紫花苜蓿資源抗旱性鑒定評(píng)價(jià)方法研究

趙海明， 游永亮， 李 源， 柳斌輝， 劉貴波*， 武瑞鑫， 王桂峰

(1.河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)研究所， 河北省農(nóng)作物抗旱研究重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 河北 衡水 053000； 2.衡水市農(nóng)牧局土肥站， 河北 衡水 053500)

開(kāi)展紫花苜蓿(MedicagosativaL.)的抗旱性鑒定評(píng)價(jià)技術(shù)研究, 對(duì)于篩選抗旱種質(zhì)、培育抗旱節(jié)水苜蓿品種具有重要意義。紫花苜蓿種質(zhì)資源的抗旱性評(píng)價(jià)，應(yīng)力求簡(jiǎn)單快速而且科學(xué)準(zhǔn)確，首先鑒定評(píng)價(jià)指標(biāo)的選擇尤為關(guān)鍵；其次選擇合適的評(píng)價(jià)方法同樣重要。在選擇評(píng)價(jià)方法時(shí)，既要考慮統(tǒng)計(jì)方法，又要考慮評(píng)價(jià)的目的。在統(tǒng)計(jì)方法方面，一般采用方差分析字母標(biāo)記法，但是只適用于鑒定資源份數(shù)較少的情況，一般不能超過(guò)50份，如果種質(zhì)資源數(shù)量更多，必須采用更合理方法進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。目前有關(guān)大豆(Glycinemax)、水稻(Oryza.sativaL.)等農(nóng)作物的統(tǒng)計(jì)方法很多[1-3]，如平均抗旱系數(shù)[4]、隸屬函數(shù)法[5]、抗旱指數(shù)[6]、存活率[7]等；苜蓿常用的有隸屬函數(shù)法[8-10]、主成分分析法[11]、聚類分析法[11,12]、分級(jí)賦分法[13]等。不同評(píng)價(jià)目的，抗旱性篩選結(jié)果有所不同。常見(jiàn)的評(píng)價(jià)目的主要有3類，一是篩選在干旱和灌溉條件下均高產(chǎn)的抗旱品種[1,14-15]，二是篩選旱地條件下高產(chǎn)品種[1]，二者均考慮了豐產(chǎn)性，三是篩選自身抗旱性強(qiáng)的種質(zhì)資源[16]，這種資源具有某種抗旱基因，在抗旱遺傳育種等研究中用途更廣，3種方法的評(píng)價(jià)結(jié)果不一樣，因此需要選擇不同的統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，滿足生產(chǎn)和科研需要。

在明確采取何種評(píng)價(jià)方法基礎(chǔ)上，苜蓿抗旱性級(jí)別的劃分，目前尚無(wú)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)。玉米(ZeamaysL.)抗旱性鑒定技術(shù)規(guī)范(DB13T_1282-2010)[17]規(guī)定了玉米萌發(fā)期采用耐旱指數(shù)、苗期采用存活率、花期、灌漿期、全生育期采用抗旱指數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分，小麥(TriticumaestivumL.)[18]和大豆[19]抗旱性鑒定技術(shù)規(guī)范(GB/T 21127-2007和DB11T720-2010)芽期均采用相對(duì)發(fā)芽率、苗期均采用存活率、全生育期分別采用抗旱指數(shù)和抗旱系數(shù)劃分標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行劃分；路貴和提出的逐級(jí)分類法可把任何參試材料分為5類[15]，但是該方法如果沒(méi)有標(biāo)志性對(duì)照，則無(wú)法判斷該批材料抗旱水平，可能為極抗旱，也可能為極不抗旱類型。在判定抗旱級(jí)別的方法上，肖玉龍、楊瑞芳、徐向南通過(guò)調(diào)查植株萎蔫程度直接進(jìn)行劃分[20-22]。

針對(duì)以上問(wèn)題，本文借鑒其他農(nóng)作物大量種質(zhì)資源的抗旱研究經(jīng)驗(yàn)，對(duì)引進(jìn)的176份苜蓿種質(zhì)資源，采用盆栽方法，開(kāi)展了苜蓿苗期抗旱性鑒定篩選，進(jìn)行了抗旱鑒定指標(biāo)(調(diào)查指標(biāo))的篩選；同時(shí)對(duì)多種抗旱評(píng)價(jià)方法(抗旱系數(shù)等)進(jìn)行了比較探討，力求總結(jié)出一套簡(jiǎn)便易行、針對(duì)性強(qiáng)的苜?？购敌澡b定評(píng)價(jià)方法，為苜蓿資源的抗旱性鑒定和抗旱育種提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為176份苜蓿種質(zhì)資源，由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院北京畜牧獸醫(yī)研究所提供，敖漢苜蓿為對(duì)照品種。

