Comparison and Cluster Analysis on Photosynthetic Characteristics and Water Usage Efficiency of Rice Germplasms
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摘要: 探讨水稻种资源的光合特性，并筛选出高光效水稻资源，为水稻种质资源遗传改良提供参考。对58份来自不同国家和地区的水稻种质资源的光合特性、水分利用效率 (WUE) 及叶绿素相对含量 (SPAD) 进行比较及聚类分析。结果表明，不同稻种资源间的光合速率 (Pn)、气孔导度 (C) 和蒸腾速率 (E) 存在极显著差异，水分利用效率存在显著差异。光合特征前3个主成分的方差累计贡献率达95.31%。C、Pn、E为第1主成分主导因子，WUE和Pn为第2主成分主导因子，第3主成分主要由SPAD构成。聚类分析将58份稻种资源划分为7个类群，筛选获得第1、6类群9个高光合速率、高水分利用效率以及较高叶绿素相对含量种质资源，作为水稻高光效育种、抗逆育种的中间材料或配组亲本材料加以利用。Abstract: Photosynthetic characteristics (PC) of various rice germplasms were determined to identify high-efficient genetic resources for improvements on rice cultivars. In addition, the water usage efficiency (WUE) and chlorophyll content (SPAD) of 58 rice germplasms from various nations and regions were obtained for comparison and classification in a cluster analysis. The results showed that there were significant differences (P < 0.01) in photosynthesis rate (Pn), stomatal conductance (C), and transpiration rate (E), as well as highly significant differences (P < 0.05) in WUE, among the tested varieties. The 3 principal components cumulatively contributed to the variances among the cultivars at 85.31%on C, Pn and E being the 1stprincipal component; on WUE and Pn, the 2nd; and, on SPAD, the 3rd. Based on Pn, WUE, and SPAD, the 58 germplasms were clustered into 7 groups. As a result, Group 1 and Group 6 consisting of 9 germplasms that showed high PC, WUE and SPAD were recommended for crossbreeding purposes.
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Key words:
- rice /
- photosynthetic characteristics /
- water usage efficiency /
- cluster analysis /
- germplasm resources
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表 1 58份供试水稻种质资源
Table 1. Fifty-eight rice germplasms studied
代码 品种名称 A1 嘉南8号 A2 嘉南9号 A3 明恢72 A4 02428 A5 92gk729 A6 97gk419 A7 97gk1019 A8 97gk1037 A9 98gk2046 A10 20gk719 A11 47粳 A12 华明921 A13 明恢63 A14 WJ413 A15 多系一号 A16 亚恢420 A17 明恢86 A18 R527 A19 MHR18 A20 超引一号 A21 9308 A22 C418 A23 圭630 A24 康丰B A25 科恢752 A26 明恢398 A27 明恢413 A28 明恢416 A29 明恢417 A30 明恢419 A31 明恢436 A32 明恢3009 A33 明恢502 A34 明恢503 A35 明恢504 A36 明恢506 A37 明恢507 A38 明恢508 A39 明恢509 A40 明恢510 A41 明恢511 A42 明恢512 A43 明恢513 A44 明恢514 A45 明恢515 A46 明恢516 A47 明恢517 A48 明恢518 A49 明恢519 A50 明恢522 A51 明恢523 A52 明恢524 A53 明恢527 A54 明恢530 A55 明恢532 A56 明恢533 A57 明恢534 A58 明恢118 
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表 2 58份水稻种质资源光合特性、WUE和SPAD品种间差异
Table 2. Variances on PC, WUE and SPAD among 58 rice germplasms
项目 变异来源 自由度 平方和 均方 F值 平均值 Pn 品种间 57 13631.5522 239.15 2.533** 36.55±8.93 误差 114 10761.5521 94.3996 总变异 173 24441.972 C 品种间 57 0.8055 0.0141 5.709** 0.66±0.07 误差 114 0.2822 0.0025 总变异 173 1.0938 E 品种间 57 612.8281 10.7514 5.128** 4.90±1.86 误差 114 238.9983 2.0965 总变异 173 859.0748 WUE 品种间 57 162.7499 2.8553 1.543* 3.25±0.96 误差 114 211.0164 1.851 总变异 173 375.2699 SPAD 品种间 57 1489.5853 26.1331 7.318** 44.43±2.95 误差 114 407.1154 3.5712 总变异 173 1904.5919 注：*表示差异达显著水平 (P < 0.05)，**表示差异达极显著水平 (P < 0.01)。
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表 3 58份水稻种质资源Pn、SPAD及WUE的聚类分析结果
Table 3. Classification of rice germplasms based ontheir Pn, SPAD and WUE
