CN105353089A

CN105353089A - 一种棉花品种耐盐性的评价方法

Info

Publication number: CN105353089A
Application number: CN201510779524.XA
Authority: CN
Inventors: 张国伟; 刘瑞显; 杨长琴
Original assignee: Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Current assignee: Jiangsu Academy of Agricultural Sciences
Priority date: 2015-11-13
Filing date: 2015-11-13
Publication date: 2016-02-24

Abstract

本发明公开了一种棉花品种耐盐性的评价方法，该方法包括S1育苗：用基质育苗法将棉花幼苗培养至出叶；S2移植：选择长势一致的棉株移入盛有细砂的底部带孔的种植杯中，将种植杯置于周转箱中，装入营养液，于人工气候室内培养；S3指标检测：不含NaCl营养液作为对照，以含150mmol·L^-1NaCl营养液作为盐胁迫处理作为处理组，两组分别每隔3天更换一次营养液，至第9天时两组各选取5株测定检测相关指标；S4数据统计分析等步骤。本发明综合考虑农艺性状指标和生理生化指标，克服各目标性状权重人为赋值的局限性，实现对品种耐盐性更为客观、有效的评价。

Description

一种棉花品种耐盐性的评价方法

技术领域

本发明涉及棉花品种耐盐性的鉴定方法领域，具体涉及一种棉花品种耐盐性的评价方法，对棉花品种的耐盐性进行有效评价。

背景技术

棉花是我国重要的经济作物，在国民经济中占有重要地位。近年来，随着粮棉争地矛盾日益突出，棉花种植面积逐渐向东部沿海和西北内陆盐碱地区转移。不同棉花品种间的耐盐性不同，通过挖掘棉花本身耐盐能力，筛选和培育耐盐棉花品种是开发利用盐碱地的有效途径之一。

大量研究表明，幼苗阶段是棉花耐盐能力较弱的时期，也是对棉花材料进行耐盐性鉴定的关键时期。苗期盐害机理较为复杂，盐分处理下棉花苗期的物质累积、根系生理、光合生理等方面变化趋势均随盐分浓度和胁迫时间的变化而变化，各品种表现出来的耐盐策略差异较大，单一指标的变化程度并不能代表其耐盐性强弱。因此，在进行品种筛选时，必须考虑多个指标进行综合分析。综合评价正确与否主要取决于各指标权重系数的合理确定，在实际应用中，主成分分析法笼统地对所有指标降维，没有考虑指标间权重差异，灰色关联度法则在原始关联度计算中存在指标平权和专家赋值局限性，消弱了此方法的客观性，同时，专家对农艺性状的赋权得到一定认可，但生理生化指标权重赋值则难以客观把握。在实际应用中，耐盐性评价时常常将农艺性状与生理生化性状结合，因此，亟需找到一种对可以对所有指标进行客观权重赋值的方法并以此来对品种耐盐性进行综合评价。

发明内容

为克服现有技术的缺陷，本发明的目的在于提供一种棉花品种耐盐性的评价方法，结合多项指标进行鉴定，克服各目标性状权重人为赋值的局限性，实现对品种耐盐性更为客观、有效的评价。

为实现上述目的本发明所采用的技术方案如下：

一种棉花品种耐盐性的评价方法，该方法包括以下步骤：

S1育苗：用基质育苗法将棉花幼苗培养至出叶；

S2移植：选择长势一致的棉株移入盛有细砂的底部带孔的种植杯中，将种植杯置于周转箱中，装入营养液，于人工气候室内培养；

S3指标检测：不含NaCl营养液作为对照，以含150mmol·L^-1NaCl营养液作为盐胁迫处理作为处理组，两组分别每隔3天更换一次营养液，至第9天时两组各选取5株测定检测相关指标，对照组的每项指标的检测值称为对照值，处理组组每项指标的检测值称为处理值；

S4数据统计分析，步骤如下：

1)盐害系数计算：盐害系数(％)＝(对照值-处理值)/对照值×100％，若结果出现负值，以绝对值表示结果；

2)构造样本评价矩阵X：n个参试品种、m个评价指标体系的观测值x_ij构成样本评价矩阵X＝(x_ij)_n×m,(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)；

