毕业论文网
本论文主要论述了生理论文范文相关的参考文献,对您的论文写作有参考作用。
南疆引进的52份菊芋品种资源叶片生理性状主成分和聚类分析
范君华1,刘明2,吴全忠2,艾买尔江·吾斯曼2
（1塔里木大学生命科学学院,新疆阿拉尔843300；2塔里木大学植物科学学院,新疆阿拉尔843300）
摘 要：为菊芋种质资源评价、分类、利用、育种亲本选配、引种提供参考,对53 个菊芋材料叶片生理生化指标进行相关、主成分和聚类分析.结果表明：淀粉含量和可溶性糖含量变异系数较大,酸性转化酶活性、SLW和Chl a/b 的变异系数较小.菊芋叶片生理生化指标存在着不同程度的相关性.主成分分析将这些因子分为5 个主成分,其累计贡献率达90.301%.5 个主成分归为光合能力、光合产物、耐荫性、类胡萝卜素的保护程度、酶活性的综合指标.聚类分析将资源聚为5 类,第Ⅰ类菊芋叶片淀粉和可溶性糖含量较低；第Ⅱ类Chl a/b较高；第Ⅲ类酸性转化酶、可溶性蛋白质含量高；第Ⅳ类Car较高；第Ⅴ类Chl a、Chl b、Chl (a+b)、SLW、淀粉含量、可溶性糖含量较高.筛选出5 个今后示范推广的品种,即‘北纯29’、‘北纯32’、‘北纯15’、‘北纯52’和‘南纯56’.
关键词：菊芋；品种资源；叶片生理指标；相关性；主成分分析；聚类分析
中图分类号：S792 文献标志码：A 论文编号：cjas15060015
0 引言
菊芋(Helianthus tuberosus L.)属菊科向日葵属,耐贫瘠、耐寒、耐旱、耐盐碱、抗病虫、抗风沙、繁殖力强、产量潜力大、分布广、适应性强等特点于一体,从17世纪初直至现在,菊芋的块茎一直被用作食品和饲料[36] .菊芋是目前中国沿海滩涂推广种植的主要海涂耐盐高效植物之一.块茎富含的菊糖等果糖多聚物能够加工成生物燃料、化学品、生物保健产品,在食品、能源、医药和化工等行业中广泛应用[1-2].地上茎叶可做饲料,叶片中的绿原酸生物活性成分具有清除自由基、抗脂质过氧化、抗菌、抗病毒、抗肿瘤、抗衰老、抗诱变、降压、清热解毒、保肝利胆等多种药用功能[3-5].叶片提取物对番茄早疫菌、番茄灰霉菌、水稻纹枯菌、辣椒疫霉菌、番茄灰霉病菌、苹果炭疽病菌、小麦纹枯菌和辣椒疫霉病菌有抑菌效果[6-9],对棉铃虫生长发育有一定的影响[10].菊芋叶蛋白氨基酸种类齐全[11].国内外对菊芋资源多样性[12-18]、抗旱性、光合特性、糖代谢、耐盐性、干物质的积累[19-27]进行研究.主成分分析法是将众多指标性状转化为少数综合指标的一种统计分析方法,将复杂问题通过降维方式变得简单直观,揭示变量间的关系,更好地进行品种（系）分类.主成分和聚类分析在丝瓜、薏苡、西瓜、百合、水稻、高粱等植物中均有报道[28-33].种质资源的科学评价是合理利用的前提和新品种选育的基础.本研究以53 个菊芋资源为材料,通过测定生长期菊芋叶片的生理生化指标,采用相关分析、主成分分析和聚类分析,以期为菊芋种质资源收集、评价、分类、鉴定、管理、保护、良种的选育、利用以及杂交育种中的亲本选配提供科学依据.
1 材料与方法
1.1 试验材料
以中国农业大学引进的纯、北纯、南纯系列菊芋品种资源52 份（纯1、24、25、26、29、30、31、32、34、35、38、40、42、43、45、48、49、50、51、52、53、54,北纯2、3、5、7、8、9、10、11、12、14、15、16、17、19、18、20、21、23,南纯27、28、36、37、46、55、56、57、59、60、61,00）,本地区的白皮新疆洋姜品种1份作为对照.
