毛竹輻射誘變實生優株生長性狀的綜合評價

曹志華，吳中能，王 灃 ，陳興福 ，高 健

（1.安徽省林業科學研究院，安徽 合肥 230031；2.廣德縣林業局，安徽 廣德242200；3.國際竹藤中心，北京 100102）

由于毛竹開花周期不定，開花后結實率低，不易獲得種子等原因，遺傳育種研究進展緩慢[1]。國內外對毛竹育種的研究主要集中在種子萌發實驗[2]、種子組培技術[3]以及種子育苗造林[4]等方面。但對于毛竹的遺傳改良方面的研究相對薄弱，輻射誘變育種具有突變率高、突變譜寬、突變性狀穩定快、育種周期短等優點，易于創造新的種質資源材料與類型，方法簡便，可在短時間內改變植物的某一性狀[5]，通過輻照誘發新變異類型，已成為當代植物改良和作物育種的一種重要手段，在植物遺傳改良方面占有重要的地位[6]。運用此方法已在國內外成功誘變育成1 700多個品種，但大多集中在農作物和觀賞植物上[7-11]，有關竹子物理誘變育種的研究，目前國內外尚未見任何報道。針對毛竹育種資源日漸匱乏等問題，充分發揮輻射誘變育種技術的自身優勢，以期選育出新的毛竹變異類型，豐富毛竹種質資源[12]。

本課題組2007—2010年對不同劑量的60Coγ射線處理毛竹種子繁育出實生苗苗期的生長表現進行綜合篩選，篩選出16個竹苗優株[13]，2011—2017年在廣德縣林科所進行造林試驗，連續6年對不同優株的6個生長性狀指標進行調查分析，同時利用主成分分析法在不損失或很少損失原有信息的前提下，將眾多的指標轉換成少數且彼此獨立的因子[14-16]。結合隸屬函數法，可得到各優株生長性狀的綜合評價值，從而能比較科學地對優株的優劣性、穩定性進行評價。因此，在對多項生長指標測定的基礎上，利用主成分分析法和隸屬函數法對16個優株的生長性狀進行綜合評價，以期為輻射優株的選擇提供1種可行的方法，同時為進一步篩選毛竹輻射誘變出優異基因類型奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗在安徽省廣德縣林業科學研究所試驗地完成，該地區屬北亞熱帶濕潤氣候區，年均氣溫15.6 ℃，年均降水量1 299 mm，無霜期220 d，日照時間2 162 h。試驗地的土壤為紅棕壤土，pH值6.5，土層厚1.0～1.2 m。2011年3月，在廣德縣落設3.33 hm2不同輻射劑量的優株試驗示范基地。竹母移植按照安徽省主要用材樹種造林與經營標準[17]，于2011年4月上旬完成試驗林建設。

1.2 供試材料

2007年9月，采集廣西臨桂縣的毛竹種子進行輻照處理，輻射源為60Coγ 射線，輻射劑量為0、10、25、50、100，劑量率為1.86 Gy/min，共5個處理。2007年10月—2010年10月在肥西縣花崗鎮試驗林中進行苗期選擇，通過初選、復選和生長指標綜合評價等，共篩選出16個優良單株，詳見表1。2011年3月將16個優良單株移栽到廣德林科所，以不輻射種子苗期生長性狀表現中等的16號為對照CK。采用隨機設計排列造林，重復3次，造林密度1株/畝，樣株之間間隔10 m，挖隔離溝，深1 m寬1 m。

表1 不同優株編號和輻射處理劑量Table 1 Serial numbers and radiation treatment dose of different superior plants

1.3 試驗方法

2012—2017年，每年3—5月對不同輻射劑量毛竹優良單株進行筍期觀測，每隔5 d觀察1次，對每個新出筍做好標記，調查、記錄各塊樣地的出筍量、退筍量、新成竹量、新竹高、地徑（胸徑）、新竹離母竹平均距離（平均鞭長）和新竹離母竹最遠距離（最遠鞭長）。

