全 文 ：作物学报 ACTA AGRONOMICA SINICA 2013, 39(8): 1425−1433 http://www.chinacrops.org/zwxb/
ISSN 0496-3490; CODEN TSHPA9 E-mail: xbzw@chinajournal.net.cn

本研究由国家重点基础研究发展计划(973计划)项目(2011CB109304-2)和国家现代农业产业技术体系建设专项(CARS-15)资助。
* 通讯作者(Corresponding author): 张秀荣, E-mail: zhangxr@oilcrops.cn, Tel: 027-86811836
第一作者联系方式: E-mail: ldh360681@163.com, Tel: 027-86832099
Received(收稿日期): 2012-12-31; Accepted(接受日期): 2013-04-22; Published online(网络出版日期): 2013-05-20.
URL: http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20130520.1157.003.html
DOI: 10.3724/SP.J.1006.2013.01425
芝麻耐旱性的鉴定方法及关联分析
黎冬华 1 刘文萍 2 张艳欣 1 王林海 1 危文亮 1 高 媛 1 丁 霞 1
王 蕾 1 张秀荣 1,*
1中国农业科学院油料作物研究所 / 农业部油料作物生物学与遗传育种重点实验室, 湖北武汉 430062; 2 山西省农业科学院经济作物
研究所, 山西汾阳 032230
摘 要: 为了解芝麻的耐旱性及获得与芝麻耐旱性相关的分子标记, 在发芽期, 采用不同浓度 PEG 6000处理不同来
源不同种皮颜色的 10 份芝麻品种, 测定其形态特征和生理特征及各指标的差异显著性。结果表明, 模拟芝麻干旱处
理的最佳 PEG6000 浓度为 15%; 综合各项指标的主成分分析、最优回归方程分析及相关性分析表明, 相对成苗率可
以作为芝麻发芽期耐旱性鉴定的关键指标; 利用上述方法对 216 份核心种质资源群体进行耐旱性鉴定, 相对成苗率
耐旱系数值位于 12.15%~93.52%, 平均为 60.74%, 变异系数为 25.22, 变异丰富且呈正态分布; 资源群体的耐旱性指
标值与 608个多态性标记位点的关联分析, 获得与芝麻发芽期耐旱性有显著关联的标记 30 个(P<0.05), 解释率在
1.99%~4.96%之间, 平均 2.84%。试验表明, 相对成苗率是最适且最方便的耐旱性鉴定指标, 适用于芝麻资源的耐旱
性鉴定。
关键词: 芝麻; 发芽期; PEG 6000; 耐旱鉴定; 关联分析
Identification Method of Drought Tolerance and Association Mapping for
Sesame (Sesamum indicum L.)
LI Dong-Hua1, LIU Wen-Ping2, ZHANG Yan-Xin1, WANG Lin-Hai1, WEI Wen-Liang1, GAO Yuan1, DING
Xia1, WANG Lei1, and ZHANG Xiu-Rong1,*
1 Oil Crops Research Institute of Chinese Academy of Agricultural Sciences / Key Laboratory of Biology and Genetic Improvement of Oil Crops,
Ministry of Agriculture, Wuhan 430062, China; 2 Industrial Crop Institute, Shanxi Academy of Agricultural Sciences, Fenyang 032230, China
Abstract: This research aims at understanding the drought tolerance of sesame germplasm and getting related molecular markers.
Ten sesame varieties with different seed coat colors from separate origins were treated with PEG6000 with different concentra-
tions, and the relative shoot length, relative fresh weight, relative seedling rate and the relative vigor index of the ten sesame vari-
eties were investigated and analyses. The result showed 15% PEG6000 was proper for testing sesame drought tolerance. A com-
prehensive analysis based on principal component, regression equation and correlation showed that the relative seedling rate could
be used as a key indicator to identify drought tolerance of sesame at germination stage. Using the method above, drought tolerance
of 216 core collections during germination period was studied, the drought tolerance coefficients of sprout percentage were from
12.15% to 93.52%, the average was 60.74%, the coefficient of variation was 25.22, sprout abundant variation and accordant with
normal distribution; together with marker screening, 30 loci were significantly (P<0.05) associated with sesame drought tolerance
at germination stage, explaining the phenotypic variation from 1.99% to 4.96%, with an average of 2.84%. So the relative seedling
rate is the most suitable and most convenient drought tolerance index, which is suitable for drought tolerance identification of
sesame resources.
Keywords: Sesame; Germination; PEG 6000; Drought tolerance identification; Association mapping
芝麻(Sesamum indicum L.)是我国重要的特色油
料作物, 栽培历史悠久, 在全国范围内都有种植[1]。
我国芝麻受旱问题比较复杂, 江淮流域主产区在播
种出苗期、苗期和盛花期存在季节性干旱, 西北、
1426 作 物 学 报 第 39卷

