9 竹種抗旱性評(píng)價(jià)與指標(biāo)篩選

孔波，李雪平*，李夷騫，楊旸

(1.國(guó)際竹藤中心，北京 100102；2.國(guó)家林業(yè)和草原局竹藤科學(xué)與技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100102)

竹子生長(zhǎng)需水量較大，干旱會(huì)抑制竹子的生長(zhǎng)發(fā)育，導(dǎo)致竹材、竹筍減產(chǎn)，景觀竹美觀度降低，嚴(yán)重情況下會(huì)導(dǎo)致竹子死亡，降低竹子的利用價(jià)值。

趙蘭等[1]研究了黃條金剛竹、菲白竹、鋪地竹、菲黃竹4 種地被竹的抗旱性，認(rèn)為黃條金剛竹的抗旱性最強(qiáng)，鋪地竹的抗旱性最弱，葉片含水量對(duì)地被竹抗旱性影響最大，脯氨酸的影響最小。黃滔等[2]研究了3 年生圣音竹、龜甲竹、黃竿烏哺雞竹、黃稈京竹的抗旱性，認(rèn)為黃稈京竹的抗旱性最強(qiáng)。陳平[3]研究紫竹、金鑲玉竹、紅殼竹、無(wú)毛翠竹和菲白竹的抗旱性，發(fā)現(xiàn)干旱處理復(fù)水后無(wú)毛翠竹和菲白竹的恢復(fù)能力強(qiáng)，保水率強(qiáng)，認(rèn)為無(wú)毛翠竹和菲白竹的抗旱性優(yōu)于金鑲玉竹、紅殼竹和紫竹。

筆者以金鑲玉竹、毛竹、黃竿烏哺雞竹、孝順竹、鳳尾竹、觀音竹、大明竹、狹葉青苦竹、茶竿竹等9 竹種為材料，測(cè)定干旱脅迫下竹葉的葉綠素含量、葉片含水量、超氧化物歧化酶活性、過(guò)氧化氫酶活性、過(guò)氧化物酶活性、脯氨酸含量、丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量，分析這些生理生化指標(biāo)與竹子抗旱性的關(guān)系，綜合評(píng)價(jià)竹種的抗旱能力，篩選與抗旱性關(guān)聯(lián)度高的指標(biāo)，以期為抗旱竹種的選育提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

2019 年4 月下旬，將金鑲玉竹、毛竹、黃竿烏哺雞竹、孝順竹、鳳尾竹、觀音竹、大明竹、狹葉青苦竹、茶竿竹9 個(gè)2 年生竹種由江蘇省揚(yáng)州市江都區(qū)丁伙鎮(zhèn)大禹風(fēng)景竹園移栽裝盆后移至大棚內(nèi)培育。

1.2 方法

每個(gè)竹種設(shè)置處理組與對(duì)照組，每組10 盆。干旱脅迫前澆足水，處理組不再澆水，對(duì)照組正常澆水。分別于干旱脅迫3、6、9、12、15、18 d 時(shí)觀察竹葉受旱狀況，取竹子的上、中、下部40～50片功能葉，重復(fù)取樣3 次，液氮速凍后–20 ℃冷凍保存，測(cè)定竹葉的生理生化指標(biāo)。

依據(jù)文獻(xiàn)[4]，竹種葉形、葉色采用受害等級(jí)法進(jìn)行評(píng)價(jià)：1 級(jí)，生長(zhǎng)狀態(tài)正常；2 級(jí)，葉片開始出現(xiàn)卷曲；3 級(jí)，葉片卷曲程度加深，開始出現(xiàn)葉片枯黃；4 級(jí)，葉片枯黃程度加深；5 級(jí)，植株大部分葉片枯黃或死亡。葉片含水量采用烘干稱重法[5]測(cè)定；葉綠素含量采用CL–01 型葉綠素計(jì)(漢莎科學(xué)儀器有限公司)測(cè)定；超氧化物歧化酶(SOD)活性、過(guò)氧化物酶(POD)活性、過(guò)氧化氫酶(CAT)活性采用試劑盒(江萊生物)測(cè)定；丙二醛(MDA)含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量采用試劑盒(南京建成生物科技研究所)測(cè)定。

1.3 數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)用 Microsoft Excel 2019、IBM SPSS Statistics 25 進(jìn)行處理。

在竹子抗旱性強(qiáng)弱判斷上，參照汪燦等[6–8]、謝小玉等[9]、蘭巨生[10]、祁旭升等[11–12]和羅俊杰等[13]的方法，以所測(cè)竹葉生理生化指標(biāo)為基礎(chǔ)，分別計(jì)算抗旱系數(shù)DC、綜合抗旱系數(shù)CDC 和抗旱性度量值(D值)。指標(biāo)與抗旱性關(guān)聯(lián)度依據(jù)灰色關(guān)聯(lián)度分析，將9 竹種的9 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)DC 值看作一個(gè)整體，即灰色系統(tǒng)，把D值作為母數(shù)列，DC 值作為比較數(shù)列，計(jì)算得到各單項(xiàng)指標(biāo)DC 值與D值間的關(guān)聯(lián)度。采用歐氏距離和最大距離法對(duì)竹種進(jìn)行聚類。

