大白菜种质资源耐热性鉴定及耐热性预测模型的建立

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大白菜(Brassica rapa L.ssp.pekinensis)属于十字花科芸薹属作物,以叶球为食用器官,原产于中国,在我国农业生产中占有重要地位。大白菜喜凉,在15-20℃环境下生长良好,通常在秋季种植,因此秋白菜材料丰富,而夏白菜因高温天气影响,其质量和产量大大降低。目前,生产上大面积种植表现较好的夏白菜品种多从韩国、日本等地引进,如春夏王、强势、良庆等。我国夏白菜品种较少,在选育具有耐热性的夏白菜品种方面有待突破。在夏白菜育种过程中,建立一个能够在大白菜生长早期快速鉴定种质资源耐热性的方法,对耐热大白菜材料选育具有重要应用价值。本文通过实验室间接鉴定法,对31份不同大白菜自交系幼苗进行40℃高温处理,测定了与耐热有关的12项生理指标,利用描述性统计分析、隶属函数分析等统计分析手段,建立了一套适用于预测大白菜苗期耐热性的数学模型,并采用市面上已知耐热性的大白菜商品种对模型进行验证。取得的主要研究成果如下:(1)通过对31份种质大白菜的12个生理指标研究发现,不同耐热性的大白菜自交系受到高温胁迫后,生理指标变化存在差异。在膜系统中,电导率(Conductivity,RC)、超氧阴离子(Superoxide anion,O2-)以及丙二醛(Malondialdehyde,MDA)与耐热等级之间具有正相关性:RC、O2-以及MDA与未经高温处理(CK)相比均显著升高,而不耐热的大白菜(三级、四级)增幅远远高于耐热型大白菜(一级、二级)。耐热性较强材料的叶绿素a(Chlorophyll a,Chla)、叶绿素 b(Chlorophyll b,Chlb)、总叶绿素(Chlorophyll,Chl)、净光合速率(Net photosynthetic rate,Pn)、蒸腾速率(Transpiration rate,Tr)、气孔导度(Stomatal conductance,Gs)与CK相比均升高,不耐热材料均呈现下降趋势,与耐热等级之间存在正相关趋势。超氧化物歧化酶(Superoxide dismutase,SOD)、根系活力(Root Activity,RA)与耐热等级之间呈负相关趋势。(2)描述性统计分析大白菜各单项指标的耐热系数,发现:大白菜各项指标的变异系数(CV)最大的为Gs,Tr次之,除Gs和Tr外,其余指标的CV均在13%~66%之间,表明各指标对高温环境的敏感程度具有一定的差异。RA与MDA之间存在极显著相关性,相关系数达0.79(<0.01),SOD(超氧化物歧化酶)与MDA之间的相关系数达到0.87(<0.01),与MDA之间相关性系数达到0.97(<0.01),Pn与RA之间相关性系数达到0.99(<0.01),说明不同指标之间的信息存在重叠和交叉,对大白菜耐热性筛选和评价产生了一定的影响,因此需要对指标进行进一步分析。(3)利用主成分分析、隶属函数分析等统计分析方法,构建出能预测大白菜苗期耐热性的线性回归模型:D=0.649-0.148×MDA+0.203×chla-0.×Gs(R2=0.79,P=0.00,F=40.534),以D值区间将大白菜耐热等级进行初步划分:极耐热型(一级:D=0.78-1)、中等耐热型(二级:D=0.58-0.77)、不耐热型(三级:D=0.36-0.57)、极不耐热型(四级:D=0.00-0.35)。为验证本实验模型的精确度,对31份材料的真实值(Dt)与预测值(Df)进行线性拟合,结果表明Df与Dt之间拟合度为0.815,实验模型准确可靠。(4)为验证本实验模型具有普遍适用性,本文选取了目前市面上使用广泛的大白菜品种,测定了 Chla、Gs、MDA三个生理指标,利用模型公式计算,得出D值,根据D值区间,将6份商品种材料划分为极耐热型大白菜(一级):夏阳白、山东19号,中等耐热型大白菜(二级):夏秋王、鲁白6号,不耐热型大白菜(三级):油绿三号,极不耐热型大白菜(四级):天才。该分类与其品种特性相符合,即本实验模型准确可靠,且具有广泛应用性。
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