1.2 试验设计与资源保存
试验于2008 年在农一师良种繁育场一连7 斗3 农中条田进行.前茬棉花,机力铺设普通宽膜,4 月13 日膜上人工点播,行距80 cm,株距35 cm,小区面积2.4 m2,2 次重复.生育期按高产田进行田间肥水管理.11 月1日收获.块茎在室外普通地窖进行冬藏.
2009 年种植于塔里木大学园艺试验站多年生蔬菜圃.播种时品种间用混凝土预制板分隔,每品种10穴.每年收获后利用宿根进行长期活体保存.
1.3 测定指标及其方法
在营养生长期和块茎形成及膨大期,分别选取菊芋中部生长基本一致的功能叶片10 片,测定叶片比叶重(specific leaf weight,SLW)、叶绿素a(Chl a)、叶绿素b(Chl b)、类胡萝卜素(Car)、Chl (a+b)、Chl a/b、酸性蔗糖转化酶(acid sucrose invertase,ASI,EC 3.2.1.26)活性、可溶性蛋白质含量(soluble protein content,SPC)、淀粉含量(starch content,SC)、可溶性糖含量(solublesugar content,SSC)等生理生化指标.其中SLW用打孔烘干称重法；SSC 用蒽酮-硫酸比色法；SPC 用考马斯亮蓝G-250 比色法；叶绿体色素各组分含量用丙酮乙醇等比混合液浸提比色法[34]；ASI 活性以蔗糖作底物,DNS比色法；SC 以3.9%的HClO4提取淀粉,碘-碘化钾(KI-I2)显色法测定.
1.4 数据分析
应用Excel 2003 和DPS 9.50 分析软件结合进行处理.
2 结果与分析
2.1 菊芋资源叶片生理生化指标的统计分析
2.1.1 分异特征变异系数的大小与指标的变异范围成正相关,即变异系数越大,指标的变异范围越大.由表1 可见,淀粉含量和可溶性糖含量变异系数较大,其次为Chl a、Chl b、Car、Chl (a+b)、可溶性蛋白质含量,最小的是酸性转化酶活性、比叶重和Chl a/b.
2.1.2 相关性分析从表2 可以看出,Chl a、Chl b 与Chl (a+b)、SLW、淀粉含量有显著和极显著正相关性,与酸性转化酶和可溶性蛋白质含量呈负的显著和极显著相关；Chl (a+b)与酸性转化酶、可溶性蛋白质含量呈负的显著和极显著相关；转化酶与可溶性蛋白含量呈显著正相关,SLW与酸性转化酶和可溶性蛋白质含量有极负显著相关性；SLW与淀粉含量呈显著正相关.
Car、Chl a/b 与其他指标之间相关性不显著.从相关分析可看出,10 个指标彼此互相影响,而通过主成分分析可获得新的变量,可消除多重共线性且彼此间互不相关,鉴于菊芋生理指标之间存在较复杂相关性,因此有必要通过主成分分析找出主要因子.
2.2 菊芋资源叶片生理生化指标的主成分分析及排序
2.2.1 主成分分析由表3可知,前5个主成分的方差贡献率达90.301%,所以选前5 个主成分已经足够做出菊芋的种质资源评价分析.第1 主成分的特征向量中,特征值为4.479,贡献率为44.789%,载荷较高的指标是Chl a、Chl b、Chl (a+b)、SLW,可以看作是反映菊芋叶片光合能力的综合指标；第2 主成分载荷较高的指标是淀粉、可溶性糖,可以看作是反映菊芋叶片光合产物的综合指标；第3 主成分载荷较高的指标是Chl a/b,可以看作是反映菊芋耐荫性的指标；第4 主成分载荷较高的指标是Car,是反映菊芋叶片中类胡萝卜素对叶绿素的保护程度的综合指标；第5 主成分反映了可溶性蛋白质含量,可以看作是反映菊芋叶片酶活性的综合指标.根据表3 构建主成分与菊芋生理指标的线性关系式,如式(1)~(5).
