中间偃麦草、长穗偃麦草及其杂交种抗旱性评价

马小廷,米福贵,王 毅,伏兵哲,撒多文

（内蒙古农业大学生态环境学院,内蒙古呼和浩特 010019）

偃麦草属（Elytrigia）是禾本科多年生根茎禾草,具有良好的抗旱、抗寒、耐盐碱能力[1],是小麦族内重要的牧草种质资源和杂交育种的优良亲本材料[2-3]。其中,中间偃麦草（E.intermedia）和长穗偃麦草（E.elongata）在我国北方省区常被作为优良牧草和防风固沙植物利用[4],同时也是小麦（Triticum aestivum）抗病育种所用的重要抗性种质资源[5-6]。本试验采用连续干旱法胁迫,研究评价中间偃麦草、长穗偃麦草及其杂交种的抗旱性能,以为杂交育种和新品种培育提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料试验材料为中间偃麦草、长穗偃麦草及其正反交的杂种F1植株。

1.2 试验方法试验于2009年6月5日-10月2日在内蒙古农业大学温室内进行。试验材料种植于温室花盆中,每盆分栽30个分蘖。供处理的材料在试验开始前浇透水,之后停水让其自然干旱,对照组正常浇水。干旱胁迫设停水0、4、8、12 d共4个处理,每处理重复3次。采集各处理的叶片测定相关生理指标,采样时间为7:30-8:00。

植物组织相对含水量的测定采用称量法[7]；叶绿素含量采用丙酮反复提取法[7]；叶片游离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]；蛋白质含量采用考马斯亮蓝G-250法[7]。

1.3 数据统计分析方法运用SAS 9.0软件完成试验数据的主成分分析,并利用隶属函数值对试验材料的抗旱性进行综合评价。运用的主要公式如下:

隶属函数[9]:

式中,xj表示第j个综合指标；xmin表示第j个综合指标的最小值；xmax表示第j个综合指标的最大值。

权重[9]:

式中,Wj值表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度；Pj为各材料第j个综合指标的贡献率。

综合值[9]:

2 结果与分析

2.1 抗旱系数干旱胁迫到第12天时,中间偃麦草、长穗偃麦草及杂交种材料均出现不同程度的萎蔫,且各项生理指标测定值与对照相比差异显著。故选用干旱胁迫第12天时的各项生理指标计算抗旱系数（表1）。

由表1可以看出,在干旱胁迫时,叶片相对含水量、叶绿素、可溶蛋白的值较对照有不同程度的下降,而游离脯氨酸、丙二醛的值则呈现不同程度的升高,表明在干旱胁迫条件下,植物通过调节生理代谢过程来抵御这一逆境。

表1 中间偃麦草、长穗偃麦草及其杂交种单项生理指标的抗旱系数

2.2 主成分分析以抗旱系数为基础,根据各向量的绝对值将不同性状指标划分为3个主成分。它们的累计贡献率高达到97.62%（表2）。

表2 各指标主成分的特征向量和累积贡献率

决定第一主成分大小的主要是叶绿素、丙二醛和叶片相对含水量3个指标,它相当于2.365个原始指标的作用,可反映原始数据信息量的47.30%。叶片相对含水量反映了叶片失水多少,在干旱胁迫下叶绿体结构受损,而丙二醛是质膜过氧化产物。因此,可把第一主成分称为“叶片受伤害的因子”。

决定第二主成分大小的主要是游离脯氨酸含量,它相当于1.505个原始指标的作用,可单独反映整个原始数据信息量的30.10%。干旱环境下,因脯氨酸在植物体内的积累主要用于调节渗透平衡,故可将第二主成分称为“渗透调节因子”。

决定第三主成分大小的主要是可溶蛋白,相当于1.011个原始指标的作用,可反映全部信息量的20.22%,故将第三主成分称为“蛋白因子”。

2.3 抗旱性综合评价

2.3.1隶属函数分析 将各材料的抗旱系数代入各主成分表达式中,计算出各综合指标值,根据公式（1）求得每一材料各综合指标的隶属函数值（表3）。

表3 各试验材料的综合指标值、隶属函数值 μ（xj）、综合评价（D）

2.3.2权重的确定 根据综合指标贡献率（分别为 47.3%、30.1%、20.2%）,利用公式（2）可求出各综合指标的权重,3个综合指标的权重分别为0.485、0.308 、0.094（表 3）。

2.3.3综合评价 用公式（3）计算试验材料的综合耐旱能力。把每一试验材料的隶属函数值分别乘以相应的权重,累加得到各试验材料的抗旱综合值。

根据各材料的抗旱综合值（表3）可对试验材料的耐旱进行强弱排序,值越大,表明试验材料越耐旱。杂交种2的值最大,长穗偃麦草的值最小。

3 讨论与结论

干旱胁迫引起植物体内出现水分亏缺,降低了植物组织相对含水量,植物组织相对含水量降低幅度可反映植物体内缺水程度[10]。丙二醛含量是反映膜脂过氧化强弱的重要指标[11]。丙二醛对水分变化的反应非常敏感,干旱胁迫时,植物体内丙二醛大量积累,丙二醛含量增加的幅度,可作为一项抗旱指标[12]。叶绿素含量是反映植物光合作用强度大小的重要指标,植物抗旱性与叶绿素含量有关,干旱胁迫下,叶绿素含量下降,因此可作为一项抗旱指标[13]。干旱胁迫时游离脯氨酸增多,它可作为植物细胞的渗透调节物,也可起解毒作用,因此脯氨酸可用作抗旱的生理指标,也可用来鉴定植物受干旱程度的大小[10-14]。

牧草的抗逆性受多种因素影响,不同草种的抗逆机制也不尽相同,从而使得不同种类的牧草在逆境胁迫下,具体生理指标的反应也不尽相同。因此,用单个生理指标难以准确地体现牧草抗逆性的强弱,故人们经常应用多个指标综合评价牧草对不良环境的耐受能力[15]。主成分分析法能将多数单个指标转换成新的、数量较少的、彼此独立的综合指标,并能根据各综合指标贡献率的大小,准确判定各综合指标的相对重要性。在此基础上,计算出各试验材料的每一个综合指标值以及相应的隶属函数值后,依据各综合指标的相对重要性（权重）进行加权,便可得到各试验材料抗旱性的综合值。

本试验所测定的4份材料的抗旱性是由上述3个综合指标共同决定的,任一综合指标值的大小并不能完全代表某一材料抗旱性的强弱。根据3个综合指标值的贡献率求出其相应的隶属函数值,并依据各综合指标的相对重要性（权重）进行加权,得到不同试验材料抗旱性的综合评价值。由于其值是一个无量纲的纯数,各试验材料的抗旱性具有可比性[16-17]。

在干旱胁迫时,全部供试材料的游离脯氨酸、丙二醛含量与对照相比呈现出增高趋势,叶片含水量、可溶蛋白、叶绿素含量表现出下降趋势。5个单项指标综合成为了3个相互独立的综合指标；通过隶属函数分析,杂交种1（正交）的抗旱综合值为0.529,杂交种2（反交）为0.702,而其2个亲本中间偃麦草和长穗偃麦草仅为0.308和0.191,杂交种材料的抗旱能力远高于2个亲本,其中反交杂交种的抗旱性最强。

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