毛竹輻射誘變實生優(yōu)株生長性狀的綜合評價

曹志華，吳中能，王 灃 ，陳興福 ，高 健

（1.安徽省林業(yè)科學研究院，安徽 合肥 230031；2.廣德縣林業(yè)局，安徽 廣德242200；3.國際竹藤中心，北京 100102）

由于毛竹開花周期不定，開花后結實率低，不易獲得種子等原因，遺傳育種研究進展緩慢[1]。國內外對毛竹育種的研究主要集中在種子萌發(fā)實驗[2]、種子組培技術[3]以及種子育苗造林[4]等方面。但對于毛竹的遺傳改良方面的研究相對薄弱，輻射誘變育種具有突變率高、突變譜寬、突變性狀穩(wěn)定快、育種周期短等優(yōu)點，易于創(chuàng)造新的種質資源材料與類型，方法簡便，可在短時間內改變植物的某一性狀[5]，通過輻照誘發(fā)新變異類型，已成為當代植物改良和作物育種的一種重要手段，在植物遺傳改良方面占有重要的地位[6]。運用此方法已在國內外成功誘變育成1 700多個品種，但大多集中在農作物和觀賞植物上[7-11]，有關竹子物理誘變育種的研究，目前國內外尚未見任何報道。針對毛竹育種資源日漸匱乏等問題，充分發(fā)揮輻射誘變育種技術的自身優(yōu)勢，以期選育出新的毛竹變異類型，豐富毛竹種質資源[12]。

本課題組2007—2010年對不同劑量的60Coγ射線處理毛竹種子繁育出實生苗苗期的生長表現進行綜合篩選，篩選出16個竹苗優(yōu)株[13]，2011—2017年在廣德縣林科所進行造林試驗，連續(xù)6年對不同優(yōu)株的6個生長性狀指標進行調查分析，同時利用主成分分析法在不損失或很少損失原有信息的前提下，將眾多的指標轉換成少數且彼此獨立的因子[14-16]。結合隸屬函數法，可得到各優(yōu)株生長性狀的綜合評價值，從而能比較科學地對優(yōu)株的優(yōu)劣性、穩(wěn)定性進行評價。因此，在對多項生長指標測定的基礎上，利用主成分分析法和隸屬函數法對16個優(yōu)株的生長性狀進行綜合評價，以期為輻射優(yōu)株的選擇提供1種可行的方法，同時為進一步篩選毛竹輻射誘變出優(yōu)異基因類型奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在安徽省廣德縣林業(yè)科學研究所試驗地完成，該地區(qū)屬北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，年均氣溫15.6 ℃，年均降水量1 299 mm，無霜期220 d，日照時間2 162 h。試驗地的土壤為紅棕壤土，pH值6.5，土層厚1.0～1.2 m。2011年3月，在廣德縣落設3.33 hm2不同輻射劑量的優(yōu)株試驗示范基地。竹母移植按照安徽省主要用材樹種造林與經營標準[17]，于2011年4月上旬完成試驗林建設。

1.2 供試材料

2007年9月，采集廣西臨桂縣的毛竹種子進行輻照處理，輻射源為60Coγ 射線，輻射劑量為0、10、25、50、100，劑量率為1.86 Gy/min，共5個處理。2007年10月—2010年10月在肥西縣花崗鎮(zhèn)試驗林中進行苗期選擇，通過初選、復選和生長指標綜合評價等，共篩選出16個優(yōu)良單株，詳見表1。2011年3月將16個優(yōu)良單株移栽到廣德林科所，以不輻射種子苗期生長性狀表現中等的16號為對照CK。采用隨機設計排列造林，重復3次，造林密度1株/畝，樣株之間間隔10 m，挖隔離溝，深1 m寬1 m。

表1 不同優(yōu)株編號和輻射處理劑量Table 1 Serial numbers and radiation treatment dose of different superior plants

1.3 試驗方法

2012—2017年，每年3—5月對不同輻射劑量毛竹優(yōu)良單株進行筍期觀測，每隔5 d觀察1次，對每個新出筍做好標記，調查、記錄各塊樣地的出筍量、退筍量、新成竹量、新竹高、地徑（胸徑）、新竹離母竹平均距離（平均鞭長）和新竹離母竹最遠距離（最遠鞭長）。