式(6)中,F1、F2、F3、F4、F5 为各指标主成分得分值.主成分因子得分及排序中,‘北纯29’、‘北纯32’、‘北纯15’、‘纯52’、‘南纯56’、‘纯50’、‘纯31’、‘北纯16’、‘纯43’、‘北纯2’位于前10名.
2.2.3 聚类分析对供试品种进行聚类分析,当欧式距离为100 时,可将53 个品种分为5 大类群（图1）.5 类菊芋叶片生理指标见表4,由图1 和表4 可见,5 类生理指标具有差异,第Ⅰ类,包括‘北纯19’、‘北纯7’、‘南纯60’、‘南纯55’、‘纯40’、‘南纯36’、‘北纯11’、‘北纯8’、‘纯49’共9 份材料,占总样本的16.98%.这类菊芋主要特征是叶片淀粉和可溶性糖含量较低.第Ⅱ类,包括‘北纯10’、‘北纯3’以及‘纯29’、‘纯31’、‘纯50’等共29 份材料,占总样本的近54.72%.这类菊芋的主要特征是Chl a/b 较高.第Ⅲ类,包括‘北纯15’、‘纯32’、‘纯35’、‘纯43’、‘南纯28’、‘纯24’、‘00’共7 份材料,占总样本的13.21%.这类菊芋的主要特征是酸性转化酶活性、可溶性蛋白质含量高,Chl a、Chl b、Car、Chl (a+b)、SLW较低.第Ⅳ类,包括‘北纯12’、‘北纯14’、‘纯25’、‘纯30’、‘纯38’、‘纯53’共6份材料,占总样本的11.32%.这类菊芋的主要特征是Car 含量较高,Chl a/b 较低.第Ⅴ类,包括‘纯26’、‘本地01’共2 份材料,占总样本的3.77%.这类菊芋主要特征是Chl a、Chl b、Chl (a+b)含量、SLW、淀粉含量、可溶性糖含量较高,酸性转化酶活性和可溶性蛋白质含量偏低.
3 结论与讨论
种质资源经自然选择和人工选择而形成的一种重要自然资源,它蕴藏着极其丰富的遗传变异,因此对引进和征集大量的作物遗传资源进行鉴定、筛选和分析评价,为今后种质资源的引选、品种改良、亲本选配及优势利用具有重要意义.主成分分析采取降维的方法,达到数据的压缩和解释,其目的是从繁杂的试验数据中透析事物的本质,是有利于提高多目标育种的亲本选配效果的一种方法[35].本研究发现,菊芋资源淀粉含量和可溶性糖含量变异系数较大,酸性转化酶活性、比叶重和Chl a/b 变异系数较小,其余指标变异系数居中.相关性分析,叶绿素a、叶绿素b 与叶绿素(a+b)、比叶重、淀粉含量含量有显著和极显著正相关性；叶绿素a、叶绿素b、叶绿素(a+b)与酸性转化酶和可溶性蛋白质含量呈负的显著和极显著相关；转化酶与可溶性蛋白含量呈显著正相关,比叶重与酸性转化酶和可溶性蛋白质含量有极负显著相关性；SLW与淀粉含量呈显著正相关.主成分分析将其归于5 个主成分.5 个主成分分别代表叶片光合能力、光合产物、耐荫性、类胡萝卜素对叶绿素的保护程度以及叶片酶活性的综合指标.聚类分析是研究资源分类和亲缘关系的常用方法,它将性质相近的归为一类,将性质差别较大的归入不同类.选配亲本组合上,聚类分析可减少杂交亲本配组上的盲目性,对作物优势利用具有一定的指导意义.本研究结果可将53个物种分为5大类群.第Ⅰ类,包括9 个样,占总样本的16.98%,这类菊芋叶片淀粉和可溶性糖含量较低；第Ⅱ类,包括29个样,占总样本的近54.72%,这类菊芋的主要特征是Chl a/b 较高；第Ⅲ 类,包括7 个样品,占总样本的13.21%,这类菊芋的主要特征酸性转化酶、可溶性蛋白质含量高,叶绿素a、叶绿素b、类胡萝卜素、叶绿素(a+b)、比叶重较低；第Ⅳ类,包括6 个样品,占总样本的11.32%,这类类胡萝卜素较高,Chl a/b 较低；第Ⅴ类,包括2 个样本,占总样本的3.77%,这类Chl a、Chl b、Chl (a+b)、比叶重、淀粉含量、可溶性糖含量较高,酸性转化酶和可溶性蛋白质含量偏低.因子得分排序后筛选出‘北纯29’、‘北纯32’、‘北纯15’、‘纯52’、‘南纯56’、‘纯50’、‘纯31’、‘北纯16’、‘纯43’、‘北纯2’10个优质品种.因此今后示范推广建议首选‘北纯29’、‘北纯32’、‘北纯15’、‘纯52’、‘南纯56’这5 个品种.
