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甘蓝型油菜苗期耐酸性综合评价及耐酸种质筛选  PDF

  • 张鹏超
  • 张雯
  • 黄益丹
  • 冉文昊
  • 徐芳森
  • 丁广大
华中农业大学资源与环境学院/微量元素研究中心/农业农村部长江中下游耕地保育重点实验室,武汉 430070

中图分类号: S565.4

最近更新:2023-12-12

DOI:10.13300/j.cnki.hnlkxb.2023.06.020

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摘要

为探究在酸性土壤环境下油菜苗期耐酸特性,采用盆栽试验对113份油菜品种进行酸胁迫处理和酸性土壤改良处理,在苗期测定根长、株高、地上部鲜质量、根系鲜质量、总鲜质量、地上部干质量、根系干质量、总干质量、根冠比和SPAD共10项性状指标,利用相关性分析、主成分分析、隶属函数法、聚类分析、灰色关联度和逐步回归分析对不同油菜品种进行耐酸综合评价,建立油菜耐酸评价模型并筛选耐酸油菜品种。结果显示:113份油菜品种在2个处理下10个性状均呈现极显著差异;10项指标的变异系数范围为10.09%~78.68%,将10个单项指标转换成4个相互独立的综合指标,代表了原始指标88.688%的信息量;基于113份油菜的耐酸综合评价值(D值)聚类分析,将油菜品种分为5个类群,分别为极耐酸型(2份)、耐酸型(16份)、中间型(41份)、敏感型(50份)、极敏感型(4份);通过D值和10项指标构建最优回归方程:D =-0.075+ 0.0403X总干质量+ 0.100X根系鲜质量+ 0.188X SPAD+ 0.099X株高+ 0.092X根系干质量R2=0.982,F=1 154.562***),筛选出适宜的油菜苗期耐酸鉴定指标。综上,酸胁迫会严重抑制油菜苗期的生长,不同油菜品种耐酸性存在较大差异,通过测定总干质量、根系鲜质量、SPAD、株高、根系干质量并结合回归方程可评价判断油菜耐酸性。

土壤的自然酸化过程本身比较缓

1,然而,近几十年来,由于工业化导致的大气酸沉降增加、肥料不合理施用和农作土壤的高强度使用使土壤的酸化进程加2-3。据统计,全球约有30%~40%的耕地为酸性土4-5。我国酸性土壤约占全国土壤面积的23%,主要分布在长江中游以及长江以南的广大区6。土壤酸化会增加土壤中重金属毒性、降低土壤肥力、抑制土壤中微生物的活动,不利于农作物根系的发育和养分的吸收,严重阻碍农作物的生7-8。目前对酸性土壤治理的主要措施包括施用石灰等碱性物质以及有机质等,但仅对表层土壤起作用,并且成本高、生态环境风险9-10

油菜作为我国主要的油料作物之一,其种植面积和总产量均居世界前

11,然而我国油菜种植区域与酸性土壤分布区域高度重合,土壤酸化已经成为油菜生长和产量增加的重要限制因12。因此,综合评价和筛选耐酸油菜品种,明确油菜苗期耐酸鉴定指标体系,对油菜产业的可持续发展具有重要意义。研究表明,大13、花14、水15、小16-17、玉18等作物不同品种对酸铝胁迫的耐受性存在较大差异,并且已经初步建立耐酸综合评价方法和鉴定指标体系。在油菜研究中,郜欢欢19在种子萌发期设90 μmol/L Al3+处理对148份油菜品种进行耐铝性综合评价,筛选出鲜质量、根长和芽长可作为鉴定油菜萌发期耐铝性的指标;熊洁20采用水培试验在苗期对81个油菜品种进行耐铝性分析,通过测定13个指标并进行聚类分析将81个油菜品种分为3个耐铝等级。