表1 種質(zhì)資源編號(hào)Table 1 Germplasm resources code number

1.2 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)于2015年8-11月在河北省深州市河北省農(nóng)林科學(xué)院旱作農(nóng)業(yè)節(jié)水試驗(yàn)站日光溫室內(nèi)進(jìn)行，溫室內(nèi)溫度控制在20℃～30℃。

1.3 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)采用盆栽反復(fù)干旱法，設(shè)置水處理、旱處理2個(gè)處理，水處理正常供水為對(duì)照，每個(gè)處理4次重復(fù)，采用無(wú)孔塑料箱(48.5 cm × 33.3 cm × 18 cm)作為盆栽容器，同時(shí)以裝滿培養(yǎng)土的空白箱作對(duì)照用以觀測(cè)土壤水分變化情況，播種、澆水同正常處理。每箱播種4份材料，每份材料定苗20株；水處理始終保持土壤水分為田間持水量的80%；旱處理幼苗長(zhǎng)至三葉期時(shí)停止供水，開(kāi)始干旱脅迫，直至脅迫后幼苗連續(xù)萎蔫約7 d，脅迫天數(shù)約30 d，當(dāng)土壤含水量降至田間持水量的15%～20%(土壤含水量約3.3%～5.2%)時(shí)復(fù)水，使復(fù)水后的土壤水分達(dá)到田間持水量的80%，復(fù)水5 d后調(diào)查存活苗數(shù)，以葉片轉(zhuǎn)呈鮮綠色者為存活，第1次復(fù)水后即停止供水，開(kāi)始第2次干旱脅迫，連續(xù)進(jìn)行2次。

1.4 培養(yǎng)土準(zhǔn)備

將中等肥力的耕層土與沙土均過(guò)篩后，按1∶1比例混勻，然后裝入無(wú)孔塑料箱中壓實(shí)，裝土厚度15 cm；同時(shí)取土樣測(cè)定土壤含水量(17.89%)以確定實(shí)際裝入干土重；測(cè)定土壤養(yǎng)分含量，結(jié)果為速效氮42.0 mg·kg-1，速效磷8.5 mg·kg-1，速效鉀146.6 mg·kg-1，有機(jī)質(zhì)含量1%，全鹽含量0.062%，pH值8.02。

1.5 播種及苗期管理

每份材料挑選顆粒飽滿、大小一致的種子80～100粒。播前灌水至土壤田間持水量的80%(土壤含水量約20.8%)，適墑點(diǎn)播，播前保持土壤平整；每箱播種4份材料，不同材料之間間距為8.3 cm，單株面積為3.5 cm × 4 cm，株行距均勻分布，每穴4～5粒，播后覆土1.5 cm。三葉期前每份材料留健壯、均勻的幼苗20株，試驗(yàn)期間通過(guò)測(cè)定土壤含水量及時(shí)補(bǔ)充蒸發(fā)損失的土壤水分。本試驗(yàn)8月18日播種，9月12日開(kāi)始脅迫，10月6日第1次復(fù)水，11月3日第2次復(fù)水。

1.6 鑒定指標(biāo)及測(cè)定方法

地上生物量：收集地上部分殺青后80℃烘干至恒重為止；

地下生物量：收集地下部分洗凈、殺青后 80℃烘干至恒重為止；

株高：測(cè)量所有植株株高，從主莖莖基部直到心葉頂端，求平均值。

根長(zhǎng)：在調(diào)查地下生物量時(shí)，選取10株典型植株測(cè)量主根長(zhǎng)度；

分枝數(shù)：試驗(yàn)結(jié)束時(shí)調(diào)查所有植株，各單株主莖一級(jí)分枝數(shù)目；

根冠比：地下生物量與地上生物量的比值。

1.7 抗旱性評(píng)價(jià)方法

1.7.1抗旱性直接評(píng)價(jià) 以地上生物量、地下生物量、株高、分枝數(shù)、根冠比等調(diào)查指標(biāo)為依據(jù)，分別計(jì)算脅迫強(qiáng)度[1]、抗旱系數(shù)[1]、抗旱指數(shù)值[23]，采用地上生物量計(jì)算傷害指數(shù)[1]、敏感指數(shù)[1]、抗旱性指數(shù)[1]、抗旱指數(shù)[1]、改進(jìn)抗旱指數(shù)[2]、耐旱指數(shù)[2]，比較分析各種方法間的相關(guān)性, 選擇科學(xué)的抗旱性直接評(píng)價(jià)方法。計(jì)算公式如下：

干旱脅迫強(qiáng)度(Drought intensity)DI= 1-Ymd/Ymw

(1)