华北、华南等地区多数年份发生地域性干旱, 播种
出苗期尤为严重, 影响苗齐、苗壮和开花结蒴, 均造
成产量降低[2]。
国内外对玉米、水稻、大豆、小麦、花生、油
菜等[3-8]作物的耐旱性都进行了系统深入的研究。利
用 PEG6000 模拟干旱条件鉴定耐旱资源的方法, 在
其他作物中已经得到深入的研究和应用。由于不同作
物对水分的敏感程度不同 , 用于鉴定的最佳
PEG6000 浓度、处理方法也不同 [9-13], 浓度一般在
10%~20%, 处理方法有种子萌动浸泡若干小时[14]、芽
期和苗期胁迫若干天等[15-16]。胁迫处理后测定的指标
分为形态指标和生理指标[17-19], 前者有芽长、根长、
鲜重、成苗率、发芽率、株高等, 后者主要包括质膜
透性、各种保护性酶活(POD/SOD/CAT 等)、脯氨酸
含量、MDA 含量、可溶性糖含量、根系活力、叶绿
素含量、光合效率等。PEG6000模拟的耐旱鉴定并无
某个或某些公认的指标, 前人研究一般都经综合分
析获得综合指标[20]。植物耐旱性属于数量性状, 受多
基因控制, 借助分子标记技术, 采用适当的统计学方
法可以确定控制耐旱性状的相关基因在染色体上的
位置及其效应[21]; 通过连锁分子标记, 可实现耐旱性
的分子标记辅助选择[22]。我国芝麻耐旱性研究报道较
少[23-24], 且耐旱资源的鉴定工作还处于空白。
本研究拟采用不同浓度 PEG6000胁迫发芽芝麻
种子, 通过表型和生理生化指标分析 , 旨在建立一
种鉴定芝麻耐旱性的方法, 并对芝麻核心种质群体
进行耐旱性鉴定 , 以期发掘耐旱种质 , 获得关联的
分子标记, 为芝麻耐旱性研究和改良提供依据。
1 材料与方法
1.1 试验材料
10份来源不同、种皮颜色不同的材料[河南郑州
芝麻(ZZM0627)、河南上蔡芝麻(ZZM0624)、安徽阜
南芝麻 (ZZM1086)、木镇白 (ZZM3495)、霸王鞭
(ZZM1968)、长果黄 (ZZM2458)、湖北崇阳芝麻
(ZZM2631)、湖北江陵芝麻(ZZM1232)、湖南临湘芝
麻(ZZM3938)和千层塔(ZZM2820)]和 216 份核心种
质资源(河南 21份、安徽 44份、江苏 2份、陕西 50
份、四川 21份、湖北 56份、湖南 3份、江西 19份)
均由国家芝麻种质资源中期库(中国农业科学院油
料作物研究所, 湖北武汉)提供, 在武汉能正常生长
发育。PEG6000 (化学纯, 平均分子量 6000)由上海
市国药集团化学试剂有限公司生产。
1.2 试验方法
用蒸馏水配制浓度为 5%、10%、15%、20%、
25%和 30%的 PEG6000 溶液 , 根据 Michel 和
Kaufmann[25]于 1973年报道公式, Ψs = –(1.18×10–2)С–
(1.18×10–4)С2+(2.67×10–4)СТ+(8.39×10–7)С2Т。其中
Ψs为渗透能力, 单位为 bars; С为 PEG-6000溶液浓
度, 单位为 g kg–1 H2O; Т为 PEG-6000溶液所处的环
境温度, 单位为℃, 本实验所选的 6 种 PEG 浓度在
28℃条件下所具有的渗透能力分别为–0.45、–1.38、
–2.78、–4.65、–6.99和–9.80 bars。
参考国家标准 GB/T3543.4-1995, 用直径为 9
cm 的培养皿铺上 2 层滤纸, 每皿摆 50 粒芝麻种子,
分别加 6种浓度 PEG-6000溶液 10 mL, 对照加蒸馏
水 10 mL, 于 28℃黑暗培养箱中发芽, 5 d后调查发
芽率(期间添加相应浓度 PEG-6000, 保证渗透势不
变), 每皿随机选取 10株生长正常幼苗测定其芽长、
根长、鲜重等指标, 并统计正常苗数, 取 0.5 g幼苗
用于酶活测定、0.1 g幼苗用于丙二醛和可溶性糖测
定、0.1 g幼苗用于脯氨酸测定及 0.5 g幼苗用于相
对电导率测定。试验设置重复 3次。
相对根长 (%)=(处理苗平均根长 /对照平均根
长)×100
相对芽长 (%)=(处理苗平均芽长 /对照平均芽
长)×100
相对鲜重(%)=(处理苗平均单苗鲜重 /对照平均
单苗鲜重)×100
相对成苗率(%)=(处理平均成苗率 /对照平均成
苗率)×100
简易活力指数=处理平均成苗率×处理平均芽长
相对活力指数(%)＝(处理平均成苗率×处理平
均芽长)/(对照平均成苗率×对照平均芽长)×100
单位电导率(mS cm–1 g–1)=电导率/苗鲜重
用 NBT 光化还原法 [26]测超氧化物歧化酶
(superoxide dismutase, SOD)活性、用分光光度法[26]测
过氧化氢酶(catalase, CAT)活性、用愈创木酚法[26]测过
氧化物酶(peroxidase, POD)活性、用酸性茚三酮比色
法[27]测游离脯氨酸(proline, Pro)含量、用硫代巴比妥酸
法[28]测丙二醛(malondiadehyde, MDA)含量。参照 Leul
和 Zhou [29]的方法用 DDS-12A型电导仪测定电导率。
1.3 耐旱胁迫能力的综合评价
单项指标耐旱系数 α (%)=处理区测定值/对照区
测定值×100% (1)
用 SAS9.1软件完成主成分分析、聚类分析、逐
第 8期 黎冬华等: 芝麻耐旱性的鉴定方法及关联分析 1427


