用主成分分析和隶属函数法综合筛选苹果自根砧嫁接方式

张 婷,赵 林,李刚波,张 梅,杨 艳,王福建,樊继德*

(1.江苏徐淮地区徐州农业科学研究所,江苏 徐州 221121;2.江苏徐州丰县大沙河果园,江苏 徐州 221700)

苹果矮砧密植栽培具有早果、丰产、质优、便于机械化作业等特点,已成为国内外苹果产业发展的方向和趋势;培育良种良砧匹配的优良苗木是保证园貌整齐、节约管理成本、延长经济寿命、提高果品质量的关键措施,其中嫁接作为保证优良苗木的重要措施之一,受到越来越多的关注。

砧穗之间的亲缘关系是嫁接亲和的前提条件,即关系越近则嫁接表现亲和性越强,反之则不亲和。烟富3号属于优良着色系富士芽变品种,由于具有着色好、上色快、果个大等优良特点,受到市场广泛关注和喜爱。T337是一个优质的矮化自根砧。为了更好地促进烟富3号的矮化密植,提高苗木质量,明确将其嫁接到T337的最优方法是极其重要的。目前,苹果育苗的嫁接方式主要有“丁字形”芽接、带木质嵌芽接法、劈接法、分段嫁接法及二重枝接法[1-3]；关于嫁接早期亲和性的研究主要集中于生理生化、组织细胞学及分子生物学等方面[4-6]。另外,嫁接亲和性是一个由多基因控制的性状,单一指标难以准确地反映嫁接亲和性；而主成分分析结合隶属函数法可全面、有效地分析嫁接亲和性,而此方面的应用研究鲜有报道。此外,目前有关苹果嫁接砧木研究主要集中于乔化砧[7]和矮化中间砧[8],而关于自根砧的研究鲜有报道。所以我们采用6种嫁接方式将烟富3号嫁接到T337上,对其生长和嫁接亲和力进行了研究比较，并采用主成分分析法和隶属函数法筛选出了最佳的嫁接方式,以期为苹果育苗嫁接方式的选择提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

砧木材料为一年生的自根砧T337,粗度为0.8～1.0 cm;接穗材料为烟富3号,选择直径为0.6～0.8 cm的枝段。

1.2 试验内容与方法

于2016年7月将烟富3号嫁接于T337上,试验设6种嫁接方式,分别为：单芽枝接(嫁接口以上全部剪除)、单芽枝接(嫁接口以上留20 cm)、单芽枝接(嫁接口以上留30 cm)、单芽枝接(嫁接口以上全部保留)、带木质部芽接、插皮接。嫁接口均与地面相距30 cm。上述各试验处理均嫁接88株以上,采用完全随机区组设计。

在嫁接45 d后,调查嫁接成活率。随机剪下嫁接口5 cm处,进行生理指标测定,采用氮蓝四唑(NBT)法测定SOD活性；采用考马斯亮蓝法测定可溶性蛋白含量；采用愈创木酚法测定POD活性；采用过氧化氢法测定CAT活性[9]。

在翌年新梢生长至1 cm长左右后,利用卷尺每隔半个月测定1次新梢长度,每次测定10株。在8月测定新梢粗度；用95%乙醇法测定每片叶的叶绿素含量；用画纸(硫酸纸)称重法测定每个单叶的叶面积;采用徒手制片法制片,用CX21FS1型Olympus显微镜观测叶片结构,每个处理随机选取30个视野,测量叶片厚度、栅栏组织厚度及海绵组织厚度。

1.3 数据统计与分析

利用WPS软件和SPSS 17.0进行数据整理、主成分分析和隶属函数分析[10]。相关计算公式如下：

U(Xi)=(Xi-Xmin)/(Xmax-Xmin) (i=1,2,3,…,n)

(1)

式(1)中：U(Xi)为指标i的隶属函数值;Xi为指标i的测定值;Xmin和Xmax分别为指标i的最小值和最大值。

(2)

(3)

式(2)～式(3)中:Pi代表第i个综合指标的贡献率;Wi代表权重;D值为在不同的嫁接方式下由综合指标评价所得的综合评价值。

2 结果与分析

2.1 不同嫁接方式对苹果嫁接苗成活率的影响

由表1可知:采用单芽枝接(0 cm)的嫁接方式,烟富3号的成活率最低,仅为53%;其他的均达到70%以上,其中插皮接的成活率最高,达到94.06%。根据国家苗木标准[11],苗木长度大于120 cm的为一级苗木。根据此标准，6种嫁接方式达到一级苗木的比例均在80%以上,特别是带木质部芽接的一级苗木比例达到了98.75%。

表1 嫁接方式对苹果嫁接苗成活率的影响

2.2 嫁接方式对嫁接亲和性的影响

从表2可以看出：4种单芽枝接的嫁接方式在嫁接苗SOD活性和POD活性方面无显著差异；采用插皮接的嫁接方式,嫁接口处的SOD活性和POD活性均极显著低于带木质部芽接的;在CAT活性方面,采用单芽枝接(0、20 cm)和插皮接的CAT活性显著高于或高于其他嫁接方式的;插皮接在可溶性蛋白含量方面极显著高于其他嫁接方式,而单芽枝接(0 cm)显著低于其他嫁接方式。