抗旱系數(shù)(drought resistance coefficient)DRC=Yd/Yw

(2)

抗旱性指數(shù)(germplasm drought tolerance index)DTIg= (Yd/Yw)/ (Ymd/Ymw)

(3)

干旱傷害指數(shù) (damage index)DDI= 1-Yd/Yw

(4)

干旱敏感指數(shù) (sensitivity index)DSI= ( 1 -Yd/Yw) / (Ymd/Ymw)

(5)

抗旱指數(shù)(drought resistance index)DRI=Yd(Yd/Yw) /Ymd= (Yd/Yw) (Yd/Ymd)

(6)

抗旱指數(shù)值(DRI value)DRIv=Yd/Ymd×DRCj/DRCm=Yd/Ymd×(Yd/Yw÷Ymd/Ymw)=Yd2/Yw×Ymw/Ymd2

(7)

改進(jìn)抗旱指數(shù)(improved drought resistance index)IDRI=Yd/Ymd×Yw/Ymw

(8)

耐旱指數(shù) (Drought tolerance index)DTIv= (Yw/Ymw) (Yd/Ymd) (Ymd/Ymw) = (Yd×Yw) /Ymw2

(9)

以上公式中,Yd為旱處理測(cè)定值，Yw水處理測(cè)定值，Ymd為旱處理所有材料平均測(cè)定值，Ymw為所有材料平均水處理測(cè)定值，DRCj為某材料抗旱系數(shù)，DRCm為所有材料平均測(cè)定值抗旱系數(shù)。

1.7.2抗旱性綜合評(píng)價(jià) 以與抗旱性相關(guān)性較好的抗旱指標(biāo)為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)[2]，采用DPS軟件進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

(10)

(11)

公式(10)、(11)中，ri為抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)值分別與平均抗旱系數(shù)、平均抗旱指數(shù)值的相關(guān)系數(shù)。

1.7.3隸屬函數(shù)法、標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)賦予權(quán)重法 該方法采用各個(gè)指標(biāo)抗旱系數(shù)DRC進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)[23]。首先按公式(12)對(duì)各個(gè)指標(biāo)DRC標(biāo)準(zhǔn)化處理，求得相應(yīng)隸屬函數(shù)值，然后用公式(13)計(jì)算各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)差系數(shù)Vj，用公式(14)計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj，用公式(15)計(jì)算各材料綜合評(píng)價(jià)值D值，根據(jù)D值可對(duì)各材料抗旱性強(qiáng)弱進(jìn)行排序，判斷抗旱能力的大小。公式(12)中，Xj表示第j個(gè)指標(biāo)值，Xmin表示第j個(gè)指標(biāo)的最小值，Xmax表示第j個(gè)指標(biāo)的最大值。

(12)

(13)

(14)

(15)

1.8 抗旱性分類方法

參考路貴和[15]提出的抗旱性逐級(jí)分類法，將供試材料的抗旱性劃分為5種類型。

2 結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)干旱脅迫強(qiáng)度及水旱處理差異性檢驗(yàn)

本試驗(yàn)條件下苜蓿的地上生物量、株高的干旱脅迫強(qiáng)度為 0.67，地下生物量脅迫程度為0.71，分枝數(shù)為0.43。根冠比和根長(zhǎng)脅迫強(qiáng)度最低(表2)。干旱脅迫強(qiáng)度(DI) 是評(píng)價(jià)一個(gè)試驗(yàn)是否達(dá)到脅迫環(huán)境條件的指標(biāo)，DI 的估計(jì)值范圍是 0～1, DI值越大, 說(shuō)明干旱脅迫越嚴(yán)重。可以用DI值來(lái)衡量不同試驗(yàn)是否達(dá)到了脅迫條件。本試驗(yàn)中，苜蓿地上生物量脅迫強(qiáng)度達(dá)到了0.67，因此達(dá)到了脅迫條件。地上生物量測(cè)定容易，以該指標(biāo)作為脅迫強(qiáng)度衡量指標(biāo)比地下生物量等指標(biāo)更合適。

水旱處理6個(gè)鑒定指標(biāo)測(cè)定值的變異系數(shù)都在0.15以上, 除根長(zhǎng)和分枝數(shù)外其他性狀均以旱處理變異大于水處理。各個(gè)性狀經(jīng)水旱處理間t檢驗(yàn)，差異均達(dá)到極顯著水平，表明水、旱兩個(gè)處理之間存在顯著性差異，已符合抗旱鑒定試驗(yàn)要求。

表2 水旱處理下不同鑒定指標(biāo)統(tǒng)計(jì)分析Table 2 Statistical analysis of different identification indexes under water treatment and drought treatment