步回归分析及相关性分析。
1.4 DNA提取及分子标记分析
取幼嫩的芝麻叶片按照吕海霞等[30]方法提取基
因组 DNA, 用 RNaseA消化除去 RNA, 0.6%琼脂糖
凝胶电泳检测 DNA完整性, 采用紫外分光核酸测定
仪测定 DNA质量和浓度, 并将样品 DNA稀释至 20
ng μL–1, –20℃保存备用。从芝麻遗传连锁图谱上每
隔 10 cM均匀选取 20对 SSR标记、43对 SRAP标
记及 16 对 AFLP 组合, 对供试群体 DNA 进行扩增,
SSR和 SRAP标记采用的 PCR反应体系及扩增程序
参照文献[31], AFLP标记采用的 PCR反应体系及扩
增程序参照文献[32], PCR 扩增产物经 6%的聚丙烯
酰胺凝胶电泳分离[33]和银染显影[30]。
1.5 统计分析
1.5.1 遗传多样性、连锁不平衡、群体结构分析及
方差分析 使用 POPGENE1.32软件[34]计算群体
的遗传多样性指数(Shannon’s Information Index)。使
用 Edward Buckler Lab开发的软件包 TASSEL [35]进
行标记位点间连锁不平衡(LD)分析。应用 Structure
2.2软件[36]估测样本群体结构, 对 216份核心种质群
体进行基于数学模型的类群划分, 并计算各材料相
应的 Q值。具体分析过程是, 先设定群体数目(K)为
2~10, 并假定位点都是独立的 , 利用获得的所有多
态性标记进行分析, 将 MCMC (markov chain monte
carlo)开始时的不作数迭代(length of burn-in period)
设为 100 000次, 再将不作数迭代后的 MCMC设为
100 000次, 每个假定 K值计算 5次, 然后依据似然
值最大原则选取一个合适的 K 值, 并绘出基于模型
的群体遗传结构图。分子标记间位点间连锁不平衡
分析及资源群体结构分析参照张艳欣等 [37]。使用
DPS 7.05软件[38]进行群体耐旱系数方差分析。
1.5.2 性状-标记关联分析 分别使用 TASSEL[35]
软件的 GLM (general linear model)程序, 以各材料
Q 值作为协变量, 去除稀有等位变异后, 将供试群
体相对成苗率耐旱系数分别与标记变异进行回归
分析。
2 结果与分析
2.1 不同浓度 PEG6000胁迫对种子发芽的影响
28℃黑暗萌动 5 d后, 对照、5% PEG、10% PEG
和 15% PEG胁迫下种子都能正常萌动, 10% PEG浓
度开始对芽生长有明显抑制作用 ; 20%以上浓度对
萌动具有很强的抑制作用 , 只能形成较短的根, 不
能形成正常芽, 25%和 30%处理的则完全不萌动。因
此, 我们只要对 5%、10%和 15% PEG浓度处理的芝
麻苗进行统计及分析, 即可确定最佳 PEG 用于耐旱
鉴定的浓度。
2.2 不同浓度 PEG之间测定指标的差异显著性分析
由表 1可以发现, 15%浓度下除根长外其他所有
指标与对照间差异显著, 与 5%浓度下除 MDA 含量
外的所有指标间差异显著, 与 10%浓度下的大部分
指标差异显著; 而 5%和 10%浓度下大部分指标虽与
对照间有显著差异, 但二者之间大部分指标差异不
显著。因此以 15%PEG 作为芝麻芽期耐旱鉴定的最
佳胁迫处理浓度。
2.3 15% PEG胁迫下各测定指标间相关性分析
因根长与对照间无显著差异, 我们仅求出 10份
材料 10个与对照间有显著差异的单项指标耐旱系数
(表 2)。由表 2 可见, 各材料经处理后芽长、鲜重、
成苗率、活力指数以及电导率比对照都明显下降
(α<100%), 而 SOD活性、CAT 活性、脯氨酸含量及
MDA含量比对照明显增加(α>100%), POD活性比对
照既有上升又有下降 , 各指标的变化幅度也不同 ,
从相关系数矩阵(表 3)可看出, 各单项指标间还存在
一定的相关性, 说明芝麻发芽期耐旱性是一个综合
性状, 用某个单项指标去评价芝麻芽期的耐旱性可
能存在片面性。

