14份乡土狼尾草材料幼苗的耐冷性综合评价

doi:10.11686/cyxb2023433

摘要/Abstract

摘要：

为了探究低温胁迫对不同狼尾草材料幼苗生理特性的影响及综合评价不同材料的抗寒性。本研究采用泥炭土花盆培养法，对采集的14份乡土狼尾草种子发芽后的幼苗进行低温胁迫（25、4、0、-5 ℃）处理，并测定叶绿素含量、类胡萝卜素含量、抗氧化酶活性、丙二醛含量、渗透调节物质含量。采用主成分分析和隶属函数法对14份材料进行抗寒性评价。随低温胁迫的不断加重，供试狼尾草幼苗的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素、可溶性糖和脯氨酸含量以及过氧化氢酶活性呈先升后降的趋势，类胡萝卜素含量呈逐渐增大的趋势，超氧化物歧化酶活性呈逐渐增加的趋势，可溶性蛋白呈先升后降再略升的趋势，而过氧化物酶活性变化趋势不一致。光合作用相关的各指标之间显著正相关。主成分分析结果表明，低温胁迫下狼尾草的光合因子、质膜系统因子、渗透调节因子可作为抗寒性评价的综合指标。隶属函数综合评价D值结果显示，L₁₀材料的抗寒性较强，L₄、L₁和L₂材料的抗寒性相对较弱。采用隶属函数综合评价法所得结果更加准确客观、可靠性高，研究结果可为狼尾草抗寒性评价及耐低温种质资源的筛选提供参考。

关键词: 狼尾草, 抗寒性, 生理特性, 主成分分析, 隶属函数法

Abstract:

The aim of this study was to explore the effects of low temperature stress on the physiological characteristics of Pennisetum alopecuroides seedlings and to develop a multivariate evaluation of the cold resistance of different P. alopecuroides germplasm lines. Seedlings of 14 native P. alopecuroides germplasm lines were grown in peat soil in pots and subjected to low-temperature stress （25 °C as the control， and cold treatments at 4， 0， -5 °C）. Then， the contents of chlorophylls， carotenoids， malondialdehyde， and osmoregulatory substances were determined， as well as antioxidant enzyme activity. The cold resistance of the 14 materials was evaluated by principal component analysis and the membership function method. As the low temperature stress became more severe， the contents of chlorophylls， soluble sugars， and proline as well as catalase （CAT） activity in the test seedlings first increased and then decreased， the carotenoid content and superoxide dismutase （SOD） activity increased gradually， the soluble protein content first increased， then decreased， and then slightly increased， whereas peroxidase （POD） activity showed a different trend. There were significant positive correlations among the photosynthesis-related indexes. The results of principal component analysis showed that photosynthetic factors， plasma membrane system factors， and osmotic regulatory factors of P. alopecuroides under low temperature stress could be used as traits for multivariate evaluation of cold resistance. On the basis of the D values obtained using the membership function multivariate evaluation method， L₁₀ had strong cold resistance， while L₄， L₁， and L₂ had weak cold resistance. The results obtained by the membership function evaluation method are accurate， objective， and reliable. Therefore， this method can be used for the evaluation of cold resistance and for screening low temperature-tolerant germplasm resources of P. alopecuroides.

Key words: Pennisetum alopecuroides, cold resistance, physiological property, principal component analysis, subordination function method

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图/表 7

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编号Code	海拔 Altitude（m）	地理信息 Geographic information	采集地 Location of collection
L₁	210	114.0098° E，32.7994° N	河南省驻马店市确山县Queshan County， Zhumadian City， Henan Province
L₂	950	110.3600° E，31.4200° N	湖北省神农架林区松柏镇松柏村 Songbai Village， Songbai Town， Shennongjia Forestry District， Hubei Province
L₃	140	113.8724° E，32.1656° N	河南省信阳市浉河区Shihe District， Xinyang City， Henan Province
L₄	140	113.3118° E，32.6981° N	河南省驻马店市泌阳县Biyang County， Zhumadian City， Henan Province
L₅	210	112.2523° E，33.1349° N	河南省南阳市镇平县Zhenping County， Nanyang City， Henan Province
L₆	230	112.3188° E，33.2443° N	河南省南阳市南召县Nanzhao County， Nanyang City， Henan Province
L₇	90	113.8657° E，32.9988° N	河南省驻马店市驿城区Yicheng District， Zhumadian City， Henan Province
L₈	100	113.7975° E，33.0532° N	河南省驻马店市遂平县Suiping County， Zhumadian City， Henan Province
L₉	33	114.8117° E，30.8702° N	湖北省武汉市新洲区Xinzhou District， Wuhan City， Hubei Province
L₁₀	95	114.7623° E，31.4908° N	湖北省黄冈市红安县七里坪镇Qiliping Town， Hong’an County， Huanggang City， Hubei Province
L₁₁	102	113.9268° E，31.2568° N	湖北省孝感市孝昌县花园镇Huayuan Town， Xiaochang County， Xiaogan City， Hubei Province
L₁₂	75	113.9641° E，31.1006° N	湖北省孝感市孝昌县肖岗镇Xiaogang Town， Xiaochang County， Xiaogan City， Hubei Province
L₁₃	120	114.2054° E，32.0640° N	河南省信阳市青山镇前黄塆村Qianhuangwan Village， Qingshan Town， Xinyang City， Henan Province
L₁₄	53	113.9268° E，31.2568° N	湖北省孝昌县花园镇莲花村Lianhua Village， Huayuan Town， Xiaochang County， Hubei Province

