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作物杂志,2023, 第4期: 52–59 doi: 10.16035/j.issn.1001-7283.2023.04.008

• 遗传育种·种质资源·生物技术 • 上一篇    下一篇

基于主成分分析及隶属函数法对芝麻苗期耐热性综合评价

苏小雨1,2,3(), 高桐梅1,2,3, 张鹏钰1,2,3, 李丰1,2,3, 吴寅1,2,3, 王东勇1,2,3, 田媛1,2,3, 卫双玲1,2,3()   

  1. 1河南省农业科学院芝麻研究中心，450002，河南郑州
    2神农种业实验室，450002，河南郑州
    3河南省特色油料作物基因组学重点实验室，450002，河南郑州
  • 收稿日期:2022-03-29 修回日期:2022-07-15 出版日期:2023-08-15 发布日期:2023-08-15
  • 通讯作者: 卫双玲，主要从事作物高产栽培生理研究，E-mail：wsl041162@126.com
  • 作者简介:苏小雨，主要从事作物栽培逆境生理研究，E-mail：suxiaoyu_2014@163.com
  • 基金资助:
    国家现代农业产业技术体系(CARS-14-1-14);河南省重大科技专项(201300116004);河南省农业科学院自主创新项目(2020ZC53);河南省农业科学院自主创新项目(2021ZC7);中国博士后科学基金资助项目(2020M672239);河南省重点研发与推广专项（科技攻关）(222102110084)

Comprehensive Evaluation of Heat Resistance of Sesame Seedlings Based on Principal Component Analysis and Membership Function Method

Su Xiaoyu1,2,3(), Gao Tongmei1,2,3, Zhang Pengyu1,2,3, Li Feng1,2,3, Wu Yin1,2,3, Wang Dongyong1,2,3, Tian Yuan1,2,3, Wei Shuangling1,2,3()   

  1. 1Sesame Research Center, Henan Academy of Agricultural Sciences,Zhengzhou 450002, Henan, China
    2The Shennong Seed Industry Laboratory, Zhengzhou 450002, Henan, China
    3HenanKeyLaboratoryofGenomicsofCharacteristicOilCrops, Zhengzhou 450002, Henan, China
  • Received:2022-03-29 Revised:2022-07-15 Online:2023-08-15 Published:2023-08-15

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PDF (PC)

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摘要：

为了综合评价芝麻苗期耐热性，对20个芝麻品种的14个相关指标进行了主成分分析和隶属函数法分析。结果表明，14个耐热性相关指标存在不同程度变异，变异系数为3.53%~18.26%；通过主成分分析提取了3个主成分，包含全部信息的83.54%；利用隶属函数法和聚类分析对不同芝麻耐热性综合值进行等级划分，将芝麻品种划分为6个等级，其中强耐热型品种2个，高敏感型品种3个。利用逐步回归法建立了芝麻苗期耐热性评价数学模型，从14个指标中筛选出9个关键指标，可以快速鉴定芝麻的耐热性能。结论可为耐热性芝麻品种选育和相关高产栽培提供理论及技术依据。

关键词: 芝麻, 耐热性, 主成分分析, 隶属函数, 综合评价

Abstract:

To comprehensively evaluate the heat tolerance of sesame seedling, 14 indexes of 20 sesame varieties were analyzed by principal component analysis and membership function method. The results showed that there were different degrees of variation in 14 heat tolerance related indexes, and the coefficients of variation ranged from 3.53% to 18.26%. Three principal components were extracted by principal component analysis, representing 83.54% of the total information. The comprehensive values of heat tolerance of different sesame varieties weregraded by membership function method and cluster analysis,and sesame varieties were divided into six grades, including two heat-tolerant varieties and three high-sensitive varieties. A mathematical model of sesame seedling heat tolerance evaluation was established by stepwise regression method. Nine key indexesselected from 14 indexes could be used as important indexes for screening and evaluation of heat tolerance of sesame. This conclusion was helpful to provide theoretical and technical basis for breeding heat-tolerant sesame varieties and related high-yield cultivation.