表 1 不同 PEG浓度下各项指标的差异分析
Table 1 Difference between indices at different PEG concentrations
指标
Index
芽长
SL
(cm)
根长
RL
(cm)
鲜重
FW
(g)
成苗率
SP
(%)
简易
活力指数
SVI
SOD
(U g–1
min–1)
CAT
(U g–1
min–1)
POD
(U g–1
min–1)
脯氨酸
Pro
(μg g–1 FW)
MDA
(μmol g–1
FW)
电导率
EC
(mS cm–1 g–1)
对照 CK 4.84 a 5.31 ab 0.43 a 80.07 a 387.18 a 785.54 c 55.78 c 274.70 a 719.88 c 3.93E−04 b 23.37 a
5% PEG 3.93 b 5.04 b 0.34 b 70.32 b 276.16 b 1049.18 b 69.09 b 243.59 ab 971.76 b 4.93E−04 a 18.12 b
10% PEG 3.82 b 5.62 a 0.35 b 70.07 b 266.13 b 1208.40 a 73.88 ab 217.63 b 1029.50 b 5.10E−04 a 15.43 bc
15% PEG 2.65 c 5.86 a 0.28 c 51.80 c 139.71 c 1217.51 a 76.76 a 218.56 b 1442.19 a 5.26E−04 a 13.74 c
显著性比对以各指标不同浓度 PEG间为准(纵向)。显著水准 α=0.05。
Significance level α=0.05. SL: sprout length; RL: root length; FW: fresh weight; SP: sprout percentage; SVI: simple vitality index; EC:
electric conductivity.
1428 作 物 学 报 第 39卷

表 2 各单项指标的耐旱系数
Table 2 Drought tolerance coefficients (%) of single index
材料
Variety
芽长
SL
鲜重
FW
成苗率
SP
活力指数
VI
SOD CAT POD
脯氨酸
Pro
MDA
电导率
EC
ZZM0627 58.26 68.32 70.49 40.52 197.02 164.41 66.13 140.56 109.39 21.91
ZZM0624 62.23 75.98 69.64 43.15 197.36 86.43 48.99 231.40 146.15 41.02
ZZM1086 45.74 64.98 46.15 21.17 155.77 166.84 116.58 194.23 177.57 57.16
ZZM3495 61.38 64.91 70.59 43.66 121.36 133.64 58.54 230.74 149.27 64.13
ZZM1968 56.15 63.37 84.87 47.62 156.83 122.06 62.32 231.66 104.95 69.74
ZZM2458 48.63 63.31 69.84 33.99 144.25 185.96 60.46 199.65 129.18 42.97
ZZM2631 54.82 73.54 52.25 28.95 124.57 164.54 143.23 142.77 148.44 92.94
ZZM1232 54.43 70.90 50.00 27.43 148.69 145.58 44.26 100.69 146.97 70.96
ZZM3938 49.62 56.05 49.19 24.52 126.20 111.45 214.81 308.45 133.32 91.75
ZZM2820 56.81 61.80 84.30 47.87 200.13 120.68 65.07 295.83 116.09 89.86
ZZM0627: 河南郑州芝麻 ; ZZM0624: 河南上蔡芝麻 ; ZZM1086: 安徽阜南芝麻 ; ZZM3495: 木镇白 ; ZZM1968: 霸王鞭 ;
ZZM2458: 长果黄; ZZM2631: 湖北崇阳芝麻; ZZM1232: 湖北江陵芝麻; ZZM3938: 湖南临湘芝麻; ZZM2820: 千层塔。
ZZM0627: Henan Zhengzhou sesame; ZZM0624: Henan Shangcai sesame; ZZM1086: Anhui Funan sesame; ZZM3495: Muzhenbai;
ZZM1968: Bawangbian; ZZM2458: Changguohuang; ZZM2631: Hubei Chongyang sesame; ZZM1232: Hubei Jiangling sesame; ZZM3938:
Hunan Linxiang sesame; ZZM2820: Qiancengta. SL: sprout length; FW: fresh weight; SP: sprout percentage; VI: vitality index; EC: electric
conductivity.

