基于多指標(biāo)變量的春節(jié)小菊抗旱性評價(jià)

基于多指標(biāo)變量的春節(jié)小菊抗旱性評價(jià)

菊花是中國傳統(tǒng)的十大花之一。小花型盆栽菊花具有植株低矮圓整、花型優(yōu)美、花色豐富、著花繁密、開花一致等特點(diǎn),其中國慶節(jié)(10月1日)前后開花的小菊品種應(yīng)用最為普遍,廣泛應(yīng)用于城市園林、街道美化、居室裝飾等。中國干旱、半干旱地區(qū)約占全國土地面積的1/2,雖然主要集中在北方,但是南方濕潤、半濕潤地區(qū)因降水不均也常會(huì)有周期性、季節(jié)性或臨時(shí)性的干旱。干旱對于園林植物的生長發(fā)育及觀賞價(jià)值有著不良影響,成為諸多園林植物應(yīng)用的限制因素。國慶小菊品種因其生長期主要在春夏季節(jié),干旱對其影響明顯大于秋花型品種。因此,建立其抗旱性評價(jià)體系并開展品種篩選與應(yīng)用,不僅可以減少相應(yīng)人工管理成本,降低水資源消耗,也有利于國慶小菊品種進(jìn)一步拓寬應(yīng)用范圍。菊花的抗逆性研究有部分報(bào)道,陳發(fā)棣等通過葉綠素相對含量、過氧化物酶(POD)活性和電導(dǎo)率測定,對5個(gè)小菊品種(或種)的耐熱性進(jìn)行了鑒定。許瑛等通過生理指標(biāo)測定及形態(tài)解剖觀察探討各指標(biāo)與耐寒性關(guān)系,建立了菊花耐寒性數(shù)學(xué)評價(jià)模型。尹冬梅等采用土培模擬澇害方法,測定生理指標(biāo)并結(jié)合外部形態(tài)觀察初步評定了5種菊花近緣種屬植物的耐澇能力,建立了其苗期耐澇性評價(jià)體系。關(guān)于抗旱性研究僅有少量報(bào)道,如張常青等采用自然失水脅迫和聚乙二醇(PEG)脅迫處理方法,研究地被菊幼苗失水脅迫下形態(tài)和生理指標(biāo),并建立菊花幼苗抗旱性評價(jià)體系;秦賀蘭等研究了干旱脅迫下3個(gè)夏花型小菊品種生理生化特性的影響,而生長期持續(xù)干旱脅迫對小菊生長與觀賞價(jià)值的影響及其抗旱性評價(jià)的研究未見報(bào)道。本研究以20個(gè)國慶小菊品種為材料,在生長過程中持續(xù)干旱脅迫下測定觀賞期的各形態(tài)指標(biāo),通過方差分析、主成分分析和隸屬函數(shù)分析對多指標(biāo)變量進(jìn)行分析,以期對國慶小菊抗旱性進(jìn)行綜合評價(jià),為其推廣應(yīng)用提供理論和技術(shù)支持。1材料和方法1.1試驗(yàn)材料試驗(yàn)材料取自南京農(nóng)業(yè)大學(xué)中國菊花種質(zhì)資源保存中心,共計(jì)20個(gè)品種,均是國慶前后開花的小菊品種(表1)。1.2測試方法試驗(yàn)于2010年5月至11月在南京農(nóng)業(yè)大學(xué)菊花種質(zhì)資源保存中心進(jìn)行。1.2.1干旱脅迫處理5月29日選取生長健壯、發(fā)育充實(shí)、無病蟲害的插穗扦插于大棚中,6月13日將生根苗定植于裝有等量培養(yǎng)土(園土∶蛭石體積比=2∶1)的花盆(20cm×20cm)中,放置在地面鋪10cm厚石子的避雨大棚內(nèi),株行距為25cm×25cm。緩苗14d后,充分灌水1次,3d后采用反復(fù)干旱法開始干旱處理,對照組正常栽培管理,各品種12株·組-1,2次重復(fù)。自處理開始后每天觀測記錄土壤水勢及植株形態(tài)的變化,土壤水勢用Tensio100土壤張力計(jì)測定,測定土壤水勢的位置為花盆底部。并結(jié)合前期的預(yù)備試驗(yàn)最終確定了各個(gè)階段的補(bǔ)水水勢,干旱脅迫處理按照干旱脅迫—復(fù)水—干旱脅迫的過程進(jìn)行,第1階段從處理開始至7月30日,培養(yǎng)土水勢降到-40kPa,多數(shù)材料葉片出現(xiàn)萎蔫,部分葉片干枯時(shí)復(fù)水。第2階段自8月1日至植株現(xiàn)蕾期(50%以上的枝條現(xiàn)蕾),培養(yǎng)土水勢降到-55kPa,多數(shù)材料葉片與花蕾萎蔫,少數(shù)葉片干枯時(shí)復(fù)水;第3階段自現(xiàn)蕾期至花期結(jié)束,培養(yǎng)土水勢降到-45kPa,多數(shù)材料葉片與花朵萎蔫,少數(shù)葉片干枯時(shí)復(fù)水。