基于主成分和SOM聚类分析的高粱品种萌发期抗旱性鉴定与分类

采用人工气候箱内培养皿培养,PEG-6000溶液模拟干旱胁迫环境,在萌发期以80、120、150和175 g L–1PEG-6000水溶液处理31个高粱品种,旨在根据高粱品种萌发期对不同干旱胁迫程度的响应,筛选出具有抗旱能力的高粱品种并探讨高粱萌发期抗旱性鉴定的方法。通过主成分分析法(PCA)和神经网络自组织映射(SOM)聚类分析法对各高粱品种进行抗旱性综合分析与评定。PCA结果表明,相对芽长、相对根长和相对萌发抗旱指数载荷量最大,将其作为萌发期高粱抗旱性筛选的主要评价指标,并对31个高粱品种抗旱性排序。通过SOM聚类分析将31个高粱品种按抗旱性强弱分为5类,吉杂305等4个品种为高度抗旱品种,HL5等4个品种为抗旱品种,辽杂10号等8个品种为中等抗旱品种,锦杂103等7个品种为干旱敏感品种,锦杂93等8个品种为高度干旱敏感品种。研究认为,相对芽长、相对根长和相对萌发抗旱指数等可以作为高粱品种抗旱性鉴定的重要指标;SOM聚类分析可作为品种抗旱性分类的重要方法。     

基于多重表型分析的准确评价高粱抗旱性方法的建立

干旱是制约农业生产的重要非生物胁迫之一,因此作物抗旱性研究具有重要理论和应用价值。本研究对73份高粱材料萌发期和苗期的抗旱性进行了初筛,从中选择15份抗旱材料和6份敏感材料,通过室内和田间试验,获得干旱胁迫下幼苗的株高、叶长、叶宽等形态特征以及超氧化物歧化酶、丙二醛、过氧化物酶等生理生化指标的响应数据,并对高粱的抗旱性做进一步的验证,最终确定抗旱型材料1份,中等抗旱型材料1份,干旱敏感型材料2份。本研究建立了一套基于多重表型分析的高粱抗旱性研究新方法,即综合运用多种数据分析方法(包括隶属函数法、主成分分析法、聚类分析法),结合不同生长环境(田间试验和室内试验)和不同生育期(萌发期和苗期)高粱响应干旱胁迫的多种表型数据(形态特征、生理生化指标),通过多重比较高粱抗旱性评价结果的一致性,旨在系统、高效、准确地判定高粱的抗旱性,为高粱抗旱机制的研究和抗旱新品种的选育提供技术支撑。     

甘肃部分小麦品种萌发期抗旱性鉴定及评价

为筛选出甘肃旱地尤其是播种期间气候经常干旱地区适宜的小麦品种。本研究以8份甘肃主栽的小麦品种和骨干亲本为供试材料，采用PEG-6000模拟干旱胁迫进行了萌发期抗旱性鉴定，测定了发芽率、根长、干物质转运率等8项指标；通过相关分析、主成分分析及抗旱隶属函数值计算，进一步利用抗旱性度量值（D值）对供试材料萌发期抗旱性进行了综合评价。结果表明，8个萌发期性状中，鲜重和干物质转运率对PEG-6000模拟干旱的胁迫反应迟钝，胚芽鞘长、发芽指数次之，发芽率、根长、发芽势和干重则较为敏感；综合评价结果显示，8份小麦品种萌发期抗旱性排序依次分别为：西旱2号>陇春27号>兰天10号=兰天19号>和尚头>宁春4号=兰大211>兰天132。     