運用DPS V7.05專業(yè)版軟件從樣本相關矩陣出發(fā)，對不同輻射劑量的毛竹實生優(yōu)株的6個生長性狀指標進行方差分析、相關性分析及主成分分析等數據處理。并利用隸屬函數值對不同優(yōu)良單株的綜合生長表現進行綜合評價。運用的主要公式如下：根據所測得的數據，分別計算各優(yōu)株和對照組各生長性狀的平均值。參考周廣生[18]等方法，首先將原始數據以相對指標為單位進行標準化轉換，求得各生長性狀指標的生長系數，并進行簡單相關分析[19]，得出各理化指標的相關系數矩陣，生長系數計算公式如下：

（1）隸屬函數值

式中：Xj表示第j個因子的得分值，Xmin表示第j個因子得分的最小值，Xmax表示第j個因子得分的最大值。

（2）權重

式中：Wj表示第j個公因子在所有公因子中的重要程度，Pj為各品種第j個公因子的貢獻率。

（3）綜合評價

式中：D為不同優(yōu)良單株用綜合生長指標評價所得的綜合生長評價值。

2 結果與分析

2.1 不同毛竹輻射實生優(yōu)株對出筍成竹的影響

2012—2017年連續(xù)6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優(yōu)良單株進行筍期觀測，從表2可知，不同優(yōu)株的成竹量均隨年份呈增長趨勢。優(yōu)株1、4、8、10、11、12、13、17號平均成竹量比對照少14.3%、2.8%、28.2%、17.9%、10.3%、11.8%、16.0%、50.2%， 優(yōu) 株 2、3、5、6、7、9、14、15號成竹量分別對照多51.9%、24.6%、15.6%、18.6%、65.4%、6.2%、12.2%、19.7%。對不同優(yōu)株不同時間的成竹量進行二因素方差分析，不同優(yōu)株之間的出筍成竹量均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間的出筍成竹情況也達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，7號和11號優(yōu)株的出筍量、退筍量與其他優(yōu)株之間差異極，其他優(yōu)株之間差異顯著；優(yōu)株2、7、8、 11、17號的成竹量與其他優(yōu)株之間差異極顯著，其他優(yōu)株之間差異顯著；2012年和2013年出筍成竹量差異達到顯著水平，2014年以后優(yōu)株之間的出筍成竹量差異極顯著。

表2 毛竹輻射實生優(yōu)株的出筍成竹情況調查?Table 2 Investigation on bamboo shoots of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

不同優(yōu)株的成竹率呈下降趨勢。對不同優(yōu)株不同時間的成竹率進行二因素方差分析，不同優(yōu)株之間的成竹率達到極顯著差異（P=0.006 0＜0.01），不同時間的出筍成竹情況也達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，優(yōu)株1、2、5、9、11、12、13、15號之間的成竹率無差異；優(yōu)株3、14、16號之間無差異；4號和6號之間無差異，其他優(yōu)株之間的成竹率差異顯著；2012年和2013年、2014年和2015年的成竹率有差異但未達到顯著水平，與其他時間均達到極顯著差異水平。

2.2 不同毛竹輻射實生優(yōu)株對地徑生長的影響

2012—2017年連續(xù)6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優(yōu)良單株進行筍期觀測，從表3可知，不同優(yōu)株的新成竹地徑均隨年份增長呈增大趨勢。1-15號和17號優(yōu)株的平均地徑均比對照大，分別高出67.9%、65.4%、24.4%、23.1%、15.4%、82.1%、107.7%、132.1%、107.7%、137.2%、105.1%、132.1%、93.6%、84.6%、20.5% 和84.6%。

表3 毛竹輻射實生優(yōu)株地徑生長情況調查Table 3 Situation survey on ground diameter growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings cm

對不同優(yōu)株不同時間的地徑進行二因素方差分析，不同優(yōu)株之間的地徑均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間對優(yōu)株地徑的影響也達到極顯著水平（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，3、4、5、15、16號之間無顯著差異，1、6、14、17號之間無顯著差異，其他優(yōu)株之間均有顯著差異；2012—2014年地徑差異未達到極顯著水平，其他時期優(yōu)株之間的地徑均達到差異極顯著水平。

2.3 不同毛竹輻射實生優(yōu)株對高生長的影響

2012—2017年連續(xù)6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優(yōu)良單株進行筍期觀測，從表4可知，不同優(yōu)株的新成竹高生長均隨年份增長呈增長趨勢。1-15號和17號優(yōu)株平均高分別比對照高51.2%、44.0%、17.2%、14.8%、10.8%、76.0%、78.8%、74.8%、64.0%、98.0%、81.2%、90.0%、70.8%、52.8%、17.2%和48.8%。

