9 竹种抗旱性评价与指标筛选

孔波，李雪平*，李夷骞，杨旸

(1.国际竹藤中心，北京 100102；2.国家林业和草原局竹藤科学与技术重点实验室，北京 100102)

竹子生长需水量较大，干旱会抑制竹子的生长发育，导致竹材、竹笋减产，景观竹美观度降低，严重情况下会导致竹子死亡，降低竹子的利用价值。

赵兰等[1]研究了黄条金刚竹、菲白竹、铺地竹、菲黄竹4 种地被竹的抗旱性，认为黄条金刚竹的抗旱性最强，铺地竹的抗旱性最弱，叶片含水量对地被竹抗旱性影响最大，脯氨酸的影响最小。黄滔等[2]研究了3 年生圣音竹、龟甲竹、黄竿乌哺鸡竹、黄秆京竹的抗旱性，认为黄秆京竹的抗旱性最强。陈平[3]研究紫竹、金镶玉竹、红壳竹、无毛翠竹和菲白竹的抗旱性，发现干旱处理复水后无毛翠竹和菲白竹的恢复能力强，保水率强，认为无毛翠竹和菲白竹的抗旱性优于金镶玉竹、红壳竹和紫竹。

笔者以金镶玉竹、毛竹、黄竿乌哺鸡竹、孝顺竹、凤尾竹、观音竹、大明竹、狭叶青苦竹、茶竿竹等9 竹种为材料，测定干旱胁迫下竹叶的叶绿素含量、叶片含水量、超氧化物歧化酶活性、过氧化氢酶活性、过氧化物酶活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量，分析这些生理生化指标与竹子抗旱性的关系，综合评价竹种的抗旱能力，筛选与抗旱性关联度高的指标，以期为抗旱竹种的选育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料

2019 年4 月下旬，将金镶玉竹、毛竹、黄竿乌哺鸡竹、孝顺竹、凤尾竹、观音竹、大明竹、狭叶青苦竹、茶竿竹9 个2 年生竹种由江苏省扬州市江都区丁伙镇大禹风景竹园移栽装盆后移至大棚内培育。

1.2 方法

每个竹种设置处理组与对照组，每组10 盆。干旱胁迫前浇足水，处理组不再浇水，对照组正常浇水。分别于干旱胁迫3、6、9、12、15、18 d 时观察竹叶受旱状况，取竹子的上、中、下部40～50片功能叶，重复取样3 次，液氮速冻后–20 ℃冷冻保存，测定竹叶的生理生化指标。

依据文献[4]，竹种叶形、叶色采用受害等级法进行评价：1 级，生长状态正常；2 级，叶片开始出现卷曲；3 级，叶片卷曲程度加深，开始出现叶片枯黄；4 级，叶片枯黄程度加深；5 级，植株大部分叶片枯黄或死亡。叶片含水量采用烘干称重法[5]测定；叶绿素含量采用CL–01 型叶绿素计(汉莎科学仪器有限公司)测定；超氧化物歧化酶(SOD)活性、过氧化物酶(POD)活性、过氧化氢酶(CAT)活性采用试剂盒(江莱生物)测定；丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量采用试剂盒(南京建成生物科技研究所)测定。

1.3 数据处理

数据用 Microsoft Excel 2019、IBM SPSS Statistics 25 进行处理。

在竹子抗旱性强弱判断上，参照汪灿等[6–8]、谢小玉等[9]、兰巨生[10]、祁旭升等[11–12]和罗俊杰等[13]的方法，以所测竹叶生理生化指标为基础，分别计算抗旱系数DC、综合抗旱系数CDC 和抗旱性度量值(D值)。指标与抗旱性关联度依据灰色关联度分析，将9 竹种的9 个单项指标DC 值看作一个整体，即灰色系统，把D值作为母数列，DC 值作为比较数列，计算得到各单项指标DC 值与D值间的关联度。采用欧氏距离和最大距离法对竹种进行聚类。

2 结果与分析

2.1 干旱胁迫下9 竹种叶片的受害等级

9 竹种干旱叶片受害等级列于表1。结果表明，干旱胁迫第6 天时，孝顺竹和凤尾竹的叶片受害等级达到2 级，开始出现卷曲；第9 天时，观音竹和大明竹叶片受害等级达到2 级，开始卷曲，而孝顺竹的叶片受害等级已达到3 级，卷曲程度加深，小部分叶片开始枯黄；第12 天时，毛竹叶片受害等级2 级，开始出现叶片卷曲现象；到第15 天时，所有竹种叶片受害等级2～4 级，均出现卷曲现象，孝顺竹叶片受害等级达4 级，枯黄程度加深；第18 天时，孝顺竹叶片受害等级为5 级，已枯黄，其余竹种叶片受害等级3～4 级，均处于叶片高度卷曲状态。

表1 干旱胁迫下9 竹种叶片受害等级Table 1 Damage gr ades of le aves of 9 bam boo spe cies unde r drought stress

2.2 9 竹种生理生化指标的抗旱系数和综合抗旱系数

9 竹种生理生化指标的抗旱系数和综合抗旱系数列于表2。结果表明，竹叶生理生化指标DC 值的变异系数为5.98%～100.61%，CDC 值的变异系数为26.42%，各指标的变异系数差异较大，说明竹叶生理生化指标对干旱胁迫的敏感性不同。

表2 9 竹种生理生化指标的抗旱系数和综合抗旱系数Table 2 Drought resistance coefficient and comprehensive drought resistance coefficient of biochemical indexes of 9 bamboo species