前人的研究结果为耐酸油菜品种筛选奠定了良好的基础,但也存在一些不足。这些研究大多采用水培的方式进行筛选,与土壤环境差异较大,并且主要关注酸性土壤中铝毒这一种胁迫,而酸性土壤对植物生长存在多种障碍因子,因此可能使筛选出来的品种田间适应性不佳。本研究以具有不同遗传背景和地理来源的113份油菜品种为材料,采用盆栽试验进行酸胁迫处理和酸性土壤改良处理,以10个性状指标的耐酸系数作为衡量油菜耐酸性的指标,利用相关性分析、主成分分析、隶属函数法、聚类分析、逐步回归分析和灰色关联度分析对不同油菜品种进行耐酸综合评价,鉴定和筛选耐酸油菜品种,明确油菜苗期耐酸性状特征,以期为油菜耐酸机制研究及耐酸油菜品种的培育提供材料基础。

1 材料与方法

1.1 试验材料

供试甘蓝型油菜品种主要来源于我国长江流域油菜主产区(湖北、湖南、四川、安徽、江西、浙江、江苏、重庆、贵州、上海),共113份,具有不同的遗传背景和地理来源(表1)。

表1  供试甘蓝型油菜品种
Table 1  Brassica napus varieties used in this study
编号 No.品种名称 Variety name来源 Source编号 No.品种名称 Variety name来源 Source
1 丰油730 Fengyou 730* 湖南Hunan 40 CY12GJ-1 四川Sichuan
2 沣油306 Fengyou 306 湖南Hunan 41 秦优1699 Qinyou 1699 陕西Shaanxi
3 沣油789 Fengyou 789 湖南Hunan 42 秦优1718 Qinyou 1718* 陕西Shaanxi
4 沣油823 Fengyou 823 湖南Hunan 43 秦油5号Qinyou 5 陕西Shaanxi
5 湘杂油6号Xiangzayou 6 湖南Hunan 44 青油2号Qingyou 2 青海Qinghai
6 湘杂油631 Xiangzayou 631 湖南Hunan 45 德徽油88 Dehuiyou 88 安徽Anhui
7 湘杂油743 Xiangzayou 743 湖南Hunan 46 德选518 Dexuan 518 安徽Anhui
8 华油杂652 Huayouza 652 湖北Hubei 47 润普丰Runpufeng 安徽Anhui
9 中油杂28 Zhongyouza 28 湖北Hubei 48 天禾油17 Tianheyou 17 安徽Anhui
10 利油杂3号Liyouza 3 湖北Hubei 49 圣灯1号Shengdeng 1 湖北Hubei
11 利油杂168 Liyouza 168 湖北Hubei 50 圣缘1号Shengyuan 1 湖北Hubei
12 阳光131 Yangguang 131* 湖北Hubei 51 大地95 Dadi 95 湖北Hubei
13 大地199 Dadi 199* 湖北Hubei 52 GY-5 湖北Hubei
14 中油杂19 Zhongyouza 19* 湖北Hubei 53 甲预31棚Jiayu31peng 湖北Hubei
15 中油杂39 Zhongyouza 39 湖北Hubei 54 WH-49 湖北Hubei
16 华油杂68 Huayouza 68 湖北Hubei 55 WH-50 湖北Hubei
17 华油杂82 Huayouza 82 湖北Hubei 56 WH-59 湖北Hubei
18 华油杂158 Huayouza 158 湖北Hubei 57 WH-63 湖北Hubei
19 华油杂158R Huayouza 158R 湖北Hubei 58 WH-88 湖北Hubei
20 鄂垦油629 Ekenyou 629 湖北Hubei 59 WH-83 湖北Hubei
21 18LP10 湖北Hubei 60 WH-85 湖北Hubei
22 华油杂50 Huayouza 50* 湖北Hubei 61 WH-58 湖北Hubei
23 华油杂655R Huayouza 655R 湖北Hubei 62 WH-19 湖北Hubei
24 H20-01 湖北Hubei 63 宁R101 NingR 101 江苏Jiangsu
