维普资讯 http://www.cqvip.com 第16卷第4期 草业学报 55—61 V01.16,No.4 ACTA PRATACULTURAE SINICA 8/2007 偃麦草属植物苗期耐盐性指标筛选及综合评价 张耿,高洪文 ,王赞,阳曦,孙桂芝,关宁 (中国农业科学院北京畜牧兽医研究所,北京100094) 摘要:对1O份自国外引进的野生偃麦草属种质材料在不同梯度NaC1胁迫下,测定存活率、K /Na 、丙二醛含量、 脯氨酸含量等12项指标。进行相关分析、主成分分析、隶属函数法和通径分析。结果表明,1)筛选出存活率、K / Na 、丙二醛含量、脯氨酸含量、生长胁迫指数、相对生长速度6个可以对偃麦草属植物耐盐性进行评价的指标;2) 根据耐盐综合评价值(D)得出材料耐盐性排序为ZXYO4P一6>ZXYO4P一210>ZXYO4P-29>ZXYO4P-490> ZXYO4 P-176>ZXYO4P一103>ZXYO3P一271>ZXYO4P一157>ZXY03P一444>ZXY03P一289;3)10个材料的耐盐性预 测值(vP)与综合评价值(D)极显著相关。 关键词:偃麦草属;耐盐性;苗期;综合评价 中图分类号:Q945.78;¥543.034 文献标识码:A 文章编号:1004—5759(2007)04—0055—07 土地盐碱化是人类面临的世界性问题。据统计,全球各种类型的盐碱地约占陆地面积的lO%左右。我国的 盐碱地约占可耕地面积的1/4,并随着生态环境的恶化和不合理地开发利用,仍在进一步扩大n叫]。如何开发利 用盐碱地资源,对发展国民经济有着重要战略意义[5]。通过生物措施进行盐碱地改良是经济长久的方法,牧草在 盐碱地改良利用中具有重要作用和利用前景。 偃麦草属(Elytrigia)植物是优质的栽培牧草,也是禾本科小麦族(Triticeae)多年生植物,具有生长势强、再 生性好、抗寒冷、耐干旱、耐盐碱等特点,并且是小麦(Triticum aestivum)多种病害的良好抗原,在小麦的遗传改 良中具有十分重要的利用价值[6]。对偃麦草属牧草资源和品种进行耐盐性评价鉴定和筛选研究,对我国盐碱地 偃麦草属牧草的推广、生产具有重要意义。 目前,在评价牧草耐盐性指标方面,国内外尚无统一的测定方法和评价指标体系口]。前人对作物苗期和大田 期的耐盐性研究较多,而在偃麦草属牧草苗期耐盐性研究较为少见,对其耐盐性鉴定指标和综合评价的研究报道 更少。本研究在前人对作物抗性指标筛选 叫妇和不同类型数据分析n 研究的基础上,通过对偃麦草属牧草苗期 耐盐性指标筛选与综合评价,为牧草耐盐性鉴定指标与评价方法体系的建立和培育偃麦草属牧草耐盐新品种提 供依据。 1材料与方法 1.1试验材料 1O份自国外引进的野生偃麦草属牧草(表1),由中国农业科学院北京畜牧兽医研究所牧草资源室提供。 1.2试验设计 苗期盆栽试验在山西省太原市国家农业科技园区温室内进行,生理生化指标的测定在山西省农业科学院设 施农业生态实验室完成。 将过筛后的土壤装入无孔的塑料花盆中(盆高12.5 cm,底径12.0 cm,口径15.5 cm),每盆装入干土1.5 kg (土壤全盐含量为1.57 g/kg),选择20 ̄30粒供试材料种子均匀播撒在已装好大田土壤的花盆中,根据土壤水分 蒸发量计算浇水时间及浇水量,每日观察记录。待幼苗长到三叶之前定苗,每盆保留生长、分布均匀的lo棵苗。 分别以土壤干重的0.4 9/6,0.5 9/5,0.6 9/5,0.8 9/5和1.0 NaC1溶液处理,试验共设5个处理,1个对照(无NaC1溶 液处理)。每处理6个重复,3盆用于生理生化指标的测定,3盆用于形态指标的测定。盐处理后16dN定处理 收稿日期:2006—08—03 基金项目:基本科研业务费专项(ywf-td-3)资助。 作者简介:张耿(1980一),男,山西朔州人,在读硕士。E-mail:zhanggeng1980@163.corn *通讯作者。E-mail:gaohongwen@263.net 维普资讯 http://www.cqvip.com 56 ACTA PRATACULTURAE SINICA(Vo1.16,No.4)8/2OO7 与对照的相应理化指标,30 d测定形态指标。 1.3测定项目与方法 测定幼苗的存活率、株高、总生物量;生长胁迫指数一盐处理下植株干重/对照植株干重;根茎比一植株地下 部分干重/植株地上部分干重;相对生长速度=(处理后植株高度一处理前植株高度)/天数。 用电导法测定质膜伤害率 ¨],火焰光度法测定Na 、K 含量 ¨],磺基水杨酸法测定叶片游离脯氨酸含 量[1引,比色法测定丙二醛含量[1引,蒽酮法测定可溶性糖含量[1引,MIN0LTA公司SPA【)_502测定仪测定叶绿素 相对含量,LI一6400便携式光合测定仪测定净光合速率。 1.4数据处理 单项指标耐盐系数用公式(1)表示: a(%)=丕凰 × 00% (1) 采用SAS9.0进行相关分析和通径分析,用SPSS13.0进行主成分分析。