多变量分析在不同的玉米杂交种籽粒产量及其归因特征变得炎热和干旱胁迫

文摘

这项研究进行了评估F1单一cross-maize混合动力车在四个农作物生长季节(2010 - 2012)。形态特征和生理参数的十二个玉米杂交种进行评估(i)构建种子产量方程(2)来确定粮食产量将良好的玉米基因型特征使用先前未知的双向分层聚类的方法。在种子产量预测方程光合速率最高的变异(46%)。主成分分析数据显示,研究特征贡献了90.55%依赖结构的变化。从因素分析,我们发现1贡献49.6%变异因素((即)与主重要的特征。,number of leaves per plant, plant height, stem diameter, fresh leaves weight, leaf area, stomata conductance, substomata CO₂吸收速率和光合速率)。双向分层聚类的结果表明,集群三世已经优于基因型H₁₂(苏丹×Soneri)以及最密切相关的特征(光合速率、气孔导度、substomata有限公司₂吸收速率、叶绿素含量、叶面积和新鲜的干重量)。我们的数据表明,H₁₂(苏丹×Soneri)拥有粮食单产最高的植物在环境压力条件下,最有可能存在在干旱和半干旱气候条件下,比如在巴基斯坦。

1。介绍

玉米(玉米l .)是全球最普遍栽培作物之一(1,2]。炎热和干旱压力已成为全球一个常见的问题,可以减少玉米作物生产力(3]。玉米基因型的正确的选择对于一个给定的地区是一个至关重要的实践来获得不同的玉米杂交种籽粒产量高(4]。定量评价特征的田间试验依赖于土壤异质性(5),实验材料的遗传变异性(6,生物和非生物因素7]。除了炎热和干旱压力、动力学和interseasonal水资源变化是另一种常见的和重要的问题,可能会导致降低籽粒产量的玉米杂交种在世界的不同地区(8]。几项研究进行了解玉米物候学(植物开发率)和生理功能(内部流程)在不同季节和地区(9]。一个众所周知的事实是,高温度应力和低灌溉制度可以限制某些因素在玉米,从而减少植物生物量低于目标(7.5吨/亩)水平(10,11]。

考虑这些重要,尽管部分解决,研究方面,我们进行了实地研究连续四作物生长季节(2010 - 2011和2011 - 2012年)。本研究的目的是为了演示结合季节性变化对玉米籽粒产量的影响及其归因特征的玉米杂交种在高温(> 45°C)和干旱胁迫条件。双向分层聚类是用于生产集群内部和之间的基因型和特征有效的选择。这允许我们开发一个模型来预测单株籽粒产量从而选择高产玉米杂交种的最有前途的特质在压力环境调查。

2。材料和方法

2.1。实验的细节

四个玉米自交系:agaiti - 85 (P₁)_,金色(P₂),Soneri (P₃)和苏丹(P₄从F)₇人口(纯度99.25%)在高温(> 45°C)和干旱胁迫条件选择在农业大学2009 - 2010年期间,费萨尔巴德,巴基斯坦(31°26′N, 73°06′E)。两个灌溉制度应用到每个情节隔周去一次。实验网站已经成功下了50多年持续农业。结构类土壤粘壤土,土壤pH值为7.81(土壤:水、1:5)。土壤中有机质含量平均为1.76%,相对有机质含量高于平均水平,由于添加小麦茬口每年在实验现场。

2.2。遗传物质

父母的线交叉在一个完整的双重的时尚发展F₁单一的交叉混合动力车。玉米杂交种是H₁(agaiti - 85×黄金),H₂(agaiti - 85×Soneri), H₃(agaiti - 85×苏丹),H₄(黄金×agaiti - 85), H₅(黄金×Soneri), H₆(黄金×苏丹),H₇(Soneri×agaiti - 85), H₈(Soneri×黄金),H₉(Soneri×苏丹),H₁₀(苏丹×agaiti - 85), H₁₁(苏丹×黄金)和H₁₂(苏丹×Soneri)。

玉米植物被种植在随机完全区组设计领域(RCBD)和五个复制/基因型。混合动力车进行评估的籽粒产量连续四个农作物生长季节:2011年和2012年2月和8月。结合数据用于统计分析减少作物生长季节的影响优化粮食产量及其归因特征的作物生长季节。

每个情节都3 m×3 m大小。行间和植株距离是75厘米和15厘米,分别,每一行有15植物。种子播种是使用点播器完成的。两个种子播种/山的每个基因型和后20天减少到一个工厂/山。所有推荐的文化和农艺实践如如何、修剪、灌溉、施肥、除草是在作物生长季节。

随机抽样10株/块每个基因型是衡量以下特征:叶绿素含量(Ch.c),株高(PH),茎直径(SD),新鲜的干重量(FSW),每个植物的叶子数(nlp),新鲜的叶子重量(FLW),新鲜的叶子体重抑制重量比(FLSWR),叶面积(LA),叶片长度(LL)从锐角,叶宽度(LW),蒸腾速率(),叶片温度(LT)、光合速率(),气孔导度(),substomata有限公司₂吸收速率(),粮食产量(GY)工厂。粮食产量在千克每公顷。