25 H21-01 湖北Hubei 64 宁R201 NingR 201 江苏Jiangsu
26 川早油12 Chuanzaoyou 12 江西Jiangxi 65 宁油1号Ningyou 1 江苏Jiangsu
27 赣油杂8号Ganyouza 8* 江西Jiangxi 66 杨油6号Yangyou 6 江苏Jiangsu
28 赣油杂9号Ganyouza 9 江西Jiangxi 67 镇油3号Zhenyou 3 江苏Jiangsu
29 赣油杂10号Ganyouza 10 江西Jiangxi 68 垛油一号Duoyouyihao 江苏Jiangsu
30 赣油杂906 Ganyouza 906 江西Jiangxi 69 浙杂903 Zheza 903 浙江Zhejiang
31 邡油777 Fangyou 777* 四川Sichuan 70 浙双8号Zheshuang 8 浙江Zhejiang
32 德5油66 De5you 66 四川Sichuan 71 浙油18 Zheyou 18 浙江Zhejiang
33 德核杂油9 Dehezayou 9 四川Sichuan 72 浙双72 Zheshuang 72 浙江Zhejiang
34 川油18 Chuanyou 18 四川Sichuan 73 胜利青梗Shengliqinggeng 上海Shanghai
35 CY12NY-7 四川Sichuan 74 沪油12号Huyou 12 上海Shanghai
36 CY12QSZ06 四川Sichuan 75 沪油14号Huyou 14 上海Shanghai
37 CY12PXW-4 四川Sichuan 76 丰油737 Fengyou 737* 湖南Hunan
38 CY13PXW-17 四川Sichuan 77 常油杂9号Changyouza 9 湖南Hunan
39 CY18PXW-62 四川Sichuan 78 沣油737 Fengyou 737 湖南Hunan
79 圣光50 Shengguang 50 湖南Hunan 97 华油10号Huayou 10 湖北Hubei
80 圣光165R Shengguang 165R 湖南Hunan 98 中双11号 Zhongshuang 11* 湖北Hubei
81 圣光168 Shengguang 168 湖南Hunan 99 11-P74-13 湖北Hubei
82 湘农油3号Xiangnongyou 3 湖南Hunan 100 09-P37 湖北Hubei
83 华油12 Huayou 12 湖北Hubei 101 12-P24 湖北Hubei
84 08-P35 湖北Hubei 102 庆油3号Qingyou 3 重庆Chongqing
85 08-P36 湖北Hubei 103 庆油8号Qingyou 8 重庆Chongqing
86 09-P32 湖北Hubei 104 庆油11号Qingyou 11 重庆Chongqing
87 09-P36 湖北Hubei 105 SWU49 重庆Chongqing
88 09-P37 湖北Hubei 106 金油杂6号Jinyouza 6 贵州Guizhou
89 10-P10 湖北Hubei 107 金油杂8号Jinyouza 8 贵州Guizhou
90 10-P29 湖北Hubei 108 金油杂8号Jinyouza 9 贵州Guizhou
91 11-P30 湖北Hubei 109 金油杂8号Jinyouza 10 贵州Guizhou
92 12-P24 湖北Hubei 110 金油杂8号Jinyouza 11 贵州Guizhou
93 12-P25 湖北Hubei 111 金油杂8号Jinyouza 12 贵州Guizhou
94 中双2号Zhongshuang 2 湖北Hubei 112 黔选6 Qianxuan 6 贵州Guizhou
95 轮选1427-1 Lunxuan 1427-1 湖北Hubei 113 黔油4号 Qianyou 4 贵州Guizhou
96 农林22 Nonglin 22 湖北Hubei