2 結(jié)果與分析

2.1 干旱脅迫下9 竹種葉片的受害等級(jí)

9 竹種干旱葉片受害等級(jí)列于表1。結(jié)果表明，干旱脅迫第6 天時(shí)，孝順竹和鳳尾竹的葉片受害等級(jí)達(dá)到2 級(jí)，開始出現(xiàn)卷曲；第9 天時(shí)，觀音竹和大明竹葉片受害等級(jí)達(dá)到2 級(jí)，開始卷曲，而孝順竹的葉片受害等級(jí)已達(dá)到3 級(jí)，卷曲程度加深，小部分葉片開始枯黃；第12 天時(shí)，毛竹葉片受害等級(jí)2 級(jí)，開始出現(xiàn)葉片卷曲現(xiàn)象；到第15 天時(shí)，所有竹種葉片受害等級(jí)2～4 級(jí)，均出現(xiàn)卷曲現(xiàn)象，孝順竹葉片受害等級(jí)達(dá)4 級(jí)，枯黃程度加深；第18 天時(shí)，孝順竹葉片受害等級(jí)為5 級(jí)，已枯黃，其余竹種葉片受害等級(jí)3～4 級(jí)，均處于葉片高度卷曲狀態(tài)。

表1 干旱脅迫下9 竹種葉片受害等級(jí)Table 1 Damage gr ades of le aves of 9 bam boo spe cies unde r drought stress

2.2 9 竹種生理生化指標(biāo)的抗旱系數(shù)和綜合抗旱系數(shù)

9 竹種生理生化指標(biāo)的抗旱系數(shù)和綜合抗旱系數(shù)列于表2。結(jié)果表明，竹葉生理生化指標(biāo)DC 值的變異系數(shù)為5.98%～100.61%，CDC 值的變異系數(shù)為26.42%，各指標(biāo)的變異系數(shù)差異較大，說(shuō)明竹葉生理生化指標(biāo)對(duì)干旱脅迫的敏感性不同。

表2 9 竹種生理生化指標(biāo)的抗旱系數(shù)和綜合抗旱系數(shù)Table 2 Drought resistance coefficient and comprehensive drought resistance coefficient of biochemical indexes of 9 bamboo species

對(duì)竹葉生理生化指標(biāo)的抗旱系數(shù)進(jìn)行連續(xù)變數(shù)的次數(shù)分布統(tǒng)計(jì)[14]，結(jié)果DC 值高于1.2 的CAT活性、POD 活性、SOD 活性、MDA 活性、可溶性糖含量、脯氨酸含量、葉綠素含量、葉片含水量的頻率分別為88.89%、55.56%、66.67%、77.77%、100%、100%、0、0 和100%。對(duì)干旱脅迫的敏感強(qiáng)弱排序?yàn)楦彼岷?、葉片受害等級(jí)、可溶性糖含量、CAT 活性、MDA 含量、SOD 活性、POD 活性、葉片含水量、葉綠素含量；CDC 值高于2 的有5 竹種，其中鳳尾竹的CDC 值最高，大明竹的最小，說(shuō)明各指標(biāo)的敏感度差異較大，用單一指標(biāo)的DC值或CDC 值評(píng)價(jià)竹種的抗旱性和篩選抗旱關(guān)鍵指標(biāo)并不具有代表性。

2.3 9 竹種抗旱系數(shù)的主成分分析

利用IBM SPSS Statistics 25 對(duì)測(cè)定的竹葉生理生化指標(biāo)的DC 值進(jìn)行因子分析。從表3 中可以看出，前3 個(gè)指標(biāo)的累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到78.147%，特征根大于1.304，說(shuō)明前3 個(gè)綜合指標(biāo)能代表8 個(gè)生理生化指標(biāo)的絕大部分信息。將這3 個(gè)綜合指標(biāo)分別轉(zhuǎn)化為F1、F2 和F3，F(xiàn)1 因子在MDA 含量、葉片受害等級(jí)、脯氨酸含量、CAT 活性、葉片含水量上有較高載荷，F(xiàn)2 因子在可溶性糖含量、SOD 活性上有較高載荷，F(xiàn)3 因子在POD 活性、葉綠素含量上有較高載荷(表4)。

表3 方差貢獻(xiàn)率Table 3 Variance contribution rate

表4 因子載荷矩陣Table 4 Factor load matrix

2.4 9 竹種抗旱系數(shù)的隸屬函數(shù)分析

9 竹種D值的平均值為0.549，標(biāo)準(zhǔn)差為0.124，變異系數(shù)為22.56%，從表5 中可以看出，9 竹種的D值從大到小依次為狹葉青苦竹、黃竿烏哺雞竹、茶竿竹、大明竹、觀音竹、金鑲玉竹、孝順竹、毛竹和鳳尾竹，狹葉青苦竹的抗旱性最強(qiáng)，鳳尾竹的抗旱性最弱。