表 3 各测定指标的相关系数矩阵
Table 3 Correlation coefficient between single indexes
指标
Index
芽长
SL
鲜重
FW
成苗率
SP
活力指数
VI
SOD CAT POD
脯氨酸
Pro
MDA
电导率
EC
D值
D value
芽长 SL 1.000
鲜重 FW 0.479 1.000
成苗率 SP 0.548 –0.111 1.000
活力指数 VI 0.762 0.062 0.957 1.000
SOD 0.360 0.248 0.505 0.509 1.000
CAT –0.534 0.001 –0.279 –0.417 –0.278 1.000
POD –0.516 –0.432 –0.587 –0.620 –0.489 –0.024 1.000
脯氨酸 Pro –0.002 –0.661 0.359 0.303 0.068 –0.596 0.335 1.000
MDA –0.312 0.288 –0.741 –0.657 –0.383 0.149 0.212 –0.220 1.000
电导率 EC –0.180 –0.322 –0.196 –0.196 –0.463 –0.241 0.535 0.358 0.087 1.000
D值 D-value 0.758 –0.212 0.806 0.903 0.467 –0.709 –0.127 0.636 –0.576 0.006 1.000
SL: sprout length; FW: fresh weight; SP: sprout percentage; VI: vitality index; EC: electric conductivity.

2.4 15% PEG胁迫下 10份材料测定指标的主成
分分析
利用 SAS 9.1软件对 10个单项指标的耐旱系数
进行主成分分析(表 4)。前 4个综合指标的贡献率分
别为 0.413、0.256、0.134和 0.080, 其累积贡献率达
到 88.3%。从而把原来 10项指标转换为 4个新的各
自独立的综合指标, 代表了原来 10 项指标的 88.3%
的信息, 根据贡献率大小可知各综合指标的相对重
要性。从各综合指标系数大小可以看出, 第 1 主成
分主要包括相对成苗率、活力指数和 POD; 第 2 主
成分主要包括相对鲜重和脯氨酸; 第 3 主成分主要-
包括相对芽长、相对鲜重和 CAT; 第 4 主成分主要
包括 SOD和电导率。
2.5 耐旱性综合评价
2.5.1 隶属函数分析及权重的确定 每一个材料
各综合指标的隶属函数值用公式(2)求得[39]。

j =1, 2, …, n (2)

式中, Xj表示第 j个综合指标; Xmin表示第 j个综合指
标的最小值; Xmax表示第 j个综合指标的最大值。
1
n
j j j
j
W p p
=
= ∑ j=1, 2, …, n (3)
式中, Wj表示第 j个综合指标在所有综合指标中的重
要程度; pj为各材料第 j个综合指标的贡献率。
第 8期 黎冬华等: 芝麻耐旱性的鉴定方法及关联分析 1429


表 4 各综合指标的系数及贡献率
Table 4 Coefficients and contribution (C) of comprehensive indexes [CI(x)]
指标
Index
芽长
SL
鲜重
FW
成苗率
SP
活力指数
VI
SOD CAT POD 脯氨酸
Pro
MDA 电导率
EC
贡献率
C
CI(1) 0.382 0.098 0.444 0.471 0.341 –0.213 –0.348 0.088 –0.320 –0.182 0.413
CI(2) –0.078 –0.492 0.149 0.102 –0.100 –0.309 0.326 0.563 –0.207 0.385 0.256
CI(3) 0.424 0.435 –0.219 –0.009 –0.063 –0.574 0.092 0.059 0.387 0.295 0.134
CI(4) 0.254 0.059 0.171 0.206 –0.643 0.269 –0.110 –0.303 –0.231 0.466 0.080
SL: sprout length; FW: fresh weight; SP: sprout percentage; VI: vitality index; EC: electric conductivity; C: contribution

