陳小鳳　黃如葵　梁家作　黃熊娟　黃玉輝　陳振東　馮誠(chéng)誠(chéng)　劉杏連

摘要：【目的】綜合鑒定及評(píng)價(jià)苦瓜的耐冷性，為苦瓜耐冷性資源篩選提供參考依據(jù)?！痉椒ā吭诘蜏貤l件下測(cè)定17份苦瓜資源的發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、冷害指數(shù)及花粉萌發(fā)率等指標(biāo)，利用主成分分析和模糊評(píng)價(jià)法中的隸屬函數(shù)進(jìn)行耐冷性排序，結(jié)合兩種方法的排序結(jié)果，進(jìn)一步采用主成分值、隸屬函數(shù)值與原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分析，綜合鑒定及評(píng)價(jià)苦瓜資源的耐冷性?！窘Y(jié)果】主成分分析結(jié)果顯示，活力指數(shù)和冷害指數(shù)對(duì)苦瓜耐冷性具有較高載荷，其系數(shù)分別為0.795和0.923，可作為苦瓜耐冷性鑒定的重要指標(biāo)；結(jié)合主成分值、隸屬函數(shù)值排序，可將供試的17份苦瓜資源耐冷性聚類為高度低溫敏感型、中度低溫敏感型、低溫敏感型、耐冷型、中度耐冷型和高度耐冷型6種類型。【結(jié)論】基于主成分分析和模糊評(píng)價(jià)法建立的苦瓜耐冷性綜合鑒定與評(píng)價(jià)體系適用于苦瓜資源耐冷性鑒定與評(píng)價(jià)。

關(guān)鍵詞： 苦瓜；耐冷性鑒定；主成分分析；模糊評(píng)價(jià)法

中圖分類號(hào)： S642.5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-1191（2016）05-0677-05

Abstract：【Objective】The chilling tolerance of bitter gourd was identified and evaluated， in order to provide references for screening chilling-resistant materials. 【Method】Under low-temperature conditions， the germination potential， seed vigor index， chilling injury index， pollen germination rate of seventeen bitter gourd materials were determined. Then the chilling-tolerances of seventeen bitter gourd materials were ranked based on principal components analysis（PCA） and membership function of fuzzy evaluation method， respectively. According to ranking result of both methods， seventeen bitter gourd materials were clustered to identify and evaluate chilling-tolerance of bitter gourd based on principal component values（PCV）， membership function values（MFV） and original data. 【Result】The principal component analysis showed that， the seed vigor index and chilling injury index for chilling-tolerance of bitter gourd had higher load， with coefficients of 0.795 and 0.923， so they could be used as important indexes for identifying chilling-tolerance of bitter gourd. The chilling-tolerances of seventeen bitter gourd were classified into six types based on membership function value and principal component value. The first type was highly sensitive to low temperature， the second type was moderately sensitive to low temperature， the third type was lowly sensitive to low temperature， the fourth type was chilling-tolerant， the fifth type was moderately chilling-tolerant， the sixth type was highly chilling-tolerant. 【Conclusion】The established identification and evaluation system of bitter gourd based on PCA and fuzzy evaluation method is suitable for evaluating chilling-tolerance of bitter gourd.

Key words： bitter gourd； identification of chilling-tolerance； principal components analysis（PCA）； fuzzy evaluation method

