基于灰色关联分析的亚麻芽期耐镉鉴定指标的选取

2017-11-06张加强史小华

浙江农业科学 2017年10期

关键词：亚麻发芽势发芽率

张加强，史小华

(浙江省农业科学院花卉研究开发中心，浙江杭州 311202)

基于灰色关联分析的亚麻芽期耐镉鉴定指标的选取

张加强，史小华

(浙江省农业科学院花卉研究开发中心，浙江杭州 311202)

通过测定不同浓度镉胁迫处理下亚麻芽期的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度和生物量等9项指标，运用灰色关联分析对亚麻芽期耐镉鉴定指标进行评价和筛选。结果表明，镉胁迫明显抑制了亚麻的发芽，镉浓度越高，对亚麻发芽的抑制作用越大；各指标之间存在不同程度的相关关系，生物量与其他8个指标间呈极显著正相关；相对发芽率、发芽率、平均发芽速度和发芽指数4个指标与生物量有较强的关联度，可作为亚麻芽期耐镉鉴定的有效指标。

亚麻；芽期；镉胁迫；灰色关联度分析

据2014年《全国土壤污染状况调查公报》指出，我国的耕地土壤环境质量堪忧[1]。部分农田土壤重金属污染处于轻度污染到中度污染之间，其中Pb、Cd污染较为严重[2]。研究表明，在植物体内积累的重金属通过生物链进入人体，最终危害人类健康。Cd是危害最大的重金属污染物之一，而不同作物对Cd胁迫的耐性存在种间和种内差异[3-4]。亚麻是非食用的纤维作物，是理想的富集土壤重金属污染的植物[5]。由于亚麻品种间耐镉性差异较大，选择合理的耐镉评价指标则成为首要解决的问题。在以往植物耐镉性指标评价的研究中，多采用相关性[6]、主成分分析[7]和隶属函数法[8]等研究分析方法，而这些评价存在一定的局限性，如研究对象必须遵守正态分布，只针对大样本，或是忽略了各性状与研究目标的联系程度，而灰色关联分析方法可弥补以上不足，具有可克服人为主观因素、要求的样本数量少、不受数学理论分布的限制、方法简单、结果客观等优点[9]，近年来被广泛应用于品种比较、产量和品质评价及品种资源的筛选等方面[10-11]。目前，鲜有灰色关联分析应用于亚麻耐镉指标的筛选和评价的报道。本研究以亚麻为材料，采用灰色关联分析方法，对不同浓度镉胁迫下亚麻种子萌发期的鉴定指标进行评价和筛选，以期建立亚麻耐镉鉴定指标及评价方法，为植物耐镉品种的选育提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 种子培养及胁迫处理

挑选籽粒饱满的亚麻种子，先经体积分数70%酒精浸泡1 min，再用蒸馏水冲洗3次，将种子置于铺有双层滤纸的培养皿中，每皿置50粒亚麻种子，用蒸馏水作为对照，处理组加入20、80、160、320、400和800 mg·L-1的Cd2+溶液，设3次重复，置于25 ℃培养箱中进行发芽，期间及时补充处理液。

1.2 种子萌发观察及耐盐指标计算

种子发芽标准为胚芽长大于或等于1/2种子长，每天统计发芽种子数，并用电子天平称量补充因蒸发散失的处理液。在试验的第7天，每皿随机选取5株幼苗，测量其鲜重，结果取总平均值，计算生物量。根据统计结果计算发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率和平均发芽速度。

