摘 要: 本發(fā)明涉及工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法及其應(yīng)用，包括以下步驟：首先，準(zhǔn)備工業(yè)大麻材料并進(jìn)行栽培；在澇害脅迫處理的第9天，測定工業(yè)大麻的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算各指標(biāo)的耐澇系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性分析以篩選核心指標(biāo)；對(duì)篩選出的核心指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，并運(yùn)用熵值法分析計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重；最后，根據(jù)計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算綜合得分并進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，雙套盆法為澇害脅迫處理提供了標(biāo)準(zhǔn)化的方法，確保了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。耐澇系數(shù)的引入使得不同指標(biāo)間具有可比性，為后續(xù)分析奠定了基礎(chǔ)，相關(guān)性分析篩選核心指標(biāo)的步驟有效降低了數(shù)據(jù)維度，避免了信息冗余。
權(quán)利要求書
1.基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，包括以下步驟：
首先，準(zhǔn)備工業(yè)大麻材料并進(jìn)行栽培，待植株生長至快速生長期約70cm高時(shí)，采用雙套盆法進(jìn)行澇害脅迫處理，其中將種植工業(yè)大麻的有孔花盆放入底部無孔的花盆中，每天定時(shí)補(bǔ)水使土壤含水量過飽和，并保持水面高出基質(zhì)土表面3cm；
然后，在澇害脅迫處理的第9天，測定工業(yè)大麻的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，其中形態(tài)指標(biāo)包括株高、莖粗、地上部干重和地下部干重，生理指標(biāo)包括葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量、超氧化物歧化酶SOD活性、過氧化物酶POD活性、丙二醛MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率和根系活力；
接著，根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算各指標(biāo)的耐澇系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性分析以篩選核心指標(biāo)；
隨后，對(duì)篩選出的核心指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，并運(yùn)用熵值法分析計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重；
最后，根據(jù)計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算綜合得分并進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述耐澇系數(shù)β的計(jì)算公式為：
β＝澇害脅迫處理組測定值/對(duì)照組測定值
其中，對(duì)照組為正常水分處理組，β值越接近1，表示該指標(biāo)受澇害影響越小，耐澇性越強(qiáng)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述相關(guān)性分析采用相關(guān)系數(shù)熱圖方法，通過計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，選擇與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性最大的生理指標(biāo)作為核心指標(biāo)，具體包括：
計(jì)算株高與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算莖粗與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算地上部干重與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算地下部干重與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理采用以下公式：
