胡麻种质资源成株期抗旱性综合评价及指标筛选[3]
摘 要：为了探讨现有胡麻种质资源抗旱性及其与重要育种性状间的关系，研究胡麻抗旱性综合评价方法和鉴定指标，为抗旱育种及抗旱基因资源挖掘、利用提供参考依据。本研究在前期基于15份国内主栽胡麻品种建立的抗旱性综合评价体系，以227 份国内外胡麻种质、育成品种、地方品种为材料，考查与其成株期抗旱性相关的5 个农艺性状及产量指标，采用抗旱指数、因子分析、模糊隶属函数分析、聚类分析、灰色关联度分析等方法，对其进行抗旱性综合评价、抗旱型划分和评价指标筛选研究。结果显示，被考查性状指标对干旱胁迫的反应程度及关联程度各异，可选择与抗旱性关系密切的产量及其相关性状为优先选择指标；D 值与产量指标呈极显著正相关；据D 值将供试胡麻种质划分为7 个抗旱级别，可较好地反映各供试胡麻种质的抗旱性及其特点。说明有选择地测定与D值密切相关的6个性状指标，以其D值作为评价参数可有效且准确地鉴定胡麻种质抗旱性。
关键词：胡麻；农艺性状；抗旱性综合评价；隶属函数；抗旱性度量值；聚类分析
胡麻（Linum usitatissimum）是中国西北、华北等北方旱作农业区重要的油料作物，具有耐瘠、耐旱寒、喜凉等特点；其特殊的生产区域决定其必须具有一定的抗旱性。种质资源是胡麻品种改良的基础性材料，我国胡麻品种资源相对匮乏。而收集、鉴定、评价国内外不同胡麻种质资源及其抗旱性，挖掘和利用其有益抗旱种质/基因资源是提高其抗旱育种效率的基础。
合理有效的鉴定指标及其评价方法是作物抗旱性鉴定与评价的关键。迄今，国内外对作物抗旱性评价方法仍未取得突破性进展。目前普遍认为，多指标多方法相结合的抗旱性综合评价体系更加真实、可靠，且多数已在胡麻、小麦、大豆、油菜、谷子、玉米、棉花等作物上应用。笔者前期曾以抗旱性等级较为确切的15 份主栽胡麻品种为材料，研究并建立了胡麻抗旱性综合评价方法及鉴定指标，能有效反映参试品种的抗旱性、抗旱特点、选育和应用区域。
项目组近年先后从国内外收集了大量油用亚麻品种资源，为挖掘和利用其有益抗旱种质/基因资源，提高抗旱育种效率，对其抗旱性进行科学合理的分析和评价是十分必要的。因此，本研究以227份国内外广泛收集的胡麻种质、育成/主栽品种、地方品种为材料，基于前期已建立的抗旱性综合评价方法，进行其抗旱性鉴定与综合评价，试图筛选抗旱种质/基因资源，进一步完善抗旱性综合评价体系及其评价指标，以期为后续胡麻抗旱相关基因挖掘及其抗旱育种提供参考依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料与处理
试验材料为227份国内外收集和筛选的胡麻种质、育成品种、地方品种（见图1）。限于篇幅，本文中涉及的227份供试材料均用代号表示，其名称、来源等详细信息请与作者联系。
试验分别于2014 和2015 年在甘肃省兰州市榆中县良种场进行，有关地理、气候、栽培条件、施肥量等参数、该区域降雨时空分布特点以及在该区域正常年份，利用自然降雨实现对胡麻干旱胁迫及抗旱性研究的可行性分析详见罗俊杰等的报道。
供试材料采用随机区组排列，设干旱胁迫（自然降雨）和对照（全生育期灌水2 次）2 个处理，2014 年设1 次重复，2015 年设3 次重复。每处理227 个品种，小区面积0.6 m2，行距0.2 m，于4 月7 日人工开沟撒播，种植密度900 万粒·hm-2，干旱胁迫与对照处理间隔5.0 m，边界培土分离，其余按当地大田生产管理。
1.2 考察性状与方法
供试胡麻种质成熟后，各小区各品种按20 株取样考种，参照《胡麻种质资源描述规范和数据标准》测定株高、单株分茎数、有效分枝数、单株果数、每果粒数等产量相关性状，全区收获统计小区产量。
1.3 数据统计分析
以2014 年和2015 年各小区供试胡麻种质农艺性状测定值作为基础数据，进行平均数差异显著性分析，并参考罗俊杰等的方法，分别计算单项抗旱指数（Drought-resistance index，DI）、综合抗旱性量度值（D）、关联度（γ0j）。最后基于D 值进行系统聚类分析（欧式距离和WPGMA 法）、抗旱级别划分，并以D 值为参考序列对各性状抗旱指数进行逐步回归分析。
所有数据均采用Excel 2003和SPSS 18.0分析软件进行处理。
2 结果与分析
2.1 试验材料及处理的代表性分析