表 5 各材料综合指标值、权重、μ(x)值和 D值
Table 5 Value of each variety’s comprehensive index [CI(x)], index weight (IW), μ(x), and D
材料
Variety
CI(1) CI(2) CI(3) CI(4) μ(1) μ(2) μ(3) μ(4) D值
ZZM0627 0.839 –1.005 –1.121 –0.521 0.884 0.038 0.187 0.315 0.481
ZZM0624 1.136 –0.545 1.706 –1.386 1.000 0.189 1.000 0.012 0.675
ZZM1086 –1.417 –0.506 –0.289 –1.420 0.000 0.201 0.426 0.000 0.123
ZZM3495 0.330 0.149 0.614 1.153 0.684 0.415 0.686 0.900 0.626
ZZM1968 0.959 0.729 –0.508 0.830 0.931 0.604 0.363 0.787 0.737
ZZM2458 –0.222 –0.347 –1.770 0.137 0.468 0.253 0.000 0.545 0.342
ZZM2631 –0.963 –0.505 0.814 1.438 0.178 0.201 0.743 1.000 0.345
ZZM1232 –0.495 –1.123 0.481 0.553 0.361 0.000 0.648 0.690 0.330
ZZM3938 –1.252 1.945 0.246 –0.584 0.065 1.000 0.580 0.293 0.435
ZZM2820 1.085 1.209 –0.172 –0.201 0.980 0.760 0.460 0.427 0.787
权重 Weight 0.468 0.290 0.152 0.090
ZZM0627: 河南郑州芝麻 ; ZZM0624: 河南上蔡芝麻 ; ZZM1086: 安徽阜南芝麻 ; ZZM3495: 木镇白 ; ZZM1968: 霸王鞭 ;
ZZM2458: 长果黄; ZZM2631: 湖北崇阳芝麻; ZZM1232: 湖北江陵芝麻; ZZM3938: 湖南临湘芝麻; ZZM2820: 千层塔。
ZZM0627: Henan Zhengzhou sesame; ZZM0624: Henan Shangcai sesame; ZZM1086: Anhui Funan sesame; ZZM3495: Muzhenbai;
ZZM1968: Bawangbian; ZZM2458: Changguohuang; ZZM2631: Hubei Chongyang sesame; ZZM1232: Hubei Jiangling sesame; ZZM3938:
Hunan Linxiang sesame; ZZM2820: Qiancengta.

根据各综合指标的指标系数及各单项指标的抗
旱系数, 求出每个材料的 4个综合指标得分值(表 5)。
根据公式(2)求得每个材料所有综合指标的隶属函数
值(表 5), 再根据各综合指标贡献率大小, 由公式(3)
计算出各综合指标的权重。经计算, 4个综合指标的
权重分别为 0.468、0.290、0.152和 0.090 (表 5)。
2.5.2 综合评价 用公式(4)计算各材料的综合
耐旱能力[38]。
( )
1
n
j j
j
D Wµ χ
=
 = ⋅ ∑ j=1, 2, …, n (4)
式中, D 为各材料在 15%PEG 胁迫下用综合指标评
价所得的耐旱性综合评价值。根据各材料的 D值(表
5)可对 10个材料耐旱性进行强弱排序, 其中 10号材
料 D 值最大, 表明该材料最耐旱。用最大距离法对
D值进行聚类分析(图 1), 可将 10个芝麻材料划分为
3类, I类包括安徽阜南芝麻(ZZM1086), 属于不耐旱
类型, II类包括河南郑州芝麻(ZZM0627)、湖北崇阳
芝麻(ZZM2631)、湖南临湘芝麻(ZZM3938)、湖北江
陵芝麻 (ZZM1232)、长果黄 , 属中度耐旱类型
(ZZM2458), III类包括河南上蔡芝麻(ZZM0624)、霸
王 鞭 (ZZM1968)、 千 层 塔 (ZZM2820)和 木 镇 白
(ZZM3495), 属耐旱类型。
2.5.2 耐旱性鉴定最佳指标的确定 把耐旱性综
合评价值(D 值)作因变量, 把各单项指标的耐旱系
数(α值)作自变量建立最优回归方程, 即 D=(498.24+
13.08X1–3.63X2)×10–3 (方程 1)。
式中 X1、X2分别代表以活力指数、CAT 酶活为
指标的耐旱系数。方程决定系数 R2=0.9725,
F=123.96, 方程极显著 , 其中以活力指数为指标的
耐旱系数的 R2=0.7310, 而以 CAT 酶活力为指标的
耐旱系数R2=0.2415, 所以由方程可知, 在 10个单项
指标中, 上述 2个指标对耐旱性有显著影响, 同时还
可以发现以活力指数为指标的耐旱系数在决定耐旱
性方面起着最重要的作用, 结合相关性分析(表 3), 相
1430 作 物 学 报 第 39卷