運用DPS V7.05專業版軟件從樣本相關矩陣出發，對不同輻射劑量的毛竹實生優株的6個生長性狀指標進行方差分析、相關性分析及主成分分析等數據處理。并利用隸屬函數值對不同優良單株的綜合生長表現進行綜合評價。運用的主要公式如下：根據所測得的數據，分別計算各優株和對照組各生長性狀的平均值。參考周廣生[18]等方法，首先將原始數據以相對指標為單位進行標準化轉換，求得各生長性狀指標的生長系數，并進行簡單相關分析[19]，得出各理化指標的相關系數矩陣，生長系數計算公式如下：

（1）隸屬函數值

式中：Xj表示第j個因子的得分值，Xmin表示第j個因子得分的最小值，Xmax表示第j個因子得分的最大值。

（2）權重

式中：Wj表示第j個公因子在所有公因子中的重要程度，Pj為各品種第j個公因子的貢獻率。

（3）綜合評價

式中：D為不同優良單株用綜合生長指標評價所得的綜合生長評價值。

2 結果與分析

2.1 不同毛竹輻射實生優株對出筍成竹的影響

2012—2017年連續6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優良單株進行筍期觀測，從表2可知，不同優株的成竹量均隨年份呈增長趨勢。優株1、4、8、10、11、12、13、17號平均成竹量比對照少14.3%、2.8%、28.2%、17.9%、10.3%、11.8%、16.0%、50.2%， 優 株 2、3、5、6、7、9、14、15號成竹量分別對照多51.9%、24.6%、15.6%、18.6%、65.4%、6.2%、12.2%、19.7%。對不同優株不同時間的成竹量進行二因素方差分析，不同優株之間的出筍成竹量均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間的出筍成竹情況也達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，7號和11號優株的出筍量、退筍量與其他優株之間差異極，其他優株之間差異顯著；優株2、7、8、 11、17號的成竹量與其他優株之間差異極顯著，其他優株之間差異顯著；2012年和2013年出筍成竹量差異達到顯著水平，2014年以后優株之間的出筍成竹量差異極顯著。

表2 毛竹輻射實生優株的出筍成竹情況調查?Table 2 Investigation on bamboo shoots of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

不同優株的成竹率呈下降趨勢。對不同優株不同時間的成竹率進行二因素方差分析，不同優株之間的成竹率達到極顯著差異（P=0.006 0＜0.01），不同時間的出筍成竹情況也達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，優株1、2、5、9、11、12、13、15號之間的成竹率無差異；優株3、14、16號之間無差異；4號和6號之間無差異，其他優株之間的成竹率差異顯著；2012年和2013年、2014年和2015年的成竹率有差異但未達到顯著水平，與其他時間均達到極顯著差異水平。

2.2 不同毛竹輻射實生優株對地徑生長的影響

2012—2017年連續6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優良單株進行筍期觀測，從表3可知，不同優株的新成竹地徑均隨年份增長呈增大趨勢。1-15號和17號優株的平均地徑均比對照大，分別高出67.9%、65.4%、24.4%、23.1%、15.4%、82.1%、107.7%、132.1%、107.7%、137.2%、105.1%、132.1%、93.6%、84.6%、20.5% 和84.6%。

表3 毛竹輻射實生優株地徑生長情況調查Table 3 Situation survey on ground diameter growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings cm

對不同優株不同時間的地徑進行二因素方差分析，不同優株之間的地徑均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間對優株地徑的影響也達到極顯著水平（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，3、4、5、15、16號之間無顯著差異，1、6、14、17號之間無顯著差異，其他優株之間均有顯著差異；2012—2014年地徑差異未達到極顯著水平，其他時期優株之間的地徑均達到差異極顯著水平。

2.3 不同毛竹輻射實生優株對高生長的影響

2012—2017年連續6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優良單株進行筍期觀測，從表4可知，不同優株的新成竹高生長均隨年份增長呈增長趨勢。1-15號和17號優株平均高分別比對照高51.2%、44.0%、17.2%、14.8%、10.8%、76.0%、78.8%、74.8%、64.0%、98.0%、81.2%、90.0%、70.8%、52.8%、17.2%和48.8%。