发芽势=第3天的发芽种子总数/供试种子数×100；

发芽率/%=第7天的发芽种子数/供试种子总数×100；

发芽指数=ΣGt/Dt，其中Gt为t时间内的发芽种子数，Dt为相应的发芽天数；

活力指数=发芽指数×根芽鲜重；

简易活力指数=根芽鲜重×发芽率；

相对发芽势=处理发芽势/对照发芽势×100；

相对发芽率=处理发芽率/对照发芽率×100；

平均发芽速度=∑(D×n)/∑n，其中D为从种子置床起计算天数，n为相应的发芽粒数。

1.3 数据处理与分析

数据处理利用Excel 2010进行处理，采用DPS 7.05 软件进行差异显著性分析(LSD法)、相关性和灰色关联分析[12]。根据灰色系统理论，其中将镉胁迫下的亚麻种子生物量设为参考数列，发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度8个性状指标设为比较数列；计算得出各性状指标和生物量的灰色关联度。

2 结果与分析

2.1 亚麻种子萌发期的耐镉性评价

由表1可知，随着镉胁迫处理浓度的升高，亚麻种子萌发生长受抑制程度逐渐增强，表现为各项测定指标值逐渐降低。与对照相比，在镉浓度为20 mg·L-1时，亚麻的发芽势下降3.33%，发芽率下降13.34%，两者下降幅度都很小，均未达到显著水平；随着镉浓度的继续升高，亚麻种子的发芽势和发芽率降幅均大幅增加。当镉浓度为80 mg·L-1时，亚麻的发芽势和发芽率分别下降16.66%和16.67%，差异均达显著水平；而当镉浓度为320 mg·L-1时，亚麻的发芽势和发芽率降幅都达到极显著水平。在生物量的变化中，镉浓度为20～320 mg·L-1时，相比对照，处理组未达到显著水平；但当其镉浓度升高至400 mg·L-1时，差异达到显著或极显著水平。其他指标均表现出与发芽势、发芽率和生物量相似的变化趋势，表明镉胁迫明显抑制了亚麻的发芽，镉浓度越高，对亚麻发芽的抑制作用越大。

表1 不同镉胁迫浓度下亚麻种子萌发期的耐镉性状指标及差异显著性

注：同列无相同大、小写字母分别表示在0.01和0.05水平差异显著。

2.2 亚麻种子萌发期耐镉指标的相关性分析

由表2可知，镉胁迫下亚麻种子的发芽势、发芽率、发芽指数、活力指数、简易活力指数、相对发芽势、相对发芽率、平均发芽速度与生物量之间均呈极显著正相关，相关系数分别为0.963 9、0.975 5、0.973 3、0.972 6、0.984 4、0.963 9、0.975 5及0.974 6。由此可以看出，各单项指标在亚麻耐镉评价中均起到不同的作用，同时存在着内在联系，因此仅依据单项指标不能准确评价亚麻的耐镉能力大小。

2.3 亚麻种子萌发期的耐镉指标的灰色关联分析

由于各指标的单位不统一，首先需将数据进行标准化处理，再进行灰色关联分析，结果见表3。

根据灰色系统理论，关联度越大，说明比较数列和参考数列间的相互关系越密切[9-11]。由表4可知，镉胁迫条件下，上述8个耐镉指标与生物量关联度值从大到小依次为相对发芽率、发芽率、平均发芽速度、发芽指数、发芽势、相对发芽势、简易活力指数和活力指数。由此可以看出，生物量与相对发芽率、发芽率、平均发芽速度和发芽指数的关联度列前4位。

表2 镉胁迫下亚麻种子萌芽期8个耐镉指标与生物量间的相关系数

注：*，**分别表示在0.05和0.01水平显著相关。

表3 原始数据经标准化后的数据

表4 镉胁迫下亚麻种子萌芽期耐镉指标与生物量间的关联度

3 小结

种子萌发和生长状况是评价重金属耐性的重要指标，而生物量可以综合反映植物受胁迫的程度，是植物对各种环境反应的最终结果[6，13]。本试验引入灰色关联分析法对亚麻耐镉指标进行综合评价，灰色关联分析结果表明，镉胁迫下，亚麻种子的相对发芽率、发芽率、平均发芽速度和发芽指数与生物量有较强的关联度，因此，这4个性状可以作为评价亚麻芽期的耐镉鉴定指标。

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