图 1 D值最大距离法聚类图
Fig. 1 Maximum distance between clusters using D-value
ZZM0627: 河南郑州芝麻; ZZM0624: 河南上蔡芝麻; ZZM1086:
安徽阜南芝麻; ZZM3495: 木镇白; ZZM1968: 霸王鞭; ZZM2458:
长果黄; ZZM2631: 湖北崇阳芝麻; ZZM1232: 湖北江陵芝麻;
ZZM3938: 湖南临湘芝麻; ZZM2820: 千层塔。
ZZM0627: Henan Zhengzhou sesame; ZZM0624: Henan Shangcai
sesame; ZZM1086: Anhui Funan sesame; ZZM3495: Muzhenbai,
ZZM1968: Bawangbian; ZZM2458: Changguohuang; ZZM2631:
Hubei Chongyang sesame; ZZM1232: Hubei Jiangling sesame;
ZZM3938: Hunan Linxiang sesame; ZZM2820: Qiancengta.

对成苗率与活力指数的相关系数为 0.957, 达到极
显著正相关水平, 相对成苗率与 D 值相关系数为
0.806, 也达到极显著正相关水平。因此, 在大量材
料 PEG6000介导的耐旱性鉴定中, 可以用相对成苗
率耐旱系数这一较为可靠且易于操作的指标进行评
价。
2.6 核心种质群体耐旱性分子标记关联分析
利用 20对 SSR引物、43对 SRAP引物及 16对
AFLP引物, 对 216份资源群体进行扩增, 共统计出
608 条多态性条带, 每引物扩增的多态性条带数分
别为 3.95、8.58和 10.00。对资源群体 15% PEG鉴
定结果表明, 相对成苗率耐旱系数值位于 12.15%~
93.52%, 平均为 60.74%, 变异系数为 25.22。对群体
成苗率耐旱系数进行正态分析可见 , 根据国标
GB4882-85, 当样本含量 n>50 时, 用 D 检验, 由于
D>0.05, 所以供试材料相对成苗率耐旱系数符合正
态分布(表 6), 且在各个耐旱等级均有分布, 耐旱性
变异较丰富(图 2)。供试群体的耐旱性表现适合做耐
旱性关联分析。如表 7所示, 利用 GLM(Q)模型共检
测到 30 个标记与供试群体耐旱系数显著关联
(P<0.05), 表型变异解释率为 1.99%~4.96%, 总解释
率 85.30%, 平均 2.84%。

表 6 核心种质群体成苗率耐旱系数的正态性检验
Table 6 Normality test on drought tolerance coefficient of the
shoot percent in core collection
检验 Test 统计量 Statistic P值 P value
Shapiro-Wilk W 0.986151 Pr < W 0.0335
Kolmogorov-Smirnov D 0.057632 Pr > D 0.0798
Cramer-von Mises W-Sq 0.091655 Pr > W-Sq 0.1467
Anderson-Darling A-Sq 0.705615 Pr > A-Sq 0.0681


图 2 核心种质群体成苗率耐旱系数正态分布图
Fig. 2 Map of normality for drought tolerance coefficient of
the shoot percentage in core collection

3 讨论
我国芝麻耐旱相关研究十分薄弱, 本研究建立
了芝麻芽期耐旱性鉴定方法, 尚属首次。大豆、棉
花、油菜等作物早期开展的相关研究报道较多, 本
研究在芝麻上确定的最佳 PEG浓度为 15%和最佳耐
旱性评价指标为相对成苗率 , 与其他作物报道相
似[8,15,40]。在其他作物上利用 PEG 模拟干旱鉴定耐
旱性的研究取得可喜结果, 郭雪松和唐章林[41]鉴定
了 42 个油菜品种(系)的耐旱性, 发现耐旱性较好的
品种(系)占 23.8%, 李凤海 [42]对玉米抗旱性的遗产
特性研究发现, 玉米抗旱性指数受 2对主基因+多基
因控制, 贾东升等[43]研究发现在 20% PEG模拟干旱
的条件下转基因小麦中有 4 个抗旱相关基因表达显
著增强。本研究建立的芝麻发芽期耐旱性鉴定方法
具有较高的应用价值和前景。
诸多研究报道表明作物耐旱性是一个由多基因
控制的复杂的数量性状[44-46], 由于芝麻耐旱性数量
性状特征以及不同材料在旱害胁迫下对某一具体指
标的反应不尽相同, 因而可用各指标综合评价的方
法来全面准确掌握不同材料的耐旱性。本研究把主
成分分析及隶属函数等综合评价方法[38]应用于芝麻
发芽期耐旱性研究, 将原来个数较多的单个指标转
换成新的个数较少且彼此独立的综合指标, 然后通
过各级运算得到各材料耐旱性的综合评价值(D 值),
第 8期 黎冬华等: 芝麻耐旱性的鉴定方法及关联分析 1431


