PEG胁迫下17份木薯种质苗期抗旱性综合评价及指标筛选

魏云霞，王晓庆，黄 洁

(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南 儋州 571737)



PEG胁迫下17份木薯种质苗期抗旱性综合评价及指标筛选

魏云霞，王晓庆，黄 洁*

(中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所/农业部木薯种质资源保护与利用重点实验室，海南 儋州 571737)

以17份国内外木薯种质为材料，设0 %和30 % PEG-6000溶液2个处理，考察与抗旱性相关的4项生理指标，采用抗旱系数、主成分分析、抗旱性度量值(D值)和聚类分析相结合的方法，对其抗旱性进行综合评价和抗旱评价指标筛选。结果表明：POD活性、Pr含量的抗旱系数与D值极显著正相关；根据D值的聚类结果，将供试种质划分为4类，其中A类3份、B类3份、C类10份、D类1份，且4类木薯种质抗旱性强弱表现为D类 > B类 > C类 > A类。本研究初步筛选出GR024-8、F114、ZM99206、B81为苗期抗旱性较强的种质，并推荐POD活性、Pr含量作为木薯苗期抗旱性评价的适宜指标。

木薯；种质；抗旱性评价；抗旱指标

木薯是我国农业“走出去”战略的重点考虑对象[1-2]，分布于我国热带、亚热带地区，木薯种植时期适逢旱季，且降水分布不均匀[3-4]，因此，水分成为影响木薯苗期生长发育的重要因子，也是制约木薯产业发展的主要因素[5-6]。抗旱性是可遗传的[7]，筛选、鉴定及利用耐旱种质资源是抗旱育种的重要前提[8]。我国有着丰富的木薯种质资源[9]，挖掘、利用抗旱种质资源对于木薯抗旱生产具有重要的意义。目前，关于木薯干旱方面的研究主要集中于干旱胁迫对木薯生理生化、光合特性、养分吸收、基因学、产量及品质等方面[10-14]，较少涉及耐旱种质的评价、筛选。近年来，在胡麻[15]、棉花[16]、偃麦草[17]、谷子[18]、大豆[19]等作物上普遍采用抗旱指数、隶属函数值、主成分分析、聚类分析等抗旱能力鉴定方法，而木薯有关方面的应用报道较少[20]。

本研究通过PEG-6000模拟干旱，测定了17份国内外木薯种质4项与抗旱性密切相关的生理指标，采用抗旱系数、主成分分析、抗旱性度量值(D值)与聚类分析相结合的方法，综合评价其抗旱性，并探明4项指标与抗旱性之间的关系，以期为木薯抗旱性育种、栽培提供理论依据，同时，筛选出适宜的木薯抗旱鉴定指标。

表1 17份供试木薯种质及其来源

1 材料与方法

1.1 试验材料

盆栽试验于2011年7-10月在海南省儋州市中国热带农业科学院热带作物品种资源研究所(品资所)木薯试验基地遮雨大棚内进行。塑料盆直径13.0 cm、高度12.0 cm，每盆装入0.8 kg混合基质(V河泥∶V腐熟椰糠=1∶3)。混合基质理化性质为：pH 5.6，C/N=24∶1，容重0.2 g/cm3，总孔隙度82.5 %，通气空隙度7.9 %，持水孔隙度72.8 %，灰度12.3 %，阳离子交换量0.33 mol/g。17份供试木薯种质详见表1。2011年7月1日，每份种质培育25盆，每盆直插1条种茎，种茎长度为15.0 cm±0.5 cm。

1.2 试验设计

培育50 d后，每份种质选取生长健康、长势、株高基本一致的幼苗18盆，用Hoagland营养液分别配制浓度为0 %、30 %的 PEG-6000溶液，对17份种质进行为期8 d的模拟干旱胁迫处理。每份种质的2个处理均设3次重复，每重复3株。

1.3 测定项目及方法

分别取各重复的3株幼苗顶部4片展开叶，用蒸馏水冲洗除去表面污物，并用吸水纸吸干叶片表面水分，混合叶片后进行生理指标测定。其中，POD活性采用愈创木酚法测定[21]，Pro含量采用磺基水杨酸法测定[21]，MDA含量采用硫代巴比妥酸法测定[21]，Pr含量采用考马斯亮蓝G-250法测定[21]。

1.4 数据处理与统计分析

各指标的抗旱系数[22]和隶属函数值[23]分别按

照式(1)和式(2)进行计算。

指标性状的抗旱系数=

(1)

(2)

其中,μ(x)为某个指标性状抗旱系数的隶属函数值，若指标与抗旱性成负相关则用1-μ(x)表示，x表示某一指标抗旱系数，xmin、xmax分别表示各参试种质中某一指标抗旱系数中的最大值和最小值。