2.3。玉米作物的物候数据

不同作物生长阶段的数据如出苗率、吐丝和生理成熟的玉米植株对每个实验记录。

2.4。绿色饲料产量及其分区

株高、叶片长度、叶片宽度用卷尺测量。新鲜的叶重和新鲜的干体重记录。数字游标卡尺是用来测量杆直径测量计算平均值的阀杆直径在基底,中间,和部分。

2.5。生理参数:辐射俘获、叶片温度和有限公司₂吸收

绿色叶面积决定根据每个工厂(12]。红外线气体分析仪(IRGA LCi光合系统,ADC生物科学有限公司,软件版本2)使用每天上午晚些时候,中午,和下午早些时候,孕穗期期间连续四个农作物生长季节。这允许我们测量的生理参数光合速率()、蒸腾速率()、气孔导度、(),substomata有限公司₂吸收速率(),叶片温度(LT)。SPAD叶绿素计是用来测量叶绿素含量。

2.6。粮食产量

在收获,10植物的每个基因型采样。玉米穗轴从植物的基因型是收获记录每个植物籽粒产量。谷物的水分水平调整(14 - 15.5%)140克/公斤(13为未来的繁殖计划)。

2.7。统计程序

双向方差分析(方差分析)是用来确定显著差异对籽粒产量及其归因特征。之间的逐步多元线性回归进行种子产量及其归因特征构建种子产量方程。GenStat版本12软件被用于统计分析的数据。多变量分析(PROC混合SAS 9.1版本,执行SAS研究所(14])对主成分分析、因子分析和双向分层聚类。

3所示。结果与讨论

在目前的研究中,方差分析研究特征的玉米杂交种(表S1,在网上补充材料http://dx.doi.org/10.1155/2015/563869)显示显著差异()。父母的基因型(苏丹和Soneri), DMRT被发现显著()每棵植株的谷物产量(837和812 g / m²、职责)如表所示S2。在所有研究玉米杂交种,H₁₂(苏丹×Soneri)被发现是重要的()的籽粒产量最高(1781 g / m²)(补充材料,表S3)。

对混合H₁₂ ,,Ch.c。,和SDtraits had the significant mean values ()。先前的研究[4,15,16]表明DMRT区分提供了重要的手段在检查形态生理和农艺性状的影响在玉米杂交种籽粒产量。在玉米杂交种子产量预测方程(17- - - - - -19),我们使用逐步回归模型。发现光合速率贡献了很大变化(46%)所有特征(表的价值1)为74%。

最好的粮食产量预测方程在本研究如下:

我们表明,光合速率贡献最大的变化(表1)种子产量预测方程,但它可能是偏见先前的文献也报道逐步回归的误差效应(19在处理大量的独立变量。Cirilo et al。13]PCA用于克服大量的独立变量的影响繁殖实验,发现总体认为依赖结构的变化。同样,Greenacre [20.)报道,特征值(PCA)最重要的数值诊断评估变化原因的数量大变量依赖结构矩阵及其数据在图形显示。

使用各种性状进行主成分分析进行调查(补充材料,表S4)和三个主要组件(pc)观察:PC1 PC2,生物(图1(一))。他们的特征值大于1(图1 (b))和PC1、PC2和生物变异的72%,28%,和10%,分别。累计这三个电脑造成粮食单产变异植物总数的89.6%。基于主成分分析,我们进行因子分析(FA)来确定潜在的因素或变量(表组2和表S5(补充材料))。第一个因素是“中包含的变量,,nlp, PH值、FLW FLSWR, LA”解释的总方差49.85%每棵植株的谷物产量从而显示高度重视研究玉米杂交种的主要选择。

我们的研究结果也支持Filipovićet al。21)展示了因子分析的作用有效选择标准在玉米育种项目。此外,制作组或集群正在研究玉米基因型是一种有效的工具选择过程中尽量减少植物池(6,22,23]。之前的文献描述的使用单向聚类分析(intrarelationship),但缺乏有效的信息分组之间的混合动力车和特征是在这项研究中。双向分层聚类是用来探索可能的内部,同时混合动力车和特征之间的相互关系。这种关系使我们能够开发新的、最有效的方法所需的特征选择培育高产品种(H₁₂)在干旱/半干旱地区(图2)。“traits-specific”的双向分层聚类演示了关系基于层次结构的基因型的关系。在目前的研究中,我们获得了三个集群包括集群,集群II, III和集群。这是发现集群三世基因型H₁₂(苏丹×Soneri)与其密切相关的形态生理特征(,,,Ch.c。,拉,和的焊)(Figure2)。这表明,在未来的繁殖计划的H₁₂,这些特征很重要,主要选择增加粮食产量在高温度应力和低灌溉制度。此外,这种方法被证明是更有效的,因为它减少了成本,金钱,时间,疗效更好的选择玉米作物改良计划。然而,需要进一步的研究应该涵盖不同年份和地点。

4所示。结论

目前的研究提供了洞察耐旱和耐热等干旱/半干旱地区玉米杂交种巴基斯坦。使用双向分层聚类的新方法,使我们能够开发混合动力车和形态生理特征之间的关系。我们用生理的组合策略和评价玉米杂交育种方法在连续四个作物生长季节的两年(2010 - 2011和2011 - 2012年)。结果表明,H₁₂拥有最高的粮食产量在高温度应力和低灌溉制度。我们的研究结果也提供了见解理解GT因子,这被认为是有价值的未来在玉米育种项目。然而,进一步的研究是必要的在不同的地点和气候条件。

缩写

DMRT:	邓肯的多个测试范围
主成分分析:	主成分分析
费尔南多-阿隆索:	因子分析。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

作者感谢植物育种和遗传学、农业大学费萨尔巴德,巴基斯坦,提供必要的基因组的玉米和研究设施。第一作者感谢博士副教授Anwar-ul-Haq(土壤和环境科学研究所农业大学费萨尔巴德,巴基斯坦)提供IRGA和SPAD叶绿素计。

补充材料

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