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L₄	140	113.3118° E，32.6981° N	河南省驻马店市泌阳县Biyang County， Zhumadian City， Henan Province
L₅	210	112.2523° E，33.1349° N	河南省南阳市镇平县Zhenping County， Nanyang City， Henan Province
L₆	230	112.3188° E，33.2443° N	河南省南阳市南召县Nanzhao County， Nanyang City， Henan Province
L₇	90	113.8657° E，32.9988° N	河南省驻马店市驿城区Yicheng District， Zhumadian City， Henan Province
L₈	100	113.7975° E，33.0532° N	河南省驻马店市遂平县Suiping County， Zhumadian City， Henan Province
L₉	33	114.8117° E，30.8702° N	湖北省武汉市新洲区Xinzhou District， Wuhan City， Hubei Province
L₁₀	95	114.7623° E，31.4908° N	湖北省黄冈市红安县七里坪镇Qiliping Town， Hong’an County， Huanggang City， Hubei Province
L₁₁	102	113.9268° E，31.2568° N	湖北省孝感市孝昌县花园镇Huayuan Town， Xiaochang County， Xiaogan City， Hubei Province
L₁₂	75	113.9641° E，31.1006° N	湖北省孝感市孝昌县肖岗镇Xiaogang Town， Xiaochang County， Xiaogan City， Hubei Province
L₁₃	120	114.2054° E，32.0640° N	河南省信阳市青山镇前黄塆村Qianhuangwan Village， Qingshan Town， Xinyang City， Henan Province
L₁₄	53	113.9268° E，31.2568° N	湖北省孝昌县花园镇莲花村Lianhua Village， Huayuan Town， Xiaochang County， Hubei Province