0 引言

【研究意義】苦瓜（Momordica charantia L.）起源于熱帶亞熱帶地區(qū)，屬喜溫蔬菜，氣溫低于20 ℃發(fā)芽緩慢，低于15 ℃花粉萌發(fā)受到抑制，低于10 ℃生長(zhǎng)發(fā)育不良，在14～25 ℃范圍內(nèi)，溫度越高越有利于苦瓜生長(zhǎng)發(fā)育。在廣西大多數(shù)地方，由于冷空氣南下頻繁，2～4月常出現(xiàn)連續(xù)或斷續(xù)的低溫陰雨天氣，導(dǎo)致苦瓜落花落果，甚至造成絕收，嚴(yán)重阻礙苦瓜產(chǎn)業(yè)的持續(xù)發(fā)展?？喙洗禾嵩缭耘鄰拿磕甑?～2月開(kāi)始育苗種植，有些地方的產(chǎn)品在4月初即可上市，低溫伴隨著苦瓜生長(zhǎng)的整個(gè)發(fā)育期，無(wú)論哪一個(gè)發(fā)育階段遇到冷害，最終都會(huì)影響苦瓜的產(chǎn)量和品質(zhì)。因此，建立可靠而準(zhǔn)確的苦瓜耐冷性鑒定和評(píng)價(jià)體系，篩選耐低溫苦瓜資源進(jìn)行耐冷育種，對(duì)從本質(zhì)上解決苦瓜冷害問(wèn)題具有重要意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】主成分分析、隸屬函數(shù)及聚類分析等適用于進(jìn)行多指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)的方法已廣泛應(yīng)用于作物抗寒（洪永聰?shù)龋?009；許桂芳等，2009）、耐鹽（朱春燕等，2010）、耐旱（孟慶立等，2009；王藝陶等，2014）等耐逆性鑒定及評(píng)價(jià)。有關(guān)苦瓜的耐冷性鑒定與評(píng)價(jià)研究，黃玉輝等（2008b）研究發(fā)現(xiàn)，苦瓜耐冷性鑒定可采用在20 ℃下的發(fā)芽指數(shù)、苗期冷害指數(shù)和田間耐冷性指數(shù)等作為指標(biāo)。在生理指標(biāo)方面，黃玉輝等（2008a）研究認(rèn)為可利用10 ℃下苦瓜苗期的丙二醛相對(duì)增加量、過(guò)氧化物酶活性、超氧化物歧化酶活性及可溶性糖含量作為鑒定苦瓜耐冷性的指標(biāo)。陳小鳳等（2012）研究認(rèn)為，15 ℃下的苦瓜花粉萌發(fā)率可作為苦瓜耐冷性鑒定指標(biāo)。以上有關(guān)苦瓜耐冷性鑒定的研究多以單一指標(biāo)對(duì)苦瓜資源進(jìn)行耐冷性鑒定，會(huì)因某些指標(biāo)不穩(wěn)定而降低鑒定的準(zhǔn)確性和可靠性?！颈狙芯壳腥朦c(diǎn)】目前，苦瓜耐冷性鑒定具有指標(biāo)單一和鑒定時(shí)期單一等局限性，不能從客觀上反映其資源的耐冷性實(shí)質(zhì)，而基于主成分分析和模糊評(píng)價(jià)法的苦瓜耐冷性綜合鑒定與評(píng)價(jià)研究未見(jiàn)報(bào)道?！緮M解決的關(guān)鍵問(wèn)題】在低溫條件下測(cè)定苦瓜資源發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、幼苗冷害指數(shù)、花粉萌發(fā)率等涉及苦瓜芽期、苗期和授粉結(jié)果期的指標(biāo)，采用主成分值、隸屬函數(shù)值與原始數(shù)據(jù)一起進(jìn)行聚類分析，探討苦瓜耐冷性的綜合鑒定與評(píng)價(jià)方法，以期為苦瓜耐冷性資源篩選提供參考。

1 材料與方法

1. 1 試驗(yàn)材料

17份苦瓜資源（編號(hào)分別為MC6、MC14-2、MC20-1、MC21-1、MC22-2、MC25-4、MC28、MC33-1、MC36-1、MC42-2、MC45、MC48、MC75D、MC79、MC86、MC100、MC108）由廣西農(nóng)業(yè)科學(xué)院蔬菜研究所提供。主要測(cè)定儀器有紫外分光光度計(jì)（日本島津）、人工氣候箱（杭州托普）、顯微鏡（德國(guó)蔡司）等。