注:  *表示国家农作物优良品种推广目录(2023)中的油菜品种。Note: * indicates the rapeseed varieties in the National Promotion Directory of Crop Varieties (2023).

1.2 试验设计

试验于2022-2023年在华中农业大学盆栽场进行。供试土壤为红壤,取自湖北咸宁贺胜桥,土壤基础理化性质为pH 4.82、有机质含量4.84 g/kg、全氮含量0.31 g/kg、速效磷含量1.33 mg/kg、速效钾含量84.13 mg/kg、铝离子含量503.01 mg/kg。试验设置2个处理,分别为酸胁迫处理(pH 4.82,原始土壤)和酸性土壤改良处理(pH 6.24,适宜油菜生长的正常土壤pH),酸性土壤改良参考闫志浩

12的方法,通过向原始土壤中添加0.3% Ca(OH)2调节土壤pH至6.24,添加量为15 g/盆,每盆装土5 kg。每盆氮((NH42SO4)、磷(KH2PO4)、钾(KCl)施用量分别为4.7、1.5、0.8 g。

挑选113份油菜品种中饱满均匀的种子,分别播种在2个pH水平的土壤中,设3个重复,每个品种播种15粒,间苗后留4株长势均匀一致的油菜。将盆栽放置于防雨棚下,大棚仅起到防雨的作用,其余条件与外界环境相同。定期浇水,油菜生长38 d后收样。

1.3 测定项目及方法

收样前,用SPAD-502型便捷式叶绿素测定仪测定各植株叶片的SPAD。收样后,将根系清洗干净后用吸水纸吸干水分,分别测定株高、根长、地上部鲜质量和根鲜质量。之后将地上部和根系分别烘干至恒质量后测定其干质量。

由地上部鲜质量和根系鲜质量相加计算出总鲜质量;地上部干质量和根系干质量相加计算出总干质量;根冠比为根系干质量与地上部干质量的比值。

1.4 数据处理与分析

利用Microsoft Excel 2016统计和整理原始数据;采用Graphpad Prism制作相关分析图。采用SPSS 22.0进行方差分析、相关性分析、主成分分析,R语言进行聚类分析。采用隶属函数法进行耐酸综合评价,相关指标计算参照文献[

21-25]。

耐酸系数=酸胁迫处理下的指标值/酸性土壤改良处理下的指标值 (1)

运用公式(1)计算各油菜品种每项指标的耐酸系数。

μXij=(Xij-Xjmin)/(Xjmax-Xjmin)i=1,2……mj=1,2……n (2)

运用公式(2)计算各品种每个综合指标的隶属函数值,式(2)μXij表示第j个综合指标的隶属函数值,Xij表示第i个品种的第j个综合指标, XjmaxXjmin分别表示第j个综合指标的最大值和最小值,m n 分别表示品种数和综合指标个数。

ωj=Pj/j=1nPj j=1,2……n (3)

运用公式(3)计算每个综合指标的权重,式(3)ωj表示第j个综合指标在所有综合指标中的重要程度即权重,Pj表示第j个综合指标的贡献率。

D=j=1n[μXj×ωj] j=1,2……n (4)

运用公式(4)计算酸胁迫处理下各品种的耐酸综合评价值,式(4)D表示耐酸综合评价值。

εij=(MiniMinjΔij+ρMaxiMaxjΔij)/(Δij+ρMaxiMaxjΔij)i=1,2……m j=1,2……k (5)

运用公式(5)计算各品种每项指标耐酸系数与D值的关联系数,式(5)中,εij表示第i个品种第j项指标耐酸系数与D值的关联系数,Δij表示第i个品种第j项指标耐酸系数与D值的差值,MiniMinj表示最小二级绝对差值,MaxiMaxj表示最大二级绝对差值,ρ表示分辨系数(在此取0.5),mk分别表示品种数和性状指标数。

γj=1nj=1kεij j=1,2……k (6)

运用公式(6)计算每项指标耐酸系数与D值的关联度,式(6)中,γj表示第j项指标耐酸系数与D值的关联度。

ωjγ=γj÷j=1kγj j=1,2……k (7)

运用公式(7)计算每个关联度的权重,式(7)ωj表示第j个关联度在所有关联度中的重要程度即权重。

2 结果与分析

2.1 酸胁迫对油菜苗期生长的影响

对2个处理下113份油菜品种苗期的10项性状指标,包括根长、株高、地上部鲜质量、根系鲜质量、总鲜质量、地上部干质量、根系干质量、总干质量、根冠比和SPAD进行统计分析。结果显示,根冠比在酸胁迫处理下的平均值与酸性土壤改良处理下相比呈现上升趋势,其余9项指标均呈现下降趋势,并且10项指标在2个处理下均达到极显著差异(图1),说明酸胁迫对油菜苗期生长具有较强的抑制作用。2个处理下油菜苗期各项指标均表现出不同程度的变异,改良处理和酸胁迫处理下各性状变异系数范围分别为7.39%~57.03%、7.16%~61.67%,除株高和SPAD外,酸胁迫处理下其余各指标的变异系数均高于改良处理(表2),说明113份油菜品种间具有较广泛的遗传变异,同时也说明酸胁迫对各项指标的影响程度不同,直接用单项指标对油菜耐酸性进行评价具有片面性。

