一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法技术

本发明专利技术公开了一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，该方法采用主成分分析法对水稻种质资源苗期耐寒性进行综合评价，相关性分析结果显示6个生理指标与形态学指标黄叶率之间均呈负相关关系；通过主成分分析将测定的7个单项指标转换成3个相互独立的综合指标，累计贡献率达84.76％；根据综合指标D值，种质资源可以划分为5类，共筛选出4份苗期综合耐寒性极强的品种；主成分和回归联合分析结果表明，7个指标均可作为水稻种质资源苗期耐寒性鉴定的重要指标。本发明专利技术所公开的方法对于苗期耐寒水稻品种培育具有指导意义。

【技术实现步骤摘要】
一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法
本专利技术公开涉及作物遗传育种
，尤其涉及一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法。
技术介绍
水稻是世界上大部分人口消费的主食。据统计，我国水稻产量约占世界上稻作总产量的45％，然而平均每4-5年就会发生一次大面积冷害减产现象。水稻属于亚热带喜温作物，生长发育的各阶段均会遭受低温冷害，而水稻种质资源的耐寒性鉴定和评价是培育耐寒水稻品种的重要前提和保证，对于扩大水稻播种面积、降低产量损失等具有十分重要的意义。目前，已有研究人员对水稻苗期耐寒种质资源筛选做了很多工作；如商水根等以存活率为评价指标，从1542份水稻核心种质资源中，筛选出存活率80％以上的苗期耐寒性较强种质资源73份；肖宇龙等以苗期叶片的赤枯度作为耐寒性评价指标，从江西省23份早稻主栽品种中筛选出8份苗期耐寒性较强的材料；蔡志欢等以死苗率作为评价指标，从230份水稻种质资源中筛选出死苗率小于10％的苗期耐寒性较强的种质资源19份；王代鑫等以抗坏血酸过氧化物酶活性等4个生理指标为评价指标，从吉林省21份晚熟水稻苗期种质资源中，筛选出5份苗期耐寒性较强的材料。已有的这些研究结果表明，幼苗的叶片赤枯度、存活率、死亡率、过氧化物酶活性、叶绿素含量、丙二醛含量等均可作为鉴定苗期耐寒性的评价指标。然而，耐寒性是由多个因素共同决定的数量性状，仅用某一个或几个评价指标具有一定局限性，不能精准地鉴定出水稻的苗期耐寒性。
技术实现思路
鉴于此，本专利技术公开提供了一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，将形态学性状和生理指标相结合，采用主成分分析方法来鉴定评价水稻苗期耐寒性，以实现对水稻苗期耐寒性进行综合评价。本专利技术提供的技术方案，具体为，一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，包括如下步骤：1)确定水稻苗期耐寒性的评价指标，选择及培养待评价水稻品种的幼苗；选用初始荧光(Fo)、最大荧光产量(Fm)、光合系统Ⅱ潜在活性(Fv/Fo)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、叶绿素含量(SPAD)、叶片性能(PI)6个生理指标并结合形态指标黄叶率作为水稻苗期耐寒性的评价指标；2)测定水稻品种的生理指标、形态指标共7个单项指标；3)低温胁迫下对各指标进行相关性分析；4)将水稻品种7个单项指标的耐寒系数进行主成分分析；5)根据主成分分析得到的特征值、贡献率，选取相对独立的3个综合指标CI1、CI2和CI3对水稻品种的苗期耐寒性进行综合评价；综合评价得到：所有试验品种的隶属函数值U(x)、3个综合指标权重、耐寒性综合评价值D；6)以耐寒性综合评价值D值为基础，将水稻品种进行耐寒性聚类分析，基于D值筛选出强耐寒种质资源；7)建立回归模型，根据模型方程的判定系数进一步筛选苗期耐寒性的主要评价指标，最终得出所述7个指标与水稻苗期耐寒性显著相关，可作为水稻苗期耐寒性的主要评价指标。进一步地，步骤1)幼苗培养：水稻种子放于50℃72h打破休眠，置于营养土中培养，30℃、光照/黑暗＝12h/12h，生长至三叶一心期后，一份放入人工气候培养箱，10℃、光照/黑暗＝12h/12h，进行48h低温胁迫后，用于测定其生理指标；一份放入气候培养箱，4℃、光照/黑暗＝12h/12h，进行24h低温胁迫，用于测定黄叶率；进一步地，所述步骤2)测定水稻品种的生理指标、形态指标具体包括：取低温胁迫前与低温胁迫后两个时间点进行叶绿素含量和叶绿素荧光相关参数Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm和PI这五个生理指标测定，每个指标测定3次生物学重复；形态指标的测定：测定4℃低温胁迫24h后其幼苗黄叶的数量，叶片超过一半发黄记为黄叶，3次生物学重复；进一步地，所述步骤4)中耐寒系数计算方法为：对于所测得的原始数据进行处理，对照组所测3次生物学重复进行平均值计算，取其平均值；处理组同对照组，取其平均值；式中，CTC表示55个水稻品种其7个单项指标的耐寒系数，T表示处理组，CK表示对照组。进一步地，所述步骤5)综合评价具体包括：根据综合指标值CI(x)和公式(2)，计算出所有试验品种的隶属函数值U(x)；其中，综合指标隶属函数值式中的U(Xj)为所有试验材料第i个主成分的隶属函数值，Xj、Xmin和Xmax依次表示每个试验材料中第j个综合指标值、最小值和最大值；根据各综合指标的贡献率结合公式(3)，得到3个综合指标权重；权重：式中的Wj表示第j个综合指标在所有指标中的重要程度，Pj为所有试验材料第j个综合指标的贡献率；根据公式(4)，求出各品种的综合评价值D，且D值与耐寒性成正相关关系；耐寒性综合评价值式中D表示水稻品种耐寒能力的综合评价值。进一步地，所述步骤6)耐寒性聚类分析后得到阀值，在阈值处将水稻品种分成5类，分别为极强耐寒、强耐寒、中耐寒，弱耐寒及寒敏感品种。