表4 毛竹輻射實生優(yōu)株地徑高生長情況調查Table 4 Investigation on ground diameter height growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings m

對不同優(yōu)株不同時間的高生長量進行雙因素方差分析，不同優(yōu)株之間的高生長均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間對優(yōu)株高生長的影響也達到極顯著水平（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，6、7、8、9號和13號之間無顯著差異，3號和15號之間無顯著差異，10號和12號之間無顯著差異，其他優(yōu)株之間差異顯著；2012—2017年每年的高生長差異均達到極顯著水平。

2.4 不同毛竹輻射實生優(yōu)株對鞭生長的影響

2012—2017年連續(xù)6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優(yōu)良單株進行筍期觀測，從表5可知，不同優(yōu)株的鞭長均隨年份增長呈增長趨勢。1-15號和17號優(yōu)株平均鞭長比對照長50.0%、59.0%、46.8%、23.1%、28.2%、41.0%、70.5%、81.4%、76.9%、75.0%、98.1%、61.5%、55.8%、72.4%、23.7% 和 17.3%；1-15號和17號優(yōu)株最遠鞭長比對照長60.8%、69.9%、51.1%、34.7%、39.8%、48.3%、88.1%、110.8%、85.86%、118.8%、106.3%、96.6%、80.7%、102.8%、36.4%、55.7%。

對不同優(yōu)株不同時間的平均鞭長、最遠鞭長進行雙因素方差分析，不同優(yōu)株之間的均達到極顯著差異（P=0.0015＜0.01），不同時期對鞭長的影響也達到極顯著水平（P=0.0001＜0.01）。多重比較表明：1號和3號之間，2號和13號之間，4號和15號、8、9、10號和14號之間平均鞭長無差異，其他優(yōu)株之間差異顯著；2、7、9號和13號之間最遠鞭長無顯著差異，4、5號和15號之間、12號和14號之間最遠鞭長無差異，其他優(yōu)株之間均有顯著差異。2015年和2016年之間平均鞭長未達到差異極顯著水平，其他時期均顯著；不同時期的最遠鞭長均達到差異顯著水平，2016年和2017年之間差異未達到極顯著水平。

表5 毛竹輻射實生優(yōu)株鞭生長情況調查Table 5 Situation survey on underground rhizome-root growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

2.5 不同毛竹輻射實生優(yōu)株的綜合評價

2.5.1 6個生長指標的相關性分析

2012—2017年對16個毛竹輻射實生優(yōu)株和毛竹實生竹苗（對照）的6個生長指標進行調查，根據公式（1）得到各生長系數（表6），再進行相關分析（表7）。

表6 16個毛竹輻射實生優(yōu)株6個生長指標的生長系數Table 6 Growth coefficients of 8 growth indexes from 16 radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

表7 6個生長指標的相關系數矩陣?Table 7 Correlation coefficient matrix of six growth indicators

從表6可知，所有優(yōu)株各單項指標的變化幅度不同，因而用不同單項指標的生長系數來評價優(yōu)株，則結果均不相同。說明毛竹實生輻射竹生長性狀是一個復雜的綜合性狀，用任何的單項指標評價優(yōu)株生長質量都有片面性。

從表7可以看出，16個優(yōu)株的6個生長性狀指標之間都存在著一定的相關性，從而使得它們所提供的信息發(fā)生重疊，同時各指標在生長性狀中所起的作用也不盡相同。因此若直接利用這些指標對竹種的生長性狀進行評價，則不能準確評價各優(yōu)株的生長質量。

2.5.2 主成分分析

為了更充分地反映出不同輻照處理毛竹實生優(yōu)株間起主導作用的綜合指標，對上述6個生長性狀進行主成分分析，對16個輻射實生優(yōu)株進行質量綜合評價。根據累積貢獻率≥85%的標準，本分析提取3個綜合指標，其貢獻率分別為61.1%、17.5%和16.3%，累積貢獻率達94.9%，其余可忽略不計。這樣就把原來6個單項指標轉換為3個新的相互獨立的綜合指標，這3個綜合指標代表了原來6個單項指標94.9%的信息，同時根據貢獻率的大小可知各綜合指標的相對重要性。第1主成分主要包括地徑、高、平均鞭長、最遠鞭長；第2主成分主要包括成竹量；第3主成分主要包括成竹率。根據各綜合指標的指標系數（表8）及單項指標的生長系數（表6）求出每個優(yōu)株3個綜合指標（公因子）即C(χ)的得分值（表9）。