图1  酸胁迫下油菜苗期各性状的变化

Fig. 1  Changes of each trait in rapeseed seedlings stage under acid stress

pH 6.24:酸性土壤改良处理;pH 4.82:酸胁迫处理。**表示在0.01水平差异显著,***表示在0.001水平上差异显著。RL:根长;PH:株高;RFW:根系鲜质量;AFW:地上部鲜质量;TFW:总鲜质量;RDW:根系干质量;ADW:地上部干质量;TDW:总干质量;RSR:根冠比;SPAD值表示叶绿素相对含量。下同。pH 6.24: Acid soil improvement treatment; pH 4.82: Acid stress treatment. ** represents significance at the 0.01 level,*** represents significance at the 0.001 level. RL: Root length; PH: Plant height; RFW: Root fresh weight; AFW: Aboveground fresh weight; TFW: Total fresh weight; RDW: Root dry weight; ADW: Aboveground dry weight; TDW: Total dry weight; RSR: Root shoot ratio; SPAD shows chlorophyll relative content. The same as below.

表2  2个处理下油菜苗期各性状的变异幅度
Table 2  Variation amplitude of each trait in rapeseed seedling stage under 2 treatments
性状 Traits

酸性土壤改良处理

Acid soil improvement treatment

酸胁迫处理

Acid stress treatment

变化范围Variation range平均值 Mean变异系数/%CV变化范围Variation range平均值 Mean变异系数/%CV
RL/cm 7.38~16.61 10.77 13.65 6.10~13.95 9.67 16.93
PH/cm 1.88~12.72 6.62 33.93 0.65~4.74 2.82 28.25
RFW/g 0.05~0.56 0.21 45.41 0.01~0.26 0.083 48.32
AFW/g 0.85~4.79 2.37 33.73 0.10~1.83 0.63 60.77
TFW/g 0.96~5.18 2.57 32.74 0.13~2.09 0.72 57.74
RDW/g 0.02~0.15 0.06 45.26 0.01~0.07 0.02 55.08
ADW/g 0.06~0.39 0.18 39.07 0.01~0.14 0.05 61.67
TDW/g 0.08~0.48 0.23 33.09 0.02~0.19 0.07 55.19
RSR 0.10~1.96 0.38 57.03 0.08~1.94 0.50 61.01
SPAD 25.10~35.07 28.72 7.39 19.00~29.47 23.83 7.16

2.2 油菜苗期各性状耐酸系数及相关性分析

根据公式(1)计算出113份油菜品种各单项指标的相对值,即耐酸系数。总体上,不同油菜品种在经受酸胁迫后,除根冠比的耐酸系数平均值大于1外,其余各项指标的耐酸系数平均值均小于1,10项指标的变异系数范围为10.089%~78.681%,具体表现为根冠比>根系干质量>根系鲜质量>地上部鲜质量>总鲜质量>地上部干质量>总干质量>株高>根长>SPAD,不同油菜品种各项指标的耐酸系数变化幅度较大(表3),说明在酸胁迫下这些指标在不同品种间的变化趋势不同。由10项指标耐酸系数的相关分析矩阵(图2)可见各项指标间相关关系的方向和强弱,如根长与总干质量、株高与地上部干质量、地上部鲜质量与总干质量存在极显著正相关,各项指标之间的相关性导致它们提供的信息相互重叠,说明各项指标在油菜耐酸胁迫中所起的作用不完全相同,直接利用这些指标的耐酸系数难以全面准确地对油菜耐酸性进行评价,综合各项指标才能更有效地筛选耐酸油菜品种。

表3  油菜苗期各单项指标的耐酸系数
Table 3  Acid resistance coefficient of each single indicator in rapeseed seedling stage
指标 Index最大值 Maximum最小值 Minimum平均值 Mean标准差 SD变异系数/% CV
RRL 1.309 0.507 0.907 0.159 17.580
RPH 1.513 0.232 0.460 0.198 43.031
RRFW 2.333 0.050 0.484 0.319 65.933
RAFW 0.791 0.052 0.272 0.150 55.172
RTFW 0.774 0.057 0.283 0.146 51.418
RRDW 1.641 0.071 0.426 0.318 74.535
RADW 0.834 0.066 0.282 0.142 50.443
RTDW 0.777 0.071 0.300 0.137 45.575
RRSR 7.730 0.188 1.715 1.349 78.681
RSPAD 1.121 0.634 0.834 0.084 10.089