Key words: Sesame (Sesamum indicum L.), Heat resistance, Principal component analysis, Membership function, Comprehensive evaluation

表1

供试芝麻种质资源信息

编号Number 品种Variety 来源Source 粒色Grain colour
SP002 翼城芝麻 山西 黄
SP014 河涧黄芝麻 河南 黄
SP018 河北八杈 河北 白
SP019 山东白芝麻 山东 白
SP028 尖嘴芝麻 海南 黄
SP039 胡芝麻 安徽 黄
SP059 黄芝麻 辽宁 黄
SP067 白芝麻 江西 白
SP078 晚芝麻 湖北 黑
SP102 中芝20号 河南 白
SP112 黄芝麻 海南 黄
SP117 豫芝DW607 河南 白
SP133 一条鞭 河南 白
SP146 三铺村黑芝麻 江苏 黑
SP157 山东黑芝麻 山东 黑
SP162 江西黑芝麻 江西 黑
SP170 郑太芝3号 河南 白
SP174 临漳芝麻 河北 白
SP184 山东黑芝麻 山东 黑
SP197 扶绥白芝麻 广西 白

表2

芝麻种质资源单项指标耐热系数和存活天数

指标
Index		 极小值
Minimum		 极大值
Maximum		 均值
Mean		 变异系数
Coefficient of variation(%)
X1 8.06 15.93 12.86±2.00 15.59
X2 0.84 0.98 0.92±0.03 3.53
X3 0.41 0.74 0.60±0.08 13.43
X4 1.41 2.31 1.85±0.26 14.54
X5 0.60 0.89 0.74±0.07 8.82
X6 0.39 0.79 0.61±0.11 18.26
X7 1.64 2.31 1.86±0.18 9.62
X8 0.56 0.86 0.72±0.07 10.17
X9 0.73 1.36 1.12±0.20 17.85
X10 2.63 4.85 3.72±0.61 16.40
X11 2.19 3.11 2.50±0.22 8.89
X12 1.27 1.93 1.68±0.15 8.91
X13 1.60 2.64 2.19±0.23 10.54
X14 1.46 2.60 2.05±0.35 17.32

表3

不同芝麻品种的耐高温系数和存活天数的相关性分析

指标Index X1 X2 X3 X4 X5 X6 X7 X8 X9 X10 X11 X12 X13 X14
X1 1.00
X2 0.40 1.00
X3 0.83** 0.41 1.00
X4 -0.86** -0.45 -0.86** 1.00
X5 0.77** 0.34 0.71** -0.73** 1.00
X6 0.84** 0.22 0.78** -0.79** 0.76** 1.00
X7 -0.78** -0.32 -0.71** 0.77** -0.68* -0.77** 1.00
X8 0.82** 0.32 0.76** -0.80** 0.72** 0.78** -0.73** 1.00
X9 0.92** 0.38 0.79** -0.78** 0.64* 0.79** -0.70** 0.69* 1.00
X10 0.73** 0.39 0.73** -0.81** 0.68* 0.64* -0.55* 0.73** 0.63* 1.00
X11 0.79** 0.36 0.78** -0.85** 0.75** 0.73** -0.62* 0.76** 0.60* 0.75** 1.00
X12 0.76** 0.22 0.56* -0.59* 0.73** 0.62* -0.72** 0.65* 0.67* 0.55* 0.62* 1.00
X13 -0.73** -0.31 -0.71** 0.78** -0.71** -0.73** 0.71** -0.76** -0.59* -0.69* -0.83** -0.71** 1.00
X14 -0.88** -0.45 -0.87** 0.94** -0.74** -0.82** 0.73** -0.85** -0.81** -0.79** -0.86** -0.58* 0.80** 1.00

表4

各主成分综合指标的系数及贡献率

指标Index CI(1) CI(2) CI(3)
X1 0.30 -0.03 0.21
X2 0.14 0.84 0.34
X3 0.28 0.11 -0.07
X4 -0.29 -0.14 0.15
X5 0.27 -0.12 0.04
X6 0.28 -0.21 0.03
X7 -0.26 0.18 -0.33
X8 0.28 -0.07 -0.13
X9 0.27 0.00 0.41
X10 0.26 0.16 -0.36
X11 0.28 0.04 -0.39
X12 0.24 -0.34 0.38
X13 -0.27 0.11 0.25
X14 -0.30 -0.13 0.16
特征值Eigenvalue 10.09 0.94 0.66
贡献率Contribution rate(%) 72.09 6.74 4.71
累计贡献率
Accumulative contribution rate (%)		 72.09 78.83 83.54