采用Excel 2013进行数据整理，SPSS 20.0软件进行主成分分析、相关性分析及聚类分析。

2 结果与分析

2.1 木薯抗旱相关生理性状的抗旱系数

从表2可以看出：17份木薯种质POD活性、Pro含量、MDA含量和Pr含量的抗旱系数均有较大的变幅，变幅分别为0.44～3.36、0.63～1.60、0.22～2.01、0.19～1.70；4项指标对干旱胁迫的敏感程度不同，敏感程度排序为POD活性 > MDA含量 > Pr含量 > Pro含量；17份种质4项指标的抗旱系数平均值变幅为0.93～1.14，变异系数为29.79 %～56.03 %；同一种质不同指标的抗旱系数差异较大，其中，GR024-8种质4项指标的抗旱系数变幅为0.91～3.36，而BRA274种质4项指标的抗旱系数变幅为0.55～0.85。可见，17份木薯种质不同抗旱性状对干旱胁迫的敏感性不同，且同一种质的不同指标对干旱胁迫的响应不一致，用任何单一指标的抗旱系数评价木薯种质的抗旱性都存在片面性和差异性，必须用多个指标进行综合评价才较为可靠，因此需要对其进行主成分分析。

表2 木薯种质抗旱相关4项生理指标的抗旱系数

2.2 主成分分析

主成分分析特征值中3个成分的累计贡献率达到88.20 %(表3)，即可认为其具有较强的信息代表性，提取的3个主成分基本上代表了4个原始指标的绝大部分信息[24-25]，可以用这3个主成分对其抗旱性进行分析。决定第1主成分大小的主要是POD活性、Pr含量的抗旱系数，主成分1相当于1.5028个原始指标的作用，可反映原始数据信息量的37.5707 %，且POD活性、Pr含量的抗旱系数越大，第1主成分越大；决定第2主成分大小的主要是MDA含量的抗旱系数，主成分2相当于1.3898个原始指标的作用，可反映原始数据信息量的34.7452 %，且MDA含量的抗旱系数越大，第2主成分越大；决定第3主成分大小的主要是Pro含量的抗旱系数，主成分3相当于0.6355个原始指标的作用，可单独说明整个原始数据标准差异的15.8869 %。

表3 各性状主成分的特征向量及贡献率

注：*表示某指标在各主成分中的最大绝对值。

Note： * means the biggest absolute value of each index in all factors.

表4 17份木薯种质抗旱性度量值排序

2.3 抗旱性度量值

根据抗旱系数计算各种质指标的隶属函数值(公式2)，以第1主成分各性状的特征值作为各指标的权数[26]与之相乘，分种质求和，即得到各种质的抗旱性度量值D(D值，表4)。D值越大，抗旱性越强，反之则弱。GR024-8抗旱性度量值明显高于其他16份种质，达1.0893，抗旱性最强；A265、E1395、C715抗旱性度量值为-0.0640～-0.0025，处于较低水平，抗旱性较弱；余下的13份种质，抗旱性度量值为0.0896～0.3918，抗旱性处于中等水平。

17份木薯种质4项指标的抗旱系数与D值相关性分析的结果(表5)表明：4项指标的抗旱系数之间无显著相关性；4项抗旱系数与D值的相关系数大小排序为POD活性 > Pr含量 > Pro含量 > MDA含量，其中，POD活性、Pr含量的抗旱系数与D值呈极显著正相关，而Pro含量、MDA含量的抗旱系数与D值的相关性均不显著。

2.4 聚类分析

为综合评判木薯种质的抗旱性，对各种质的抗旱性度量值进行聚类分析，当欧式距离为1.30时，17份种质的抗旱性分为4类(图1)。A类共3份种质，包括E1395、C715、A265；B类共3份种质，包括F114、ZM99206、B81；C类共10份种质，包括BRA274、Columbia 12L、C322、SC205-polyploid、ZM8641、Q10、KM98-7、GR024-9、BRA1243、D531；D类仅GR024-8一份种质。结合17份种质的抗旱性度量值可知，4类木薯种质抗旱性强弱表现为D类 > B类 > C类 > A类，分别可归为强抗旱型、中抗旱型、弱抗旱型、不抗旱型。