编号 Code	叶绿素a Chlorophyll a （Chl a）				叶绿素b Chlorophyll b （Chl b）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	338±23fC	516±20cdeA	445±49deB	304±47deC	92±12defB	131±8bcdA	38±3dC	32±3deC
L₂	242±39gB	341±81ghA	181±21hB	164±31fB	38±4gB	97±11efA	37±3dB	23±2fC
L₃	510±44bAB	300±37hC	604±88bA	419±71abcBC	133±11abA	74±24fB	83±9bcB	69±8cB
L₄	359±33efA	371±83fghA	377±47efA	342±13bcdA	76±13fB	110±5deA	11±2fC	10±2gC
L₅	496±20bcB	580±39bcdA	344±25fC	304±59deC	109±5cdB	135±12bcdA	17±5efC	13±5gC
L₆	446±14bcdB	608±114bcA	405±24efB	378±50bcdB	114±6bcB	153±35bA	68±4cC	39±6dC
L₇	424±6cdeA	422±11efgA	271±8gB	237±35efB	102±16cdeA	100±13efA	10±3fB	10±5gB
L₈	447±101bcdB	604±20bcA	524±69cAB	405±40abcB	117±10bcA	137±21bcdA	42±4dB	35±3dB
L₉	437±32bcdBC	617±79bcA	488±2cdB	393±25abcdC	116±15bcA	142±15bcA	10±5fB	9±3gB
L₁₀	605±46aB	845±80aA	762±39aA	484±39aC	148±4aB	222±3aA	103±14aC	93±6aC
L₁₁	446±14bcdB	646±24bA	376±16efC	334±47cdC	118±5bcB	157±9bA	17±2efC	15±4gC
L₁₂	410±56defAB	386±35fghAB	484±11cdA	366±83bcdB	106±16cdeA	78±16fB	29±6deC	25±5efC
L₁₃	516±13bBC	783±115aA	614±30bB	433±53abC	113±8bcdB	200±20aA	91±26abB	83±5bB
L₁₄	497±50bcA	483±37defAB	401±57efAB	390±59bcdB	87±20efB	115±12cdeA	31±2deC	25±5efC
温度Temperature （T）	90.657***				751.388***
材料Material （M）	51.805***				66.166***
温度×材料T×M	7.479***				11.388***
编号 Code	总叶绿素Total chlorophyll （Chl）				类胡萝卜素Carotenoid （Car）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	430±33dB	647±27cdeA	482±49dB	336±50efgC	111±8defB	126±5efgB	134±20cdB	291±21fgA
L₂	280±36eB	439±91ghA	217±23gB	187±31hB	95±5fB	102±10ghB	83±4eB	310±20efA
L₃	643±55bA	374±61hB	687±96bA	488±75bcB	126±14bcdeBC	96±10hC	155±27cdB	285±34fgA
L₄	434±45dAB	481±82fghA	388±48fAB	353±13defB	109±9efB	116±20fghB	145±36cdB	197±13hA
L₅	604±25bcB	715±50bcdA	361±21fC	317±64fgC	143±2abC	172±9abcB	141±7cdC	239±29ghA
L₆	561±19bcB	761±103bcA	473±28deBC	417±47cdeC	127±15bcdeB	147±10cdeB	143±34cdB	285±27fgA
L₇	526±22cA	522±24efgA	282±9gB	247±31ghB	124±9bcdeB	121±3efghB	125±15dB	317±27defA
L₈	564±111bcB	740±41bcA	567±71cB	440±41bcdB	124±16bcdeC	153±2bcdBC	159±15cdB	357±27cdeA
L₉	553±46bcB	760±94bcA	498±5cdBC	402±27cdefC	130±6bcdD	162±5abcC	199±3abB	384±16cA
L₁₀	753±49aC	1067±83aA	866±53aB	578±38aD	143±3abC	175±19abC	227±4aB	578±30aA
L₁₁	564±19bcB	804±14bA	393±17efC	349±51defC	125±1bcdeC	177±21abB	145±2cdBC	374±48cA
L₁₂	516±72cdA	463±35ghAB	513±17cdA	391±86defB	120±16cdeBC	100±14ghC	152±7cdB	370±47cdA
L₁₃	629±12bBC	983±131aA	705±48bB	516±52abC	137±10bcB	180±31aB	169±16bcB	510±42bA
L₁₄	585±66bcA	598±48defA	432±59defB	415±57cdeB	158±12aB	133±8defB	157±36cdB	496±20bA
温度Temperature （T）	183.733***				1213.914***
材料Material （M）	65.019***				47.009***
温度×材料T×M	8.914***				18.136***