类群 品种代号 个数 频率/% 类平均 变幅 Pn SPAD WUE Pn SPAD WUE 1 A19、A30、A54 3 5.17 52.56±4.17 48.07±0.15 5.22±0.63 48.53~56.87 47.9~48.20 4.67~5.90 2 A9、A48 2 3.45 21.3±1.65 37.95±2.05 1.87±0.52 20.13~22.47 36.5~39.40 1.5~2.23 3 A4、A20、A47、A49、A21 5 8.62 30.51±1.92 49.99±2.32 2.89±0.29 28.6~33.67 48.00~53.97 2.43~3.20 4 A13、A31、A32 3 5.17 50±2.06 47.39±1.72 2.86±0.46 47.63~51.40 45.5~48.87 2.47~3.37 5 A6、A51、A41、A45、A27、A42、A34、A39、A52、A57、A44、A17、A35、A58、A38、A53 16 27.59 29.84±5.33 43.97±1.78 2.26±0.44 23.4~40.83 40.8~47.17 1.57~3.03 6 A8、A29、A55、A43、A28、A33 6 10.43 49.63±3.45 43.68±0.87 4.41±0.49 44.6~54.77 42.6~44.93 3.6~4.87 7 A1、A18、A46、A14、A26、A25、A7、A12、A36、A37、A16、A23、A24、A40、A2、A15、A56、A11、A3、A22、A50、A5、A10 23 39.66 36.61±3.63 43.43±1.90 3.64±0.37 27.43~44.03 40.23~46.17 2.93~4.43 注：表中Pn的CO2单位为μmol·m-2·s-1；WUE的CO2单位为μmol ·mmol-2H2O。
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表 4 光合性状、WUE和SPAD间的相关系数
Table 4. Correlation coefficients among PC, WUE and SPAD
性状 Pn C E WUE SPAD Pn 1.000 C -0.246 1.000 E 0.640** 0.340** 1.000 WUE 0.347** -0.925** -0.220 1.000 SPAD 0.202 -0.056 0.087 0.074 1.000 注：*、**分别表示在0.05和0.01水平 (双侧) 上显著相关。
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表 5 特征向量和特征根
Table 5. Eigenvectors and eigen values
性状 主成分 PRIN1 PRIN2 PRIN3 Pn 0.405 0.855 -0.163 C 0.974 -0.034 -0.085 E -0.966 0.158 0.056 WUE -0.239 0.909 -0.208 SPAD 0.165 0.343 0.924 特征根 2.129 1.702 0.935 贡献率/% 42.578 34.039 18.694 累计贡献率/% 42.578 76.617 95.310
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[1] 赵姝丽, 李睿, 徐正进.籼粳交RILs剑叶气孔与光合特性的初步研究[J].华北农学报, 2010, 25(6):194-197. doi: 10.7668/hbnxb.2010.06.038 [2] 潘高峰, 张小燕, 庞有强.大麦种质资源光合色素和光合特性聚类分析[J].西北农业学报, 2008, 17(5):152-156. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBNX200805034.htm [3] 罗俊, 张华, 徐良年, 等.甘蔗不同品种光合特性比较及其聚类分析[J].中国农业科学, 2005, 38(8):1562-1569. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZNYK200508009.htm [4] 赵明, Erik sacks, Renee Lafitte, 等. 水稻远缘杂种后代光合特性及其高光效植株筛选[C]//21世纪作物科技与生产发展学术讨论会论文集. 北京: 中国农业科学技术出版社, 2002: 69-75. [5] 赵秀琴, 赵明, 陆军, 等.热带远缘杂交水稻高光效后代在温带的光合特性观察[J].中国农业大学学报, 2002, 7(3):1-6. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-NYDX200203000.htm [6] 曹树青, 翟虎渠, 杨图南, 等.水稻种质资源光合速率及光合功能期的研究[J].中国水稻科学, 2001, 15(1):29-34. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGSK200101005.htm [7] 刘怀年, 邓晓建, 李平.水稻品种资源光合速率研究[J].四川农业大学学报, 2007, 25(4):379-383. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SCND200704001.htm [8] 翟虎渠, 曹树青, 万建民, 等.超高产杂交稻灌浆期光合功能与产量的关系[J].中国科学:C辑, 2002, 32(3):211-217. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JCXK200203002.htm [9] 张建福, 朱永生, 蔡秋华, 等.再生稻净光合速率与产量及其构成因素的相关性分析[J].中国水稻科学, 2011, 25(1):103-106. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-ZGSK201101018.htm [10] 韩勇, 李建国, 姜秀英, 等.辽宁省水稻灌浆期光合特性及其与产量品质的相关性分析[J].吉林农业科学, 2012, 37(1):4-8. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JLNK201201002.htm [11] 曹生奎, 冯起, 司建华, 等.植物叶片水分利用效率研究综述[J].生态学报, 2009, 29(7):3882-3891. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-STXB200907052.htm [12] 张秋平, 杨晓光, 杨婕, 等.不同灌溉处理下旱稻光合生理特征及水分利用效率[J].干旱地区农业研究, 2005, 23(6):67-72. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GHDQ200506013.htm [13] 何海兵. 水分调控对膜下滴灌水稻生长发育及产量形成的影响[D]. 石河子: 新疆石河子大学, 2014. [14] 邵玺文, 张瑞珍, 齐春艳, 等.拔节孕穗期水分胁迫对水稻生长发育及产量的影响[J].吉林农业大学学报, 2004, 26(3):237-241. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-JLNY200403001.htm [15] 刘怀年, 李平, 邓晓建.水稻种质资源单叶光合速率研究[J].作物学报, 2006, 32(8):1252-1255. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-XBZW200608024.htm [16] 张宗琼, 张晓丽, 王强, 等.东南亚水稻种质资源的光合特性比较及聚类分析[J].南方农业学报, 45(8):1358-1362. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GXNY201408006.htm [17] 孟卫卫, 靳光远, 吕申超, 等.水稻高光效种质资源筛选试验[J].现代农业科技2011, (8)75-76. [18] 孟军, 陈温福, 徐正进, 等.水稻剑叶净光合速率与叶绿素含量的研究初报[J].沈阳农业大学学报, 2001, 32(4):247-249. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-SYNY200104001.htm [19] 董倩, 唐秀光, 王洁, 等.不同种源黄连木光合参数比较及聚类分析[J].河北农业大学学报, 2012, 35(3):58-62. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-CULT201203012.htm -