表2 不同嫁接方式嫁接口生理指标的比较

2.3 嫁接方式对一年生嫁接苗新梢生长动态的影响

由图1可知,在不同的嫁接方式下,新梢生长量的动态变化均呈上升的趋势,从5月下旬到6月中旬有一个快速增长阶段,特别是采用插皮接和带木质部芽接方法时新梢的生长快于其他嫁接方式,其中采用带木质部芽接的方法在后期生长速度最快,8月的生长量最大;而单芽枝接(0 cm)的新梢虽然在生长初期保持较高的生长速度,但从5月下旬开始,其生长速度逐渐放缓。

由图2可见：采用带木质部芽接的接穗生长量高于其他嫁接方式的；其次是插皮接的；而单芽枝接(0 cm)的接穗生长量最少；4种枝接方式在生长量方面无显著差异；主干高在各处理间无显著差异,但带木质部芽接的主干要稍微高于其他嫁接方式的,其中插皮接的主干高最低。由此可知采用插皮接使得烟富3号的分枝生长旺盛。由表3可知：接穗和砧木的干径在各处理间无显著差异,且接穗干径的变化幅度要高于砧木的,其净增长量是砧木的1倍左右,且均大于矮化自根砧一级苗木标准(苗木粗度≥1.0 cm)；4种枝接的接穗和砧木干径均高于其他嫁接方式的，说明枝接法有利于接穗的加粗生长,而带木质部芽接有利于接穗的伸长生长。

图1 嫁接方式对接穗新梢生长动态的影响

图2 嫁接方式对新梢生长量及主干高度的影响表3 接穗及砧木在不同嫁接方式下的干径变化

嫁接方式接穗粗度/cm砧木粗度/cm单芽枝接(0 cm)1.669 aA0.816 aA单芽枝接(20 cm)1.847 aA0.895 aA单芽枝接(30 cm)1.902 aA0.935 aA单芽枝接(保留长度)1.693 aA0.789 aA带木质部芽接1.660 aA0.775 aA插皮接1.680 aA0.606 aA

2.4 叶形及叶片解剖结构在不同嫁接方式下的比较

嫁接方式对叶片形状的影响较小,其中叶长在不同处理之间无显著差异,但是单芽枝接(0 cm)的叶长要小于其他嫁接方式的；另外,采用带木质部芽接和插皮接的方法使叶片变宽,特别是极显著大于单芽枝接(0 cm)的；总体上来说带木质部芽接和插皮接的叶面积要大于采用单芽枝接(保留长度)的(表4)。在叶片解剖结构方面,单芽枝接(0 cm)和单芽枝接(20 cm)在叶片厚度和栅栏组织厚度方面存在显著差异,但在其他嫁接方式间无显著差异;采用插皮接使叶片海绵组织变厚(表5)。

表4 嫁接方式对叶面积的影响

表5 嫁接方式对叶片解剖结构的影响

2.5 主成分分析及隶属函数分析结果

采用主成分分析法,依据累计贡献率大于85%的标准,将原来14个单项指标转换为6个新的相互独立的综合指标(成分),6个成分的贡献率分别为27.259%、21.604%、15.032%、11.448%、7.880%、7.446%,累积贡献率达到90.669%(表6)。在各成分中具有最大特征向量绝对值的性状指标即为该成分的主要指标,第一成分中叶绿素b含量(Ⅰ)为其主要指标,成分2～6的主要指标分别是海绵组织厚度(Ⅱ)、叶面积(Ⅲ)、可溶性蛋白含量(Ⅳ)、接穗粗度(Ⅴ)及POD活性(Ⅵ)；以此为代表进行隶属函数分析,根据公式(2)计算可得6个综合指标的权重分别为0.301、0.238、0.166、0.126、0.087、0.082。

表6 各性状主成分的特征向量及贡献率

采用公式(3)计算各嫁接方式的综合评价值D,并根据D值进行排序，筛选出最佳的嫁接方式。从表7可以看出：插皮接的D值最大,即该嫁接方法使烟富3号的愈合程度最高；其次是留20 cm的单芽枝接；而单芽枝接(0 cm)的综合评价值最低。

表7 各嫁接方式的隶属函数值及综合评价值

3 讨论及结论

本研究结果表明：苹果自根砧的最佳嫁接方式为插皮接,插皮接不仅成活率高,而且接穗生长量大,新梢长度平均到达156 cm,新梢直径大于1 cm,有利于良种壮苗培育,适于推广应用。吕天星等[3]研究表明以山定子为基砧的苹果矮化中间砧苗宜采用二重枝接法嫁接;呼凤兰等[12]研究表明把红富士苹果嫁接于山定子上,宜采用插皮接,其嫁接成活率高;张秀美[13]的研究结果表明,以平邑甜茶为砧木,采用不同的方法嫁接‘岳阳红’苹果,以改良的切腹接的成活率最高(98.8%);祝佳强[14]选取八棱海棠为苹果苗的基砧,在其上嫁接SH40作为中间砧,研究表明以春季单芽腹接的效果最好,其嫁接成活率、幼苗高度和粗度都明显优于夏季带木质部芽接的，因此,最佳嫁接方式与砧木的种类和嫁接品种有关。

对于嫁接亲和性的判断,应该对所研究的指标进行分析判断后再综合评价才更加有效。本试验采用主成分分析法把14个单项指标转换成6个综合指标,以此作为代表确定其权重,进一步利用隶属函数分析法求出各综合指标的评价值(D值),从而最终决定最佳嫁接方式。此方法在大豆遮荫性[10]、中间砧苹果抗旱性[15]及玉米耐盐性[16]等方面多有报道,所以此方法能消除单项指标的片面性,比较科学地说明了7月份苹果自根砧T337和烟富3号宜采用插皮接的方法,其成活率高,达到一级苗木标准的数量多,并且亲和力高,有利于苗木的生长。