综合评价12个早实核桃品种的抗旱性

　　中国早实核桃栽培品种主要为 20 世纪 90 年代评定的首批早实核桃新品种（高焕章，2005），包括京 861、中林 1 号、中林 5 号、香玲、丰辉、鲁光、辽核 1 号、辽核 3 号、辽核 4 号、温 185、新早丰、扎 343、绿波、陕核 1 号、西林 2 号和西扶 1 号。这些品种在全国范围内推广种植，取得了良好的经济、生态和社会效益。然而中国核桃产区主要集中于干旱和半干旱地区，春季和初夏干旱少雨，且降水分布不均匀（谷瑞升 等，1994），因此水分成为影响核桃苗木栽植成活、生长发育、坚果产量和品质等的关键因子，也是制约这些地区核桃产业发展的瓶颈因素。目前有关研究主要集中在植物对水分胁迫的生长及生理响应，表现在枝条、果实生长减缓（谷瑞升 等，1994；叶乃好 等，2004）、叶片含水量下降、光合速率及荧光参数改变（蔡海霞 等，2011；Habermann et al.，2011）、活性氧自由基的积聚（Liu et al.，2011）、膜脂过氧化产物、细胞渗透调节物质含量增加，保护酶活性升高（姜英淑 等，2009；王宇超 等，2010；邓丽娟 等，2011）等。其中叶片含水量、丙二醛含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、超氧化物歧化酶活性、净光合速率及叶绿素荧光等生理指标可作为评价植物抗旱性强弱的指标（罗明华 等，2010；黄承玲 等，2011；李娟 等，2011；陈文荣 等，2012；牛素贞和樊卫国，2013）。

　　然而有关核桃水分胁迫及抗旱性研究较少。有学者研究了土壤水分胁迫对核桃叶片叶绿素荧光特性（史胜青 等，2003；吕芳德 等，2006）、生理生化特性（侯栋 等，2010）及水力学对气孔开闭的影响（Cochard et a1.，2002），但这些研究品种单一，而且测定的指标也不全面。本研究中以生产上推广的 12 个早实核桃良种苗木为试材，采用自然干旱胁迫及复水的方法，对复水后测定的 9个指标（包括生长指标、生理生化指标、光合指标及叶绿素荧光指标）的抗旱系数采用主成分分析、隶属函数和聚类分析，综合评价了 12 个早实核桃品种的抗旱性，为核桃抗旱品种选育、引种栽培及栽培区划分提供理论依据。

　　1、 材料与方法

　　1.1 试验材料及试验设计

　　试验材料为 2 年生早实核桃嫁接苗（砧木为 1 年生辽核 3 号实生苗），共 12 个品种——鲁光、扎 343、强特勒、中林 5 号、辽核 4 号、西林 2 号、中林 1 号、温 185、西扶 1 号、香玲、辽核 1号和新早丰。

　　试验在西北农林科技大学苗圃进行。于 2011 年 3 月上旬选择生长健壮，高度、粗度基本一致的苗木盆栽。盆高 30 cm，上口径 25 cm，栽培基质比例为熟土︰营养土︰沙 = 3︰2︰1，每盆栽 1 株，每品种 10 盆。盆栽成活后选择生长势基本一致的苗木（高度 68 ~ 70 cm、地径 0.9 ~ 1.0 cm）于 5月中旬开始进行自然重度干旱胁迫，待部分品种叶片萎蔫（干旱胁迫至 55 d）、土壤相对含水量为22% ~ 26%（罗明华 等，2010；邓丽娟 等，2011）时复水。复水后 7 d（姜英淑 等，2009）取样测定生长指标、生理生化指标、叶绿素荧光指标和光合指标，苗木停长后（对照和处理苗木均在枝条顶芽形成 15 d 后）测定生长指标。对照苗木正常浇水，土壤相对含水量保持在 75% ~ 80%，试验重复 5 次，每重复 2 株苗木。

　　1.2 生理生化指标及土壤相对含水量测定

　　于上午 7—8 时，取单株同方向同部位枝条的中部成熟叶片于冰盒中，迅速带回实验室于–70 ℃超低温冰箱中保存备用，各处理重复的每个指标平行测定 3 次。丙二醛（MDA）含量采用硫代巴比妥酸法，可溶性蛋白含量采用考马斯亮蓝法，可溶性糖含量采用蒽酮比色法，超氧化物歧化酶（SOD）活性采用高俊凤（2000）的方法，叶片相对含水量采用饱和称量法（李娟 等，2011），土壤相对含水量测定采用烘干法（Jiang & Huang，2002）测定。

　　1.3 叶绿素荧光和气体交换参数测定

　　选择晴朗天气于上午 9—11 时，在每品种单株同部位同方向选取同节位复叶上第 3 ~ 4 片功能叶 5 片，标记后采用便携式荧光测定仪 Pocket PEA Chlorrophy Ⅱ Fluorimeter（英国 Hansatech 公司生产）测定叶绿素荧光，叶片暗适应 20 min 后，记录 10 μs 至 1 s 时间段叶绿素最大荧光参数（Fm）和 PSⅡ最大光化学量子产量（Fv/Fm）。用 Li-6400 便携式光合测定仪（美国 Li-COR 公司生产）测定净光合速率（Pn），选用红蓝光源，叶室中 PAR（photosynthesis active radiation）设定为 1 000μmol · m-2· s-1，每叶片读数重复 3 次。