注：DT為旱處理，WT為水處理，**表示在0.01水平差異顯著，t0.01(175)=1.97

Note:DT indicate dry treat, WT indicate water treat,**indicate significant difference at the 0.01 level,t0.01(175)=1.97

2.2 不同鑒定指標(biāo)測(cè)定值與平均抗旱系數(shù)、平均抗旱指數(shù)的相關(guān)性

為了確定苜蓿苗期地上生物量等鑒定指標(biāo)的重要性，對(duì)這些鑒定指標(biāo)與平均抗旱系數(shù)、平均抗旱指數(shù)進(jìn)行了相關(guān)性分析(表3)。地上生物量等指標(biāo)與平均抗旱系數(shù)相關(guān)性極顯著，除地下生物量外所有指標(biāo)均與平均抗旱指數(shù)具有顯著相關(guān)性。與平均抗旱系數(shù)、平均抗旱指數(shù)的權(quán)重均以地上生物量較高，而根冠比為地上生物量與地下生物量計(jì)算所得，因此地上生物量和株高作為抗旱相對(duì)重要性更大，更有代表性，更適合作為鑒定指標(biāo)。地上生物量測(cè)定相對(duì)較為容易。

表3 不同鑒定指標(biāo)與平均抗旱系數(shù)ADC、平均抗旱指數(shù)ADI的相關(guān)性分析Table 3 The correlation analysis between different identification indexes and average drought resistance coefficient or index

注：**表示在0.01水平差異顯著

Note：** indicate significant difference at the 0.01 level

根據(jù)表3地上生物量相關(guān)性更強(qiáng)這一特點(diǎn)，采用本試驗(yàn)苜蓿旱處理與水處理?xiàng)l件下地上生物量繪制了二維示意圖(圖 1)，在區(qū)分這批材料抗旱性表現(xiàn)方面，該圖較列表更直觀，其中 A、B、C 和 D 是以兩種條件下的供試材料平均產(chǎn)量為基準(zhǔn)所劃分的四組區(qū)域。A 組包括在旱處理與水處理兩種條件下均高產(chǎn)的資源材料，B 組包括在旱處理?xiàng)l件下低產(chǎn)而水處理?xiàng)l件下高產(chǎn)的資源材料, C 組包括在旱處理?xiàng)l件下高產(chǎn)而水處理?xiàng)l件下低產(chǎn)的資源材料，D 組包括兩種條件下均低產(chǎn)的資源材料[1]。圖1中可以看出不同抗旱材料主要集中于哪個(gè)組，而且有助于篩選出具有某種特性的材料。A組最多，B組、C組、D組均較少。

圖1 供試苜蓿種質(zhì)材料水旱處理地上生物量 二維示意圖Fig.1 Biplot for aboveground biomass of tested alfalfa germplasm under watered and dry treatment

2.3 不同抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)與地上生物量的相關(guān)性分析

已知苜蓿地上生物量適宜作為抗旱性鑒定指標(biāo)，因此采用水、旱處理地上生物量與不同評(píng)價(jià)指標(biāo)進(jìn)行了相關(guān)性分析(表4)?？购迪禂?shù)DRC、抗旱性指數(shù)DTIg、傷害指數(shù)DDI、敏感指數(shù)DSI、抗旱指數(shù)

值DRIv、抗旱指數(shù)DRI、改進(jìn)抗旱指數(shù)IDRI、耐旱指數(shù)DTIv均為以地上生物量為基礎(chǔ)的評(píng)價(jià)指標(biāo)，加權(quán)抗旱系數(shù)WDC、加權(quán)抗旱指數(shù)WDI、綜合評(píng)價(jià)D值均為綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)。D值采用6個(gè)鑒定指標(biāo)進(jìn)行評(píng)價(jià)。

抗旱系數(shù)DRC和DTIg相關(guān)性為1；傷害指數(shù)DDI與敏感指數(shù)DSI相關(guān)性為1；由于抗旱系數(shù)DRC與DDI、DSI計(jì)算方法不同，相關(guān)性為-1，以上4個(gè)指標(biāo)意義相同?？购抵笖?shù)DRI與 DRIv相關(guān)系數(shù)為1；改進(jìn)抗旱指數(shù)IDRI與耐旱指數(shù)DTIv相關(guān)系數(shù)為1(表4)。這些相關(guān)性為1的指標(biāo)是僅為計(jì)算公式有所不同，DTIg、DRIv、DTIv均分別在DRC、DRI、IDRI的計(jì)算公式基礎(chǔ)上引入脅迫強(qiáng)度。因此這些指標(biāo)可簡(jiǎn)化為3個(gè)指標(biāo)DRC、DRI、IDRI，如果納入脅迫強(qiáng)度，則采用DTIg、DRIv、DTIv，減少了太多指標(biāo)造成的評(píng)價(jià)方法混亂，更有利于有針對(duì)性選擇苜?？购敌栽u(píng)價(jià)指標(biāo)。