表5

不同芝麻品种的综合指标值、隶属函数值μ(x)、权重和综合得分值（C）

品种
Variety		 得分Score 隶属函数值Membership function C
CI(1) CI(2) CI(3) μ(1) μ(2) μ(3)
SP002 3.61 0.95 0.52 0.82 0.73 0.66 0.80
SP014 -1.67 -1.54 0.58 0.39 0.02 0.68 0.38
SP018 -1.24 0.83 1.57 0.43 0.70 1.00 0.48
SP019 -2.25 -1.06 -0.32 0.34 0.15 0.38 0.33
SP028 3.14 1.18 -0.13 0.78 0.80 0.45 0.76
SP039 -0.94 -1.59 0.33 0.45 0.00 0.59 0.42
SP059 -4.64 -0.31 -1.00 0.15 0.37 0.16 0.17
SP067 0.48 0.08 0.37 0.56 0.48 0.61 0.56
SP078 -5.40 0.09 -1.49 0.09 0.48 0.00 0.12
SP102 0.42 1.54 1.17 0.56 0.90 0.87 0.60
SP112 -0.86 -0.55 -0.62 0.46 0.30 0.29 0.43
SP117 5.88 -0.12 -0.71 1.00 0.42 0.26 0.91
SP133 2.79 -0.17 -0.69 0.75 0.41 0.26 0.70
SP146 0.85 -1.16 0.56 0.59 0.12 0.67 0.56
SP157 2.28 0.32 -0.15 0.71 0.55 0.44 0.68
SP162 1.75 0.63 0.33 0.67 0.64 0.60 0.66
SP174 -0.75 -0.82 0.94 0.47 0.22 0.80 0.46
SP184 -6.52 1.88 -0.76 0.00 1.00 0.24 0.09
SP197 -1.96 -0.36 -0.09 0.37 0.35 0.46 0.37
SP170 5.03 0.17 -0.51 0.93 0.51 0.32 0.86
权重Weight 0.86 0.08 0.06