正向指標(biāo)：
逆向指標(biāo)：
其中，X為指標(biāo)原始值，Xmin為指標(biāo)最小值，Xmax為指標(biāo)最大值；正向指標(biāo)指數(shù)值越大越好的指標(biāo)，逆向指標(biāo)指數(shù)值越小越好的指標(biāo)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述熵值法分析包括以下步驟：
首先，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)樣本值占該指標(biāo)總和的比重Pij：
其中，Xij為第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)樣本的標(biāo)準(zhǔn)化值；
然后，計(jì)算各指標(biāo)的信息熵ej：
其中，
n為樣本數(shù)；
接著，計(jì)算各指標(biāo)的信息效用值dj：
dj＝1 ej
最后，計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj：
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述綜合得分的計(jì)算方法為：
將各指標(biāo)的耐澇系數(shù)與對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后進(jìn)行累加，得到最終的綜合得分，綜合得分越高，表示該工業(yè)大麻材料的耐澇性越強(qiáng)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述形態(tài)指標(biāo)的測定方法包括：
使用卷尺測量以大麻莖稈底部為起點(diǎn)，尖端為終點(diǎn)的株高；
使用游標(biāo)卡尺測量距土面3cm處的主莖直徑作為莖粗；
將植株地上部分在60℃下烘烤72h后稱重得到地上部干重；
將植株根系洗凈后在60℃下烘烤72h后稱重得到地下部干重。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述生理指標(biāo)的測定方法包括：
采用乙醇提取法測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量；采用氮藍(lán)四唑NBT光還原法測定SOD活性；采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定POD活性；采用硫代巴比妥酸TBA顯色法測定MDA含量；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量；采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用浸泡法測定相對(duì)電導(dǎo)率；采用TTC法測定根系活力。
9.根據(jù)權(quán)利要求1 8中任一項(xiàng)所述的方法，其特征在于，所述工業(yè)大麻材料包括不同品種的工業(yè)大麻，通過對(duì)不同品種進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，可以篩選出耐澇性較強(qiáng)的工業(yè)大麻品種。
10.權(quán)利要求1 9中任一項(xiàng)所述方法在工業(yè)大麻育種中的應(yīng)用，其特征在于，通過對(duì)不同工業(yè)大麻品種或育種材料進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，篩選出耐澇性強(qiáng)的品種或個(gè)體，用于進(jìn)一步的育種工作。
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法技術(shù)領(lǐng)域，特別是基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法及其應(yīng)用。
背景技術(shù)
澇害是影響全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的主要環(huán)境因素之一，對(duì)作物生產(chǎn)安全造成嚴(yán)重危害。澇害對(duì)植物損傷的實(shí)質(zhì)在于水分過多而阻礙了植物與大氣間的氣體交換，使周圍氧氣濃度過低形成低氧或無氧狀態(tài)，導(dǎo)致植物受澇組織缺氧，而二氧化碳和乙烯等積累增加，致使植物生長受阻，作物產(chǎn)量降低。