笔者采用多元统计分析方法对引进的菊芋种质资源生长期叶片生理生化指标进行了初步研究,这对菊芋种质资源评价、利用,育种亲本的选配、引种提供参考.
有关菊芋种质资源品质性状抗逆性以及分子水平的研究还有待深入.
参考文献
[1] 刘祖昕,谢光辉.菊芋作为能源植物的研究进展[J].中国农业大学学报,2012,17(6):122-132.
[2] 寇一翾,吕世奇,刘建全,等.寡糖类能源植物菊芋及其综合利用研究进展[J].生命科学,2014,26(5):451-457.
[3] Chang W C, Jia H J, Aw W P, et al. Beneficial effects of solubledietary Jerusalem artichoke (Helianthus tuberosus) in theprevention of the onset of type 2 diabetes and nonalcoholic fattyliver disease in high- fructose diet- fed rats[J]. British Journal ofNutrition,2014,112(5):709-717.
[4] Eva Johansson, Thomas Prade, Irini Angelidaki, et al. EconomicallyViable Components from Jerusalem Artichoke (Helianthustuberosus L.) in a Biorefinery Concept[J]. Int J Mol Sci,2015,16:8997-9016.
[5] 郭秋娟,金邦荃,陈和平.绿原酸生物活性与提取方法的研究进展[J].食品工业科技,2009,30(8):346-348.
[6] 刘海伟,刘兆普,刘玲,等.菊芋叶片提取物抑菌活性与化学成分的研究[J].天然产物研究与开发,2007,19(3):405-409.
[7] 韩睿,王丽慧,钟启文,等.菊芋叶片提取物抑菌活性研究[J].现代农业科技,2010(5):120-122.
[8] 李屹,韩睿,王丽慧,等.菊芋叶片提取物对辣椒疫霉菌的抑菌效果及盆栽验证试验[J].江苏农业科学,2015,43(1):139-141.
[9] 谌馥佳.菊芋叶片化学成分分析及抑菌活性成分研究[D].南京:南京农业大学,2013.
[10] 刘海伟,刘兆普,刘玲.菊芋叶片提取物对棉铃虫生长发育的影响[J].天然产物研究与开发,2007,33(1):90-93.
[11] 俞梦妮,包婉君,谌馥佳,等.菊芋叶蛋白提取工艺研究及氨基酸分析[J].草业科学,2015,32(1):125-131.
[12] 马胜超.41 份菊芋资源遗传多样性的SRAP分析[D].西宁:青海大学,2014.
[13] 马胜超,韩睿,任鹏鸿,等.三十份菊芋资源亲缘关系的SRAP 分析[J].浙江农业学报,2014,26(5):1212-1217.
[14] 赵孟良,韩睿,李莉.24 个菊芋品种(系)遗传多样性的ISSＲ标记分析[J].植物资源与环境学报,2013,22(4):44-49.
[15] 寇一翾.菊芋种质资源多样性及高产量形成机理研究[D].兰州:兰州大学,2013.
[16] Ruttanaprasert R, Baterng P, Jogloy S, et al. Genotypic variabilityfor tuber yield, biomass, and drought tolerance in Jerusalemartichoke germpla[J]. Turk J Agric For,2014,38:570-580.