图1

20个芝麻品种耐热性聚类树状图

表6

不同芝麻品种各单项指标与C值的灰色关联度分析

关联排序
Relational order		 指标
Index		 关联系数
Correlation coefficient
1 X1 0.69
2 X3 0.64
3 X6 0.62
4 X5 0.59
5 X8 0.58
6 X9 0.57
7 X11 0.56
8 X10 0.53
9 X2 0.51
10 X12 0.50
11 X13 0.36
12 X7 0.29
13 X4 0.26
14 X14 0.26
[1] Li X, Wei J P, Hammed G J. Brassinosteroids attenuate moderate high temperature-caused decline in tea quality by enhancing theanine biosynthesis in Camellia sinensis L.. Frontiers in Plant Science, 2018, 9:1016-1024.
doi: 10.3389/fpls.2018.01016
[2] Li B, Gao K, Ren H, et al. Molecular mechanisms governing plant responses to high temperatures. Journal of Integrative Plant Biology, 2018, 60(9):757-779.
doi: 10.1111/jipb.12701
[3] Bedigian D. Characterization of sesame (Sesamum indicum L.) germplasm: a critique. Genetic Resources and Crop Evolution, 2010, 57(5):641-647.
doi: 10.1007/s10722-010-9552-x
[4] 国家统计局农村社会经济调查司. 中国农业统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2020.
[5] Baath G S, Kakani V G, Northup B K, et al. Quantifying and modeling the influence of temperature on growth and reproductive development of sesame. Journal of Plant Growth Regulation, 2021, 41:143-152.
doi: 10.1007/s00344-020-10278-y
[6] 赵龙飞, 李潮海, 刘天学. 作物耐热性研究进展. 中国农学通报, 2012, 28(9):11-15.
[7] 乔江方, 牛军, 刘京宝, 等. 花期高温对不同夏玉米品种产量及品质的影响. 河南农业科学, 2019, 48(7):11-18.
[8] 靳路真, 王洋, 张伟, 等. 大豆品种(系)耐热性鉴定及分级评鉴. 中国油料作物学报, 2016, 38(1):77-87.
[9] 赵鹏, 王晓明, 刘曼双, 等. 小麦种质资源耐热性评估研究进展. 麦类作物学报, 2021, 41(5):569-576.
[10] 蓝令, 吴泽, 张德花, 等. 切花百合耐热性评价及越夏栽培技术研究. 南京农业大学学报, 2021, 44(6):1063-1073.
[11] 陈雷, 王强, 张晓丽, 等. 不同水稻基因型花期耐热性鉴定与评价. 南方农业学报, 2021, 52(10):2641-2649.
[12] 余长春, 罗本钒, 傅强, 等. 不结球白菜遗传多样性分析以及耐热性鉴定. 华中农业大学学报, 2021, 40(6):119-125.
[13] 王小波, 关攀锋, 辛明明, 等. 小麦种质资源耐热性评价. 中国农业科学, 2019, 52(23):4191-4200.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.23.001
[14] 侯静静, 李葆春, 汪军成, 等. NaCl胁迫下盐生草在不同重金属处理下的萌发特性分析. 草地学报, 2019, 27(1):112-122.
doi: 10.11733/j.issn.1007-0435.2019.01.015
[15] Giannopolites C, Ries S K. Superoxide dismutase occurrence in higher plants. Plant Physiology, 1977, 59:309-314.
doi: 10.1104/pp.59.2.309
[16] Havir E A, Mchale N A. Biochemical and developmental characterization of multiple forms of catalase in tobacco leaves. Plant Physiology, 1987, 84(2):450-455.
doi: 10.1104/pp.84.2.450 pmid: 16665461
[17] Kochba J, Lavee S, Spiegel-Roy P. Differences in peroxidase activity and isoenzymes in embryogenic ane non-embryogenic 'Shamouti' orange ovular callus lines. Plant and Cell Physiology, 1977, 18(2):463-467.
doi: 10.1093/oxfordjournals.pcp.a075455
[18] 李合生. 植物生理生化实验原理和技术. 北京: 高等教育出版社, 2015:274-287.
[19] Gupta S K, Kumar R, Sarkar B, et al. Priming alleviates high temperature induced oxidative DNA damage and repair using apurinic/apyrimidinic endonuclease (ape1l) homologue in wheat (Triticum aestivum L.). Plant Physiology and Biochemistry, 2020, 156:304-313.
doi: S0981-9428(20)30465-4 pmid: 32992277
[20] Loka D A,terhuis D M, Baxevanos D, et al. Single and combined effects of heat and water stress and recovery on cotton (Gossypium hirsutum L.) leaf physiology and sucrose metabolism. Plant Physiology and Biochemistry, 2020, 148:166-179.