大麻又被稱為漢麻、火麻，隸屬于大麻科大麻屬，是雌雄異株的一年生草本植物。工業(yè)大麻是不具備直接毒品利用價(jià)值的大麻品種類型，其植株中的致幻成分四氫大麻酚(THC)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)低于0.3％。目前，工業(yè)大麻在加拿大、美國以及歐洲、非洲、亞洲國家廣泛種植，是多用途、可持續(xù)、低環(huán)境影響的作物，被廣泛應(yīng)用于多個(gè)領(lǐng)域，如紡織、服裝、食品、飼料、化妝品、建筑、紙張、制藥行業(yè)等。大麻主要適種于溫帶季風(fēng)氣候區(qū)和亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)中的沙質(zhì)土和壤土環(huán)境，雖然需要充足水分才能高產(chǎn)，但工業(yè)大麻耐旱不耐澇。
近年來，隨著全球氣候變暖、冰川融化和極端天氣的頻發(fā)，以及雨季降水集中，多大雨、暴雨和連續(xù)性強(qiáng)降雨的發(fā)生，嚴(yán)重影響工業(yè)大麻的生長發(fā)育。而大多數(shù)工業(yè)大麻品種不耐澇，在生長發(fā)育的過程中容易受到澇害，導(dǎo)致產(chǎn)量下降、品質(zhì)降低等問題。澇害對(duì)工業(yè)大麻的影響主要表現(xiàn)在生長發(fā)育、生理代謝和抗逆能力等方面上，許多學(xué)者對(duì)工業(yè)大麻抗逆方面的研究主要集中在抗旱、鹽脅迫、溫度脅迫等方面，而對(duì)工業(yè)大麻耐澇性研究報(bào)道較少，特別是涉及工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法。目前，大多數(shù)評(píng)價(jià)方法主要采用主成分分析與隸屬函數(shù)法聯(lián)用，過程較為復(fù)雜、繁冗。而本發(fā)明通過計(jì)算耐澇系數(shù)，并使用相關(guān)系數(shù)確定核心指標(biāo)，減少評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量，再運(yùn)用熵值法(Entropy weight method)建立科學(xué)、可靠的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法，以此篩選工業(yè)大麻耐澇性種質(zhì)資源。
發(fā)明內(nèi)容
針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了基于耐澇系數(shù)、相關(guān)系數(shù)和熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法及其應(yīng)用，解決了上述背景技術(shù)中提出的大多數(shù)評(píng)價(jià)方法復(fù)雜且單一的問題。本發(fā)明通過結(jié)合形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)并計(jì)算耐澇系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，然后篩選核心指標(biāo)，減少評(píng)價(jià)指標(biāo)的數(shù)量，再運(yùn)用熵值法分析計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重和各品種的綜合得分，實(shí)現(xiàn)對(duì)各品種工業(yè)大麻耐澇能力的綜合評(píng)價(jià)。本發(fā)明采用的熵值法是常用于多指標(biāo)決策分析的方法，其計(jì)算原理基于信息熵理論。該方法可以將不同指標(biāo)的重要性進(jìn)行量化，并將其運(yùn)用于評(píng)價(jià)和排名等領(lǐng)域，可提高工業(yè)大麻材料耐澇性鑒別的效率和準(zhǔn)確率，為鑒定工業(yè)大麻耐澇能力強(qiáng)弱提供一個(gè)客觀、可靠的方法。
本發(fā)明提出了基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法，1.基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法，其特征在于，包括以下步驟：
首先，準(zhǔn)備工業(yè)大麻材料并進(jìn)行栽培，待植株生長至快速生長期約70cm高時(shí)，采用雙套盆法進(jìn)行澇害脅迫處理，其中將種植工業(yè)大麻的有孔花盆放入底部無孔的花盆中，每天定時(shí)補(bǔ)水使土壤含水量過飽和，并保持水面高出基質(zhì)土表面3cm；
然后，在澇害脅迫處理的第9天，測定工業(yè)大麻的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，其中形態(tài)指標(biāo)包括株高、莖粗、地上部干重和地下部干重，生理指標(biāo)包括葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量、超氧化物歧化酶SOD活性、過氧化物酶POD活性、丙二醛MDA含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率和根系活力；