1.2.2菊花的鑒定參考部分植物的抗旱性評價(jià)方法,確定了11個(gè)與國慶小菊抗旱性有關(guān)的評價(jià)指標(biāo),指標(biāo)均采用脅迫指數(shù)的形式(表2)。盛花期時(shí)參考菊花特異性(distinctness),一致性(uniformity)和穩(wěn)定性(stability)(DUS)測試指南測定株高、冠幅、花徑、花量、舌狀花數(shù)、花梗長度、分枝性,花期結(jié)束后測定計(jì)算地上生物量、地下生物量、根冠比和群體花期。其中群體花期為10%的花朵盛開至50%的花朵衰敗的時(shí)間,根冠比為植株地下生物量/地上生物量,脅迫指數(shù)為處理組測量值/對照組測量值。1.3抗旱性分析利用SPSS17.0(societyproductandsolutionservice17.0)軟件進(jìn)行方差分析、主成分分析,采用隸屬函數(shù)法對20份國慶小菊的抗旱性進(jìn)行評價(jià)。隸屬函數(shù)的計(jì)算公式:R(xi)=(xi-xmin)/(xmax-xmin)。其中xi為指標(biāo)測定值,xmin,xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值和最大值。2結(jié)果與分析2.1干旱指數(shù)的主成分分析對國慶小菊的11個(gè)形態(tài)指數(shù)進(jìn)行方差分析的結(jié)果表明(表2),11個(gè)指數(shù)品種間均差異極顯著(P<0.01),重復(fù)間差異不顯著,故可對11個(gè)抗旱指數(shù)進(jìn)行主成分分析。2.2干旱脅迫對總性狀的影響主成分的特征根和貢獻(xiàn)率是選擇主成分的依據(jù)(表3),根據(jù)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率大于80%原則,貢獻(xiàn)率較小的成分可忽略不計(jì),故選留前3個(gè)主成分作為國慶小菊抗旱性評價(jià)的綜合指標(biāo)(表4)。前3個(gè)主成分的累積方差貢獻(xiàn)率為82.179%,表明前3個(gè)主成分已經(jīng)把與抗旱性有關(guān)的82.179%的信息反映出來了。決定第1主成分大小的主要是地下生物量脅迫指數(shù)(0.938),根冠比脅迫指數(shù)(0.867),分枝性脅迫指數(shù)(0.858),群體花期脅迫指數(shù)(0.818),花量脅迫指數(shù)(0.704)等5個(gè)性狀分量。第1主成分相當(dāng)于5.707個(gè)原始指標(biāo)的作用,可以反映原始數(shù)據(jù)信息量的51.884%。第1主成分中所占比重較大的根冠比脅迫指數(shù)、地下生物量脅迫指數(shù)均與根系有關(guān),其生長發(fā)育狀況直接影響地上部莖、葉和花的生長。分枝性、群體花期和花量與觀賞性密切相關(guān),它們的變化反映了干旱脅迫對國慶小菊生長勢與觀賞性的影響。決定第2主成分大小的主要是花徑脅迫指數(shù)(0.678),舌狀花數(shù)脅迫指數(shù)(0.633),花梗長度脅迫指數(shù)(0.418)等3個(gè)性狀分量。第2主成分相當(dāng)于2.041個(gè)原始指標(biāo)的作用,可以反映原始數(shù)據(jù)信息量的18.551%。這3個(gè)性狀以其不同的角度反映了單個(gè)花序的觀賞特性,它們的變化體現(xiàn)了干旱脅迫對國慶小菊單個(gè)花序的觀賞性造成的影響。決定第3主成分大小的主要是地上生物量脅迫指數(shù)(0.498),冠幅脅迫指數(shù)(0.474),花徑脅迫指數(shù)(0.409)等3個(gè)性狀分量。第3主成分相當(dāng)于1.292個(gè)原始指標(biāo)的作用,可以反映原始數(shù)據(jù)信息量的11.743%。冠幅、花徑與國慶小菊觀賞性有關(guān),其指數(shù)變化可以反映出干旱脅迫對其生長勢與觀賞性的影響。