在干旱胁迫和正常灌水条件下，227 份供试胡麻种质成株期各性状变化程度各异，其测定值平均数差异显著性分析表明（表1），干旱对各性状均有显著影响，处理间差异均达显著或极显著水平；干旱胁迫下株高、单株分茎数、有效分枝数、单株果数、每果粒数、产量分别较正常灌水处理降低21.54%、-12.20%、0.00%、1.15%、-3.08%、26.65%；干旱胁迫下的性状变异幅度为0.112～0.369，单株果数与产量的变异系数较大，每果粒数变异系数较小，说明每果粒数受干旱逆境胁迫影响较小；干旱胁迫和正常灌水条件下各性状测定值间均达显著或极显著正相关。说明供试胡麻种质类型较丰富，所选性状对干旱胁迫反应较为敏感，处理效果较好，具有较好代表性。
表1 胡麻种质各处理的性状相关数据
Table 1 The correlated traits data of tested flax germplasms under different treatments
注：*及**分别表示t检验达显著或极显著水平。
2.2 单项性状指标的抗旱性分析
单项性状抗旱指数分析表明（表2），各性状抗旱指数差异较为明显，其中产量抗旱指数的变异系数相对较大，每果粒数抗旱指数的变异系数相对较小。
表2 胡麻种质各性状指标抗旱指数在不同区间的分布及其变异系数
Table 2 The distributions of tested flax germplasms indifferent ranges of drought resistance indexes of tested traits and their variable coefficient
连续变数次数分布统计分析表明（表2），同一区间各性状抗旱指数分布次数和频率相差较大，所有考察性状的DI 值在0～1.0 和1.0～2.0 区间的分布频率均大于21.95%，其余区间的分布频率均小于8.37%，其中株高、主茎分枝数、单株果数及产量的DI值最大值分布在0～1.0区间。可见，株高和产量对干旱胁迫的反应迟钝，单株分茎数和每果粒数则较为敏感，说明不同性状对干旱胁迫的敏感程度各异，且所测指标之间关系复杂且重要性不同。
本文拟通过因子分析及隶属函数分析获得综合抗旱性量度值（D 值），以便确定抗旱鉴定指标的重要性，并实现抗旱性综合评价。
2.3 因子分析及性状权重系数、隶属函数分析及综合抗旱性评价(https://www.daowen.com)
各性状抗旱指数矩阵的因子分析表明（表3），前5 个因子的累积贡献率已达到83.33%。取前5 个因子，将原单项性状指标转换为5 个相互独立的公因子（F1、F2、F3、F4、F5），它们分别在单株果数、产量、主茎分枝数与每果粒数、株高、单株分茎数上有较高荷载量。据各公因子贡献率可知，5个公因子的权重系数基本相同。
表3 因子载荷矩阵、特征根及其贡献率及各性状指标与D值的关联度及其位次
Table 3 Component matrix，characteristic root，contribution rate and relevancy between tested agronomic traits and D values
模糊隶属函数分析所获D 值能更准确地评价供试胡麻种质的综合抗旱性，D 值越大抗旱性越强。综合抗旱性排序结果显示（表4），精河胡麻、察右后旗小、CAWNPORE NO.483、伊宁红、定亚8 号、2009-179、BUDA×（19×112）、ROSARIO、陇亚1 号、匈牙利8号等分别居供试胡麻种质前10位。
2.4 系统聚类分析及抗旱级别的划分
基于D 值的系统聚类及抗旱级别分析显示（图1、表5），在欧氏距离为0.76 水平上，将227 份供试胡麻种质按抗旱性分为7 大类，其中1 级抗旱型（1 份，精河胡麻）和2 级抗旱型（6份）分别占0.44%、2.64%，3级抗旱型（55份）占24.23%。
表4胡麻种质编号及抗旱性度量值（D值）
Table 4 The number of tested flax germplasms and their D value
表5 胡麻种质综合抗旱级别及分布
Table 5 Comprehensive drought-resistant grades and distributions of tested flax germplasms