对竹叶生理生化指标的抗旱系数进行连续变数的次数分布统计[14]，结果DC 值高于1.2 的CAT活性、POD 活性、SOD 活性、MDA 活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量、叶绿素含量、叶片含水量的频率分别为88.89%、55.56%、66.67%、77.77%、100%、100%、0、0 和100%。对干旱胁迫的敏感强弱排序为脯氨酸含量、叶片受害等级、可溶性糖含量、CAT 活性、MDA 含量、SOD 活性、POD 活性、叶片含水量、叶绿素含量；CDC 值高于2 的有5 竹种，其中凤尾竹的CDC 值最高，大明竹的最小，说明各指标的敏感度差异较大，用单一指标的DC值或CDC 值评价竹种的抗旱性和筛选抗旱关键指标并不具有代表性。

2.3 9 竹种抗旱系数的主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 25 对测定的竹叶生理生化指标的DC 值进行因子分析。从表3 中可以看出，前3 个指标的累计贡献率达到78.147%，特征根大于1.304，说明前3 个综合指标能代表8 个生理生化指标的绝大部分信息。将这3 个综合指标分别转化为F1、F2 和F3，F1 因子在MDA 含量、叶片受害等级、脯氨酸含量、CAT 活性、叶片含水量上有较高载荷，F2 因子在可溶性糖含量、SOD 活性上有较高载荷，F3 因子在POD 活性、叶绿素含量上有较高载荷(表4)。

表3 方差贡献率Table 3 Variance contribution rate

表4 因子载荷矩阵Table 4 Factor load matrix

2.4 9 竹种抗旱系数的隶属函数分析

9 竹种D值的平均值为0.549，标准差为0.124，变异系数为22.56%，从表5 中可以看出，9 竹种的D值从大到小依次为狭叶青苦竹、黄竿乌哺鸡竹、茶竿竹、大明竹、观音竹、金镶玉竹、孝顺竹、毛竹和凤尾竹，狭叶青苦竹的抗旱性最强，凤尾竹的抗旱性最弱。

表5 9 竹种D 值及排序Table 5 D value and sequence of bamboo species

2.5 灰色关联度

根据灰色系统理论，计算出竹叶生理生化指标与9 竹种抗旱性的关联度(表6)，结果表明，各个指标与9 竹种抗旱性的关联度由强到弱依次为叶片含水量、CAT 活性、SOD 活性、POD 活性、叶绿素含量、可溶性糖含量、MDA 含量、叶片受害等级和脯氨酸含量，叶片含水量与抗旱性的关联度最大，脯氨酸含量与抗旱性的关联度最小。

表6 竹叶生理生化指标DC 值与D 值的关联度及排序Table 6 Correlation de gree and r anking of D C valu e and D value of each index

2.6 9 竹种基于抗旱性度量值的聚类

运用欧氏距离及最远邻元素法对加权隶属函数值D值进行聚类，从结果(图1)可以看出，当两者的距离为10 时，可以将9 竹种分为3 类：第1类有狭叶青苦竹和黄竿乌哺鸡竹2 竹种，抗旱性强；第2 类有茶竿竹、大明竹、观音竹和金镶玉竹等4竹种，抗旱性一般；第3 类有孝顺竹、毛竹和凤尾竹等3 竹种，抗旱性差。

图1 基于抗旱性度量值的9 竹种聚类Fig.1 Bamboo species clustering based on drought resistance measure

3 结论与讨论

计算9 竹种生理生化指标的抗旱系数，以抗旱系数为基础，通过主成分分析计算权重系数，用模糊隶属函数法计算隶属函数值，得到竹种抗旱性度量值(D值)。根据D值的大小顺序，评价竹种的抗旱性，9 竹种的抗旱性强弱依次为狭叶青苦竹、黄竿乌哺鸡竹、茶竿竹、大明竹、观音竹、金镶玉竹、孝顺竹、毛竹和凤尾竹。

基于抗旱性度量值聚类分析，将9 竹种分为3类：第1 类有狭叶青苦竹和黄竿乌哺鸡竹2 竹种，抗旱性强；第2 类有茶竿竹、大明竹、观音竹和金镶玉竹等4 竹种，抗旱性一般；第3 类有孝顺竹、毛竹和凤尾竹等3 竹种，抗旱性差。

影响竹子抗旱能力的因素较多，有关竹子抗旱性评定的指标也有多种观点[15–18]，前人多采用隶属函数法评价竹子的抗旱性。陈羡德等[18]测定凤尾竹、孝顺竹、四季竹干旱胁迫条件下叶片的游离脯氨酸含量、可溶性糖含量，超氧化物岐化酶(SOD)活性和过氧化氢酶(CAT) 活性，采用模糊隶属函数法分析，认为抗旱能力强弱依次为四季竹、凤尾竹、孝顺竹；林树燕等[15]对3 种观赏竹铺地竹、平安竹、小佛肚竹进行干旱胁迫处理后测定叶片叶绿素、SOD、MDA、质膜透性的含量，采用模糊隶属函数法分析，认为3 种观赏竹的抗旱强弱依次为平安竹、小佛肚竹、铺地竹。本研究测定9 竹种叶片含水量、叶绿素含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性、MDA 含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和叶片受害等级，采用抗旱系数、综合抗旱系数、抗旱性度量值、聚类分析综合评价了竹种的抗旱能力。灰色关联度分析表明，与抗旱性度量值(D值)关系密切的竹叶生理生化指标顺序依次为叶片含水量、CAT活性、SOD 活性、POD 活性、叶绿素含量、可溶性糖含量、MDA 含量、叶片受害等级、脯氨酸含量，竹子叶片中含水量的变化与抗旱性的强弱关联度最大，另外抗氧化的酶类与竹子抗旱性的相关性也较强。未来还可从叶片结构、地下鞭根等方面对竹种的抗旱性进行综合评价。