2.4 苜?？购敌栽u(píng)價(jià)方法的選擇

在進(jìn)行苜?？购敌栽u(píng)價(jià)方法選擇時(shí)，要注意區(qū)分篩選目的，主要篩選目的有種質(zhì)資源、水旱均高產(chǎn)抗旱品種、旱地條件高產(chǎn)品種篩選3大類。一是對(duì)苜蓿大量種質(zhì)資源或創(chuàng)新材料的抗旱性鑒定評(píng)價(jià)，主要立足于抗旱性本身的表現(xiàn)，因?yàn)榭购敌詮?qiáng)的材料不一定有較高的產(chǎn)量潛力(尤其是在正常水分條件下的產(chǎn)量潛力)，但這些強(qiáng)抗旱的材料在育種和抗旱性基礎(chǔ)研究中仍有很高的利用價(jià)值。二是抗旱品種評(píng)價(jià)方法的篩選是為了選育出抗旱品種，把育種目標(biāo)放在選擇干旱脅迫條件下和正常水分條件下均能高產(chǎn)的品種上。三是旱地條件高產(chǎn)品種的篩選突出了旱地條件的生長(zhǎng)表現(xiàn)。因此，需針對(duì)不同篩選目的，進(jìn)一步闡釋各方法側(cè)重點(diǎn)。

表 4 抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)與地上生物量相關(guān)性分析Table 4 The correlation analysis between drought resistance evaluation indexes and aboveground biomass

注：DT為旱處理，WT為水處理；**表示在0.01水平差異顯著

Note:DT indicate dry treat, WT indicate water treat; ** indicate significant difference at the 0.01 level

2.4.1種質(zhì)資源抗旱性評(píng)價(jià)方法 從農(nóng)藝學(xué)的角度講, 某材料抗旱就是指其水處理產(chǎn)量不一定很高，旱處理產(chǎn)量相對(duì)水處理來(lái)說(shuō)降低不多，即抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)不必與水處理產(chǎn)量有顯著的相關(guān)關(guān)系[1]，無(wú)相關(guān)性的指標(biāo)更適宜進(jìn)行種質(zhì)資源評(píng)價(jià)。而本試驗(yàn)苜蓿WDC與水處理產(chǎn)量無(wú)相關(guān)性，D值、DRC與水處理產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)較小(表4)，因此這3個(gè)指標(biāo)最適宜作為種質(zhì)資源自身抗旱性評(píng)價(jià)方法。DRC、DTIg、DDI、DSI與水旱處理產(chǎn)量相關(guān)系數(shù)相同(均為0.38、0.21)，而這些指標(biāo)可簡(jiǎn)化為一個(gè)指標(biāo)，該結(jié)果與黎裕分析結(jié)果一致[1]。隸屬函數(shù)法D值和DRC與水處理相關(guān)系數(shù)相同(0.21)，適宜作為種質(zhì)資源綜合評(píng)價(jià)方法，結(jié)果更為全面、科學(xué)，應(yīng)用也較為廣泛。由于抗旱系數(shù) DRC的簡(jiǎn)捷性，在很多種質(zhì)資源的鑒定評(píng)價(jià)試驗(yàn)中，成為首選的抗旱性評(píng)價(jià)方法[4,15,24-29]。DRC反映了干旱脅迫降低產(chǎn)量的程度，消除了參試材料自身抗旱性差異，具有較強(qiáng)的科學(xué)性和合理性。不同試驗(yàn)干旱程度不同，抗旱性指數(shù)DTIg納入了脅迫強(qiáng)度，更加符合不同試驗(yàn)要求?？购敌灾笖?shù)DTIg為抗旱系數(shù)DRC與脅迫強(qiáng)度DI的積，因此本試驗(yàn)二者相關(guān)系數(shù)為1(表4)。

