=1-（Xj-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）? ? ? ? ? ? ?（2）

式中：Uij表示i品種第j個指標的隸屬函數(shù)值；Xij表示i品種第j個指標值；Xjmax和Xjmin分別表示第j個指標值中的最大值和最小值。

式中：Wj表示第j個指標在所有指標中的權重；Pj為第j個指標的均方差系數(shù)。

（5）

式中：Di表示第i個處理的綜合評價值，根據(jù)D值大小可以對各糜子品種光合性能表現(xiàn)進行

排序。

2? 結果與分析

2.1? ?不同糜子品種葉片光合指標的差異分析

由表2可知，糜子品種各指標變異系數(shù)由大到小依次為氣孔導度（29.98%）、蒸騰速率（21.19%）、凈光合速率（16.73%）、瞬時水分利用率（10.77%）、胞間CO2濃度（10.47%）。其中胞間CO2濃度的變異范圍為235.83～332.41 μmol·mol-1，均值為282.87 μmol·mol-1；蒸騰速率的變異范圍為2.88～5.68 mmol·（m2·s）-1，均值為4.48 mmol·（m2·s）-1；氣孔導度的變異范圍為0.16～0.52 mol·（m2·s）-1，均值為0.35 mol·（m2·s）-1；凈光合速率的變異范圍為10.50～18.88 mol·（m2·s）-1，均值為15.48 mol·（m2·s）-1；瞬時水分利用效率的變異范圍為3.00～4.51 μmol·mol-1，均值為3.48 μmol·mol-1。在胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率、瞬時水分利用效率各項單一評判指標下，“內(nèi)糜5號”“內(nèi)糜7號”“雁黍11號”“隴糜14”“冀黍3號”分別為最高，表現(xiàn)出較強的高光效特征。但僅靠單一指標不能準確評價糜子各品種間光合性能的差異，有必要對糜子各品種的光合性能進行綜合評價。

2.2? ?不同糜子品種葉片光合指標的主成分分析

對25個糜子品種葉片的胞間CO2濃度、蒸騰速率、氣孔導度、凈光合速率、瞬時水分利用效率5個指標進行主成分分析，選取2個特征值大于1的主成分。結果顯示，第Ⅰ主成分的貢獻率為59.568%，第Ⅱ主成分的貢獻率為20.965%，累計貢獻率為80.533%，說明前2個主成分涵蓋了糜子品種5個指標80%以上的數(shù)據(jù)信息（表3），它們之間的相關性可通過因子負荷量反映出來。第Ⅰ主成分與蒸騰速率和凈光合速率有較大的正相關關系，第Ⅱ主成分與氣孔導度有較大的正相關關系。

2.3? ?高光效糜子品種綜合評價及聚類分析

將原始數(shù)據(jù)通過公式（1）和公式（2）進行隸屬函數(shù)標準化（表4），通過公式（3）和公式（4）確定參試糜子品種各項光合指標的權重系數(shù)，利用公式（5）計算出參試糜子品種的綜合評價值（D值），D值越大，表明其光合性能越強，反之越弱。

經(jīng)過對25個糜子品種光合能力強弱進行排序（表4），顯示光合性能較強的糜子品種有“雁黍11號”“內(nèi)糜7號”“隴糜14”“齊黍1號”“晉黍8號”“隴糜18”；光合性能較弱的糜子品種有“內(nèi)糜5號”“粘豐7號”“遼糜31”。

為更好地對參試糜子品種光合性能進行綜合分級評價，利用SPSS軟件對參試糜子品種D值進行聚類分析，結果顯示，當平均歐氏距離為4.0時，可將25個糜子品種劃分為4大類（圖1），Ⅰ類為高光效品種，包括6個品種（D＞0.71），占供試材料的24.0%；Ⅱ類為較高光效品種，包括7個品種（0.57＜D＜0.65），占供試材料的28.0%；Ⅲ類為中等光效品種，包括9個品種（0.33＜D＜0.51），占供試材料的36.0%；Ⅳ類為低光效品種，包括3個品種（0.17＜D＜0.26），占供試材料的12.0%。

3? 結論與討論

高光效種質的鑒選是提高作物產(chǎn)量的有效途徑，是種質資源創(chuàng)新的物質基礎[7]。本研究來自不同地區(qū)的25個糜子品種的葉片光合指標和形態(tài)指標變異系數(shù)差異較大，平均為10.47%～29.98%。結果表明，糜子葉片光合指標在品種間存在較大的遺傳變異，可為糜子高光效育種及基礎研究提供育種材料，這與有關大豆、玉米、小麥等的研究結論一致[8-10]。傳統(tǒng)的作物品種評價方法往往以某一重要單一性狀作為參考指標，其鑒定結果往往具有片面性、局限性。近年來，對作物品種的綜合評價主要采用多指標、多種統(tǒng)計方法相結合的方式進行，這能夠可靠全面地反映出不同作物種質間的差異，同時也可以構建品種綜合評價體系[11-12]。

本試驗通過主成分分析將糜子5個光合指標降維為2個主成分，并通過隸屬函數(shù)計算出綜合評價值（D值），結果表明蒸騰速率、凈光合速率和氣孔導度在糜子主成分分析中貢獻率最大，最能體現(xiàn)糜子光合性能強弱，這與顧帥磊等[13]、程建峰等[14]的研究結論相似。通過聚類分析將25個糜子品種劃分為高光效、較高光效、中等光效和低光效4種類型，篩選出“雁黍11號”“內(nèi)糜7號”“隴糜14”“齊黍1號”“晉黍8號”“隴糜18”6個高光效品種。相比于低光效類群與中等光效的類群，高光效糜子類群具有較高的蒸騰速率、凈光合速率和氣孔導度。

本研究僅以光合指標進行糜子高光效綜合評價，缺乏糜子葉片形態(tài)、產(chǎn)量等指標的驗證，此外由于本研究僅為1年的試驗數(shù)據(jù)，且參試的糜子品種來自中國不同省份，生態(tài)適應性并不一致，因此研究結論是否具有普遍性、重復性還需進行后續(xù)試驗加以驗證。

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