运用相关分析和主成分分析进行 指标筛选;运用隶属函数法和主成分赋予权重法求出耐盐性综合评价值(D),进行耐盐性排序;利用12个指标耐 盐系数对D值的通径分析验证指标筛选的合理性与准确性,同时建立最优回归方程对材料耐盐性进行预测,得 到耐盐预测值(VP),再对VP和D值作相关分析。 2结果与分析 2.1单项指标的耐盐系数及简单相关分析 盐处理后各偃麦草属材料的伤害率(x )、可溶性糖含量(x )、脯氨酸含量(X8)与对照相比均有所增加(a> 100 ),其他指标与对照相比均有所下降(a<100 A)(表2)。但所有材料各单项指标的变化幅度不同,因而用不 0同单项指标的耐盐系数来评价偃麦草属牧草耐盐性,则结果均不相同。从相关系数矩阵(表3)可看出,所有生理 指标问都存在着或大或小的相关性,从而使得它们所提供的信息发生重叠。同时各单项指标在植物耐盐性中所 起的作用也不尽相同,所以直接利用这些指标对偃麦草属牧草苗期耐盐性进行评价,不能准确反映各材料的耐盐 性。 2.2主成分分析筛选综合评价指标 主成分分析法就是在尽可能不损失或少损失信息的情况下,将多个变量减少为少数几个潜在因子,这几个因 子可以高度概括大量数据的信息[1 。对12个指标不同NaC1处理下各材料的均值进行主成分分析,结果表明, 第一、第二主成分累积贡献率达95.074%,已经对大多数数据给出了充分的概括,因此,确定提取这2个主成分。 第一主成分对存活率、K /Na 、丙二醛、脯氨酸、生长胁迫指数有绝对值较大的负荷系数(表4),第二主成 维普资讯 http://www.cqvip.com 第16卷第4期 草业学报2007年 57 分对存活率、K+/Na+、脯氨酸、相对生长速度有绝对值较大的负荷系数。综合2个主成分所携带的信息,可以用 存活率、K+/Na+、丙二醛、脯氨酸、生长胁迫指数和相对生长速度来概括12个指标中的大多数信息。 2.3偃麦草属牧草苗期耐盐性综合评价 2.3.1主成分分析用SPSS13.0对筛选出的6个综合评价指标的耐盐系数进行主成分分析,结果表明,前3 个综合指标的累积贡献率达86.768 ,其余可忽略不计。这样就把原来6个单项指标转换为3个新的相互 的综合指标,用CI(1)、CI(2)和CI(3)表示(表5)。这3个综合指标代表了原来6个单项指标86.768 的信息, 同时根据贡献率的大小可知各综合指标的相对重要性。根据已筛选的6个指标的耐盐系数标准化值及各综合指 标的指标系数(表5)求出每一材料的3个综合指标值(表6)。 表2单项指标的耐盐系数“值 Table 2“value of every single index’s saline tolerance coefficients X1l存活率Survival rate rXzlK /Na ;X3l丙二醛Ma1ondia1dehydelX4l伤害率Injury ratelXs{叶绿索ChorophylltXe{净光合速率Net photo・ synthetic ratelX7 l可溶性糖Soluble sugar;Xs l脯氨酸ProlineIX9 l生长胁迫指数Growth stress index;X,0 l相对生长速度Relative growth rate rX… 根茎比Ratio of root and stem;X,z l生物量Biomass;下同The same below. 表3各指标相关系数矩阵 Table 3 Correlation matrix of the single index 指标Index 一X1 0.315 0.572 0.104 0.248—X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 Xll —0.478 0.441 —0.205 —0.016 0.016 0.068 —0.681。—0.015 —0.432 0.288 0.700。0.087 0.546 0.543 0.176 —0.2540.027 —0.1940.198 0.19O0.185-0.538 0.272 一0.018 —0.462 0.272 —0.065 0.366 —0.427 0.124 0.366 —0.191 0.346 —0.112 0.183 —0.272 0.244 0.449 0.036 —0.104 —0.571 0.036 —0.324 ——0.735。0.358 0.004 一0.038 0.321 0.0650.328 ——0.488——0.301 ——0.804。。一0.463 0.346 —0.272 一O.198 -0.735・一O.038 1.000-\0328 .-0.488 *表示P<O.05的显著水平,**表示P<O.Ol的显著水平。 *signiifcant at P<O.05-**significant at P<O.O1. 