基于主成分-聚类分析的不同水分冬小麦晚霜冻害评价

作者：王洋洋; 贺利; 任德超; 段剑钊; 胡新; 刘万代^*; 郭天财; 王永华; 冯伟^*

来源：作物学报, 2022, 48(02): 448-462.

DOI：10.3724/sp.j.1006.2022.11003

• 冬小麦
• 晚霜冻害
• 生理指标
• 荧光参数
• 主成分分析
• 综合生理指数

探讨不同水分条件下拔节期低温对小麦生理代谢的影响,构建综合生理指数精确评价冻害程度,对农业减损增效和宏观管理具有重要意义。以弱春性的偃展4110和兰考198以及半冬性的郑麦366和丰德存21为材料,在低温处理前1周进行灌水和不灌水处理,于雌雄蕊分化期将盆栽小麦移至低温模拟室进行低温处理,分别为正常(CK)、–2℃(T1)、–4℃(T2)、–6℃(T3)、–8℃(T4)和–10℃(T5)。在处理结束后第2天测定小麦生理指标和荧光参数,在成熟期收获小麦产量。结果表明,不同品种、水分和低温胁迫及其互作对小麦拔节期生理指标及荧光参数均具有显著影响。随着低温胁迫加重,叶片含水量、叶绿素a含量及荧光参数qp、Fv/Fm和Fv/Fo呈持续下降趋势,而可溶性蛋白、脯氨酸和可溶性糖含量及SOD活性表现先升后降特征,但MDA含量则相反。灌水处理在一定程度上缓解了低温胁迫对植株生理代谢的影响,低温对半冬性品种的影响相对较小。利用主成分分析将测定参数转化成4个独立的综合指标,且反映了88.55%的原始信息,并构建出冻害生理综合指数(FIPCI)。聚类分析热图显示的颜色越深,生理指标响应程度越大。依据生理指标聚类热图及FIPCI值将冻害划分为5个级别,且其与产量损失率具有较好的一致性。不同水分处理的产量损失率自T3温度开始差异较大,不灌水和灌水处理分别降低了30.4%～44%和21.0%～29.2%。同一水分条件下,产量损失率在品种间差异为LK198>YZ4110>ZM366>FDC21,半冬性品种低于弱春性品种。综合聚类热图和各处理产量,未受冻(CK)和轻度冻害(T1)的产量损失率低于10%,中度冻害(不灌水的T2、灌水的T2和T3)的产量损失率为10%～30%,重度冻害(不灌水的T3、灌水的T4)的产量损失率为30%～50%,特重度冻害(不灌水的T4和T5、灌水的T5)的产量损失率高于50%。可见,低温前灌水有利于缓解低温胁迫造成的伤害,在一定程度上降低了产量损失。利用主成分-聚类分析构建综合生理冻害指数及模型,可以准确评价小麦晚霜冻害的程度,为灾后产量恢复及决策管理提供科学依据。

• 单位
  河南农业大学