进一步地，以耐寒性综合评价值D值作为因变量y，7个相关指标作为自变量x，进行逐步回归分析，回归方程如下：Y＝0.173++0.019X1+0.146X2+0.202X3+0.202X4-0.065X5+0.157X6+0.104X7，其中X1-7依次代表Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、SPAD、PI和黄叶率，方程判定系数R2＝1，F＝230.379。本专利技术提供的一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，采用主成分分析法对水稻种质资源苗期耐寒性进行综合评价，首先通过相关性分析结果显示6个生理指标与形态学指标黄叶率之间均呈负相关关系；则选择通过主成分分析将测定的7个单项指标转换成3个相互独立的综合指标，累计贡献率达84.76％；根据综合指标D值，种质资源可以划分为5类，共筛选出4份苗期综合耐寒性极强的品种；主成分和回归联合分析结果表明，7个指标均可作为水稻种质资源苗期耐寒性鉴定的重要指标。本专利技术的结果对于苗期耐寒水稻品种培育具有指导意义。应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本专利技术的公开。附图说明此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本专利技术的实施例，并与说明书一起用于解释本专利技术的原理。为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术公开实施例提供的基于D值的55份水稻种质资源的耐寒性聚类分析。具体实施方式这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本专利技术相一致的所有实施方式。相反，它本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：/n1)确定水稻苗期耐寒性的评价指标，选择及培养待评价水稻品种的幼苗；/n选用初始荧光(Fo)、最大荧光产量(Fm)、光合系统Ⅱ潜在活性(Fv/Fo)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、叶绿素含量(SPAD)、叶片性能(PI)6个生理指标并结合形态指标黄叶率作为水稻苗期耐寒性的评价指标；/n2)测定水稻品种的生理指标、形态指标共7个单项指标；/n3)低温胁迫下对各指标进行相关性分析；/n4)将水稻品种7个单项指标的耐寒系数进行主成分分析；/n5)根据主成分分析得到的特征值、贡献率，选取相对独立的3个综合指标对水稻品种的苗期耐寒性进行综合评价；/n综合评价得到：所有试验品种的隶属函数值U(x)、3个综合指标权重、耐寒性综合评价值D；/n6)以耐寒性综合评价值D值为基础，将水稻品种进行耐寒性聚类分析，基于D值筛选出强耐寒种质资源；/n7)建立回归模型，根据模型方程的判定系数进一步筛选苗期耐寒性的主要评价指标，最终得出所述7个指标与水稻苗期耐寒性显著相关，可作为水稻苗期耐寒性的主要评价指标。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，其特征在于，包括如下步骤：
1)确定水稻苗期耐寒性的评价指标，选择及培养待评价水稻品种的幼苗；
选用初始荧光(Fo)、最大荧光产量(Fm)、光合系统Ⅱ潜在活性(Fv/Fo)、原初光能转换效率(Fv/Fm)、叶绿素含量(SPAD)、叶片性能(PI)6个生理指标并结合形态指标黄叶率作为水稻苗期耐寒性的评价指标；
2)测定水稻品种的生理指标、形态指标共7个单项指标；
3)低温胁迫下对各指标进行相关性分析；
4)将水稻品种7个单项指标的耐寒系数进行主成分分析；
5)根据主成分分析得到的特征值、贡献率，选取相对独立的3个综合指标对水稻品种的苗期耐寒性进行综合评价；
综合评价得到：所有试验品种的隶属函数值U(x)、3个综合指标权重、耐寒性综合评价值D；
6)以耐寒性综合评价值D值为基础，将水稻品种进行耐寒性聚类分析，基于D值筛选出强耐寒种质资源；
7)建立回归模型，根据模型方程的判定系数进一步筛选苗期耐寒性的主要评价指标，最终得出所述7个指标与水稻苗期耐寒性显著相关，可作为水稻苗期耐寒性的主要评价指标。


2.根据权利要求1所述的一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，其特征在于，步骤1)幼苗培养：水稻种子放于50℃72h打破休眠，置于营养土中培养，30℃、光照/黑暗＝12h/12h，生长至三叶一心期后，一份放入人工气候培养箱，10℃、光照/黑暗＝12h/12h，进行48h低温胁迫后，用于测定其生理指标；一份放入气候培养箱，4℃、光照/黑暗＝12h/12h，进行24h低温胁迫，用于测定黄叶率。


3.根据权利要求2所述的一种基于主成分分析对水稻苗期耐寒性的评价方法，其特征在于，所述步骤2)测定水稻品种的生理指标、形态指标具体包括：
取低温胁迫前与低温胁迫后两个时间点进行叶绿素含量和叶绿素荧光相关参数Fo、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm和PI这五个生理指标测定，每个指标测定3次生物学重复；
形态指标的测定：测定4℃低温胁迫24h后其幼苗黄叶的数量，叶片超过一半发黄记为黄叶，3次生物学重复；

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【专利技术属性】
技术研发人员：逄洪波，郑晓明，李玥莹，吴隆坤，刘宏鑫，赵宗耀，职铭阳，程露，
申请(专利权)人：沈阳师范大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21