2.4.2水、旱均高產(chǎn)材料抗旱性評(píng)價(jià) 從育種角度講, 某材料抗旱就是指該材料在旱處理?xiàng)l件下的產(chǎn)量相對(duì)水處理?xiàng)l件下的產(chǎn)量來(lái)說(shuō)降低不多，這個(gè)材料在旱處理和水處理?xiàng)l件下的產(chǎn)量均必須較高，抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)不但與旱處理，而且與水處理?xiàng)l件下的產(chǎn)量需要有顯著相關(guān)性，并且相關(guān)系數(shù)較高。本試驗(yàn)苜蓿(表4)與水處理產(chǎn)量顯著相關(guān)性最強(qiáng)、相關(guān)系數(shù)最大的為改進(jìn)抗旱指數(shù)IDRI和耐旱指數(shù)DTIv，因此這2個(gè)指標(biāo)為遴選抗旱品種的最佳評(píng)價(jià)方法[1-2]。二者相關(guān)性系數(shù)為1，IDRI未納入脅迫強(qiáng)度，DTIv在IDRI的基礎(chǔ)上乘以了脅迫強(qiáng)度，更合乎人為劃定的評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)。IDRI的計(jì)算公式顯示，旱處理與所有材料旱處理平均值的比值和水處理與所有材料水處理平均值的比值的乘積，反映了材料在旱處理和水處理?xiàng)l件下的產(chǎn)量表現(xiàn)，即當(dāng)栽培條件發(fā)生變化時(shí), 參試材料的產(chǎn)量隨之而變，抗旱性強(qiáng)的品種產(chǎn)量較高，在水、旱環(huán)境發(fā)生變化時(shí)仍具有表現(xiàn)產(chǎn)量較高的特點(diǎn)，穩(wěn)定性強(qiáng)。

2.4.3旱地條件高產(chǎn)材料抗旱性評(píng)價(jià) 生產(chǎn)中氣候干旱和土壤干旱會(huì)對(duì)苜蓿的生長(zhǎng)帶來(lái)明顯影響，在旱地條件下，高產(chǎn)的苜蓿材料更加重要。本試驗(yàn)(表4)苜蓿與旱處理產(chǎn)量相關(guān)性最強(qiáng)，與水處理產(chǎn)量相關(guān)性弱的指標(biāo)只有抗旱指數(shù)DRI和抗旱指數(shù)值DRIv?？购抵笖?shù)DRI從公式來(lái)看把旱地產(chǎn)量與抗旱系數(shù)結(jié)合起來(lái)，反映了參試材料旱處理下產(chǎn)量表現(xiàn)。黎裕指出，DRI在篩選品種和篩選種質(zhì)資源時(shí)均不是最好的辦法，但是DRI把旱地產(chǎn)量和抗旱系數(shù)結(jié)合在一起，可能更適合強(qiáng)調(diào)旱處理?xiàng)l件下高產(chǎn)而不強(qiáng)調(diào)水處理?xiàng)l件下高產(chǎn)的情形，可以作為綜合抗旱性評(píng)價(jià)的方法[1]。同理，抗旱指數(shù)值DRIv在DRI基礎(chǔ)上脅迫強(qiáng)度考慮在內(nèi)，更適宜在人為劃定的抗旱標(biāo)準(zhǔn)中應(yīng)用，二者相關(guān)性系數(shù)為1。

綜上所述，通過(guò)該苜蓿抗旱評(píng)價(jià)試驗(yàn)，對(duì)諸多評(píng)價(jià)方法比較結(jié)果表明，可概括為3個(gè)方法即DTIg、DTIv、DRIv(或DRC、IDRI、DRI)。

2.5 抗旱性分級(jí)方法

采用DTIg、DTIv、DRIv這3個(gè)方法進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)分類，分類均參考路貴和[7]的抗旱性逐級(jí)分類法, 將供試品種的抗旱性劃分為5種類型，每類包含的材料份數(shù)進(jìn)行了說(shuō)明(表5)。采用DRC、IDRI、DRI和DTIg、DTIv、DRIv評(píng)價(jià)結(jié)果不同級(jí)但別分類完全相同，只是劃分上下限范圍不同。隸屬函數(shù)值評(píng)價(jià)為綜合評(píng)價(jià)，也可以參考路貴和的抗旱性逐級(jí)分類法進(jìn)行分級(jí)(表5)。

路貴和的分類法的優(yōu)點(diǎn)是不論哪一批材料，均可以分為5類，但是只限于現(xiàn)有材料群體條件下，將現(xiàn)有群體內(nèi)進(jìn)行評(píng)價(jià)分類，同一類內(nèi)不同材料可以按照抗旱性大小進(jìn)行排序。但是如果沒(méi)有對(duì)照，這批材料可能都為極不抗旱類型或者均為極抗旱類型，如果有對(duì)照品種，不同試驗(yàn)的數(shù)據(jù)結(jié)果才有一定可比性。分為5類的情況下，中等抗旱水平的材料總是最多的，大致是其他類別的2倍以上。通過(guò)抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)、隸屬函數(shù)法、等級(jí)評(píng)分法等方法可以根據(jù)數(shù)值大小進(jìn)行總排序，但是缺乏分類。聚類分析可以進(jìn)行分類，但為模糊分類法。方差分析采用字母標(biāo)記法將各個(gè)材料平均數(shù)按由大到小排列，直到最小平均數(shù)被排列完；如果材料數(shù)過(guò)多，則字母標(biāo)記法不能采用。采用抗旱系數(shù)、抗旱指數(shù)等其他方法則不受限制。