综合分析显示，位居1、2 级抗旱型材料，其D 值均远大于其相应平均值，属强抗旱型材料，可作为抗旱资源应用；位居3 级抗旱型材料，其D 值略大于其相应平均值，属弱抗旱型材料，可作为水旱兼用型资源应用；位居4～7级抗旱型的165份材料，其D值均接近或远小于其相应平均值，可作为水地资源应用。
各性状抗旱指数与D 值（参考数列）间的关联度（γD）能够反映其对综合抗旱性的重要程度，关联度越大，重要性越大，与D 值的密切程度越高。灰色关联分析显示（表3），各性状与D值的密切程度依次为每果粒数、产量、主茎分枝数、单株果数、株高、单株分茎数。说明与供试胡麻种质抗旱性关系最为密切的仍然是与产量相关的性状，对干旱胁迫反映最为直接且所受影响最大。而株高、单株分茎数等可作为辅助参考性状，以提高选择准确性及选择效率。
2.5 逐步回归分析及抗旱性预测评价
逐步回归分析得到回归方程YD=0.398-0.064X1-0.119X2+0.042X3-0.005X4+0.073X5+0.036X6，回归诊断显示，方程的F 值（842875.828）及偏相关系数R（1.000）均达极显著（P=0.01），Durbin-Watson 统计量D 接近于2（2.094），决定系数R2=1；Pearson 卡方检验显示，D 值与其预测值及YY值间呈极显著正相关（P=0.01）。说明模型回归方程（1）（2）（3）的预测值与实际值之间拟合度好，解释能力强，抗旱性评价预测精度高，效果较好。有选择地测定与D 值密切相关的6 个性状指标，以其D 值作为评价参数可有效且准确地鉴定以产量为主要考量目标的胡麻种质抗旱性。
3 讨论
3.1 关于抗旱评价指标的选择问题
指标性状的合理选择是作物抗旱性鉴定的关键。对此国内外研究者已从不同角度提出了抗旱性鉴定的相关性状。多数研究者认为，以产量性状对干旱胁迫最为敏感，且农艺性状的综合指标与品种的抗旱性显著相关。然而，不同鉴定指标对干旱胁迫的敏感程度、不同指标间有何关系，对抗旱性的贡献等问题，目前尚无定论。
图1 基于D值的胡麻种质资源系统聚类图（WPGMA法）
Fig.1 Fuzzy clustering dendrogram by WPGMA method based on D values of tested flax germplasms
注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ、Ⅵ、Ⅶ表示不同抗旱等级。
本研究发现每果粒数、产量等性状与供试胡麻种质抗旱性，特别是D 值关系最为密切，在抗旱性鉴定时需要更加注重其表型测定的准确性。而株高、单株分茎数等性状则不宜作为抗旱性选择的核心指标或可作为辅助性状加以参考，以提高选择准确性及效率，这与前人及项目组前期的研究结果一致，这点与小麦等作物明显不同。
3.2 作物抗旱性的分析方法
目前普遍认为，多指标多方法相结合的抗旱性综合评价比较可靠。祁旭升等研究认为，株高和千粒重对干旱胁迫反应迟钝，单株粒数和单株粒重较为敏感。
本研究认为各性状指标权重及最终核心综合评价指标的确定往往是抗旱性综合评价的关键，并在前期研究基础上，以227份国内外胡麻种质资源为材料，进一步验证和优化了其成株期抗旱性综合评价方法，并认为有选择地测定与D 值密切相关的6 个性状指标，以其D值作为评价参数可有效且准确地鉴定以产量为主要考量目标的胡麻种质抗旱性。如强抗旱型的精河胡麻、阿克苏胡麻、伊宁红等，均来源于年降雨量小于200 mm 的干旱、半干旱区或干旱荒漠区，抗旱性是其育种的基本指标。
此外，对照笔者前期研究的15 份对照品种，本研究对天亚9 号、宁亚19 号的抗旱性划分略有出入外，其余均与前期研究比较相符，且多数品种在本研究中没有被划分至Ⅰ、Ⅱ级抗旱型。这说明来自甘、新、宁等干旱或干旱荒漠区的精河胡麻、察右后旗小、伊宁红等诸多地方种质的抗旱性强于天亚9 号、伊亚4 号等抗旱型栽培品种，其产量性状较上述栽培品种可能不尽突出，但其可作为抗旱基因资源在育种中利用。
4 结论
采用抗旱性综合评价方法，以抗旱性度量值（D 值）为综合评价指标，进行聚类分析和抗旱型划分，并结合灰色关联分析、逐步回归分析筛选出关键性状指标，建立了回归方程，能有效反映各供试胡麻种质的抗旱性、抗旱特点，为供试胡麻种质育种、抗旱基因挖掘与资源利用及其他品种（系）的抗旱性鉴定提供有价值的参考。
参考文献（略）
欧巧明，叶春雷，李进京，陈军，崔文娟，王立光，厚毅清，罗俊杰：
甘肃省农业科学院生物技术研究所