2.3抗旱性排序分析根據(jù)主成分分析,特征根的大小代表各綜合指標(biāo)對總遺傳方差貢獻(xiàn)的大小,特征向量表示各性狀對綜合指標(biāo)貢獻(xiàn)的大小。第1主成分和第2主成分的累計(jì)貢獻(xiàn)率為70.436%,表明前2個(gè)主成分已將原始數(shù)據(jù)大部分的信息反映了出來。在2個(gè)主成分中篩選負(fù)荷系數(shù)絕對值為0.63～0.94的指標(biāo),從而得到根冠比脅迫指數(shù)、地下生物量脅迫指數(shù)、分枝性脅迫指數(shù)、群體花期脅迫指數(shù)、花量脅迫指數(shù)、花徑脅迫指數(shù)、舌狀花數(shù)脅迫指數(shù)等7個(gè)指標(biāo),然后進(jìn)行隸屬函數(shù)分析,最終得出了20個(gè)國慶小菊品種的抗旱性排序(表5)。20個(gè)品種劃分為3個(gè)等級:隸屬函數(shù)值大于0.63的為抗旱性強(qiáng)品種,包括‘金陵嬌黃’‘金陵黃扣’‘金陵笑靨’‘金陵黃’和‘金陵粉玉蘭’5個(gè),干旱脅迫后葉片與花蕾萎蔫程度較低,復(fù)水后恢復(fù)較快,各個(gè)指標(biāo)處理與對照之間差異不明顯。隸屬函數(shù)值小于0.30的為抗旱性弱的品種,包括‘金陵矮黃’‘金陵豐收’‘金陵星光’和‘金陵紫衫’4個(gè),這一等級的品種受干旱脅迫的影響較為明顯,干旱脅迫后葉片與花蕾萎蔫程度較高,復(fù)水后恢復(fù)較慢,各個(gè)指標(biāo)處理與對照之間差異明顯。其余的11個(gè)品種為中等抗性,干旱脅迫后的萎蔫程度與復(fù)水后恢復(fù)速度及各個(gè)指標(biāo)處理與對照之間差異多介于前兩類之間。3結(jié)論和討論3.1試驗(yàn)方法的選擇目前,鑒定園林植物的抗旱試驗(yàn)方法很多,常用的方法(如田間試驗(yàn)法、干旱棚法、抗旱池法、生長箱法或人工模擬氣候箱法)主要是根據(jù)園林植物生長環(huán)境的不同和對園林植物干旱處理的方法(如土壤干旱盆栽法、大氣干旱法和高滲溶液法)不同而制定的。每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn),且無統(tǒng)一規(guī)范,試驗(yàn)時(shí)需根據(jù)研究目的靈活運(yùn)用。本試驗(yàn)采用室內(nèi)盆栽鑒定的方法。該方法能夠比較靈活地人為控制澆水量和澆水時(shí)間,但盆栽限制根系自由生長導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)結(jié)果與田間試驗(yàn)或生產(chǎn)實(shí)際存在一定的差異,差異只能盡量減小而不可避免。同時(shí)在試驗(yàn)過程中發(fā)現(xiàn)外界溫度濕度的變化很容易對土壤水勢產(chǎn)生一定的影響,所以,補(bǔ)水的時(shí)間并不具有規(guī)律性。本試驗(yàn)中采用借助土壤張力計(jì)結(jié)合植株形態(tài)變化的方法來確定最佳的補(bǔ)水時(shí)間,消除了外在因素帶來的影響。3.2干旱脅迫對品種生長和觀賞的影響植物的抗旱性是由遺傳因子和環(huán)境共同控制的一個(gè)復(fù)雜的數(shù)量性狀,只有采用多指標(biāo)的綜合評價(jià),才能較客觀地反映植物的耐旱性。生長因子對干旱的反映最為敏感,因此,評價(jià)生長及形態(tài)指標(biāo)仍然是抗旱鑒定最常用的方法。地被菊株高、冠幅的增長率在地栽控水條件下逐漸降低,干旱脅迫也抑制了馬尾松Pinusmassoniana苗株高和生物量積累,而本試驗(yàn)中干旱脅迫下大部分植株特別是抗旱中等以上的品種根冠比、地下生物量、分枝性、群體花期、花量等指標(biāo)的變化大于株高和冠幅指標(biāo),且不同抗旱程度的品種間差異也較大,而被納入了抗旱性評價(jià)中,株高和冠幅變化相對較小的原因可能與國慶小菊品種本身株型低矮、緊湊有關(guān)。相關(guān)研究表明:采用室內(nèi)盆栽下的人工模擬干旱脅迫使不同苜蓿種質(zhì)苗期除根冠比增加外,其存活率、株高、地上和地下生物量均呈明顯下降趨勢,而干旱脅迫條件下楊樹無性系生物量累積受到明顯抑制,根冠比卻明顯降低。本