表4 毛竹輻射實生優株地徑高生長情況調查Table 4 Investigation on ground diameter height growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings m

對不同優株不同時間的高生長量進行雙因素方差分析，不同優株之間的高生長均達到極顯著差異（P=0.000 1＜0.01），不同時間對優株高生長的影響也達到極顯著水平（P=0.000 1＜0.01）。多重比較表明，6、7、8、9號和13號之間無顯著差異，3號和15號之間無顯著差異，10號和12號之間無顯著差異，其他優株之間差異顯著；2012—2017年每年的高生長差異均達到極顯著水平。

2.4 不同毛竹輻射實生優株對鞭生長的影響

2012—2017年連續6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優良單株進行筍期觀測，從表5可知，不同優株的鞭長均隨年份增長呈增長趨勢。1-15號和17號優株平均鞭長比對照長50.0%、59.0%、46.8%、23.1%、28.2%、41.0%、70.5%、81.4%、76.9%、75.0%、98.1%、61.5%、55.8%、72.4%、23.7% 和 17.3%；1-15號和17號優株最遠鞭長比對照長60.8%、69.9%、51.1%、34.7%、39.8%、48.3%、88.1%、110.8%、85.86%、118.8%、106.3%、96.6%、80.7%、102.8%、36.4%、55.7%。

對不同優株不同時間的平均鞭長、最遠鞭長進行雙因素方差分析，不同優株之間的均達到極顯著差異（P=0.0015＜0.01），不同時期對鞭長的影響也達到極顯著水平（P=0.0001＜0.01）。多重比較表明：1號和3號之間，2號和13號之間，4號和15號、8、9、10號和14號之間平均鞭長無差異，其他優株之間差異顯著；2、7、9號和13號之間最遠鞭長無顯著差異，4、5號和15號之間、12號和14號之間最遠鞭長無差異，其他優株之間均有顯著差異。2015年和2016年之間平均鞭長未達到差異極顯著水平，其他時期均顯著；不同時期的最遠鞭長均達到差異顯著水平，2016年和2017年之間差異未達到極顯著水平。

表5 毛竹輻射實生優株鞭生長情況調查Table 5 Situation survey on underground rhizome-root growth of radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

2.5 不同毛竹輻射實生優株的綜合評價

2.5.1 6個生長指標的相關性分析

2012—2017年對16個毛竹輻射實生優株和毛竹實生竹苗（對照）的6個生長指標進行調查，根據公式（1）得到各生長系數（表6），再進行相關分析（表7）。

表6 16個毛竹輻射實生優株6個生長指標的生長系數Table 6 Growth coefficients of 8 growth indexes from 16 radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

表7 6個生長指標的相關系數矩陣?Table 7 Correlation coefficient matrix of six growth indicators

從表6可知，所有優株各單項指標的變化幅度不同，因而用不同單項指標的生長系數來評價優株，則結果均不相同。說明毛竹實生輻射竹生長性狀是一個復雜的綜合性狀，用任何的單項指標評價優株生長質量都有片面性。

從表7可以看出，16個優株的6個生長性狀指標之間都存在著一定的相關性，從而使得它們所提供的信息發生重疊，同時各指標在生長性狀中所起的作用也不盡相同。因此若直接利用這些指標對竹種的生長性狀進行評價，則不能準確評價各優株的生長質量。

2.5.2 主成分分析

為了更充分地反映出不同輻照處理毛竹實生優株間起主導作用的綜合指標，對上述6個生長性狀進行主成分分析，對16個輻射實生優株進行質量綜合評價。根據累積貢獻率≥85%的標準，本分析提取3個綜合指標，其貢獻率分別為61.1%、17.5%和16.3%，累積貢獻率達94.9%，其余可忽略不計。這樣就把原來6個單項指標轉換為3個新的相互獨立的綜合指標，這3個綜合指標代表了原來6個單項指標94.9%的信息，同時根據貢獻率的大小可知各綜合指標的相對重要性。第1主成分主要包括地徑、高、平均鞭長、最遠鞭長；第2主成分主要包括成竹量；第3主成分主要包括成竹率。根據各綜合指標的指標系數（表8）及單項指標的生長系數（表6）求出每個優株3個綜合指標（公因子）即C(χ)的得分值（表9）。

