基于隶属函数与主成分分析的大花萱草抗旱性综合评价及其在干旱地区园林应用潜力

本研究针对干旱胁迫对观赏植物的严重影响，通过测定25种太行山野生大花萱草基因型的生长指标与生理参数（Chl、RWC、EL、MDA等），结合主成分分析（PCA）与隶属函数法，建立了抗旱性综合评价体系。筛选出太原1号等6个高抗旱基因型，为干旱地区园林绿化提供了种质资源与评价方法。

　　

干旱是影响观赏植物的重要环境胁迫因子，随着全球气候变暖，干旱问题日益严重，威胁着生态系统和农业生产。观赏植物因其显著的美学价值和环境改善作用，被广泛应用于城市绿化，但其栽培需要大量灌溉水资源，而城市水资源短缺给绿化维护带来挑战。选育抗旱观赏植物品种成为解决这一问题的关键策略。大花萱草（Hemerocallis fulva L.）因其多样的花色、花型和气候适应性，在园林绿化中备受青睐，但其不同基因型抗旱能力差异显著，亟需系统评价与筛选。

为了全面评估大花萱草的抗旱性，研究人员从中国山西省太行山脉沿线的13个县收集了25种野生大花萱草基因型，在温室中进行干旱处理（土壤含水量降至最大持水量的25–30%），测定干旱前后5项生长指标（株高、冠幅、叶长、叶宽、叶面积）和8项生理参数（总叶绿素Chl、叶绿素a Chl a、叶绿素b Chl b、叶绿素a/b比、类胡萝卜素Car、叶片相对含水量RWC、电解质渗漏EL、丙二醛MDA含量）。通过主成分分析（PCA）将13个指标降维为3个主成分（生长指数、光合色素指数、水分与细胞膜损伤综合指数），结合隶属函数法和聚类分析，综合评价基因型抗旱性。

关键技术方法包括：采集太行山13县25种野生大花萱草基因型；温室盆栽控制土壤含水量进行干旱胁迫；测定生长指标与生理参数（Chl、Car含量采用分光光度法，RWC采用饱和称重法，EL采用电导率法，MDA采用硫代巴比妥酸法）；使用SPSS进行PCA、隶属函数计算与聚类分析。

干旱胁迫下生长性状的变化

干旱胁迫抑制了所有基因型的生长，表现为株高、冠幅、叶长、叶宽和叶面积减少。叶面积下降最显著的基因型（Licheng No.1、Jiaocheng No.4、Jiaocheng No.5）减少超过30%，表明叶片缩小是减少蒸腾的抗旱适应策略。

干旱胁迫下生理参数的变化

干旱处理后，总Chl、Chl a、Chl b和Car含量普遍增加，但变化幅度因基因型而异。Wutai No.1、Qinshui No.1和Datong No.1的总Chl增幅最大（超过39%），表明光合色素积累可能参与应激保护。Chl a/b比值在多数基因型中上升，Zezhou No.2、Zuoquan No.1和Lishan No.1增幅显著，提示Chl b向Chl a转化以增强光能利用。EL和MDA含量均升高，细胞膜损伤加剧，但基因型间差异明显：Datong No.1和Jiaocheng No.1的EL增幅最小（<10%），而Jiaocheng No.4、Licheng No.6和Wutai No.2的EL增幅超过79%，表明膜稳定性是抗旱性的关键指标。RWC显著下降，Jiaocheng No.1、Qinshui No.1和Jiaocheng No.3降幅最大（超过12%）。

主成分分析

PCA将13个指标降维为3个主成分（累计方差贡献率74.06%）：第一主成分（32.91%）代表生长指数（株高、冠幅、叶长、叶面积）；第二主成分（23.92%）代表光合色素指数（总Chl、Chl a、Chl b、Car）；第三主成分（17.24%）代表水分与细胞膜损伤综合指数（RWC、MDA）。

隶属函数分析与抗旱性评价

通过隶属函数计算各指标权重，综合评价值（D值）显示，Qinshui No.1和Taiyuan No.1抗旱性最强，Licheng No.1和Licheng No.3最弱。基于D值排序与聚类分析，基因型分为3类：高抗旱组（Taiyuan No.1、Taiyuan No.2、Qinshui No.1、Taigu No.1、Jiaocheng No.1、Datong No.1）、中抗旱组（7种基因型）和低抗旱组（12种基因型）。热图分析进一步验证了分组一致性。

相关性分析

抗旱性与染色体倍性或花瓣数无显著相关性，但与Chl a/b比值呈正相关（R=0.494），与EL呈负相关（R=?0.614*），表明Chl a/b比和膜稳定性是抗旱性评价的关键指标。

该研究通过多指标综合评价，筛选出6个高抗旱大花萱草基因型，为干旱地区园林绿化提供了优良种质资源。建立的PCA与隶属函数结合的方法，可广泛应用于植物抗旱性评价。研究发现Chl a/b比和电解质渗漏是抗旱性的关键预测指标，为育种提供了理论依据。该成果不仅拓宽了大花萱草在干旱地区的应用前景，也为其他观赏植物的抗逆性研究提供了可靠方法学参考。论文发表于《Scientific Reports》，对应对全球气候变化下的水资源挑战具有重要意义。