接著，根據(jù)測定結(jié)果計(jì)算各指標(biāo)的耐澇系數(shù)，并進(jìn)行相關(guān)性分析以篩選核心指標(biāo)；
隨后，對(duì)篩選出的核心指標(biāo)進(jìn)行數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理，并運(yùn)用熵值法分析計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重；
最后，根據(jù)計(jì)算得到的指標(biāo)權(quán)重，計(jì)算綜合得分并進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)。
優(yōu)選地，所述耐澇系數(shù)β的計(jì)算公式為：
β＝澇害脅迫處理組測定值/對(duì)照組測定值
其中，對(duì)照組為正常水分處理組，β值越接近1，表示該指標(biāo)受澇害影響越小，耐澇性越強(qiáng)。
優(yōu)選地，所述相關(guān)性分析采用相關(guān)系數(shù)熱圖方法，通過計(jì)算各指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)，選擇與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性最大的生理指標(biāo)作為核心指標(biāo)，具體包括：
計(jì)算株高與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算莖粗與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算地上部干重與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)；
計(jì)算地下部干重與其他指標(biāo)的相關(guān)系數(shù)，選擇相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值最大的生理指標(biāo)。
優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理采用以下公式：
正向指標(biāo)：
逆向指標(biāo):
其中，X為指標(biāo)原始值，Xmin為指標(biāo)最小值，Xmax為指標(biāo)最大值；正向指標(biāo)指數(shù)值越大越好的指標(biāo)，逆向指標(biāo)指數(shù)值越小越好的指標(biāo)。
優(yōu)選地，所述熵值法分析包括以下步驟：
首先，計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)樣本值占該指標(biāo)總和的比重Pij：
其中，Xij為第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)樣本的標(biāo)準(zhǔn)化值；
然后，計(jì)算各指標(biāo)的信息熵ej：
其中，
n為樣本數(shù)；
接著，計(jì)算各指標(biāo)的信息效用值dj：
dj＝1 ej
最后，計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)Wj：
優(yōu)選地，所述綜合得分的計(jì)算方法為：
將各指標(biāo)的耐澇系數(shù)與對(duì)應(yīng)的權(quán)重系數(shù)相乘，然后進(jìn)行累加，得到最終的綜合得分，綜合得分越高，表示該工業(yè)大麻材料的耐澇性越強(qiáng)。
優(yōu)選地，所述形態(tài)指標(biāo)的測定方法包括：
使用卷尺測量以大麻莖稈底部為起點(diǎn)，尖端為終點(diǎn)的株高；
使用游標(biāo)卡尺測量距土面3cm處的主莖直徑作為莖粗；
將植株地上部分在60℃下烘烤72h后稱重得到地上部干重；
將植株根系洗凈后在60℃下烘烤72h后稱重得到地下部干重。
優(yōu)選地，所述生理指標(biāo)的測定方法包括：
采用乙醇提取法測定葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量和類胡蘿卜素含量；采用氮藍(lán)四唑NBT光還原法測定SOD活性；采用愈創(chuàng)木酚顯色法測定POD活性；采用硫代巴比妥酸TBA顯色法測定MDA含量；采用酸性茚三酮法測定脯氨酸含量；采用考馬斯亮藍(lán)法測定可溶性蛋白含量；采用蒽酮比色法測定可溶性糖含量；采用浸泡法測定相對(duì)電導(dǎo)率；采用TTC法測定根系活力。
優(yōu)選地，所述工業(yè)大麻材料包括不同品種的工業(yè)大麻，通過對(duì)不同品種進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，可以篩選出耐澇性較強(qiáng)的工業(yè)大麻品種。