编号 Code	叶绿素a Chlorophyll a （Chl a）				叶绿素b Chlorophyll b （Chl b）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	338±23fC	516±20cdeA	445±49deB	304±47deC	92±12defB	131±8bcdA	38±3dC	32±3deC
L₂	242±39gB	341±81ghA	181±21hB	164±31fB	38±4gB	97±11efA	37±3dB	23±2fC
L₃	510±44bAB	300±37hC	604±88bA	419±71abcBC	133±11abA	74±24fB	83±9bcB	69±8cB
L₄	359±33efA	371±83fghA	377±47efA	342±13bcdA	76±13fB	110±5deA	11±2fC	10±2gC
L₅	496±20bcB	580±39bcdA	344±25fC	304±59deC	109±5cdB	135±12bcdA	17±5efC	13±5gC
L₆	446±14bcdB	608±114bcA	405±24efB	378±50bcdB	114±6bcB	153±35bA	68±4cC	39±6dC
L₇	424±6cdeA	422±11efgA	271±8gB	237±35efB	102±16cdeA	100±13efA	10±3fB	10±5gB
L₈	447±101bcdB	604±20bcA	524±69cAB	405±40abcB	117±10bcA	137±21bcdA	42±4dB	35±3dB
L₉	437±32bcdBC	617±79bcA	488±2cdB	393±25abcdC	116±15bcA	142±15bcA	10±5fB	9±3gB
L₁₀	605±46aB	845±80aA	762±39aA	484±39aC	148±4aB	222±3aA	103±14aC	93±6aC
L₁₁	446±14bcdB	646±24bA	376±16efC	334±47cdC	118±5bcB	157±9bA	17±2efC	15±4gC
L₁₂	410±56defAB	386±35fghAB	484±11cdA	366±83bcdB	106±16cdeA	78±16fB	29±6deC	25±5efC
L₁₃	516±13bBC	783±115aA	614±30bB	433±53abC	113±8bcdB	200±20aA	91±26abB	83±5bB
L₁₄	497±50bcA	483±37defAB	401±57efAB	390±59bcdB	87±20efB	115±12cdeA	31±2deC	25±5efC
温度Temperature （T）	90.657***				751.388***
材料Material （M）	51.805***				66.166***
温度×材料T×M	7.479***				11.388***
编号 Code	总叶绿素Total chlorophyll （Chl）				类胡萝卜素Carotenoid （Car）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	430±33dB	647±27cdeA	482±49dB	336±50efgC	111±8defB	126±5efgB	134±20cdB	291±21fgA
L₂	280±36eB	439±91ghA	217±23gB	187±31hB	95±5fB	102±10ghB	83±4eB	310±20efA
L₃	643±55bA	374±61hB	687±96bA	488±75bcB	126±14bcdeBC	96±10hC	155±27cdB	285±34fgA
L₄	434±45dAB	481±82fghA	388±48fAB	353±13defB	109±9efB	116±20fghB	145±36cdB	197±13hA
L₅	604±25bcB	715±50bcdA	361±21fC	317±64fgC	143±2abC	172±9abcB	141±7cdC	239±29ghA
L₆	561±19bcB	761±103bcA	473±28deBC	417±47cdeC	127±15bcdeB	147±10cdeB	143±34cdB	285±27fgA
L₇	526±22cA	522±24efgA	282±9gB	247±31ghB	124±9bcdeB	121±3efghB	125±15dB	317±27defA
L₈	564±111bcB	740±41bcA	567±71cB	440±41bcdB	124±16bcdeC	153±2bcdBC	159±15cdB	357±27cdeA
L₉	553±46bcB	760±94bcA	498±5cdBC	402±27cdefC	130±6bcdD	162±5abcC	199±3abB	384±16cA
L₁₀	753±49aC	1067±83aA	866±53aB	578±38aD	143±3abC	175±19abC	227±4aB	578±30aA
L₁₁	564±19bcB	804±14bA	393±17efC	349±51defC	125±1bcdeC	177±21abB	145±2cdBC	374±48cA
L₁₂	516±72cdA	463±35ghAB	513±17cdA	391±86defB	120±16cdeBC	100±14ghC	152±7cdB	370±47cdA
L₁₃	629±12bBC	983±131aA	705±48bB	516±52abC	137±10bcB	180±31aB	169±16bcB	510±42bA
L₁₄	585±66bcA	598±48defA	432±59defB	415±57cdeB	158±12aB	133±8defB	157±36cdB	496±20bA
温度Temperature （T）	183.733***				1213.914***
材料Material （M）	65.019***				47.009***
温度×材料T×M	8.914***				18.136***