谷子萌芽期抗旱性鉴定研究

为了探索谷子种子萌发期相关抗旱性形态和生理生化指标,从而为谷子品种的早期抗旱性鉴定提供更多理论依据。通过PEG渗透胁迫人工模拟干旱条件,对20个谷子品种进行了萌芽期抗旱性研究。以种子的萌发抗旱指数为依据进行谷子萌芽期抗旱性筛选,将20个谷子品种分为五类。研究结果表明：在渗透胁迫条件下,谷子的发芽率、发芽势降低,幼根和幼芽的生长受到不同程度的抑制。其中发芽势、发芽率和幼芽长度与萌发抗旱指数呈极显著正相关(r=0.90**;r=0.73**;r=0.63**),根长和侧根数与萌发抗旱指数呈正相关(r=0.48*;r=0.51*),胚芽鞘长度与萌发抗旱指数相关性不显著。分析表明,发芽势可作为萌芽期抗旱性鉴定的一级指标;发芽率和幼芽长度可作为抗旱性鉴定的二级指标;根长和侧根数可作为萌芽期抗旱性鉴定的三级指标。鉴定谷子萌芽期抗旱性,可以以抗旱指数为主,结合其他5项指标进行综合评价。     

18个玉米杂交种萌发期抗旱性评价

以20%聚乙二醇溶液(PEG 6000)模拟干旱胁迫条件,对18个玉米杂交种进行了萌发期抗旱性评价。结果表明:PEG胁迫后,玉米种子发芽率降低、胚根和胚芽的生长受到不同程度抑制,以相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚芽长、抗旱萌发指数和萌发胁迫指数为依据,利用隶属函数法进行综合评价和SPSS 19.0软件进行聚类分析,济玉901、郑单958、登海605、屯玉808、鲁单818、先玉047和先玉335归类为抗旱品种,农华101、豫玉22和创玉358归类为敏感品种。     

糯玉米自交系芽期抗旱性鉴评

通过PEG溶液人工模拟干旱胁迫条件,对50份糯玉米自交系进行了萌发期的抗旱性评价.结果表明,水分胁迫对相对发芽势、相对发芽率、胚芽长、胚根长、萌发抗旱指数、贮藏物质转化率等均有不同程度的影响.与此同时,使用隶属函数法对糯玉米自交系进行了抗旱性的综合评价,其中G 35、Y 52、Y3-5、Y 9-6为萌发期抗旱性较强的4个品种;Y2-4、G 04、Y 8-5、Y 1-10、Y 3-12为萌发期抗旱性较弱的5个品种;其余则为萌发期抗旱性中等的品种.     

小麦新品系萌发期抗旱鉴定及其灰色关联度分析

以新培育的13个小麦新品系作为研究对象,并用黄淮冬麦区域对照品种周麦18作为对照,在200g/L PEG-6000渗透胁迫处理条件下,利用隶属函数法进行抗旱性鉴定,用抗旱性度量(D)值法综合各个品系萌发期抗旱性进行了鉴定,同时结合灰色关联度分析法对萌发期小麦的相关性状与抗旱指数之间的关联度进行评价分析;结果表明:小麦新品系AG 1404和AG 1026的萌发期抗旱性较周麦18强,各萌发期农艺性状与抗旱指数的关联度从高到低依次分别为根鲜重、萌发指数、芽干重、芽长、萌发耐旱指数、芽鲜重、发芽势、根干重、发芽率。     

不同种源黄芪种子萌发期抗旱性鉴定

干旱是限制黄芪种子自然萌发的直接因素。在PEG-6000溶液中模拟干旱胁迫环境,采用综合抗旱系数、权重隶属函数值、主成分分析、聚类分析等方法相结合,利用农艺性状指标,对12个种源黄芪种子萌发期进行抗旱性鉴定,结果表明:综合抗旱系数和权重隶属函数值均以LQ1(陇芪1号)、WC(武川)、LQ2(陇芪2号)种源较高。种子抗旱性的主成分分为三个,第Ⅰ主成分为种子萌发因子,包括发芽指数、发芽率、发芽势和活力指数;第Ⅱ主成分为种苗生长因子,包括胚根长、苗总长、胚芽长;第Ⅲ主成分为种苗健康因子,包括苗干重和根芽比。三个主成分呈现层层递进关系,各指标间具有相关关系的占44.44%。聚类分析将12个黄芪种源分为5类,WC、LQ12个种源抗旱指标度量值最大,聚为一类;TY(太原)的抗旱性最低,单独聚为一类。采用多种方法综合分析黄芪种子萌发期抗旱性,能够从个体、群体、整体三个不同层次准确评价其抗旱性,为黄芪种质资源利用、引种和育种提供科学依据。     