所述方法在工業(yè)大麻育種中的應(yīng)用，通過對(duì)不同工業(yè)大麻品種或育種材料進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，篩選出耐澇性強(qiáng)的品種或個(gè)體，用于進(jìn)一步的育種工作。
本發(fā)明的有益效果主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
本發(fā)明的方法巧妙地結(jié)合了多個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)，形成了一個(gè)系統(tǒng)、高效的評(píng)價(jià)體系。雙套盆法為澇害脅迫處理提供了標(biāo)準(zhǔn)化的方法，確保了實(shí)驗(yàn)的可重復(fù)性。耐澇系數(shù)的引入使得不同指標(biāo)間具有可比性，為后續(xù)分析奠定了基礎(chǔ)。相關(guān)性分析篩選核心指標(biāo)的步驟有效降低了數(shù)據(jù)維度，避免了信息冗余。熵值法的應(yīng)用則解決了指標(biāo)權(quán)重確定的客觀性問題。這些步驟之間存在著緊密的邏輯關(guān)系和協(xié)同作用，共同構(gòu)成了一個(gè)完整、可靠的評(píng)價(jià)體系。
與其他作物的評(píng)價(jià)方法不同，本發(fā)明是基于耐澇系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，采用熵值法對(duì)工業(yè)大麻種質(zhì)資源耐澇性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：首先對(duì)工業(yè)大麻的生長生理等多項(xiàng)指標(biāo)用耐澇系數(shù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化，再通過相關(guān)系數(shù)篩選核心指標(biāo)，運(yùn)用熵值法分析計(jì)算各指標(biāo)的權(quán)重，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的權(quán)重相乘后進(jìn)行累加，即為各材料的“綜合得分”，根據(jù)綜合得分的高低得到各材料的耐澇性排名；本發(fā)明的評(píng)價(jià)結(jié)果與外部形態(tài)特征觀察基本一致，對(duì)于耐澇工業(yè)大麻種質(zhì)的篩選具有指導(dǎo)意義。
此外，現(xiàn)有的耐澇性評(píng)價(jià)方法大多采用單一指標(biāo)評(píng)價(jià)或主成分分析與隸屬函數(shù)法聯(lián)用，存在測定指標(biāo)過多、流程復(fù)雜、直觀性不夠等缺點(diǎn)；而本發(fā)明提供耐澇性評(píng)價(jià)的方法，是通過測定各類指標(biāo)計(jì)算出耐澇系數(shù)和相關(guān)系數(shù)，篩選出核心指標(biāo)，根據(jù)核心指標(biāo)運(yùn)用熵值法計(jì)算權(quán)重和綜合得分，然后做出是否具有較高耐澇性的評(píng)價(jià)，與現(xiàn)有技術(shù)相比，方法更加簡單、直觀，具有一定的先進(jìn)性。
附圖說明
圖1為本發(fā)明的澇害脅迫下不同工業(yè)大麻品種各指標(biāo)間的相關(guān)分析熱圖，圖中右上區(qū)域的數(shù)字為各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)，字體顏色越深，相關(guān)性越強(qiáng)，字體顏色越淺，相關(guān)性越弱；左下區(qū)域的方塊顏色越深，相關(guān)性越強(qiáng)，顏色越淺，相關(guān)性越弱。紅色表示正相關(guān)，藍(lán)色表示負(fù)相關(guān)。*表示顯著相關(guān)(p＜0.05)，**表示極顯著相關(guān)(p＜0.01)。
圖1
圖2為本發(fā)明實(shí)施例對(duì)工業(yè)大麻進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)的流程示意圖；
圖2
圖3為本發(fā)明實(shí)施例中不同工業(yè)大麻品種澇害脅迫第9d時(shí)的整體形態(tài)示意圖。
圖3
注：CK為正常水分處理；WS為澇害脅迫處理。
具體實(shí)施方式
為了更進(jìn)一步闡述本發(fā)明為達(dá)成預(yù)定發(fā)明目的所采取的技術(shù)手段及功效，以下結(jié)合附圖及較佳實(shí)施例，其具體實(shí)施方式、結(jié)構(gòu)、特征及其功效，詳細(xì)說明如下。在下述說明中，不同的“一個(gè)實(shí)施例”或“另一個(gè)實(shí)施例”指的不一定是同一實(shí)施例。此外，一或多個(gè)實(shí)施例中的特定特征、結(jié)構(gòu)或特點(diǎn)可由任何合適形式組合。