表8 各綜合指標的系數及貢獻率Table 8 Coefficient and contribution rate of the comprehensive indicators

表9 16個毛竹輻射實生優株綜合指標值C(χ)、權重、隸數函數值U(χ)、D值和排序Table 9 Comprehensive index value C(χ), weight, subordinate value U(χ) , value D and sequence of 16 radiation-treated superior plants of P.pubescens seedlings

2.5.3 綜合評價

1）隸屬函數分析和權重的確定。根據因子得分值， 由公式（1）分別求出16個優株所有因子的隸屬函數值U(χ)（表9）。再根據3個綜合指標貢獻率的大?。?.611、0.175和0.163），由公式（2）分別求出各綜合指標的權重，分別為0.644、0.184和0.172（表9）。

2）綜合評價值的確定。優株生長性狀綜合評價值反映了各優株的綜合生長質量的優劣，其中10號、11號和8號優株綜合評價值最高，D值分別為0.774、0.765和0.726，表明這3個優株生長質量最優；其次是7號和12號，D值分別為0.691和0.677，其他優株排序詳見表9。綜合評價結果與各個單株的實際生長表型相近，表明主成分分析法在實生優株選擇上能把握單株的綜合性狀表現，較人工打分更準確、更具科學性，適宜于本次研究。

3 結論與討論

本試驗在2012—2017年連續6 a對不同輻射劑量處理的毛竹實生優良單株進行筍期生長性狀的觀測，不同優株的新成竹量、地徑、高、鞭生長均隨年份增長呈增大趨勢。對不同優株不同時間的生長性狀指標進行雙因素分析，均達到了極顯著水平。

采用主成分分析法結合隸屬函數法的方法，對16個優株進行綜合評價，10號、11號和8號優株綜合評價D值最高。16個毛竹輻射實生優株的生長質量由3個綜合指標C(1)、C(2)和C(3)共同決定，某一綜合指標值的高低并不能完全決定某一優株生長性狀的優劣。16個優株中，10號優株的綜合指標C(1)的U(1)值是1.000 0，7號優株C(2)的U(2)值是1.000 0，14號優株C(3)的U(3)值是1.000 0，說明不同優株的生長機制也不盡相同。

植物的生長性狀不僅是一個受多種因素影響的復雜的數量性狀，且不同優株的生長機制也不盡相同，從而使得不同優株在逆境條件下對某一具體指標的反應也不盡相同。因而用單一指標難以全面準確地反映竹子生長性狀的優劣[20-24]。本研究運用主成分分析法、隸屬函數法對多指標的交互作用進行深入綜合分析，提高生長質量鑒定的準確性，使得篩選毛竹輻射實生優株更具科學性和可靠性。

采用種子繁育出的實生苗本身生長就會存在著一定的變異，結合輻射誘變技術，可能促使其種苗產生更大變異，受輻照強度的影響，本課題組2007—2010年連續3 a對實生苗苗期的7個生長性狀指標進行苗期調查和分析，綜合評價表明在10 Gy 和25 Gy 低劑量的處理一定程度上促進苗木的生長[25]；但經過2011—2017年的造林試驗，進一步系統觀察和對比分析，確定輻射處理CK-1、10 Gy和50gy表現性狀更穩定，生長性狀較優。

本課題組在國內首次開展對毛竹輻射誘變實生竹的研究，并運用綜合評價方法篩選出表現性狀穩定的10號、11號和8號3個優株，下一步將繼續在安徽不同地區開展區域化造林試驗，以測試輻射優株的生長性狀是否能穩定遺傳，同時也將開展竹材、竹筍品質等測定，對篩選出的優株進行更加全面的系統評價。