维普资讯 http://www.cqvip.com 58 ACTA PRATACULTURAE SINICA(Vo1.16,No.4) 2.3.2隶属函数分析每一材料各综合指标的隶属 表4因子得分信息矩阵 函数值用公式(2)[15 求得: Table 4 Component score coefficient matrix 觚)一乏 ( ’2,… (2) 主成分Pfindpal component 指标Indexes 第一主成分第二主成分 式中, 表示第.『个综合指标值;X嘶表示.『个综合指 Component 1 Component 2 标的最小值;X 表示_『个综合指标的最大值。根据 公式(2)可求出每一个材料所有综合指标的隶属函数 值(表6)。 2.3.3权重的确定 根据综合指标贡献率的大小(分 别为0.431 47,0.318 2O和0.118 01)用公式(3)可求 出各综合指标的权重 ]。 = (.『=1,2,…, ) (3) ∑P 式中, 值表示第-『个综合指标在所有综合指标中的 重要程度; 为各材料第.『个综合指标的贡献率。3个综合指标的权重分别为0.497,0.367和0.136(表6)。 2.3.4综合评价用公式(4)计算各材料综合耐盐能力的大小 ]: D— [ ( )‘ ] (.『一1,2,…, ) (4) 式中,D值为各材料在盐胁迫下用综合指标评价所得的耐盐性综合评价值。根据D值(表6)可对偃麦草属材料 表5各综合指标的系数及贡献率 Table 5 Coeficients of comprehensive indexes ECXl x)]and proportion 表6各材料综合指标值、权重、隶属函数值、D值、预测值(VP) Table 6 The value of comprehensive index[CIlx}],index weight(IW),Il‘( ),D,mad prediction(VP)of each accessions 维普资讯 http://www.cqvip.com 第16卷第4期 草业学报2007年 59 耐盐性强弱进行排序,其中材料ZXY04P一6的D值最大,表明该材料最耐盐。材料耐盐性排序为:ZXY04P一6> ZXY04P一210>ZXY04P一29>ZXY04P一490>ZXYO4P一176>ZXY04P一103>ZXY03P一271>ZXY04P一157> ZXY03P-444>ZXY03P-289。 2.4 D值与各指标的回归分析 通过D值与各指标逐步回归分析,得出了存活率(X )、K /Na (Xz)、丙二醛(X。)、脯氨酸(X8)、生长胁迫 指数(X。)、相对生长速度(X 。)是对偃麦草属牧草D值有极显著影响的变量。伤害率(X )、净光合速率(X6)对 D值的影响未达到显著水平。每个变量(Xi)与D值的偏相关系数、t检验值和显著水平见表7。 表7逐步回归的偏相关系数 Table 7 Partial correlation coefficient of s ̄pwise regression 把D值作为因变量,把12个指标的耐盐系数(口值)作为自变量建立最优回归方程,D一一1.130 367 962+ 0.011 705 188 193X】+0.010 106 098 910X2+0.002 430 721 324 6X3+0.000 003 827 531 971X4+ 0.000 010 512 789 740X6+0.000 041 631 258 91 x8+0.008 458 886 231X9+0.000 021 222 159 468X10。该回 归方程的相关系数R一11 000 00,F一62 499.906 3,显著水平P一0.003 1,调整后的相关系数Ra一0.999 99。 通过最优回归方程预测偃麦草属牧草苗期耐盐性,得到耐盐性预测值(VP)(表6),10个材料的 与D值 极显著相关,相关系数R一0.999 999,说明用此方程对材料的耐盐性进行预测,效果好,准确性高。 2.5 12个指标对D值的通径分析 为了确定各指标对D值直接影响和间接影响的程度,明确各指标在牧草苗期耐盐性评价鉴定中的重要程 度,对l2个指标与D值进行了通径分析口。 。存活率(X )与D值关系最密切,通径系数(直接影响)P舰。一 0.406 95(表8)。各指标对D值直接影响排序为:Px D>PxgD>Px8D>Px3D>Px2D>Px10D>Px|D>Px6D。所有 指标中伤害率(x )和净光合速率(x。)对D值的直接影响程度较小,并且其余指标通过伤害率(xt)和净光合速 率(X。)对D值的间接效应较低,因此,这2个指标可以剔除。通过通径分析筛选出的指标与主成分分析筛选出 的指标一致,即存活率(X )、K /Na (X:)、丙二醛含量(X。)、脯氨酸含量(X。)、生长胁迫指数(X。)、相对生长速 度(X 。)能较全面、准确地反映12个指标的信息。 3结论与讨论 3.1偃麦草属牧草苗期耐盐性评价指标的筛选 牧草耐盐性是一个复杂的生理过程,不同时期耐盐性不同,对任何单项机理的研究都不能有效准确地评价植 物耐盐性[18,19]。因此,对偃麦草属牧草耐盐性鉴定应从形态、生理、生化等众多指标中筛选出有显著影响的几个 主要指标,进行综合分析判断才更有效。