除非另有定義，本文所使用的所有的技術(shù)和科學(xué)術(shù)語與屬于本發(fā)明的技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員通常理解的含義相同。
參閱圖1 3，本實(shí)施例以5個(gè)工業(yè)大麻品種作為研究對(duì)象，采用“雙套盆法”進(jìn)行澇害脅迫處理，結(jié)合形態(tài)指標(biāo)與生理指標(biāo)，分析其株高、莖粗、地上部干重和地下部干重4個(gè)形態(tài)指標(biāo)及其葉綠素a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率和根系活力(TTC還原強(qiáng)度)12個(gè)生理指標(biāo)的變化，計(jì)算耐澇系數(shù)和進(jìn)行相關(guān)系數(shù)分析，選擇形態(tài)指標(biāo)以及與各形態(tài)指標(biāo)相關(guān)性最大的生理指標(biāo)，應(yīng)用熵值法進(jìn)行權(quán)重計(jì)算和排名，對(duì)工業(yè)大麻耐澇性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。
本發(fā)明提供了基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法及其應(yīng)用
該方法包括以下步驟：
1.準(zhǔn)備工業(yè)大麻材料并進(jìn)行栽培：
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，選用4個(gè)云南主要推廣的工業(yè)大麻品種‘云麻1號(hào)’?‘云麻7號(hào)’?‘云麻8號(hào)’?‘云麻10號(hào)’和1個(gè)廣西主要推廣的工業(yè)大麻品種‘巴馬火麻’為供試材料。在云南大學(xué)資源植物研究院/農(nóng)學(xué)院對(duì)以上收集到的5個(gè)工業(yè)大麻品種進(jìn)行澇害脅迫試驗(yàn)。這些品種代表了目前主要推廣的工業(yè)大麻品種，具有較好的代表性。
2“.雙套盆法”模擬澇害脅迫：
將5種材料的種子分別播種于塑料花盆中，花盆規(guī)格為底部有孔，外口徑、內(nèi)口徑、底徑、高分別為32、27、17和20cm。種植基質(zhì)為泥炭營養(yǎng)土：園土：珍珠巖＝5:4:1(v:v:v)的混合基質(zhì)，質(zhì)量約為泥炭營養(yǎng)土0.8kg、園土3.75kg、珍珠巖0.1kg，且每盆拌10g復(fù)合肥(N+P2O5+K2O≥38.0％)作為基肥，這種配比可以為工業(yè)大麻幼苗提供良好的生長環(huán)境。每個(gè)品種種6盆，每盆播種18粒種子，出苗后待幼苗長至3對(duì)真葉時(shí)進(jìn)行間苗，每盆定苗6株。這樣可以確保每株植物有足夠的生長空間，避免因植株過密而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。期間，正常管理，每天上午9點(diǎn)澆水，每盆澆500ml(陰雨天氣視情況而定)，保證基質(zhì)土壤表面潮濕但不積水。在間苗后視大麻情況使用復(fù)合肥或尿素進(jìn)行追肥。在工業(yè)大麻快速生長期(約70cm高)時(shí)，對(duì)5個(gè)工業(yè)大麻品種進(jìn)行澇害脅迫處理。
各供試材料被分為正常水分處理組(CK)和澇害脅迫處理組(Waterlogging stress，WS)，CK正常澆水，每天上午9點(diǎn)澆水，每盆澆500ml，WS采用“雙套盆法”，將種植工業(yè)大麻的有孔花盆放入底部無孔的花盆(外口徑、內(nèi)口徑、底徑、高分別為34、29、18和22cm)中進(jìn)行澇害脅迫處理，每天上午9點(diǎn)和下午6點(diǎn)補(bǔ)水，使土壤含水量過飽和，保持水面高出基質(zhì)土表面3cm。這種處理方法可以確保植物根系始終處于過濕環(huán)境中，從而誘導(dǎo)澇害反應(yīng)。
3.澇害脅迫后取樣時(shí)間點(diǎn)的確定：
在澇害脅迫處理的第9天，對(duì)工業(yè)大麻的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)進(jìn)行測定。選擇第9天進(jìn)行測定是因?yàn)榇藭r(shí)大部分植株已經(jīng)顯現(xiàn)出不同程度的澇害癥狀，如葉片萎蔫或枯黃，但尚未致死。這個(gè)時(shí)間點(diǎn)可以很好地反映出不同品種對(duì)澇害的耐受能力差異。
4.指標(biāo)測定：