注:  RRL:相对根长;RPH:相对株高;RRFW:相对根系鲜质量;RAFW:相对地上部鲜质量;RTFW:相对总鲜质量;RRDW:相对根系干质量;RADW:相对地上部干质量;RTDW:相对总干质量;RRSR:相对根冠比;RSPAD:相对叶绿素相对含量。下同。Note: RRL: Relative root length; RPH: Relative plant height; RRFW: Relative root fresh weight; RAFW: Relative aboveground fresh weight; RTFW: Relative total fresh weight; RRDW: Relative root dry weight; RADW: Relative aboveground dry weight; RTDW: Relative total dry weight; RSR: Relative root shoot ratio; RSPAD: Relative chlorophyll relative content. The same as below.

图2  油菜苗期各单项指标耐酸系数的相关性分析

Fig. 2  Correlation analysis of acid resistance coefficients of each single indicator in rapeseed seedling stage

*表示在0.05水平上显著相关;**表示在0.01水平上显著相关;***表示在0.001水平上显著相关。* represents significant correlation at the 0.05 level; ** represents significant correlation at the 0.01 level; *** represents significant correlation at the 0.001 level.

2.3 油菜苗期各性状耐酸系数的主成分分析

对113份油菜品种10项指标的耐酸系数进行主成分分析,把多个变量转化为少数几个综合指标从而达到浓缩数据的目的。前4个主成分的贡献率分别为46.246%、25.033%、10.077%、7.332%,累积贡献率达到88.688%(表4),基本代表了原始10项指标所携带的绝大部分信息,其余贡献率较小的主成分可忽略不计。对第一主成分正向贡献率较高的指标是根长、根系鲜质量、总鲜质量、根系干质量和总干质量,对第二主成分正向贡献率较高的是地上部鲜质量、地上部干质量和根冠比,对第三主成分正向贡献率较高的是SPAD和地上部鲜质量,对第四主成分正向贡献率较高的是株高和地上部干质量。基于此,将10个单项指标转换为4个新的相互独立的综合指标,作为油菜苗期耐酸评价的主要筛选指标,对不同油菜品种耐酸性进行更为客观的分析。

表4  各单项指标耐酸系数的主成分分析
Table 4  Principal component analysis of the acid resistance coefficient of each single trait
项目 Item主成分 Principle factors
1234
特征值 Eigenvalue 4.625 2.503 1.008 0.733
贡献率/% Contributive ratio 46.246 25.033 10.077 7.332
累积贡献率/% Cumulative contributive ratio 46.246 71.279 81.357 88.688

特征向量值

Eigenvector value

RRL 0.135 0.067 -0.156 -0.434
RPH 0.080 -0.150 0.512 0.827
RRFW 0.201 -0.116 -0.052 -0.105
RAFW 0.109 0.283 0.035 0.203
RTFW 0.206 -0.090 -0.045 -0.102
RRDW 0.203 -0.117 0.016 -0.079
RADW 0.111 0.312 -0.091 0.249
RTDW 0.209 0.022 -0.016 0.030
RRSR -0.007 0.375 -0.038 0.171
RSPAD 0.007 0.135 0.831 -0.575

2.4 不同油菜品种耐酸性综合评价

根据不同油菜品种各综合指标值和贡献率,利用隶属函数法计算各综合指标的隶属函数值,再结合各综合指标的权重计算出不同油菜品种的耐酸综合评价值(D值)。113份油菜品种D值的范围为0.115~0.705,D值越小表明耐酸性越弱,D值越大表明耐酸性越强(图3)。基于113份油菜品种的D值大小采用欧式距离平均联接方法进行聚类分析,将113份油菜品种分为5个类群。

图3  基于D值的113份油菜品种耐酸性聚类分析

Fig. 3  Cluster analysis of acid tolerance of 113 rapeseed varieties based on D values

第Ⅰ类属于极耐酸型,第Ⅱ类属于耐酸型,第Ⅲ类属于中间型,第Ⅳ类属于敏感型,第Ⅴ类属于极敏感型。Class Ⅰ belongs to the extremely acid-resistant type,class Ⅱ belongs to the acid-resistant type,class Ⅲ belongs to the intermediate type,class Ⅳ belongs to the sensitive type,class Ⅴ belongs to the extremely sensitive type.