编号 Code	超氧化物歧化酶Superoxide dismutase （SOD， U·g^-1）				过氧化物酶Peroxidase （POD， U·g^-1）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	3224±475abB	3791±217deB	3739±696fB	4901±266defA	782±133bcdeAB	671±25defB	930±197abA	430±32ghC
L₂	3414±222abC	3964±393cdeB	3935±224efB	5954±117abcdA	867±143abcdA	1053±196aA	965±96abA	454±3fghB
L₃	3283±265abB	4597±658bA	4666±600bcdeA	4686±693efA	741±118cdefA	837±178bcdA	868±158bcA	638±66cdeA
L₄	3483±156aB	2717±463gC	5064±382bA	4848±420defA	1085±151aA	920±101abcA	457±40fC	661±32bcdeB
L₅	3658±311aC	4547±126bcBC	5213±33bAB	6223±1144abA	866±133abcdA	444±48ghC	824±73bcdAB	686±22bcdeB
L₆	2688±58cD	4067±183bcdC	4456±185bcdefB	4845±291defA	476±49gB	1008±51abA	395±70fB	958±113aA
L₇	3650±386aB	3746±290deB	5044±344bA	5630±786abcdeA	543±19fgB	752±79cdeA	556±43efB	540±185efghB
L₈	2929±171bcC	4007±337bcdeB	4714±384bcdB	6190±795abA	962±90abcA	614±43efgB	707±146cdeB	982±27aA
L₉	3660±306aC	4103±49bcdC	6692±86aA	4738±386efB	1005±200abAB	451±100ghC	1088±49aA	750±146bcdB
L₁₀	3541±152aB	3438±32efB	4135±588defB	5222±907bcdefA	615±121efgB	855±22bcA	568±53efB	835±35abA
L₁₁	3574±65aC	4561±315bcB	4964±11bcB	6057±302abcA	641±166defgA	525±76fghA	585±79efA	599±190defgA
L₁₂	3207±130abC	3574±110deC	4241±354cdefB	4987±156cdefA	765±76cdefA	521±83fghB	653±49deAB	609±121defAB
L₁₃	3463±188aB	2974±448fgB	4732±536bcdA	4186±46fA	540±122fgB	377±54hB	522±125efB	814±37abcA
L₁₄	3645±442aC	5775±340aA	4730±494bcdB	6360±597aA	925±91abcA	1052±105aA	706±96cdeB	404±43hC
温度T	177.066***				7.117***
材料M	11.762***				8.828***
T×M	5.677***				12.221***
编号 Code	过氧化氢酶Catalase （CAT， U·g^-1）				丙二醛Malonaldehyde （MDA， μmol·g^-1）
编号 Code	T₀	T₁	T₂	T₃	T₀	T₁	T₂	T₃
L₁	10.61±1.29cdefB	25.72±8.28abA	4.88±1.52deB	2.99±0.06eB	1.91±0.86abcAB	1.23±0.25dB	1.98±0.27deAB	2.19±0.16dA
L₂	19.95±4.74bcAB	23.67±3.89abcA	14.11±1.60aB	4.40±1.55deC	1.58±0.54bcdB	1.56±0.26dB	6.93±0.27aA	8.39±0.60abA
L₃	6.57±4.22fBC	2.90±0.29eC	10.26±2.91abcB	15.76±1.25aA	2.16±0.44abC	4.43±0.19aB	0.96±0.53fgD	8.71±0.83abA
L₄	29.90±6.43aA	22.65±9.46abcAB	10.93±4.97abcBC	6.40±2.16cdeC	0.41±0.15eB	0.81±0.20dAB	1.38±0.21efA	1.31±0.07deA
L₅	9.07±3.35defB	26.78±7.27abA	3.69±0.67eB	9.85±4.03bcB	0.49±0.18eC	1.71±0.15dB	6.26±0.48aA	2.08±0.15dB
L₆	22.13±9.93abAB	30.41±11.94aA	6.72±3.47cdeB	11.56±3.99abB	2.17±0.59abB	3.32±1.06bB	1.86±0.48deB	8.02±0.71abA
L₇	7.43±1.40efBC	25.07±1.60abcA	3.30±0.22eC	8.21±4.38bcdB	1.24±0.23cdeC	2.84±0.30bcB	4.73±0.04bA	5.19±2.01cA
L₈	22.75±5.98abA	10.50±2.20deBC	13.38±1.03abB	5.03±1.56cdeC	2.39±0.85abB	1.80±0.56cdB	3.03±0.52cB	9.21±0.89aA
L₉	23.84±6.00abB	32.61±5.19aA	11.84±0.49abC	11.50±2.25abC	2.48±0.36aAB	2.80±0.19bcA	0.80±0.14fgC	7.93±0.70abA
L₁₀	17.39±3.70bcdA	8.80±2.72deBC	13.02±4.09abAB	6.45±1.70cdeC	0.43±0.08eC	1.80±0.06cdB	2.46±0.27cdA	0.55±0.30eC
L₁₁	15.69±0.46bcdefA	9.38±1.28deB	8.86±0.63bcdB	8.15±0.10bcdB	2.51±0.35aB	1.68±0.02dC	1.46±0.61efC	7.75±0.11bA
L₁₂	16.05±4.27bcdeA	16.49±0.65bcdA	10.96±2.40abcB	5.08±0.16cdeC	0.92±0.45deC	1.28±0.39dB	4.07±0.82bA	0.91±0.34deC
L₁₃	23.13±4.28abA	12.36±1.16deB	4.68±1.72deC	8.30±0.35bcdBC	0.57±0.18eC	2.93±0.77bA	0.44±0.07gC	1.43±0.64deB
L₁₄	17.33±5.74bcdA	15.29±3.01cdA	12.90±1.15abA	9.78±4.70bcA	0.48±0.04eB	2.78±1.50bcA	1.94±0.70deAB	0.60±0.14eB
温度T	73.793***				236.525***
材料M	7.177***				33.329***
T×M	6.978***				45.885***