　　1.4 生长指标测定

　　固定标记长度、粗度基本一致的枝条，苗木停长后（枝条顶芽形成后）按常规方法测定枝条长度和粗度。计算枝条长度相对生长量和粗度相对生长量（叶乃好 等，2004）。相对生长量（%）=（处理后生长量–处理前生长量）／（对照处理后生长量–对照处理前生长量）× 100。

　　1.5 数据处理及抗旱性综合评价

　　采用 Excel 和 SPSS 16.0 软件进行数据处理，对干旱胁迫复水后各指标性状的抗旱系数（相对值）（李贵全 等，2006；田治国 等，2011；张智猛 等，2011）求隶属函数值，采用主成分分析法确定指标的权重，加权求和得出早实核桃品种抗旱性度量值。以抗旱性度量值进行模糊聚类分析，综合评价早实核桃品种的抗旱性。

　　抗旱系数（%）= 干旱胁迫复水后指标测定值/对照指标测定值 × 100。隶属函数值计算公式为：Uij =（Xij–Xjmin）/（Xjmax–Xjmin）；指标与抗旱性呈若负相关，则Uij = 1–（Xij–Xjmin）/（Xjmax–Xjmin）。式中，Xij表示 i 品种 j 指标抗旱系数的测定值，Xjmax和Xjmin分别表示最大值和最小值（黄承玲 等，2011）。

　　抗旱性度量值（D）计算公式为：。式中，Wj为指标的权重。

　　1.6 大田试验

　　于 2009 年 3 月在陕西富平杜村乡吕村塬选择地势较高的平地作为试验地，将上述 12 个早实核桃品种 2 年生嫁接苗（高度约 70 cm，地径约 0.9 cm）进行定植，株行距 3 m × 3 m，随机区组设计，每小区栽 30 株，每品种设 3 个重复。以有机肥作基肥，正常除草及雨后施肥，以自然降水为唯一水源，于 2011 年 3 月调查植株死亡率、树高、地径及冠幅。

　　2、 结果与分析

　　2.1 早实核桃品种各指标抗旱系数分析

　　干旱胁迫及复水后，不同早实核桃品种的形态指标、生理指标和光合荧光指标的抗旱系数变化程度不同（表 1）。‘温 185’枝条长度相对生长量的抗旱系数最大（83.9%），说明复水后枝条恢复生长的能力较强，‘香玲’最小（40.4%），说明恢复生长能力较弱。‘新早丰’枝条粗度相对生长量的抗旱系数最大（63.5%），‘西扶 1 号’最小（28.9%）。‘新早丰’叶片相对含水量的抗旱系数最大（98.3%），‘香玲’和‘西林 2 号’最小（80.2%），但所有品种叶片相对含水量抗旱系数均在80%以上，说明干旱胁迫复水后叶片相对含水量基本可以恢复至正常水平。SOD 活性抗旱系数‘中林 1 号’最高（114.9%），‘西林 2 号’最低（86.3%），除‘强特勒’、‘ 西林 2 号’和‘香玲’外，其它品种 SOD 活性抗旱系数均在 100%以上，说明干旱胁迫复水后 SOD 活性迅速提高，且均高于对照。‘扎 343’MDA 含量抗旱系数最大（123.6%），‘鲁光’最小（80.3%），除个别品种外，其余品种 MDA 含量抗旱系数均在 100%以上，说明干旱胁迫造成脂膜严重过氧化受损，导致 MDA 积累，复水后细胞膜基本没有得到修复。‘中林 5 号’可溶性蛋白含量抗旱系数最高（116.4%），‘强特勒’最低（73.2%）；‘鲁光’可溶性糖含量抗旱系数最高（130.2%），‘中林 1 号’最低（75.2%），但两种渗透调节物质含量均在 73%以上。‘新早丰’净光合速率（Pn）抗旱系数最高（62.1%），‘西扶 1号’最低（39.6%），多数品种 Pn在 50%以下，说明干旱胁迫及复水后 Pn严重下降。‘中林 1 号’和‘新早丰’Fv/Fm抗旱系数最高（98.8%），‘扎 343’最低（89.9%），说明复水后各品种 PSⅡ最大光化学量子产量接近至对照水平。

　　2.2 抗旱指标的筛选

　　主成分分析法可将多个原始指标转换为新的较少的综合指标进行分析，这样就能较好地综合反映早实核桃品种间的抗旱性差异。由表 2 可知，前 4 个主成分贡献率分别为：45.740%、20.698%、14.397%、9.803%，累积贡献率达 90.638%（＞ 85%）。说明前 4 个主成分代表了全部性状 90.638%的综合信息，基本上能覆盖原始数据的信息。第一主成分方差贡献率为 45.740%，主要由枝条长度相对生长量、枝条粗度相对生长量、叶片相对含水量决定。第二主成分方差贡献率为 20.698%，主要由可溶性糖含量、Pn、Fv/Fm决定。第三主成分方差贡献率为 14.397%，由可溶性蛋白质含量决定，第四主成分方差贡献率为 9.803%，由 SOD 活性和 MDA 含量决定。