表5 9 竹種D 值及排序Table 5 D value and sequence of bamboo species

2.5 灰色關(guān)聯(lián)度

根據(jù)灰色系統(tǒng)理論，計(jì)算出竹葉生理生化指標(biāo)與9 竹種抗旱性的關(guān)聯(lián)度(表6)，結(jié)果表明，各個(gè)指標(biāo)與9 竹種抗旱性的關(guān)聯(lián)度由強(qiáng)到弱依次為葉片含水量、CAT 活性、SOD 活性、POD 活性、葉綠素含量、可溶性糖含量、MDA 含量、葉片受害等級(jí)和脯氨酸含量，葉片含水量與抗旱性的關(guān)聯(lián)度最大，脯氨酸含量與抗旱性的關(guān)聯(lián)度最小。

表6 竹葉生理生化指標(biāo)DC 值與D 值的關(guān)聯(lián)度及排序Table 6 Correlation de gree and r anking of D C valu e and D value of each index

2.6 9 竹種基于抗旱性度量值的聚類

運(yùn)用歐氏距離及最遠(yuǎn)鄰元素法對(duì)加權(quán)隸屬函數(shù)值D值進(jìn)行聚類，從結(jié)果(圖1)可以看出，當(dāng)兩者的距離為10 時(shí)，可以將9 竹種分為3 類：第1類有狹葉青苦竹和黃竿烏哺雞竹2 竹種，抗旱性強(qiáng)；第2 類有茶竿竹、大明竹、觀音竹和金鑲玉竹等4竹種，抗旱性一般；第3 類有孝順竹、毛竹和鳳尾竹等3 竹種，抗旱性差。

圖1 基于抗旱性度量值的9 竹種聚類Fig.1 Bamboo species clustering based on drought resistance measure

3 結(jié)論與討論

計(jì)算9 竹種生理生化指標(biāo)的抗旱系數(shù)，以抗旱系數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)主成分分析計(jì)算權(quán)重系數(shù)，用模糊隸屬函數(shù)法計(jì)算隸屬函數(shù)值，得到竹種抗旱性度量值(D值)。根據(jù)D值的大小順序，評(píng)價(jià)竹種的抗旱性，9 竹種的抗旱性強(qiáng)弱依次為狹葉青苦竹、黃竿烏哺雞竹、茶竿竹、大明竹、觀音竹、金鑲玉竹、孝順竹、毛竹和鳳尾竹。

基于抗旱性度量值聚類分析，將9 竹種分為3類：第1 類有狹葉青苦竹和黃竿烏哺雞竹2 竹種，抗旱性強(qiáng)；第2 類有茶竿竹、大明竹、觀音竹和金鑲玉竹等4 竹種，抗旱性一般；第3 類有孝順竹、毛竹和鳳尾竹等3 竹種，抗旱性差。

影響竹子抗旱能力的因素較多，有關(guān)竹子抗旱性評(píng)定的指標(biāo)也有多種觀點(diǎn)[15–18]，前人多采用隸屬函數(shù)法評(píng)價(jià)竹子的抗旱性。陳羨德等[18]測(cè)定鳳尾竹、孝順竹、四季竹干旱脅迫條件下葉片的游離脯氨酸含量、可溶性糖含量，超氧化物岐化酶(SOD)活性和過(guò)氧化氫酶(CAT) 活性，采用模糊隸屬函數(shù)法分析，認(rèn)為抗旱能力強(qiáng)弱依次為四季竹、鳳尾竹、孝順竹；林樹燕等[15]對(duì)3 種觀賞竹鋪地竹、平安竹、小佛肚竹進(jìn)行干旱脅迫處理后測(cè)定葉片葉綠素、SOD、MDA、質(zhì)膜透性的含量，采用模糊隸屬函數(shù)法分析，認(rèn)為3 種觀賞竹的抗旱強(qiáng)弱依次為平安竹、小佛肚竹、鋪地竹。本研究測(cè)定9 竹種葉片含水量、葉綠素含量、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性、MDA 含量、可溶性糖含量、脯氨酸含量和葉片受害等級(jí)，采用抗旱系數(shù)、綜合抗旱系數(shù)、抗旱性度量值、聚類分析綜合評(píng)價(jià)了竹種的抗旱能力。灰色關(guān)聯(lián)度分析表明，與抗旱性度量值(D值)關(guān)系密切的竹葉生理生化指標(biāo)順序依次為葉片含水量、CAT活性、SOD 活性、POD 活性、葉綠素含量、可溶性糖含量、MDA 含量、葉片受害等級(jí)、脯氨酸含量，竹子葉片中含水量的變化與抗旱性的強(qiáng)弱關(guān)聯(lián)度最大，另外抗氧化的酶類與竹子抗旱性的相關(guān)性也較強(qiáng)。未來(lái)還可從葉片結(jié)構(gòu)、地下鞭根等方面對(duì)竹種的抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。