表8 各綜合指標的系數及貢獻率Table 8 Coefficient and contribution rate of the comprehensive indicators

表9 16個毛竹輻射實生優(yōu)株綜合指標值C(χ)、權重、隸數函數值U(χ)、D值和排序Table 9 Comprehensive index value C(χ), weight, subordinate value U(χ) , value D and sequence of 16 radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

2.5.3 綜合評價

1）隸屬函數分析和權重的確定。根據因子得分值， 由公式（1）分別求出16個優(yōu)株所有因子的隸屬函數值U(χ)（表9）。再根據3個綜合指標貢獻率的大?。?.611、0.175和0.163），由公式（2）分別求出各綜合指標的權重，分別為0.644、0.184和0.172（表9）。

2）綜合評價值的確定。優(yōu)株生長性狀綜合評價值反映了各優(yōu)株的綜合生長質量的優(yōu)劣，其中10號、11號和8號優(yōu)株綜合評價值最高，D值分別為0.774、0.765和0.726，表明這3個優(yōu)株生長質量最優(yōu)；其次是7號和12號，D值分別為0.691和0.677，其他優(yōu)株排序詳見表9。綜合評價結果與各個單株的實際生長表型相近，表明主成分分析法在實生優(yōu)株選擇上能把握單株的綜合性狀表現，較人工打分更準確、更具科學性，適宜于本次研究。

3 結論與討論

本試驗在2012—2017年連續(xù)6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優(yōu)良單株進行筍期生長性狀的觀測，不同優(yōu)株的新成竹量、地徑、高、鞭生長均隨年份增長呈增大趨勢。對不同優(yōu)株不同時間的生長性狀指標進行雙因素分析，均達到了極顯著水平。

采用主成分分析法結合隸屬函數法的方法，對16個優(yōu)株進行綜合評價，10號、11號和8號優(yōu)株綜合評價D值最高。16個毛竹輻射實生優(yōu)株的生長質量由3個綜合指標C(1)、C(2)和C(3)共同決定，某一綜合指標值的高低并不能完全決定某一優(yōu)株生長性狀的優(yōu)劣。16個優(yōu)株中，10號優(yōu)株的綜合指標C(1)的U(1)值是1.000 0，7號優(yōu)株C(2)的U(2)值是1.000 0，14號優(yōu)株C(3)的U(3)值是1.000 0，說明不同優(yōu)株的生長機制也不盡相同。

植物的生長性狀不僅是一個受多種因素影響的復雜的數量性狀，且不同優(yōu)株的生長機制也不盡相同，從而使得不同優(yōu)株在逆境條件下對某一具體指標的反應也不盡相同。因而用單一指標難以全面準確地反映竹子生長性狀的優(yōu)劣[20-24]。本研究運用主成分分析法、隸屬函數法對多指標的交互作用進行深入綜合分析，提高生長質量鑒定的準確性，使得篩選毛竹輻射實生優(yōu)株更具科學性和可靠性。

采用種子繁育出的實生苗本身生長就會存在著一定的變異，結合輻射誘變技術，可能促使其種苗產生更大變異，受輻照強度的影響，本課題組2007—2010年連續(xù)3 a對實生苗苗期的7個生長性狀指標進行苗期調查和分析，綜合評價表明在10 Gy 和25 Gy 低劑量的處理一定程度上促進苗木的生長[25]；但經過2011—2017年的造林試驗，進一步系統(tǒng)觀察和對比分析，確定輻射處理CK-1、10 Gy和50gy表現性狀更穩(wěn)定，生長性狀較優(yōu)。

本課題組在國內首次開展對毛竹輻射誘變實生竹的研究，并運用綜合評價方法篩選出表現性狀穩(wěn)定的10號、11號和8號3個優(yōu)株，下一步將繼續(xù)在安徽不同地區(qū)開展區(qū)域化造林試驗，以測試輻射優(yōu)株的生長性狀是否能穩(wěn)定遺傳，同時也將開展竹材、竹筍品質等測定，對篩選出的優(yōu)株進行更加全面的系統(tǒng)評價。