　　以每个主成分所对应的特征值除以主成分特征值之和作为主成分综合模型中各主成分的系数，得到主成分综合模型。主成分综合模型计算公式为：

　　主成分综合模型为：F = 0.238X1+ 0.215 X2+ 0.211X3+ 0.152X4+ 0.085X5+ 0.257X6–0.019X7+0.185X8+ 0.059X9。

　　在综合模型中，X1~ X9分别代表枝条长度相对生长量、枝条粗度相对生长量、相对含水量、SOD、MDA、可溶性蛋白质、可溶性糖、Pn和 Fv/Fm。每个指标前的系数为每个指标的权重，根据指标权重大小，可看出干旱胁迫下各指标的重要性。权重越大，重要性越大。因此，9 个指标中能反映早实核桃抗旱能力的 5 个指标依次为：可溶性蛋白含量、枝条长度相对生长量、枝条粗度相对生长量、叶片相对含水量和净光合速率（指标的权重较大，均在 0.185 以上）。

　　2.3 盆栽早实核桃品种抗旱性综合评定

　　以筛选出的 5 个抗旱指标（可溶性蛋白含量、枝条长度相对生长量、枝条粗度相对生长量、叶片相对含水量和净光合速率）为依据，计算隶属函数值、指标权重得到各品种的抗旱性度量值，抗旱性度量值越大，抗旱性越强。由表 3 知，‘辽核 1 号’的抗旱性度量值最大（0.970），其次是‘中林 5 号’和‘新早丰’，‘西扶 1 号’的抗旱性度量值最小（0.092）。12 个早实核桃品种抗旱性强弱为：辽核 1 号 > 中林 5 号 > 新早丰 > 温 185 > 鲁光 > 中林 1 号 > 辽核 4 号 > 扎 343 > 强特勒 > 香玲 > 西林 2 号 > 西扶 1 号。

　　2.4 大田试验结果

　　在半干旱地区（陕西富平）进行了 2 年的大田观察试验，从结果（表 4）可知，存活率、树高、地径、冠幅最高的品种均为‘辽核 1 号’，最低的品种均为‘西扶 1 号’，各品种在存活率、树高、地径、冠幅上存在显著或不显著差异。12 个品种存活率排序为：辽核 1 号 > 中林 5 号 > 新早丰 >温 185 > 鲁光 > 中林 1 号 > 辽核 4 号 > 扎 343 > 强特勒 > 香玲 > 西林 2 号 > 西扶 1 号，这一结果与综合评价结果（表 3）一致。

　　3、 讨论

　　植物的抗旱性是复杂的数量性状，受多基因控制，不同植物种类、同一种类的不同品种抵御干旱的机制是复杂多样的，抗旱方式也不尽相同，用任何单一指标研究植物的抗旱性都有一定的局限性（王贺正，2007；张智猛 等，2011）。而且，仅使用某些指标的绝对值比较其抗旱性，不能消除品种间的固有差异，必然影响判断的准确性。因此选择不同胁迫环境下各指标的相对值（即抗旱系数）进行分析，消除了品种间的固有差异，可以真正反映出品种抗旱性的强弱。同时用相对值进行分析时，不仅同一指标间可以直接比较，不同指标间也可以进行比较，指标间的变化趋势明显，可比性更强（胡标林 等，2007）。本研究中以 12 个早实核桃品种为试材，选择水分胁迫条件下与抗旱性密切相关的 9 项指标，利用复水后各指标性状的抗旱系数进行主成分分析，确定指标权重，筛选出对早实核桃抗旱性贡献较大的 5 个指标：可溶性蛋白含量、枝条长度相对生长量、枝条粗度相对生长量、叶片相对含水量和净光合速率。

　　目前，主成分分析并结合隶属函数方法已被广泛应用于多种植物的抗逆性评价。本研究中采用该方法综合评价了 12 个早实核桃品种的抗旱性，其强弱排序为：辽核 1 号 > 中林 5 号 > 新早丰 >温 185 > 鲁光 > 中林 1 号 > 辽核 4 号 > 扎 343 > 强特勒 > 香玲 > 西林 2 号 > 西扶 1 号。这一结果与为期 2 年的大田试验结果基本一致。但与白重炎等（2010）对 12 个核桃品种叶片解剖结构及其抗旱性研究的结果不尽一致，这可能与供试品种的树龄及采样时间不同有关。因为树龄及叶龄不同，即品种的发育阶段不同，其抗旱能力存在差异。

　　可见，基于多指标的多元统计分析能够比较准确地反映早实核桃品种的抗旱性，可以用于核桃抗旱性分析和评价，为核桃在幼树期抗旱性的快速鉴定提供参考。