表5 不同抗旱評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的劃分Table 5 The grading standard of different drought resistance evaluation indexes

2.6 抗旱種質(zhì)材料評(píng)價(jià)結(jié)果

對(duì)該批苜蓿材料采用DTIg進(jìn)行種質(zhì)資源抗旱性評(píng)價(jià)，采用DTIv進(jìn)行抗旱品種篩選，采用DRIv進(jìn)行旱地條件下高產(chǎn)品種的篩選。采用DTIg、DTIv、DRIv評(píng)價(jià)一級(jí)抗旱性材料分別為30、21、25份(表5)，其中DTIg有20個(gè)與DRIv結(jié)果相同，僅有3個(gè)與DTIv結(jié)果相同；3種方法抗旱性最強(qiáng)的材料也不一樣，更加說(shuō)明明確篩選目的的重要性。敖漢苜蓿采用DTIv評(píng)價(jià)為四級(jí)(抗旱性弱)類型，DTIg、DRCv評(píng)價(jià)結(jié)果均為三級(jí)(抗旱性中等)類型。

3 討論與結(jié)論

3.1 干旱脅迫強(qiáng)度

干旱脅迫強(qiáng)度(DI)的估計(jì)值范圍是 0～1, DI值越大, 說(shuō)明干旱脅迫越嚴(yán)重。黎裕田間試驗(yàn)條件下的DI為0.1894[1]，本試驗(yàn)地上生物量DI為0.67，脅迫強(qiáng)度更高。本試驗(yàn)各鑒定指標(biāo)的脅迫強(qiáng)度是不同的，脅迫強(qiáng)度較高而且容易測(cè)定的指標(biāo)更適宜衡量脅迫程度，本試驗(yàn)中地上生物量更為合適。不同試驗(yàn)干旱脅迫程度不同，則不能對(duì)不同環(huán)境條件下的資源進(jìn)行比較，因此可以考慮設(shè)置某個(gè)有代表性的品種作為通用對(duì)照[1]，增強(qiáng)不同試驗(yàn)之間的可比性。小麥、玉米、大豆抗旱性鑒定評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)中以抗旱系數(shù) DRC劃分了5個(gè)抗旱類型的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)[4,17-19,25]，這容易導(dǎo)致不合適的評(píng)價(jià)結(jié)果，因?yàn)槿绻{迫強(qiáng)度不一致，不同資源抗旱表現(xiàn)可能不同，如果試驗(yàn)脅迫強(qiáng)度DI較小時(shí)，而試驗(yàn)結(jié)果大批材料DRC較高的話，則會(huì)認(rèn)定這些材料抗旱性均極強(qiáng)，顯然不合適，甚至違背事實(shí)本真[1]。除了設(shè)置通用對(duì)照外，把干旱脅迫強(qiáng)度納入評(píng)價(jià)方法中，效果也較好。Fischer 等[30]提出的抗旱性指數(shù)DTIg在DRC的基礎(chǔ)上在納入了干旱脅迫強(qiáng)度DI之后，基本符合了人為劃定的抗旱標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)果更為尊重科學(xué)事實(shí)。

3.2 抗旱性鑒定指標(biāo)的確定

大豆、水稻、苜蓿等不同植物抗旱性表現(xiàn)不同，在開(kāi)展抗旱性鑒定評(píng)價(jià)時(shí)均需選擇該植物的適用指標(biāo)，比較各性狀與水旱處理產(chǎn)量[2]或者受旱指數(shù)[16]的相關(guān)性，相關(guān)性越強(qiáng)，說(shuō)明受旱影響越明顯，更適宜作為鑒定指標(biāo)。本研究分析了地上生物量、地下生物量、株高、分枝數(shù)的抗旱系數(shù)(DRC)與平均DRC、抗旱指數(shù)值(DRIv)與平均DRIv的相關(guān)性，結(jié)果顯示這些指標(biāo)與DRC和DRIv均具有顯著相關(guān)性，其中地上生物量和株高相關(guān)性最高，說(shuō)明任何植物包括苜蓿適應(yīng)逆境都是以降低產(chǎn)量為代價(jià)的。而且產(chǎn)量指標(biāo)和形態(tài)學(xué)指標(biāo)也是田間抗旱鑒定中的常用指標(biāo)[31]，形態(tài)學(xué)指標(biāo)采用最多最早,并且至今仍占重要地位,具有簡(jiǎn)單、實(shí)用性強(qiáng)的特點(diǎn)[12,24]。