測定各工業(yè)大麻品種的形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)，在進(jìn)行指標(biāo)測定前，隨機(jī)選取不同品種不同處理?xiàng)l件下的植株各1盆進(jìn)行拍照，并選取不同品種不同處理?xiàng)l件下的3株供試植株用于各項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)和生理指標(biāo)的測定，其中，生理指標(biāo)在每組中隨機(jī)選擇3株大麻的第2～5對(duì)展開葉(避開葉脈)或根進(jìn)行測量，結(jié)果取平均值。
形態(tài)指標(biāo)包括株高、莖粗、地上部干重、地下部干重。其中，株高用卷尺測量以大麻莖稈底部為起點(diǎn)，尖端為終點(diǎn)的株高；莖粗用游標(biāo)卡尺(精度0.01cm)測量距土面3cm處的主莖直徑；地上部干重將植株地上部分放入烘箱中，溫度60℃烘烤72h，取出稱重；地下部干重將植株挖出根系，用清水輕輕洗去土壤，濾紙吸干表面水分，放入烘箱中，溫度60℃烘烤72h，取出稱重。這些形態(tài)指標(biāo)可以直觀地反映出植物在澇害條件下的生長狀況。
生理指標(biāo)包括葉綠素含量a含量、葉綠素b含量、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量、超氧化物歧化酶(SOD)活性、過氧化物酶(POD)活性、丙二醛(MDA)含量、脯氨酸含量、可溶性蛋白含量、可溶性糖含量、相對(duì)電導(dǎo)率、根系活力(TTC還原強(qiáng)度)。其中，葉綠素a、葉綠素b、葉綠素總含量、類胡蘿卜素含量采用乙醇提取法測定，SOD活性采用氮藍(lán)四唑(NBT)光還原法測定，POD活性釆用愈創(chuàng)木酚顯色法測定，MDA含量采用硫代巴比妥酸(TBA)顯色法測定，脯氨酸含量采用酸性茚三酮法測定，可溶性蛋白含量采用考馬斯亮藍(lán)法測定，可溶性糖含量采用蒽酮比色法測定，相對(duì)電導(dǎo)率采用浸泡法測定，根系活力采用TTC法測定。這些生理指標(biāo)可以從不同角度反映植物在澇害脅迫下的生理響應(yīng)，為全面評(píng)價(jià)耐澇性提供了豐富的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)。
5.耐澇系數(shù)的計(jì)算：
對(duì)所選的16個(gè)形態(tài)指標(biāo)及生理指標(biāo)使用Microsoft Excel 2021進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析，并根據(jù)正常水分處理組(CK)和澇害脅迫處理組(Waterlogging stress，WS)的測定值進(jìn)行耐澇系數(shù)(β)的計(jì)算。
耐澇系數(shù)(β)的計(jì)算：
耐澇系數(shù)(β)＝澇害脅迫處理組測定值/對(duì)照組測定值。
其中，對(duì)照組為正常水分處理組。β值越接近1，表示該指標(biāo)受澇害影響越小，耐澇性越強(qiáng)。這種處理方法可以將不同指標(biāo)的數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，便于后續(xù)的比較和分析。
表1 各指標(biāo)的耐澇系數(shù)(β)
6.相關(guān)系數(shù)分析：
利用Origin 2021繪制相關(guān)系數(shù)熱圖。對(duì)澇害脅迫下5個(gè)工業(yè)大麻品種的16個(gè)指標(biāo)進(jìn)行相關(guān)分析，篩選與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)較高的生理指標(biāo)，結(jié)果表明，株高與地下部干重極顯著相關(guān)(p＜0.01，下同)，相關(guān)系數(shù)為0.99，與類胡蘿卜素含量顯著相關(guān)(p＜0.05，下同)，相關(guān)系數(shù)為0.96；莖粗與各生理指標(biāo)的相關(guān)性均未達(dá)顯著水平，但莖粗與脯氨酸含量的相關(guān)系數(shù)最高，為0.77；地上部干重與地下部干重顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為0.91，與葉綠素b含量極顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)為 0.97；地下部干重與葉綠素b和類胡蘿卜素含量顯著相關(guān)，相關(guān)系數(shù)分別為 0.88和0.93(圖1)。這種方法可以有效降低指標(biāo)數(shù)量，避免信息冗余，提高評(píng)價(jià)的效率和準(zhǔn)確性。