第Ⅰ类属于极耐酸型油菜品种,包括杨油6、沣油823共2份种质,D值范围为0.670~0.705,占供试品种的1.77%;第Ⅱ类属于耐酸型油菜品种,包括赣油杂9号、华油杂50、中油杂39、浙杂903、湘杂油631等16份种质,D值范围为0.462~0.568,占供试品种的14.16%;第Ⅲ类属于中间型油菜品种,包括丰油737、川早油12、庆油8号、华油杂82、常油杂9号等41份种质,D值范围为0.309~0.449,占供试品种的36.28%;第Ⅳ类属于敏感型油菜品种,包括金油杂9号、沣油306、润普丰、华油杂655R、金油杂12号等50份种质,D值范围为0.193~0.300,占供试品种的44.25%;第Ⅴ类属于极敏感型油菜品种,包括浙双8号、12-P24、金油杂6号、鄂垦油629共4份种质,D值范围为0.115~0.172,占供试品种的3.54%。统计5个类群各单项指标的耐酸系数和耐酸综合评价值(D值)(表5),结果显示除根长的耐酸系数在第Ⅰ类群有所降低外,其余各单项指标的的耐酸系数和D值均随着类群级别的降低而减小,其中,各类群间根系干质量、总干质量和D值均存在显著差异。

表5  不同类群的各项指标耐酸系数及综合评价值
Table 5  Acid resistance coefficient of each indicator and comprehensive evaluation values in different groups
指标 Index类群 Group

耐酸系数

Acid resistance coefficient

RRL 1.009a 1.053a 0.955ab 0.839b 0.628c
RPH 0.989a 0.498b 0.464bc 0.438bc 0.280c
RRFW 1.520a 0.834b 0.556c 0.303d 0.099d
RAFW 0.507a 0.435a 0.301b 0.202bc 0.081c
RTFW 0.528a 0.452a 0.316b 0.209b 0.083c
RRDW 1.143a 0.902b 0.474c 0.233d 0.102e
RADW 0.537a 0.451a 0.303b 0.217b 0.098c
RTDW 0.590a 0.510b 0.331c 0.211d 0.099e
RRSR 3.688a 2.533ab 1.913b 1.255b 1.163b
SPAD 0.879a 0.858a 0.847a 0.817a 0.786a
DD value 0.688a 0.506b 0.365c 0.257d 0.147e

注:  同行中不同小写字母表示差异达0.05显著水平。Note: Different lowercase letters in same line indicate significant difference at 0.05 level.

2.5 油菜苗期耐酸鉴定指标筛选

不同油菜品种10项指标耐酸系数与D值的灰色关联度、权重和排序如表6所示,关联度和权重从大到小依次为总干质量、根长、SPAD、株高、地上部干质量、总鲜质量、地上部鲜质量、根系干质量、根系鲜质量、根冠比。总体上,各关联度间的差值较小,总干质量、根长和SPAD排序相对靠前,可作为油菜耐酸性初步鉴定的指标。为了进一步分析各项指标耐酸系数与油菜耐酸性之间的关系,建立油菜苗期耐酸评价数字模型,有选择地测定与耐酸综合评价值相关程度高的指标,减少筛选耐酸型油菜品种的工作量。以D值为因变量、各项指标的耐酸系数为自变量,进行逐步回归分析,构建最优回归方程:D= -0.075+0.0403X总干质量+0.100X根系鲜质量+0.188XSPAD+0.099X株高+0.092X根系干质量R2=0.982,F=1 154.562***)。根据D值的最优回归方程可知,总干质量、根系鲜质量、SPAD、株高和根系干质量的耐酸系数可作为鉴定油菜苗期耐酸性的主要指标,此回归方程预测准确度高、效果较好。以上结果表明,在油菜苗期测定总干质量、根系鲜质量、SPAD、株高和根系干质量,利用回归方程计算耐酸综合评价值,可用于评价油菜苗期耐酸性,筛选耐酸油菜品种。

