基于光合系统参数建立马铃薯耐荫性综合评价体系

doi:10.11983/CBB18182

摘要/Abstract

摘要： 为构建便捷的马铃薯(Solanum tuberosum)耐荫性综合评价体系并发掘耐荫种质, 以35个马铃薯品种(系)为实验材料, 测定块茎膨大期遮荫下植株叶片叶绿素含量、光合能力和叶绿素荧光等光合参数及收获后块茎单株产量和淀粉含量等指标。根据耐荫系数, 利用主成分分析法、隶属函数法、聚类分析法和逐步回归分析法进行综合评价。通过主成分分析将马铃薯耐荫性相关的13个单项光合指标转换为6个综合指标, 代表了全部信息的87.51%。以此计算各种质的隶属函数值, 并以主成分的贡献率进行加权, 最终获得所用材料耐荫性的综合评价值(D值)。根据D值聚类分析结果将35个马铃薯分为4类, 其中Eshu10和Lishu6分别为耐荫性最强和最弱的品种。通过逐步回归分析建立了马铃薯耐荫性评价数学模型: D=0.060+0.106G_s+0.214qP+0.143NPQ。同时, 用该评价体系鉴定为耐荫性强的品种(系)在遮荫后其产量和/或淀粉含量等指标减幅均低于耐荫性弱的种质, 表明该评价体系可用于快速评价和预测马铃薯种质的耐荫性。

关键词: 马铃薯, 耐荫性, 主成分分析, 隶属函数, 综合评价

Abstract: We aimed to construct a convenient evaluation system of potato shade tolerance and explore shade-tolerant germplasm, chlorophyll content, photosynthetic capacity, chlorophyll fluorescence and other parameters of photosynthetic systems of plant leaves under shade at tuber bulking stage. We measured tuber yield per plant and starch content after harvest in 35 potato cultivars (lines). Multiple statistical analyses (e.g., principal component analysis, membership function method, cluster analysis, and regression analysis) were used to analyze the shade tolerance coefficients and evaluate the shade tolerance of the potato cultivars (lines). First, 13 individual photosynthetic parameters related to shade tolerance of potato were converted into six comprehensive indexes by principal component analysis, representing 87.51% of the total information. Then, to obtain the comprehensive evaluation value of shade tolerance (D), we calculated the membership function values for each germplasm and weighted the contribution rate of principal component. Thirty-five potato cultivars (lines) were classified into four shade-intolerance types according to the results of D-value clustering analysis; Eshu10 and Lishu6 were the strongest and weakest shade tolerance cultivars, respectively. Finally, a mathematical evaluation model for potato shade tolerance was established by stepwise regression analysis: D=0.060+0.106Gs+0.214qP+ 0.143NPQ. In addition, the decrease in yield and/or starch content of cultivars (lines) with strong shade tolerance identified by the evaluation system was lower than that of germplasm with weak shade tolerance, so the evaluation system can be used to rapidly evaluate and predict the shade tolerance of potato germplasm.

Key words: potato, shade tolerance, principal component analysis, membership function, comprehensive evaluation

刘勋,张娇,沈昱辰,谢德斌,李宏利,李春明,易小平,赵勇,唐道彬,吕长文,王季春. 基于光合系统参数建立马铃薯耐荫性综合评价体系. 植物学报, 2019, 54(3): 360-370.

Xun Liu,Jiao Zhang,Yuchen Shen,Debin Xie,Hongli Li,Chunming Li,Xiaoping Yi,Yong Zhao,Daobin Tang,Changwen Lü,Jichun Wang. . Chinese Bulletin of Botany, 2019, 54(3): 360-370.

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图/表 7

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No.	Accession	Origin	No.	Accession	Origin
1	378711.7	International Potato Center	19	Eshu 3	Hubei
2	Zhongshu 19	Beijing	20	Eshu 5	Hubei
3	Zhongshu 21	Beijing	21	Eshu 7	Hubei
4	0435-4	Chongqing	22	Eshu 10	Hubei
5	049565	Chongqing	23	Qingshu 2	Qinghai
6	09307-830	Chongqing	24	Liangshu 6	Sichuan
7	3903-7	Chongqing	25	S03-2744	Yunnan
8	B0562-5	Chongqing	26	S04-4036	Yunnan
9	B20-2	Chongqing	27	S04-6099	Yunnan
10	B20-7	Chongqing	28	S05-1669	Yunnan
11	K103	Chongqing	29	S05-197	Yunnan
12	OP-2-5	Chongqing	30	YS03-268	Yunnan
13	S14A53-13	Chongqing	31	Deshu 3	Yunnan
14	S14A53-18	Chongqing	32	Fenshenyangyu	Yunnan
15	S21	Chongqing	33	Lishu 6	Yunnan
16	Huayu 5	Chongqing	34	Xuanshu 4	Yunnan
17	Zhengshu 5	Henan	35	Yunshu 201	Yunnan
18	04HE19-84	Hubei