不同水稻种子萌芽期抗旱性的初步筛选研究

用聚乙二醇(PEG-6000)作为渗透剂模拟水分胁迫,以水稻种子萌发期抗旱指数为依据,对10个杂交水稻品种及10个恢复系进行萌芽期的抗旱性鉴定。试验结果表明,在水分胁迫下,水稻的各项生理指标都下降,但不同品种下降程度不同。萌发抗旱指数、伤害率、发芽率、发芽势等都有影响,在抗旱性上存在一定差异。通过抗旱指数的综合鉴定得出本试验中抗旱能力较好的水稻品种有:T优6135和金优T 16以及恢复系品种1207早、1100早4个品种(系)。     

春性饲草型小黑麦芽期抗旱性鉴定指标的确立

为探讨小黑麦芽期主要性状与抗旱性的关系,运用灰色关联度分析法对20个春性饲草型小黑麦品种(系)在水培与模拟干旱2种条件下芽期主要性状与种子萌发抗旱指数的关联度进行分析,结果表明,模拟干旱条件下,各指标变化值与种子萌发抗旱指数间的关系密切程度依次为:根冠比、芽鞘最大值、最大胚根长、芽鞘存活率、根数.     

6个燕麦品种种子萌发期抗旱性比较

为探讨燕麦萌发期抗旱性,以6个燕麦品种种子为材料,用不同浓度(0、5%、10%、15%、20%、25%)PEG溶液模拟干旱条件,测定种子的发芽势、发芽率、幼苗活力指数、主根长、苗高等5个指标,利用方差分析法、隶属函数法及主成分分析法进行综合评价。结果表明,6个燕麦品种的萌发期抗旱性依次为:美达>魅力>牧王>贝勒2代>领袖>燕王。     

绿豆种质资源苗期抗旱性鉴定

鉴定筛选苗期抗旱绿豆种质,对改良绿豆品种抗旱性、促进绿豆产业发展具有重要意义,同时,也为"绿豆抗旱性鉴定评价技术规范"的制定提供方法和信息支撑。本研究以70份绿豆种质为材料,采用苗期反复干旱法,测定幼苗存活率、萎蔫指数、株高、叶片鲜重、叶片干重、叶片含水量、生物量和胁迫指数等指标,分析各指标间的相关性,结果显示第1次旱胁迫后的幼苗存活率与第2次旱胁迫后的幼苗存活率呈极显著正相关;萎蔫指数、株高与幼苗存活率呈极显著负相关,故遴选出第1次旱胁迫幼苗存活率、萎蔫指数和株高为绿豆苗期抗旱性评价的适宜指标。采用隶属函数法,综合分析划级,获得高抗旱种质16份、抗旱种质20份,中抗种质23份、敏感种质8份和极敏感种质3份。以第1次旱胁迫幼苗存活率、萎蔫指数和胁迫株高分别评价绿豆的抗旱性并与综合评价结果相比较,一致率分别为70.0%、58.6%和51.4%。认为第1次旱胁迫幼苗存活率可以作为大规模绿豆种质苗期抗旱筛选的鉴定指标。     