3)计算样本矩阵的标准化矩阵R：将样本矩阵标准化处理，以消除各指标量纲不同造成的不可比性，得到标准化的矩阵R＝(r_ij)_n×m；

4)计算关联系数矩阵：

绝对差序列为：Δ_ij＝|x_ij-x_maxj|，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最小差为：Δ_{(min)＝minmin(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最大差为：Δ_{(max)＝maxmax(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

关联系数其中，ρ为分辨系数，此处取值ρ＝0.5；

5)确定权重系数

计算第i个品种的第j项指标的比重P_ij，构成矩阵R’

P_{i j} = Σ_{i = 1}^{n} r_{i j}

R’＝(P_ij)_n×m

计算第j个评价指标的熵值E_j：

E_{j} = - \frac{1}{\ln n} Σ_{i = 1}^{n} p_{i j} {lnp}_{i j}

式中，E_j∈(0,1)，E_j＝0表示系统指标变异程度最大，E_j＝1表示系统指标间变异程度最小；

计算第j个评价指标的熵权，确定该指标的客观权重(ω_j)

ω_{j} = (1 - E_{j}) / Σ_{j = 1}^{m} (1 - E_{j})

6)计算加权关联度值：

W_{j}^{,} = Σ_{j = 1}^{m} ξ_{i j} ω_{j}

计算出的加权关联度值越高，耐盐性越强。

进一步的方案中，本发明上述方法所述的S2步骤中，人工气候室的参数设置如下：昼温为28±1℃；夜温23±1℃；相对湿度为80±2％；光照强度为25000-30000Lux；光期：10-15h。

进一步的方案中，本发明上述方法所述的营养液为Hoaglands营养液。

进一步的方案中，本发明上述方法所述的相关指标包括株高、地上部干重、根干重、叶面积变化、净光合速率、膜透性伤害率、脯氨酸含量、根系活力。

进一步的方案中，本发明上述方法所述的样本矩阵标准化处理具体步骤如下：

当性状j为越大越好的性状时，r_ij＝x_ij/max(x_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)；

当性状j为越小越好的性状时，r_ij＝min(x_ij)/x_ij，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)；

当性状j为适中性状，且x_ij∈(q₁,q₂)时，r_ij＝1；当r_ij＜q₁时，r_ij＝x_ij/q₁；当r_ij＞q₂时，r_ij＝q₂/x_ij。

相比现有技术，本发明的有益效果在于：

1.本发明所述的棉花品种耐盐性的评价方法综合考虑农艺性状指标和生理生化指标，对所有指标进行客观权重赋值，发挥了灰色关联分析在小样本数据分析中的优势；

2.本发明所述的棉花品种耐盐性的评价方法利用农艺性状指标和生理生化指标与信息熵理论相结合，有效避免原始灰色关联度的权重采用专家赋权或平权的缺陷，评价结果更加科学可靠。

具体实施方式

下面结合具体的实施方式对本发明作进一步详细说明。

本发明所述的棉花品种耐盐性的评价方法，该方法包括以下步骤：

S1育苗：用基质育苗法将棉花幼苗培养至出叶；

S4数据统计分析，包括如下步骤；

4)计算关联系数矩阵：

绝对差序列为：Δ_ij＝|x_ij-x_maxj|，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最小差为：Δ_{(min)＝minmin(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最大差为：Δ_{(max)＝maxmax(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

关联系数其中，ρ为分辨率系数，此处取值ρ＝0.5；

5)确定权重系数

计算第i个品种的第j项指标的比重P_ij，构成矩阵R’

P_{i j} = Σ_{i = 1}^{n} r_{i j}

R’＝(P_ij)_n×m

计算第j个评价指标的熵值E_j：

E_{j} = - \frac{1}{\ln n} Σ_{i = 1}^{n} p_{i j} {lnp}_{i j}

计算第j个评价指标的熵权，确定该指标的客观权重(ω_j)

ω_{j} = (1 - E_{j}) / Σ_{j = 1}^{m} (1 - E_{j})