綜上所述，除4個(gè)形態(tài)指標(biāo)外，共選取了3個(gè)與形態(tài)指標(biāo)相關(guān)系數(shù)較高的生理指標(biāo)，分別是類胡蘿卜素含量、脯氨酸含量和葉綠素b含量進(jìn)行耐澇性綜合評(píng)價(jià)。
7.耐澇性綜合評(píng)價(jià)：熵值法分析
以各工業(yè)大麻品種的形態(tài)指標(biāo)以及相關(guān)系數(shù)分析篩選出的生理指標(biāo)的耐澇系數(shù)為基礎(chǔ)，運(yùn)用Excel2021和SPSSAP 在線SPSS分析軟件完成權(quán)重計(jì)算，對(duì)澇害脅迫下5個(gè)工業(yè)大麻品種的4項(xiàng)形態(tài)指標(biāo)及3項(xiàng)生理指標(biāo)的耐澇系數(shù)進(jìn)行熵值法分析。
7.1方向及量綱處理：
正向指標(biāo)：
逆向指標(biāo)
其中，正向指標(biāo)是指數(shù)據(jù)越大越好的指標(biāo)，逆向指標(biāo)是指數(shù)據(jù)越小越好的指標(biāo)；Xmin表示指標(biāo)最小值，Xmax表示指標(biāo)最大值。這種處理可以消除不同指標(biāo)間的量綱差異，使數(shù)據(jù)具有可比性。
7.2熵值法計(jì)算公式：
(1)信息熵值e：
①計(jì)算第j項(xiàng)指標(biāo)下第i個(gè)樣本值占比重：
②計(jì)算各指標(biāo)的信息熵:
其中，
(2)信息效用值djdj＝1 ej
(3)權(quán)重系數(shù)值Wj：
熵值法的優(yōu)勢(shì)在于可以客觀地確定各指標(biāo)的權(quán)重，避免主觀因素的影響。
由表2可以看出，使用熵值法對(duì)株高、莖粗、地上部干重、地下部干重、葉綠素b含量、類胡蘿卜素含量和脯氨酸含量進(jìn)行權(quán)重計(jì)算，其權(quán)重值分別是0.198、0.080、0.167、0.198、0.091、0.160、0.106。并且各指標(biāo)間的權(quán)重相對(duì)較為均勻，均在0.143附近。這些權(quán)重反映了各指標(biāo)在評(píng)價(jià)工業(yè)大麻耐澇性中的相對(duì)重要性。
表2 熵值法計(jì)算權(quán)重結(jié)果匯總
8、計(jì)算綜合得分：
綜合得分是熵值法用于最終綜合評(píng)價(jià)的決定性指標(biāo)，得到各指標(biāo)權(quán)重后，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)與對(duì)應(yīng)的權(quán)重相乘后進(jìn)行累加，即為“綜合得分”。綜合得分越高，品種耐澇性越好。
結(jié)果表明，5個(gè)工業(yè)大麻品種的耐澇性排名為‘云麻7號(hào)’>‘云麻8號(hào)’>‘云麻10號(hào)’>‘云麻1號(hào)’>‘巴馬火麻’,5個(gè)品種中,‘云麻7號(hào)’的綜合得分最高，為0.812，所以耐澇性最強(qiáng)，‘巴馬火麻’的綜合得分最低，為0.222，耐澇性最弱(表3)。
表3 熵值法計(jì)算工業(yè)大麻品種的綜合得分及耐澇性排名
本發(fā)明方法的一個(gè)重要應(yīng)用是在工業(yè)大麻育種中篩選耐澇性強(qiáng)的品種或個(gè)體。通過對(duì)不同工業(yè)大麻品種或育種材料進(jìn)行耐澇性評(píng)價(jià)，育種工作者可以快速、準(zhǔn)確地識(shí)別出具有較強(qiáng)耐澇性的材料，用于進(jìn)一步的育種工作。這對(duì)于提高工業(yè)大麻的抗逆性，特別是在氣候變化背景下提高其適應(yīng)能力具有重要意義。
總的來說，本發(fā)明提供的基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)方法具有以下優(yōu)點(diǎn)：首先，它綜合考慮了形態(tài)和生理指標(biāo)，全面反映了植物的耐澇特性；其次，通過引入耐澇系數(shù)和相關(guān)性分析，有效簡化了評(píng)價(jià)過程；再次，采用熵值法確定指標(biāo)權(quán)重，避免了主觀因素的影響；最后，該方法操作簡單，評(píng)價(jià)結(jié)果直觀，易于在實(shí)際育種工作中應(yīng)用。這些特點(diǎn)使得本方法在工業(yè)大麻耐澇性評(píng)價(jià)和育種領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。
需要說明的是：以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
文章摘自:國家發(fā)明專利，基于熵值法的工業(yè)大麻耐澇性綜合評(píng)價(jià)的方法及其應(yīng)用，發(fā)明人:杜光輝，王珊珊，陳繼康，湯開磊，歐陽文靜，申請(qǐng)?zhí)?/font>:202411551688.2，申請(qǐng)日:2024.11.01。