表6  不同油菜品种各项指标耐酸系数与D值的灰色关联度
Table 6  Grey correlation between acid resistance coefficient of each indicator and D value of different rapeseed varieties

指标

Index

关联度

Correlation degree

权重

Weight

排序

Rank

TDW 0.971 0.106 1
RL 0.969 0.105 2
SPAD 0.965 0.104 3
PH 0.956 0.104 4
ADW 0.954 0.103 5
TFW 0.950 0.103 6
AFW 0.944 0.102 7
RDW 0.871 0.094 8
RFW 0.857 0.093 9
RSR 0.785 0.086 10

3 讨论

土壤酸化已经成为影响作物生长、产量和品质的重要障碍因子之一。研究表明,土壤酸化会导致土壤中Al、Mn等元素毒害加重,以及P、K、Ca、Mg、Mo、B等养分元素缺

26,对作物的生长发育产生复合因素危害,并且其危害程度要远大于单一因素胁27,因此,仅通过单一的铝毒胁迫试验筛选出的耐酸作物品种不一定能完全适应酸性土壤。本研究采用盆栽试验设置酸胁迫处理和酸性土壤改良处理对113份油菜品种苗期耐酸性进行了综合评价。与仅通过营养液培养进行的铝毒胁迫处理相比,盆栽试验环境与田间生长环境更接近,筛选出的油菜耐酸品种更适合于田间生产应用。

苗期是油菜养分积累的关键时期,影响着后期的生长发

28。在苗期进行酸胁迫处理能够快速有效地鉴定和筛选耐酸油菜品种,还可以减少筛选的工作量和成本。酸胁迫会对油菜的生长产生多方面、多层次的影响,不仅导致其内部多种生理生化特性发生变化,还会影响外部形态和产量品质。前人的研究多采用单项指标评价油菜耐酸铝29-33,但不同品种各单项指标对酸铝胁迫的响应不同,使用单项指标评价油菜耐酸性比较片面。结合主成分分析、隶属函数法和聚类分析的综合评价法能综合多项指标提高评价的可靠性,因而已经广泛应用于小34、棉35、谷36、燕37等作物耐瘠抗逆品种的筛选和鉴定。运用综合评价方法既减少了指标间所代表信息的重复,同时考虑到了综合指标的代表性和独立性,能够避免单一指标评价的片面性,更为客观和系统地分析不同油菜品种的耐酸性差38。本研究基于113份油菜品种在2个处理下10项性状指标的测定值,利用主成分分析、隶属函数法对不同油菜品种进行综合评价得出耐酸综合评价值(D值),并通过系统聚类分析将113份油菜品种分为5个类群。由此筛选出2份极耐酸型油菜品种(杨油6、沣油823)和4份极敏感型油菜品种(浙双8号、12-P24、金油杂6号、鄂垦油629),可作为极端材料用于油菜耐酸机制研究,也能够为耐酸油菜田间推广试验提供参考。

筛选较为简易、直观、有效的油菜耐酸鉴定指标,对于耐酸油菜品种的鉴定和选育工作具有重要意义。前人对于油菜耐酸抗铝的研究结果表明许多表型和生理指标与油菜耐酸抗铝相

39-43,表型指标包括根长、根系形态结构、株高、生物量等;生理指标包括叶片光合速率、呼吸速率、叶绿素荧光参数,ROS、丙二醛含量,SOD、CAT、APX等抗氧化酶活性等,能够作为油菜耐酸抗铝特性的鉴定指标。本研究为了明确油菜苗期耐酸性最适宜鉴定指标,先通过灰色关联度分析确定10项指标耐性系数与D值的密切关联程度,然后进一步以D值为因变量、各指标的耐酸系数为自变量,进行逐步回归分析,构建最优回归方程筛选出总干质量、根系鲜质量、SPAD、株高、根系干质量5项指标可作为油菜苗期耐酸性快速鉴定指标。在相同逆境条件下,也可通过测定这5项指标利用该回归方程初步评价预测油菜苗期耐酸性,可为油菜耐酸种质鉴定与筛选及品种培育提供参考。但油菜对酸胁迫的响应和耐受机制在不同生育时期可能存在一定差异,因此,本研究筛选的指标在其他生育时期的适用性还有待于进一步验证和研究。

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