3.3 抗旱性評(píng)價(jià)方法的確定

不同的評(píng)價(jià)方法適宜不同的評(píng)價(jià)目的，本研究對(duì)11個(gè)評(píng)價(jià)方法進(jìn)行了相關(guān)性分析，相關(guān)性為1的評(píng)價(jià)方法，實(shí)際是不同方法的變型，具有同一性，并不能為育種工作者提供更多的信息[32]。最經(jīng)典的抗旱系數(shù)法適宜篩選苜蓿種質(zhì)資源[2]，抗旱指數(shù)法適宜旱地條件下高產(chǎn)苜蓿資源的篩選，抗旱系數(shù)(DRC)和抗旱指數(shù)(DRI)在農(nóng)作物小麥、玉米中均被廣泛應(yīng)用[ 1,27,32]，DRC在苜蓿抗旱性評(píng)價(jià)中叫法不一樣，稱為脅迫指數(shù)[24,33]，改進(jìn)抗旱指數(shù)法(IDRI)在甘肅農(nóng)科院大豆抗旱性研究應(yīng)用中指出，同時(shí)考慮植物在逆境和正常條件下的產(chǎn)量表現(xiàn), 可以篩選豐產(chǎn)、穩(wěn)產(chǎn)的種質(zhì)資源[2,34]。這3類抗旱性評(píng)價(jià)方法的確定，可有效的避免把產(chǎn)量和抗旱性兩套體系混在一起，可以根據(jù)需要，更加有針對(duì)性的選擇合適的抗旱性評(píng)價(jià)方法，在育種、科研方面具有非常重要的實(shí)踐意義。本文參試的苜蓿種質(zhì)資源采用DTIg、DRIv、DTI v 3種評(píng)價(jià)方法進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示一級(jí)(抗旱性極強(qiáng))材料數(shù)目分別為30份、25份、21份，對(duì)照敖漢苜蓿分別位居三級(jí)(抗旱性中等)、三級(jí)、四級(jí)(抗旱性弱)。

3.4 抗旱性分級(jí)方法

小麥、玉米、大豆地方標(biāo)準(zhǔn)抗旱性分級(jí)方法一般采用存活率、抗旱系數(shù)或抗旱指數(shù)分級(jí)[17-19]，但是苜?？购敌詮?qiáng)，存活率分級(jí)法不適用[11,24,33]，抗旱系數(shù)和抗旱指數(shù)分級(jí)可能存在不同試驗(yàn)脅迫強(qiáng)度不同的缺點(diǎn)。聚類分析為模糊分類法，在樣本量較大時(shí)，要獲得聚類結(jié)論有一定困難, 由相似系數(shù)得出的不恰當(dāng)?shù)姆治鼋Y(jié)果，聚類分析模型本身無(wú)法識(shí)別[35]。隸屬函數(shù)法只能人為取排在前列的作為抗旱性強(qiáng)的材料。方差分析的字母標(biāo)記法限制了材料數(shù)量，不能系統(tǒng)分類。而路貴和的等級(jí)分類法恰巧能完成系統(tǒng)分類，該法可把任何一批但僅限同一批參試苜蓿劃分為5級(jí)[15]，同一級(jí)別內(nèi)可以按照抗旱性強(qiáng)弱排序；為了增強(qiáng)不同試驗(yàn)的可比性，需要設(shè)置有代表性的通用對(duì)照。劉寧也參考這一標(biāo)準(zhǔn)為黍稷抗旱性進(jìn)行分級(jí)[36]。

3.5 抗旱性評(píng)價(jià)時(shí)期的確定

相對(duì)于發(fā)芽期、全生育期來(lái)說(shuō)，苗期作為植物生長(zhǎng)發(fā)育的開(kāi)始階段對(duì)水分虧缺較為敏感，此時(shí)的水分脅迫不僅威脅幼苗的生存，對(duì)其后期的生長(zhǎng)、生物量的形成以及順利越冬等都有一定影響[11]；田間全生育期鑒定評(píng)價(jià)，結(jié)果直觀、準(zhǔn)確，可靠性強(qiáng)，但耗費(fèi)的時(shí)間、人力和財(cái)力多，難以作眾多品種的鑒定[37]，僅有張俊麗開(kāi)展了苜蓿全生育期抗旱評(píng)價(jià)[31]，還有3位學(xué)者利用田間現(xiàn)有苜蓿僅進(jìn)行了生理指標(biāo)分析[38-40]，無(wú)其他全生育期報(bào)導(dǎo)。苜蓿作為牧草利用的是全株?duì)I養(yǎng)體，所以苗期生物量指標(biāo)進(jìn)行抗旱性評(píng)價(jià)與全生育期生物量具有較強(qiáng)的相關(guān)性，評(píng)價(jià)結(jié)果可信度應(yīng)該較強(qiáng)。