选择盐胁迫下各指标的相对值进行分析,消除了材料间固有差异,可以 真正比较出材料耐盐性大小。 通过对12个指标耐盐系数进行主成分分析,筛选出了存活率、K /Na 、脯氨酸含量、丙二醛含量、生长胁迫 维普资讯 http://www.cqvip.com 6O ACTA PRATACULTURAE SINICA(Vo1.16,No.4) 8/2007 注:决定系数=1.000 00,剩余通径系数=0.000 56。 NotelR2—1.000 00,RDP=0.000 56. 指数、相对生长速度6个对偃麦草属牧草苗期耐盐性有显著影响的指标。12个指标与D值的通径分析表明,这 6个指标对D值直接影响较大,进一步验证了主成分分析筛选指标的合理性和准确性。植物耐盐性是一个综合 特征,可以发生在生长发育的各个阶段。偃麦草属牧草在不同生育时期对盐分胁迫反应不同,其耐盐机制也有差 异,本研究筛选的指标是否适于其他生育阶段及全生育期鉴定,还有待进一步研究和验证。 3.2偃麦草属牧草苗期耐盐性综合评价 虽然在耐盐性鉴定中最好应用综合指标的观点已被广大研究者所接受,但对多个指标如何综合而又定量仍 少见报道。本研究筛选出了反映盐胁迫下与耐盐性密切相关的6项指标,用主成分分析法将其转换成相互 的综合指标,同时根据各自贡献率的大小可以知道各综合指标的相对重要性[2 。在此基础上,求出各材料的每 一个综合指标值[CI(z)]及相应的隶属函数值[ (z)],并依据各综合指标的相对重要性(权重)进行加权,便可得 到各材料耐盐性的综合评价值(D)。本试验中各材料耐盐性排序为ZXY04P一6>ZXY04P一210>ZXY04P一29> ZXY04P-490>ZXY04P一176>ZXY04P一103>ZXYO3P-271>ZXYO4P-157>ZXY03p-444>ZXYO3P-289。以D 值作为材料耐盐性综合评价的标准,消除了个别指标带来的片面性,同时又由于D值是[0,1]的无量纲纯数凹¨, 使得D值作为因变量、各指标相对值为自变量进行的逐步回归分析更加科学、合理。 利用最优回归方程通过各指标的相对值把各材料的耐盐性量化,不仅使牧草苗期耐盐性的预测更简捷、快 速,而且使耐盐性鉴定与利用研究更有预见性。 本研究将隶属函数分析应用于苗期偃麦草属材料的耐盐性综合评价,把耐盐性这一主观的、经验上的模糊判 断进行数理统计的定量表达,并由此对10个材料进行苗期抗旱性综合评价,这在理论上和实践上具有一定意义。 参考文献: [1]谢振宇,杨光穗.牧草耐盐性研究进展[J].草业科学,2003,20(8):11-17. 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Studies on screening identification indexes of salt tolerance and comprehensive evaluation at seedling stage of Elytrigia ZHANG Geng,GAO Hong—wen,WANG Zan,YANG Xi,SUN Gui—zhi,GUAN Ning (Institute of Animal Science,Chinese Academy of Agricultural Science,Beijing 100094,China) Abstract:Twelve indexes were monitored for lO wild Elytrigia accessions under salt stress at the seedling stage.Screening identification indexes and comprehensive evaluation were studied by principal component anal— ysis and subordinative function.The results showed that six indexes were important in salt tolerance.The se— quence of salt tolerance of 10 Elytrigia accessions from strong to weak was:ZXY04P一6>ZXYO4P一210> ZXYO4P.29>ZXY04P一490>ZXY04P一176>ZXY04P一103>ZXY03P一271>ZXY04P一1 57>ZXY03P一444> ZXYO3P-289.The prediction value(VP)was significantly related to the comprehensive evaluation(D)value(P <O.O1). Key words:Elytrigia;salt tolerance;seedling stage;comprehensive evaluation