6)计算加权关联度值：

W_{j}^{,} = Σ_{j = 1}^{m} ξ_{i j} ω_{j}

计算出的加权关联度值越高，耐盐性越强。

进一步的方案中，本发明上述方法所述的S2步骤中，人工气候室的参数设置如下：昼温为28±1℃；夜温23±1℃；相对湿度为80±2％；光照强度为25000-30000Lux；光期为10-15h。

以下是本发明具体的实施例，在下述实施例中，选择不同年代黄河流域黄淮棉区和长江流域下游棉区大面积推广的品种为供试材料，包括中棉所17(CCRI-17)、中棉所44(CCRI-44)、中棉所75(CCRI-75)，苏棉22号(Sumian22)、苏棉12号(Sumian12)、苏棉15号(Sumian15)、泗棉3号(Simian3)、美棉33B(Meimian33B)、科棉1号(Kemian1)、科棉4号(Kemian4)和德夏棉1号(Dexiamian1)共11个品种，对应实施例1-实施例11，在NaCl胁迫下进行棉花萌发期和苗期的耐盐性比较；棉花品种与实施例的对应关系见表1；

表1：实施例对应的品种

实施例1	中棉所17(CC I-17)
		实施例2	中棉所(44 CCRI-44)
实施例3	中棉所75(CCRI-75)
		实施例4	苏棉22号(Sumian 22)
实施例5	苏棉12号(Sumian 12)
		实施例6	苏棉15号(Sumian 15)
实施例7	泗棉3号(Simian 3)
		实施例8	美棉33B(Meimian 33B)
实施例9	科棉1号(Kemian 1)
		实施例10	科棉4号(Kemian 4)
实施例11	德夏棉1号(Dexiamian 1)

具体步骤如下：

S1育苗：用基质育苗法将棉花幼苗培养至三叶一心；

S2移植：选择长势一致的棉株移入盛有细沙的底部具孔的10cm×15cm(直径×高)塑料杯中，每杯一株，将塑料杯置于60cm×45cm×20cm(长×宽×高)的周转箱中，每箱16株，装入5L去离子水配成的Hoaglands营养液，于气候条件：昼温为28±1℃、夜温23±1℃、相对湿度为80±2％、光照强度为25000-30000Lux、光期为10-15h的人工气候室中培养；

S3指标检测：不含NaCl营养液作为对照，以含150mmol·L^-1NaCl营养液作为盐胁迫处理作为处理组，两组分别每隔3天更换一次营养液，至第9天时两组各选取5株测定检测株高、地上部干重、根干重、叶面积变化(计算叶片伸展速率)、净光合速率、膜透性伤害率、脯氨酸含量、根系活力等指标，对照组的每项指标的检测值称为对照值，处理组组每项指标的检测值称为处理值；