新疆春小麦品种萌发期抗旱性评价

研究干旱胁迫条件下新疆春小麦不同品种间抗旱性的差异。以20% PEG-6000 作为水分胁迫剂,对10个新疆春小麦品种的发芽率、发芽势、相对芽长、相对根长、相对发芽率、萌发抗旱指数进行研究分析,并通过加权隶属函数法对供试材料的抗旱性进行了综合评价。结果表明：1)与对照相比,20%浓度的PEG胁迫后,发芽率、发芽势、相对芽长、相对根长、相对发芽率均受到抑制,不同品种降幅不同;2) 通过隶属函数法对上述指标进行综合评价分析,10份春小麦的综合评价值(D值)在0.01~0.82之间,中国春为强抗旱品种(1级),新春3号、新春6号、新旱688等3个品种为中抗品种(2级),新春2号、新春26号等2个品种为弱抗旱品种(3级),新春7号、新春17号、新春20号、新春21号等4个品种为不抗旱品种(4级)。因此,新旱688、新春3号、新春6号可作为新疆小麦抗旱育种的种质资源。     

水分胁迫对水稻结实期一些生理性状的影响

选用抗旱性不同的3个杂交水稻品种，在干旱棚内分别在正常供水和水分胁迫条件下，研究了水稻结实期丙二醛（MDA）含量、光合速率、气孔导度、渗透调节物质及保护性酶活性等生理性状变化。结果表明，结实期随土壤水分胁迫加剧和时间延长细胞膜脂过氧化加剧，抗旱性弱的品种膜脂过氧化更为严重；剑叶光合速率、气孔导度和叶绿素含量迅速下降，抗旱性弱的品种比抗旱性强的品种降速快、幅度大。抽穗后0～14 d随胁迫时间的延长叶片内可溶性糖、氨基酸含量增加，超氧化物歧化酶（SOD）、过氧化氢酶（CAT）和过氧化物酶（POD）3种酶活性升高，抗旱性强的品种增加或升高的幅度大。抽穗14 d后叶片内可溶性糖、氨基酸含量下降，SOD、CAT和POD酶活性降低。试验表明，水稻叶片MDA含量、光合作用、渗透调节物质及保护性酶活性的变化幅度与品种的抗旱性密切相关。     

盐胁迫下杂交水稻种子发芽特性及耐盐性评价

根据不同杂交水稻组合发芽期对盐胁迫的反应,筛选出适合在盐渍土壤种植的杂交水稻组合。采用人工气候箱内培养皿培养,用4、8和12 g/L 3个NaCl单盐浓度对8份杂交水稻组合进行盐胁迫处理,以蒸馏水处理为对照,每培养皿放30粒种子。分别于4天和7天后调查种子发芽率,7天后调查芽长、主根长和根数。以相对盐害率对杂交组合进行耐盐性评价。发芽率、芽长、主根长和根数随盐浓度升高总体呈下降趋势,但较低盐浓度(4、8 g/L)时的下降不明显,部分组合还高于对照;高浓度盐溶液(12 g/L)显著抑制水稻种子的发芽率,芽长、主根长和根数均显著下降,降幅分别为35.8%、57.6%、76.1%和83.8%;随着盐浓度的提高,根数下降较快,盐胁迫对杂交水稻组合的根数影响要大于芽长和根长;筛选出发芽期强耐盐组合‘桂源优500’、‘II优1040’（1级）,‘II优1050’、‘甬优12号’（3级）。以12 g/L NaCl单盐浓度可作为杂交水稻组合发芽期耐盐性分级评价的适宜浓度,相对盐害率可以作为杂交水稻发芽期耐盐性的评价指标。     

Hybrid performance of sorghum and its relationship to morphological and physiological traits under variable drought stress in Kenya

Sorghum, Sorghum bicolor L. Moench, is grown mostly in semi-arid climates where unpredictable drought stress constitutes a major production constraint. To investigate hybrid performance at different levels of drought stress, 12 single-cross hybrids of grain sorghum and their 24 parent lines were grown in eight site-season combinations in a semi-arid area of Kenya. In addition, a subset of 20 genotypes was evaluated at the seedling stage under polyethylene glycol (PEG)-induced drought stress. Environmental means for grain yield ranged from 47 to 584 g/m²reflecting the following situations: two non-stress, one moderate pre-flowering, four moderate terminal and one extreme drought stress. Mean hybrid superiority over mid-parent values was 54% for grain yield and 35% for above-ground biomass. Across environments, hybrids out-yielded two local varieties by 12%. Differences in yield potential contributed to grain yield differences in all stress environments. Early anthesis was most important for specific adaptation to extreme drought. Field performance was not related to growth reduction and osmotic adjustment under PEG-induced drought stress. In conclusion, exploitation of hybrid vigour could improve the productivity of sorghum in semi-arid areas.     