1. 2 試驗(yàn)方法

1. 2. 1 發(fā)芽率和活力指數(shù)測(cè)定 將供試苦瓜種子用3%漂白水（有效成分為5%次氯酸鈉水溶液）浸泡10 min進(jìn)行消毒，然后用清水沖洗干凈，水平置于20 ℃下的發(fā)芽盒中，覆上一薄層沙子，第6 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽勢(shì)，以露胚根2 mm以上的種子百分?jǐn)?shù)計(jì)；此后每天將露胚根的種子點(diǎn)入盒子另一端并覆蓋1 cm厚沙子，至第10 d統(tǒng)計(jì)發(fā)芽率，并測(cè)量正常苗的下胚軸長(zhǎng)度，計(jì)算種子活力指數(shù)。種子活力指數(shù)=發(fā)芽率×下胚軸長(zhǎng)度。4次重復(fù)，每重復(fù)100粒。

1. 2. 2 冷害指數(shù)測(cè)定 將育苗盤(pán)中的4葉1心苦瓜幼苗置于10 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行冷害脅迫處理，處理后第10 d進(jìn)行冷害指數(shù)統(tǒng)計(jì)。每處理3次重復(fù)，每重復(fù)15株。冷害指數(shù)=∑（各級(jí)株數(shù)×級(jí)數(shù)）/總株數(shù)×100。冷害指數(shù)測(cè)定中冷害分級(jí)參照于賢昌等（1998）的方法進(jìn)行判定。冷害指數(shù)與植物的耐冷性呈負(fù)相關(guān)或冷害指數(shù)越低表明植株越耐冷。

1. 2. 3 花粉萌發(fā)率測(cè)定 在大田中取將在第2 d開(kāi)放的花朵，放入清水中，置于15 ℃培養(yǎng)箱中進(jìn)行開(kāi)花散粉，第2 d早上待花粉散粉后按陳小鳳等（2012）的方法進(jìn)行花粉萌發(fā)率測(cè)定。每份供試資源混合5朵以上花朵的花粉后再進(jìn)行萌發(fā)試驗(yàn)。

1. 3 數(shù)據(jù)處理

用SPSS 19.0進(jìn)行主成分分析、相關(guān)性分析和聚類分析，其中聚類采用組間聯(lián)接方法，度量標(biāo)準(zhǔn)為平方歐氏距離，無(wú)轉(zhuǎn)換值，并以樹(shù)狀圖呈現(xiàn)結(jié)果；用DPS 3.01軟件進(jìn)行新復(fù)極差方差分析。隸屬函數(shù)值的計(jì)算公式如下：

綜合隸屬函數(shù)值Xi（u）=[■Xij（u）]/n，其中j=1

正向指標(biāo)隸屬函數(shù)值Xij（u）=（Xij-Xjmin）/（Xjmax-Xjmin）

負(fù)向指標(biāo)隸屬函數(shù)值Xij（u）=1-（Xij-Xjmin）/（Xjmax- Xjmin）

式中，Xij（u）表示第i個(gè)資源第j個(gè)指標(biāo)的隸屬函數(shù)值，Xij表示第i個(gè)資源第j個(gè)指標(biāo)的測(cè)定值，Xjmin表示第j個(gè)指標(biāo)在試驗(yàn)資源中的最小值，Xjmax表示第j個(gè)指標(biāo)在試驗(yàn)資源中的最大值；Xi（u）表示第j個(gè)資源的平均隸屬函數(shù)值，n表示指標(biāo)數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2. 1 低溫脅迫對(duì)不同苦瓜資源耐冷性指標(biāo)的影響

由表1可知，MC25-4與MC108、MC42-2與MC48的發(fā)芽勢(shì)差異不顯著（P>0.05，下同），所有供試苦瓜資源的活力指數(shù)間差異不顯著，MC28與MC86的冷害指數(shù)差異不顯著，MC6、MC20-1、MC33-1和MC36-1間、MC28與MC45、MC14-2與MC22-2的花粉萌發(fā)率差異不顯著，其余供試苦瓜資源的耐冷指標(biāo)間存在顯著（P<0.05）或極顯著（P<0.01）差異。在耐冷性方面，不同基因型苦瓜有所差異，供試材料的耐冷性在苦瓜資源中具有一定代表性。