S4数据统计分析，包括如下步骤；

1)盐害系数计算：盐害系数(％)＝(对照值-处理值)/对照值×100％，若结果出现负值，以绝对值表示结果；其中，实施例1-11的结果见表2：

表2：150mmol·L^-1NaCl对棉花苗期相关指标盐害系数的影响

实施例

PH

SDW

RDW

RV

PMP

Pn

LER

1

20.80de

19.30e

10.81e

39.23e

65.84d

32.34c

52.88c

2

14.47g

16.05f

6.79g

36.39e

67.30d

27.33e

44.24e

3

16.62f

11.62g

7.52fg

39.07e

67.37d

22.40f

32.18f

4

17.39f

16.22f

11.61d

45.29d

71.21cd

29.50de

47.64de

5

26.63bc

31.28a

12.86c

59.54a

68.53d

37.80b

60.32b

6

24.39c

22.16d

7.79f

35.37e

67.94d

30.50cd

51.94c

7

26.28bc

25.68bc

13.22bc

53.99b

80.41ab

43.20a

64.44a

8

21.26de

20.02e

10.19e

46.49cd

71.47cd

36.60

57.09b

9

28.75a

26.19b

16.36a

50.68bc

84.09a

35.80b

64.79a

10

20.16e

13.33g

12.86c

45.68d

56.94e

29.10de

49.05cd

11

22.36d

23.88cd

13.75b

44.90d

76.33bc

32.40c

52.00c

其中，PH:株高；SDW:地上部干重；RDW:根系干重；RV:根系活力；PMP:叶片膜透性伤害率；Pn:净光合速率；LER:叶片伸展速率

分析表2可知，株高的盐害系数以科棉1号、泗棉3号和苏棉12号较高，中棉所44和中棉所75较低，地上部干重和根系干重的盐害系数以苏棉12号较高，中棉所75和科棉4号较低，根系活力以苏棉12号泗棉3号较高，中棉所44和苏棉15号较低，叶片膜透性伤害率以泗棉3号和科棉1号较高，科棉4号较低，净光合速率以泗棉3号较高，中棉所44、中棉所75和苏棉22号较低，叶片伸展速率以泗棉3号和科棉1号较高，中棉所44和中棉所75较低；

3)计算样本矩阵的标准化矩阵R：将样本矩阵标准化处理，以消除各指标量纲不同造成的不可比性，得到标准化的矩阵R＝(r_ij)_n×m；实施例1-11的标准化的矩阵结果见表3；其中，样本矩阵标准化处理具体步骤如下：

当性状j为适中性状，且x_ij∈(q₁,q₂)时，r_ij＝1；当r_ij＜q₁时，r_ij＝x_ij/q₁；当r_ij＞q₂时，r_ij＝q₂/x_ij；

表3：苗期品种性状的盐害系数标准化

实施例	PH	SDW	RDW	RV	PMP	Pn	LER
								1	0.70	0.60	0.63	0.90	0.86	0.69	0.61
2	1.00	0.72	1.00	0.97	0.85	0.82	0.73
								3	0.87	1.00	0.90	0.91	0.85	1.00	1.00
4	0.83	0.72	0.58	0.78	0.80	0.76	0.68
								5	0.54	0.37	0.53	0.59	0.83	0.59	0.53
6	0.59	0.52	0.87	1.00	0.84	0.73	0.62
								7	0.55	0.45	0.51	0.66	0.71	0.52	0.50
8	0.68	0.58	0.67	0.76	0.80	0.61	0.56
								9	0.50	0.44	0.41	0.70	0.68	0.63	0.50
10	0.72	0.87	0.53	0.77	1.00	0.77	0.66
								11	0.65	0.49	0.49	0.79	0.75	0.69	0.62

4)计算关联系数矩阵：

绝对差序列为：Δ_ij＝|x_ij-x_maxj|，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最小差为：Δ_{(min)＝minmin(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最大差为：Δ_{(max)＝maxmax(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

关联系数其中，ρ为分辨系数，此处取值ρ＝0.5；

实施例1-11的关联系数系数结果见表4；

表4：苗期品种性状的盐害系数间关联系数

实施例	PH	SDW	RDW	RV	PMP	Pn	LER
								1	0.5080	0.4413	0.4581	0.7615	0.6992	0.5055	0.4453
2	1.0000	0.5322	1.0000	0.9181	0.6713	0.6353	0.5355
								3	0.7082	1.0000	0.7636	0.7686	0.6699	1.0000	1.0000
4	0.6519	0.5258	0.4309	0.5894	0.6107	0.5663	0.4920
								5	0.4077	0.3333	0.3997	0.4364	0.6501	0.4355	0.4025
6	0.4359	0.3978	0.7096	1.0000	0.6600	0.5420	0.4524
								7	0.4115	0.3646	0.3925	0.4768	0.5184	0.3949	0.3856
8	0.4960	0.4283	0.4851	0.5678	0.6071	0.4475	0.4187
								9	0.3875	0.3610	0.3494	0.5099	0.4932	0.4564	0.3844
10	0.5270	0.7098	0.3997	0.5820	1.0000	0.5771	0.4774
								11	0.4710	0.3797	0.3831	0.5968	0.5530	0.5045	0.4519

5)确定权重系数

计算第i个品种的第j项指标的比重P_ij，构成矩阵R’

P_{i j} = Σ_{i = 1}^{n} r_{i j}

R’＝(P_ij)_n×m

计算第j个评价指标的熵值E_j：

E_{j} = - \frac{1}{\ln n} Σ_{i = 1}^{n} p_{i j} {lnp}_{i j}

计算第j个评价指标的熵权，确定该指标的客观权重(ω_j)