20个烟草品种干旱胁迫下发芽和苗期生理特性及耐旱性评价

试验对干旱胁迫下20个烟草品种发芽和苗期生理生化特性变化进行了分析,并对其耐旱性进行了鉴定。在正常供水和15%PEG-6000模拟干旱条件下测定了种子发芽特性及幼苗生长、生理生化等指标,将各性状在正常供水与干旱胁迫下测定值的比值作为耐旱性评价指标。相关性分析表明,相对发芽指数、相对活力指数、相对幼苗鲜重和相对幼苗干重之间显著相关,是较好的耐旱性评价指标。通过聚类分析,将20个品种分为耐旱型、中等耐旱型和干旱敏感型3类,聚类结果与相关性分析结果一致。研究结果将为烟草抗旱性机理研究和育种以及烟草区域化种植提供理论依据。     

红花种子萌发期抗旱性鉴定与评价

为了探索红花耐旱机制及为选育耐旱品种提供理论依据,本文研究了干旱胁迫对红花种质萌发及生长状况的影响。采用聚乙二醇(PEG-6000)模拟干旱胁迫处理,对干旱胁迫下10个红花种质萌发率及幼苗生长指标进行测量,并对各测量指标进行模糊隶属函数分析。结果表明低浓度的PEG对红花种子萌发有一定程度的促进作用；当浓度为15%时,对各指标的抑制作用明显,因此本研究选用15%的PEG浓度鉴定红花种质的抗旱性。在干旱胁迫下红花发芽势、发芽率、下胚轴重、子叶重等降低,胚芽生长受到抑制,干旱对不同种质的根长和根重的影响不一致。通过种子萌发抗旱指数及隶属函数值对红花种质萌发期抗旱性进行综合评价,其中BXY1465为萌发期抗旱性强的材料,BXY512、BXY426、BXY1466以及BXY1859属于萌发期抗旱性中等的材料,BXY1805、BXY2527、BXY2110、BXY750以及WH0086属于萌发期抗性弱的材料。     

不同抗旱性甘薯品种叶片生理性状差异及抗旱指标筛选

在人工控水条件下,以15个甘薯品种为试验材料,设置正常灌水和干旱胁迫2个土壤水分处理,研究了干旱胁迫条件下不同甘薯品种叶片生理特性的差异。结果表明,干旱胁迫条件下,叶面积系数均不同程度下降,反映了品种抗旱性的差异。通过抗旱系数聚类分析,将15个甘薯品种分为3个抗旱类型,抗旱品种:济薯21、济薯25、济徐23、济薯15、烟薯25;中等抗旱品种:徐薯18、济薯26、北京553、济紫薯2号、济薯18;不抗旱品种:郑薯20、济紫薯3号、济薯22、济紫薯1号、凌紫。叶面积系数与抗旱系数的相关性分析表明,干旱胁迫条件下抗旱性强的甘薯品种可维持较高的叶面积系数;而正常灌水条件下的叶面积系数不能反映甘薯品种抗旱性。干旱胁迫导致功能叶叶绿素含量和相对含水量下降,叶片相对电导率升高。干旱胁迫条件下,功能叶叶绿素含量和相对含水量与甘薯品种的抗旱性呈显著正相关关系,而功能叶相对电导率则与甘薯品种抗旱性呈显著的负相关关系。因此,叶面积系数以及功能叶叶绿素含量、相对含水量和相对电导率等指标可作为甘薯品种抗旱性鉴定的评价指标。