由表1還可知，單一利用X1（發(fā)芽勢(shì)）、X2（活力指數(shù)）、X3（冷害指數(shù)）和X4（花粉萌發(fā)率）4個(gè)指標(biāo)分別進(jìn)行供試材料的耐冷性評(píng)價(jià)，有的評(píng)價(jià)結(jié)果相差較明顯，如材料MC22-2耐冷性排序分別為11、15、4和3，MC25-4的耐冷性排序分別為1、7、13和16，說(shuō)明利用單一指標(biāo)進(jìn)行苦瓜資源耐冷性鑒定與評(píng)價(jià)存在一定局限性。

2. 2 不同苦瓜資源各生育期耐冷指標(biāo)的相關(guān)性

由表2可知，X1與X2、X2與X3、X3與X4的相關(guān)系數(shù)均大于0.500，說(shuō)明X1與X2、X2與X3、X3與X4存在顯著相關(guān)性，本研究的指標(biāo)數(shù)值適合進(jìn)行主成分分析。

2. 3 不同苦瓜資源綜合耐冷性的主成分分析

由表3可知，主成分1和主成分2的累積貢獻(xiàn)率達(dá)85.117%，已能描述17份苦瓜資源所有信息的85%左右，按主成分分析方法可知，可由主成分1和主成分2兩個(gè)新變量代替原來(lái)的4個(gè)變量。由表4可知，主成分1各指標(biāo)均有較高載荷，其中活力指數(shù)（X2）和冷害指數(shù)（X3）為苗生長(zhǎng)指標(biāo)，可定為“苗生長(zhǎng)因子”；主成分2載荷較高的指標(biāo)為發(fā)芽勢(shì)（X1），可定為“萌芽因子”。因此認(rèn)為，活力指數(shù)和冷害指數(shù)可作為苦瓜耐冷性鑒定的重要指標(biāo)。根據(jù)表3主成分貢獻(xiàn)率和表5主成分向量矩陣（得分矩陣）數(shù)據(jù)計(jì)算，可得出各主成分的計(jì)算公式和綜合冷害公式。綜合冷害公式F=0.570F1+0.280F2，其中第1主成分公式F1=0.400X1+0.530X2+0.610X3+

0.440X4，第2主成分公式F2=0.630X1+0.350X2-0.240X3-

0.660X4。其中，X1～X4為測(cè)定值標(biāo)準(zhǔn)化后的數(shù)值。

2. 4 以主成分值和綜合隸屬函數(shù)值對(duì)苦瓜耐冷性的評(píng)價(jià)

由表6可知，分別利用主成分值和綜合隸屬函數(shù)值對(duì)供試苦瓜資源進(jìn)行耐冷性評(píng)價(jià)，結(jié)果顯示供試苦瓜資源的耐冷性排名大部分相同，少部分僅相差1～2個(gè)名次，而各資源在第1主成分和第2主成分中的排名則相差較大。說(shuō)明同一苦瓜資源在不同生長(zhǎng)發(fā)育期其耐冷性差異較明顯，利用某一時(shí)期的耐冷性來(lái)鑒定和評(píng)價(jià)整個(gè)生育期的耐冷性存在一定局限性，而利用主成分值和綜合隸屬函數(shù)值對(duì)苦瓜耐冷性進(jìn)行評(píng)價(jià)效果較佳。

2. 5 不同苦瓜資源綜合耐冷性的聚類分析

由圖1可以看出，在歐氏距離約3處，可將供試資源分為六大類型，第一類為高度低溫敏感型（MC6、MC36-1），第二類為中度低溫敏感型（MC21-1、MC75D），第三類為低溫敏感型（MC33-1、MC79）；第四類為耐冷型（MC14-2、MC22-2、MC86、MC100）；第五類為中度耐冷型（MC20-1、MC28、MC45、MC25-4），第六類為高度耐冷型（MC42-2、MC48、MC108）。