3 讨论与结论

干旱胁迫下，木薯表型性状[27-28]、生理生化特性[11,29]、组织解剖结构[30]等均会做出响应，而不同指标对干旱胁迫的敏感性不同，因此，筛选适宜的木薯抗旱性指标是木薯抗旱性鉴定的关键。刘杜玲等从Pr含量、MDA含量、SOD活性3项生理指标中筛选出Pr含量对核桃抗旱性贡献较大[31]；谢小玉等的研究指出，MDA含量对油菜干旱胁迫的反应较Pr含量、Pro含量、POD活性、SOD活性等敏感，是油菜耐旱性评价的优先参考指标[32]。可见，不同作物耐旱性评价的适宜指标不同，需结合作物有针对性的筛选其适宜的评价指标。本研究分析了与木薯苗期抗旱相关的POD活性、Pro含量、MDA含量、Pr含量4项生理指标发现，POD活性、Pr含量的抗旱系数与抗旱性极显著相关，可作为木薯种质耐旱能力和抗旱种质选育时的鉴定指标，与王晓庆等[20]关于推荐POD活性、Pr含量作为木薯幼苗耐旱性评价指标的研究结果一致。本研究在抗旱系数的基础上，结合隶属函数法、主成分分析、抗旱性度量值和聚类分析，综合评价了17份木薯种质的抗旱性，其强弱排序为GR024-8 > F114、ZM99206、B81 > BRA274、Columbia 12L、C322、SC205-polyploid、ZM8641、Q10、KM98-7、GR024-9、BRA1243、D531 > E1395、C715、A265。与王晓庆等[20]对不同木薯种质抗旱性研究的结果不完全一致，这可能与研究设置的干旱胁迫程度不同有关。

表5 4项指标抗旱系数与抗旱性度量值的相关性分析

注：*表示在 0.05水平上显著相关，**表示在 0.01 水平上显著相关。

Note： * means significant correlation at 0.05 probability level, ** mean significant correlation at the 0.01 probability level.

图1 17份木薯种质抗旱性度量值的聚类图Fig.1 Fuzzy clustering dendrogram of 17 cassava germplasms based on drought-tolerance value

已有研究指出，作物抗旱性不仅与品种有关，也受干旱程度[33]、干旱时间[29]等的影响。岳爱琴等[34]对大豆的研究表明，苗期生理指标与抗旱性无显著相关，而开花结荚期生理指标与抗旱性极显著相关；王赞等[35-36]对20份鸭茅种质资源在种子萌发期和苗期的抗旱性评价结果存在一定的差异。可见，作物的抗旱性是一个复杂的、多因素影响的性状，今后的研究中，木薯抗旱性研究应结合生育时期，全面构建生理生化、农艺性状、解剖结构参数、产量构成、遗传等方面筛选的综合性指标体系，全面、系统、准确的进行种质抗旱性鉴定、评价。

本研究将17份木薯种质分为4个抗旱类型，初步筛选出GR024-8、F114、ZM99206、B81共4份苗期抗旱性较强的种质，同时，筛选出POD活性、Pr含量作为木薯幼苗耐旱性评价指标。

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(责任编辑 李山云)

Comprehensive Evaluation of Drought Resistance and Screening of Indices of 17 Cassava Germplasms under PEG Stress at Seedling Stage

WEI Yun-xia, WANG Xiao-qing, HUANG Jie*

(Tropical Crops Genetic Resources Institute, Chinese Academy of Tropical Agricultural Sciences / Key Laboratory of Conservation and Utilization of Cassava Genetic Resources, Minstry of Agriculture, Hainan Danzhou 571737, China)

4 physiological indices were measured at cassava seedling stage under the 0 % and the 30 % concentration of PEG solutions. Drought resistance coefficient, principal components analysis, drought resistance comprehensive evaluation value (D value) and clustering analysis were used to evaluate the drought resistance and select evaluation indices in tested cassava germplasms. The results showed that the drought resistance coefficient of POD activity and Pr content were significantly positive correlated with the D value, according to the D value clustering analysis, the 17 cassava germplasms were divided into 4 types, 3 belonged to type A, 3 belonged to type B, 10 belonged to type C, 1 belonged to type D, the drought resistance of the 4 types from high to low was type D > type B > type C > type A. This study preliminary selected GR024-8, F114, ZM99206 and B81 were the germplasms with strong drought resistance, meanwhile, recommended POD activity and Pr content as the suitable indices to evaluate the drought tolerance of cassava at seedling stage.

Cassava; Germplasms; Valuation of drought resistance; Indices of drought tolerance

1001-4829(2016)08-1787-06

10.16213/j.cnki.scjas.2016.08.006

2015-10-12

农业部现代农业产业技术体系建设专项资金(CARS-12-hnhj)

魏云霞(1989-)，女，河南南阳人，硕士，研究方向为木薯栽培研究与推广，*为通讯作者：黄 洁(1966 -)，研究员，主要从事木薯栽培与推广研究工作，E-mail：hnhjcn@163.com。

S533

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