No.	Accession	Origin	No.	Accession	Origin
1	378711.7	International Potato Center	19	Eshu 3	Hubei
2	Zhongshu 19	Beijing	20	Eshu 5	Hubei
3	Zhongshu 21	Beijing	21	Eshu 7	Hubei
4	0435-4	Chongqing	22	Eshu 10	Hubei
5	049565	Chongqing	23	Qingshu 2	Qinghai
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9	B20-2	Chongqing	27	S04-6099	Yunnan
10	B20-7	Chongqing	28	S05-1669	Yunnan
11	K103	Chongqing	29	S05-197	Yunnan
12	OP-2-5	Chongqing	30	YS03-268	Yunnan
13	S14A53-13	Chongqing	31	Deshu 3	Yunnan
14	S14A53-18	Chongqing	32	Fenshenyangyu	Yunnan
15	S21	Chongqing	33	Lishu 6	Yunnan
16	Huayu 5	Chongqing	34	Xuanshu 4	Yunnan
17	Zhengshu 5	Henan	35	Yunshu 201	Yunnan
18	04HE19-84	Hubei

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2	0.98	1.06	0.92	0.90	1.33	1.39	1.59	0.78	1.24	1.22	0.43	0.83	0.65
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11	1.31	1.27	1.03	1.15	1.10	1.11	1.07	1.20	1.33	1.03	0.46	1.29	0.46
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13	1.24	1.18	0.93	0.58	1.55	1.76	2.27	0.83	1.49	1.15	0.29	1.14	0.41
14	0.74	0.80	0.94	0.67	0.52	0.59	0.60	0.82	1.44	1.18	0.41	1.18	0.52
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No.	Chla	Chlb	Chla/b	P_n	T_r	C_i	G_s	F_o	F_m	F_v/F_m	qP	NPQ	Y(II)
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25	1.10	1.18	0.91	0.54	0.74	1.02	0.42	0.93	1.24	1.10	0.55	0.97	0.65
26	1.12	1.14	0.98	0.71	0.62	0.25	0.68	1.17	1.76	1.10	0.33	1.27	0.37
27	2.29	2.56	0.88	1.01	1.25	1.16	1.30	0.58	1.29	1.78	0.31	0.70	0.94
28	1.21	1.09	1.01	0.95	1.19	1.18	1.03	0.91	1.16	1.07	0.85	0.92	1.00
29	1.16	1.29	0.91	0.72	0.74	1.04	0.63	1.14	1.28	1.03	0.48	0.98	0.50
30	1.35	1.41	0.94	0.90	1.18	1.12	1.04	1.18	1.29	1.03	0.75	1.06	0.79
31	0.83	0.98	0.93	0.88	1.38	1.18	1.07	1.18	1.47	1.05	0.42	1.16	0.43
32	0.94	1.02	0.92	0.67	1.20	1.14	1.59	1.17	1.10	0.99	0.72	1.01	0.73
33	0.66	0.70	0.94	0.46	0.25	0.79	0.23	1.43	1.30	0.97	0.27	0.43	0.31
34	1.18	1.17	0.93	0.82	0.70	0.72	0.67	1.16	1.22	1.04	0.69	0.98	0.75
35	1.09	1.11	0.97	1.22	1.21	4.43	1.50	0.98	1.34	1.14	0.59	1.08	0.75

Individual index	Chla	Chlb	Chla/b	P_n	T_r	C_i	G_s	F_o	F_m	F_v/F_m	qP	NPQ	Y(II)
Chla	1.00
Chlb	0.98**	1.00
Chla/b	0.20	0.03	1.00
P_n	0.16	0.17	0.09	1.00
T_r	0.33*	0.29	0.14	0.16	1.00
C_i	0.04	0.02	0.07	0.22	0.45**	1.00
G_s	0.35*	0.31	0.17	0.19	0.90**	0.50**	1.00
F_o	0.15	0.10	0.34*	-0.12	0.01	-0.12	0.02	1.00
F_m	0.10	0.13	-0.18	0.07	0.03	-0.03	0.01	-0.13	1.00
F_v/F_m	0.20	0.29	-0.43**	0.17	0.03	0.04	0.00	-0.77**	0.36*	1.00
qP	0.14	0.10	0.18	0.14	0.27	0.09	0.23	0.31	-0.57**	-0.44**	1.00
NPQ	0.14	0.11	0.10	0.09	0.00	0.03	-0.06	0.03	0.47**	-0.09	-0.03	1.00
Y(II)	0.24	0.25	-0.07	0.29	0.28	0.13	0.22	-0.25	-0.42**	0.26	0.72**	-0.24	1.00