3 討論

植物的耐逆性是由多基因控制的數(shù)量性狀，任何用于進(jìn)行耐逆性評(píng)價(jià)的單一指標(biāo)或單一時(shí)期的指標(biāo)均存在一定局限性，不能準(zhǔn)確可靠地評(píng)價(jià)作物的耐性實(shí)質(zhì)（孫玉宏等，2004），而阻礙育種進(jìn)程。本研究中在低溫條件下選用苦瓜芽期的發(fā)芽勢(shì)和活力指數(shù)、苗期的冷害指數(shù)、授粉結(jié)果期的花粉萌發(fā)率，均為相應(yīng)時(shí)期具有代表性的指標(biāo)，在一定程度上能充分反映該生育期的耐冷性，但結(jié)果顯示，對(duì)不同發(fā)育期同一苦瓜資源用單一指標(biāo)進(jìn)行耐冷性鑒定評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果相差較明顯，與黃玉輝等（2008a，2008b）的研究結(jié)果一致。說(shuō)明苦瓜不同生長(zhǎng)發(fā)育期具有不同的耐冷機(jī)制，這種耐冷機(jī)制間存在一定的相關(guān)性，但不足以使不同生育期兩兩相互代表，因此，孤立地用某一指標(biāo)或某一時(shí)期的指標(biāo)很難準(zhǔn)確反映苦瓜整個(gè)生育期的綜合耐冷性，需利用綜合評(píng)價(jià)方法對(duì)苦瓜耐冷指標(biāo)進(jìn)行分析，以提高評(píng)價(jià)的可信度。

主成分分析及隸屬函數(shù)和聚類分析等模糊評(píng)價(jià)方法是利用精確的數(shù)字手段處理模糊的評(píng)價(jià)對(duì)象，對(duì)蘊(yùn)藏信息呈模糊性的資料進(jìn)行比較科學(xué)、合理、貼近實(shí)際的量化評(píng)價(jià)，已在植物耐逆性鑒定與評(píng)價(jià)中廣泛應(yīng)用（齊曉花等，2011；王藝陶等，2014）。本研究利用主成分分析法對(duì)苦瓜耐冷指標(biāo)進(jìn)行分析，結(jié)果表明，活力指數(shù)和冷害指數(shù)對(duì)苦瓜耐冷性有較高載荷，可作為苦瓜耐冷性鑒定的重要指標(biāo)；利用綜合隸屬函數(shù)值法對(duì)供試苦瓜材料進(jìn)行耐冷性鑒定和評(píng)價(jià)的結(jié)果也具有一定可比性，與董萬(wàn)鵬等（2015）對(duì)西番蓮抗寒性的鑒定評(píng)價(jià)結(jié)果一致。進(jìn)一步對(duì)主成分分析法與綜合隸屬函數(shù)值法進(jìn)行比較，結(jié)果顯示，供試苦瓜資源的耐冷性排名多數(shù)相同，少數(shù)相差1～2個(gè)名次。說(shuō)明每種評(píng)價(jià)方法均有優(yōu)缺點(diǎn)，為消除因評(píng)價(jià)方法的缺陷對(duì)耐冷性評(píng)價(jià)造成干擾，本研究首次引入主成分值、隸屬函數(shù)值和原始數(shù)據(jù)進(jìn)行聚類分類，建立苦瓜耐冷性綜合鑒定與評(píng)價(jià)體系，具有一定創(chuàng)新性。當(dāng)然，為使該體系更合理、鑒定結(jié)果更可信，還應(yīng)進(jìn)一步引入更多合理的指標(biāo)參與評(píng)價(jià)，改進(jìn)和完善評(píng)價(jià)體系，為苦瓜耐冷育種提供更科學(xué)的依據(jù)。

4 結(jié)論

參試苦瓜資源的發(fā)芽勢(shì)、活力指數(shù)、冷害指數(shù)及花粉萌發(fā)率等耐冷指標(biāo)存在差異，用單一指標(biāo)進(jìn)行其耐冷性鑒定與評(píng)價(jià)存在一定局限性；活力指數(shù)和冷害指數(shù)對(duì)苦瓜耐冷性具有較高的載荷，可作為苦瓜耐冷性鑒定的重要指標(biāo)；結(jié)合主成分值和隸屬函數(shù)值排序進(jìn)行聚類分析的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果與供試苦瓜資源的實(shí)際耐冷性基本一致。因此，本研究建立的苦瓜耐冷性綜合鑒定與評(píng)價(jià)體系適用于苦瓜資源耐冷性鑒定與評(píng)價(jià)。

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