表 7 与芝麻耐旱性显著相关(P<0.05)的标记位点和表型变异解
释率(R2)
Table 7 Marker loci associated with drought tolerance (P<0.05)
and explanation of phenotypic variation (R2)
标记
Marker
P值
P-value
解释率
R2
AFLP
E6M15-5 0.0041 0.0381
E6M15-6 0.0128 0.0287
E6M12-7 0.0134 0.0288
E5M15-10 0.0195 0.0255
E5M15-11 0.0195 0.0255
E7M10-5 0.0266 0.0231
E5M11-9 0.0367 0.0206
SRAP
M15E14-6 0.0011 0.0496
M8E5-6 0.0029 0.0418
M10E16-1 0.0054 0.0363
M20E16-1 0.0059 0.0352
M15E14-5 0.0061 0.0353
M20E16-5 0.0196 0.0254
M13E11-2 0.0238 0.0243
M8E17-1 0.0266 0.0235
M15E14-3 0.0277 0.0229
M15E18-4 0.0326 0.0215
M16E15-1 0.0373 0.0203
M15E15-4 0.0392 0.0199
M18E1-2 0.0412 0.0199
SSR
SSI223-1 0.0021 0.0438
SSR002-3 0.0080 0.0332
SSR002-4 0.0131 0.0291
SSI281-3 0.0140 0.0284
SSI281-4 0.0140 0.0284
SSR012-2 0.0149 0.0278
SSI200-1 0.0161 0.0273
SSI200-2 0.0228 0.0244
SSI281-2 0.0229 0.0244
SSI204-7 0.0412 0.0200
变异解释率
Explanation of
Variation
总和 Total of all loci 0.8530
平均值 Average per locus 0.0284

利用 D 值能更准确地评价各材料的耐旱能力。以 D
值为因变量 , 建立最优回归方程 , 再结合相关性分
析筛选出对耐旱性有显著影响的指标(相对成苗率),
利用该指标可在相同的胁迫条件下准确鉴定其他材
料的耐旱性。
我国芝麻旱害问题比较复杂 , 近年, 旱害频发
且逐年加重 , 造成减产, 常年发生旱害地区主要为
东北、陕西、山西和江西等华南秋播地区, 严重干
旱主要发生在播种出苗和生长前期, 影响苗齐、苗
壮, 造成减产 13%~26% [47]。发掘耐旱种质是开展耐
旱育种的基础, 本研究鉴定出相对成苗率≥85%的
高耐旱种质资源 7份, 来源于湖北(2份)、安徽(2份)、
河南(1 份)、江西(1 份)和陕西(1 份), 其中 6 份为白
色种皮 , 含油量 52.54%~57.64%, 将为我国芝麻耐
旱品种改良提供关键亲本, 为耐旱机理、遗传分析、
功能基因等深入研究提供核心材料。
传统作物耐旱性的遗产改良周期长、可预见性
差且效率不高 , 需要合适的田间耐旱性鉴定的环
境。而分子标记和合适的统计方法, 关联与耐旱相
关性状紧密连锁的标记, 为芝麻耐旱育种提供了新
的途径, 有助于实现耐旱性的分子设计育种。本研
究获得的 30个与耐旱有显著关联的分子标记中, 解
释率较高的 2 个 SRAP 标记为 M15E14-6 (4.965)、
M8E5-6 (4.18%)和 1个 SSR标记为 SSI223-1 (4.38%),
这些标记对进一步开展芝麻耐旱性基因定位、功能
标记开发等分子生物学相关研究奠定重要基础。
4 结论
确定了 15% PEG6000为芝麻发芽期耐旱鉴定的
最适宜浓度, 相对成苗率耐旱系数可作为最佳评价
指标。芝麻核心种质群体 216 份材料的耐旱性变异
较丰富, 符合正态分布, 共检测到 30个分子标记与
核心种质群体的耐旱指标显著关联, 对表型变异解
释率为 1.99%~4.96%, 总解释率 85.30%, 平均
2.84%, 其中有 2个 SRAP标记和 1个 SSR标记解释
率在 4%以上。
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