ω_{j} = (1 - E_{j}) / Σ_{j = 1}^{m} (1 - E_{j})

表5：苗期棉花品种性状熵值和权重

性状	熵值(E_j)	权重(ω_j)
			PH	1.0320	0.1440
SDW	1.0225	0.1013
			RDW	1.0249	0.1119
RV	1.0362	0.1631
			PMP	1.0392	0.1763
Pn	1.0349	0.1571
			LER	1.0325	0.1464

6)计算加权关联度值：

W_{j}^{,} = Σ_{j = 1}^{m} ξ_{i j} ω_{j}

计算出的加权关联度值越高，耐盐性越强；

表6：棉花品种的加权关联度和排序

实施例	加权关联度(W_j’)	耐盐性排序
			1	0.5611	5
2	0.7561	2
			3	0.8356	1
4	0.5601	6
			5	0.4503	9
6	0.6132	4
			7	0.4277	11
8	0.5003	7
			9	0.4295	10
10	0.6243	3
			11	0.4894	8

各指标盐害系数的熵值和权重以叶片膜透性伤害率、根系活力和净光合速率较高，叶片伸展速率和株高次之，地上部干重和根系干重最小。各品种加权关联度值以中棉所44和中棉所75较高，和科棉4号和苏棉15号次之，苏棉12号、泗棉3号和科棉1号最低，此排序也就是各品种的综合耐盐性排序。其中中棉所44被河南省农作物品种审定委员会审定为耐盐品种(严根土，刘全义，张裕繁，黄群.耐盐棉花新品种中棉所44.中国棉花,2000,10:21-21)，苏棉12和泗棉3号分别被张国伟等(张国伟,路海玲,张雷,陈兵林,周治国.棉花萌发期和苗期耐盐性评价及耐盐指标筛选,应用生态学报,2011,22(8):2045-2053)及Munis等(MunisMFH,TuLL,ZiafK,TanJF,DengFL,ZhangXL.Criticalosmotic,ionicandphysiologicalindicatorsofsalinitytoleranceincotton(GossypiumhirsutumL.)forcultivarselect.PakistanJournalofBotany,2010,42(3):1685-1694)证实为耐盐性较弱品种。

上述实施方式仅为本发明的优选实施方式，不能以此来限定本发明保护的范围，本领域的技术人员在本发明的基础上所做的任何非实质性的变化及替换均属于本发明所要求保护的范围。

Claims

1.一种棉花品种耐盐性的评价方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

S1育苗：用基质育苗法将棉花幼苗培养至出叶；

S4数据统计分析，步骤如下：

4)计算关联系数矩阵：

绝对差序列为：Δ_ij＝|x_ij-x_maxj|，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最小差为：Δ_{(min)＝minmin(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

两级最大差为：Δ_{(max)＝maxmax(}Δ_ij)，(i＝1,2,…n；j＝1,2,…m)

关联系数其中，ρ为分辨系数，此处取值ρ＝0.5；

5)确定权重系数

计算第i个品种的第j项指标的比重P_ij，构成矩阵R’

P_{i j} = Σ_{i = 1}^{n} r_{i j}

R’＝(P_ij)_n×m

计算第j个评价指标的熵值E_j：

E_{j} = - \frac{1}{\ln n} Σ_{i = 1}^{n} p_{i j} {lnp}_{i j}

计算第j个评价指标的熵权，确定该指标的客观权重(ω_j)

ω_{j} = (1 - E_{j}) / Σ_{j = 1}^{m} (1 - E_{j})

6)计算加权关联度值：

W_{j}^{,} = Σ_{j = 1}^{m} ξ_{i j} ω_{j}

计算出的加权关联度值越高，耐盐性越强。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，S2步骤中，人工气候室的参数设置如下：昼温为28±1℃；夜温23±1℃；相对湿度为80±2％；光照强度为25000-30000Lux；光期：10-15h。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述营养液为Hoaglands营养液。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述相关指标包括株高、地上部干重、根干重、叶面积变化、净光合速率、膜透性伤害率、脯氨酸含量、根系活力。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，样本矩阵标准化处理具体步骤如下：