[17] Anon Janket, Sanun Jogloy, Nimitr Vorasoot, et al. Geneticdiversity of water use efficiency in Jerusalem artichoke (Helianthustuberosus L.) Germpla[J]. AJCS,2013,7(11):1670-1681.
[18] 曾军.菊芋种质资源的评价与杂交可能性研究[D].兰州:兰州大学,2011.
[19] 黄高峰.干旱胁迫下菊芋生理生化响应与主栽品种抗旱性比较[D].西宁:青海大学,2011.
[20] 董洁,董秋丽,夏方山,等.不同盐碱度对菊芋光合特性的影响[J].中国草地学报,2012,34(4):42-47.
[21] 钟启文,李屺,孙雪梅,等.干旱胁迫下菊芋苗期糖代谢响应研究[J].西南农业学报,2012,25(4):1238-1241.
[22] 黄高峰,王丽慧,方云花,等.干旱胁迫对菊芋苗期叶片保护酶活性及膜脂过氧化作用的影响[J].西南农业学报,2011,24(2):552-555.
[23] 冯大伟,张洪霞,刘广洋,等不同品种菊芋对黄河三角洲土壤盐胁迫的响应研究[J].核农学报,2013,27(1):1171-1176.
[24] 赵俊香,任翠梅,吴凤芝,等.16 份菊芋种质苗期耐盐碱性筛选与综合鉴定[J].中国生态农业学报,2015,23(5):620-627.
[25] 李辉,康健,赵耕毛,等.盐胁迫对菊芋干物质和糖分积累分配的影响[J].草业学报,2014,23(2):160-170.
[26] 赵孟良,王丽慧,孙雪梅,等.干旱胁迫下菊芋可溶性碳水化合物的积累及分配规律[J].江苏农业科学,2015,43(2):340-343.
[27] 吕世奇,寇一翾,杨彬,等.半干旱地区菊芋品系植株表型与光合特性分析[J].作物学报,2014,40(10):1857-1864.
[28] 王娇阳,赵永彬,冯春梅.浙江省丝瓜种质资源主成分分析和聚类分析[J].植物遗传资源学报,2014,15(6):1374-1379.
[29] 李春花,王艳青,卢文洁,等.云南薏苡种质资源农艺性状的主成分和聚类分析[J].植物遗传资源学报,2015,16(2):277-281.
[30] 王志强,郭松,刘声锋,等.西瓜种质资源果实主要数量性状的主成分分析[J].东北农业大学学报,2014,45(3):59-64.
[31] 赵天荣,蔡建岗.主成分和聚类分析在蟹爪兰资源评价及育种中的应用[J].浙江农业学报,2014,26(2):319-324.
[32] 游书梅,曹应江,郑家奎,等.73 份亚洲水稻恢复系农艺性状的主成分与聚类分析[J].植物遗传资源学报,2015,16(2):250-256.
[33] 王艺陶,周宇飞,李丰先,等.基于主成分和SOM聚类分析的高粱品种萌发期抗旱性鉴定与分类[J].作物学报,2014,40(1):110-121.
[34] 刘明,范君华.零型海岛棉不同叶位叶片光合色素含量分析[J].棉花学报,1999,11(5):225-229.
[35] 袁志发,周静宇.多元统计分析[M].北京:科学出版社,2003:188-201.
[36] Dan G. Bock, Nolan C Kane, Daniel P Ebert, et al. Genomeskimming reveals the origin of the Jerusalem Artichoke tuber cropspecies: neither from Jerusalem nor an artichoke[J]. NewPhytologist,2014,201:1021-1030.
致谢：塔里木大学是中国农业大学的对口支援高校,真诚感谢中国农业大学农学与生物技术学院的谢光辉教授馈赠52 份菊芋种质资源及其领导的团队成员在其校本部对菊芋资源的块茎收获、贮藏、邮寄塔里木大学过程中所给予的大力帮助！
生理论文范文结:
关于本文可作为生理方面的大学硕士与本科毕业论文生理论文开题报告范文和职称论文论文写作参考文献下载。