doi: 10.1016/j.plaphy.2020.01.015
[21] Hasanuzzaman M, Nahar K, Alam M, et al. Physiological,biochemical,and molecular mechanisms of heat stress tolerance in plants. International Journal of Molecular Sciences, 2013, 14(5):9643-9684.
doi: 10.3390/ijms14059643 pmid: 23644891
[22] 张学鹏, 李腾, 王彪, 等. 玉米叶片“源”的高温胁迫阈值研究. 作物杂志, 2021(2):62-70.
[23] Muhammad N, Jiajia L, Minghua W, et al. Unraveling field crops sensitivity to heat stress:mechanisms,approaches,and future prospects. Agronomy, 2018, 8(7):128-164.
doi: 10.3390/agronomy8070128
[24] Singh I, Debnath S, Gautam A, et al. Characterization of contrasting genotypes reveals general physiological and molecular mechanisms of heat-stress adaptation in maize (Zea mays L.). Physiology and Molecular Biology of Plants, 2020, 26(5):921-929.
doi: 10.1007/s12298-020-00801-6
[25] Kimm H, Guan K, Burroughs C H, et al. Quantifying high-temperature stress on soybean canopy photosynthesis:the unique role of sun-induced chlorophyll fluorescence. Global Change Biology, 2021, 27(11):2403-2415.
doi: 10.1111/gcb.v27.11
[26] 李璇, 岳红, 王升, 等. 影响植物抗氧化酶活性的因素及其研究热点和现状. 中国中药杂志, 2013, 38(7):973-978.
[27] Inghelandt D V, Frey F P, Ries D, et al. QTL mapping and genome-wide prediction of heat tolerance in multiple connected populations of temperate maize. Scientific Reports, 2019, 9(1):1-16.
doi: 10.1038/s41598-018-37186-2
[28] 陈立松, 刘星辉. 植物抗热性鉴定指标的种类. 干旱地区农业研究, 1997, 15(4):74-79.
[29] 庞强强, 周曼, 孙晓东, 等. 菜心耐热性评价及酶促抗氧化系统对高温胁迫的响应. 浙江农业学报, 2020, 32(1):72-79.
doi: 10.3969/j.issn.1004-1524.2020.01.09
[30] 李敏, 苏慧, 李阳阳, 等. 黄淮海麦区小麦耐热性分析及其鉴定指标的筛选. 中国农业科学, 2021, 54(16):3381-3392.
doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2021.16.002
[1] 徐雪雯, 王兴鹏, 王洪博, 李国辉, 唐茂淞, 曹振玺. 水杨酸对盐胁迫下棉苗生长及生理的调控作用[J]. 作物杂志, 2023, (3): 188–194
[2] 郭红霞, 王创云, 邓妍, 赵丽, 张丽光, 郭虹霞, 秦丽霞, 高飞, 席瑞珍. 藜麦对低氮胁迫的响应研究[J]. 作物杂志, 2023, (3): 221–229
[3] 李晶, 李鹏程, 贺永斌, 邢雅玲, 孟凡华, 周谦, 南铭. 16份俄罗斯冬小麦品种资源主要性状多元分析和综合评价[J]. 作物杂志, 2023, (3): 58–65
[4] 王荣升, 牟凤臣, 李坤, 张微, 刘会, 丁国华, 杨光, 王南博, 张国民, 刘玉明, 陶永庆. 寒地粳稻碾磨品质和食味品质相关性状的综合分析[J]. 作物杂志, 2023, (2): 115–120
[5] 郭巨先, 黄家昕, 李桂花, 符梅, 罗文龙, 王俊, 陆美莲. 芋头挥发性代谢物分析及其品质综合评价[J]. 作物杂志, 2022, (6): 167–173
[6] 郭欢乐, 汤彬, 李涵, 曹钟洋, 曾强, 刘良武, 陈志辉. 湖南省玉米地方品种表型性状综合评价及类群划分[J]. 作物杂志, 2022, (6): 33–41
[7] 李王胜, 王雪倩, 尹希龙, 石杨, 刘大丽, 谭文勃, 兴旺. 甜菜种质资源苗期耐旱性综合评价[J]. 作物杂志, 2022, (6): 54–60
[8] 赵小琴, 贾瑞玲, 刘军秀, 刘彦明, 文殷花, 师丽丽, 张娟宁, 马宁. 120份谷子种质资源的农艺性状表现和遗传多样性分析[J]. 作物杂志, 2022, (6): 61–69
[9] 赵康, 杨涛, 王红刚, 李生梅, 庞博, 马尚洁, 高文伟. 42个新疆海岛棉品种萌发期耐盐性评价[J]. 作物杂志, 2022, (5): 27–33
[10] 侯静静, 晋芳, 赵利, 王斌. 16个油用亚麻新品系的农艺及品质性状综合评价[J]. 作物杂志, 2022, (5): 42–48
[11] 吕建珍, 任莹, 王宏勇, 张庭军, 马建萍, 赵凯. 264份谷子主要育成品种（系）表型多样性综合评价[J]. 作物杂志, 2022, (4): 22–31
[12] 张春艳, 庄克章, 吴荣华, 李静, 李新新, 王恒, 董西辰, 徐赓, 吴本华. 基于熵值赋权的DTOPSIS法对鲁南地区11个饲用燕麦品种的综合评价研究[J]. 作物杂志, 2022, (4): 62–68
[13] 宋全昊, 金艳, 宋佳静, 陈杰, 赵立尚, 白冬, 陈亮, 朱统泉. 35份人工合成六倍体小麦的综合评价[J]. 作物杂志, 2022, (4): 69–76
[14] 肖明昆, 刘光华, 宋记明, 刘倩, 段春芳, 姜太玲, 张林辉, 严炜, 沈绍斌, 周迎春, 熊贤坤, 罗鑫, 白丽娜, 李月仙. 不同木薯品种（系）农艺性状分析及高产品种（系）筛选[J]. 作物杂志, 2022, (4): 77–82
[15] 李丰, 高桐梅, 苏小雨, 魏利斌, 王东勇, 田媛, 李同科, 杨自豪, 卫双玲. 施氮量和种植密度对芝麻光合速率、产量和氮肥利用率的影响[J]. 作物杂志, 2022, (2): 215–221
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