Evaluation of Drought Tolerance Based on Stomatal Characters and Selection of Germplasm Resources from Xanthoceras sorbifolia

doi:10.7525/j.issn.1673-5102.2021.06.014

Abstract

Abstract:

In order to study the differences in the leaf stomata characteristics of yellowhorn（Xanthoceras sorbifolium） with different germplasm resources and to understand the physiological and ecological response of yellowhorn leave stomata structure to drought stress， We used 108 yellowhorn trees from Erdos City， Inner Mongolia Autonomous Region， China as the research object. The 12 indicators including stomatal length， length of stomatal gap long axial， stomatal width， stomatal density， stomatal area index and so on were measured. We used the principal component analysis（PCA）， subordinate function values and cluster analysis to identify the drought resistance， and screen out germplasm resources which were suitable for planting in arid areas. This study can provide a reference for the cultivation of the yellowhorn in arid and semi-arid areas in China. The results showed that stomatal area was significantly correlated with stomatal length， long axial length of stomata， stomatal width， stomatal perimeter， stomatal opening perimeter， the proportion of stomatal area to leaf area， stomatal area index and stomatal opening area index. Using principal component analysis to 12 characters summarized as three principal components（the cumulative contribution rate is 93.408%）， the first principal component load mainly was stomatal density， the second principal component load mainly was stomatal opening area index， and the last principal component load mainly was stomatal area index. The 108 germplasm resources were clustered into three types， one of the types was drought-resistant and water-conserving which included 31 germplasm resources were suitable for planting in arid areas. The stomatal density， stomatal open area index and stomatal area index can be used as the effective indexes for evaluating drought resistance of germplasm resources of yellowhorn.

Key words: Xanthoceras sorbifolium, Stomata, The drought, Germplasm resources

CLC Number:

S727.32

Meng-Ke WANG, Meng-Ni TIAN, Quan-Xin BI, Xiao-Juan LIU, Hai-Yan YU, Li-Bing WANG. Evaluation of Drought Tolerance Based on Stomatal Characters and Selection of Germplasm Resources from Xanthoceras sorbifolia[J]. Bulletin of Botanical Research, 2021, 41(6): 957-964.

Figures/Tables 7

Table 1

Table 2

Table 3

Fig.1

Fig.2

Table 4

Table 5

References 33

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性状Traits	均值 Mean value	标准差 Standard deviation	变异系数 Variable coefficient（%）
气孔长SL（μm）	50.08	5.07	10.12
气孔空隙长轴长LAS（μm）	25.97	6.72	25.88
气孔宽SW（μm）	33.54	6.65	19.83
气孔空隙短轴长SAS（μm）	4.61	2.35	50.92
气孔周长SC（μm）	274.96	30.22	10.99
气孔面积SA（μm²）	1 327.26	351.30	26.47
气孔开口周长CSO（μm）	114.41	28.62	25.02
气孔开口面积ASO（μm²）	97.40	60.08	61.68
气孔密度SD（No.mm^-2）	371.25	103.61	27.91
气孔面积占叶面积比例SP（%）	48.267	20.75	42.99
气孔面积指数SAI（%）	0.91	0.36	39.45
气孔开口面积指数SOI（%）	0.31	2.60	836.93

性状 Traits	气孔长 SL	气孔空隙长轴长 LSL	气孔宽 SW	气孔空隙短轴长 LSS	气孔周长 SP	气孔面积 SA	气孔开口周长 SAC	气孔开口面积 SAA	气孔密度 SD	气孔面积占叶面积比例 SP	气孔面积指数 SAI	气孔开口面积指数 SOI
气孔长SL	1
气孔空隙长轴长LSL	0.468^**	1
气孔宽SW	0.570^**	0.1	1
气孔空隙短轴长LSS	0.055	0.242^*	0.071	1
气孔周长SP	0.932^**	0.357^**	0.827^**	0.085	1
气孔面积SA	0.803^**	0.253^**	0.939^**	0.076	0.961^**	1
气孔开口周长SAC	0.449^**	0.984^**	0.107	0.412^**	0.350^**	0.251^**	1
气孔开口面积SAA	0.241^*	0.545^**	0.081	0.927^**	0.212^*	0.158	0.684^**	1
气孔密度SD	0.175	-0.089	0.119	-0.496^**	0.169	0.171	-0.174	-0.443^**	1
气孔面积占叶面积比例SP	0.672^**	0.129	0.718^**	-0.239^**	0.773^**	0.802^**	0.077	-0.15	0.709^**	1
气孔面积指数SAI	0.688^**	0.201^*	0.383^**	-0.351^**	0.637^**	0.565^**	0.131	-0.178	0.818^**	0.899^**	1
气孔开口面积指数SOI	0.271^**	-0.08	0.465^**	0.201^*	0.410^**	0.506^**	-0.038	0.156	0.226^*	0.522^**	0.348^**	1

性状 Traits	主成分Principal component			综合得分模型系数	权重系数 Weight coefficient
性状 Traits	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	综合得分模型系数	权重系数 Weight coefficient
气孔长度SL（μm）	0.886	0.171	-0.216	0.228	0.096
气孔空隙长轴长度LSL（μm）	0.93	-0.322	0.079	0.213	0.090
气孔宽度SW（μm）	0.717	0.214	-0.382	0.173	0.073
气孔空隙短轴长度LSS（μm）	-0.743	0.41	0.541	-0.095	-0.040
单个气孔周长SP（μm）	0.891	-0.441	-0.034	0.179	0.075
单个气孔面积SA（μm²）	0.982	-0.095	-0.005	0.244	0.103
单个气孔开口周长SAC（μm）	0.544	0.344	0.423	0.221	0.093
单个气孔开口面积SAA（μm²）	0.896	-0.01	-0.009	0.231	0.097
气孔密度SD（个·mm^-2）	0.975	0.125	0.017	0.269	0.113
气孔面积占叶面积比例PS（%）	0.966	-0.218	-0.03	0.224	0.094
气孔面积指数SAI（%）	0.837	-0.441	0.682	0.235	0.099
气孔开口面积指数SOI（%）	0.558	0.788	0.232	0.255	0.107
特征值Eigenvalues	8.47	1.547	1.192
贡献率Contribution rate（%）	70.586	12.891	9.931
累积贡献率Accumulative contribution rate（%）	70.586	83.477	93.408

类型 Types	气孔长度 SL（μm）	气孔空隙长轴长度 LSL（μm）	气孔宽度 SW（μm）	气孔空隙短轴长度 LSS（μm）	气孔周长 SP（μm）	气孔面积 SA（μm²）	气孔开口周长 SAC（μm）	气孔开口面积 SAA（μm²）	气孔密度 SD（个·mm^-2）	气孔面积占叶面积比例 PS（%）	气孔面积指数 SAI（%）	气孔开口面积指数 SOI（%）
A组 A group	47.08±2.3c	23.24±1.69b	27.75±2.32c	3.49±0.38c	251.57±12.32c	1044.12±51.82c	101.07±5.7b	66.84±3.57c	475.39±23.15a	48.61±2.83b	1.05±0.06a	0.22±0.01b
B组 B group	51.12±3.14b	26.82±1.87a	39.65±3.18a	4.10±0.52a	294.87±16.11a	1605.43±77.24a	116.64±7.06a	87.83±5.44a	383.65±21.71b	60.79±5.05a	1.00±0.03c	0.46±0.01a
C组 C group	49.69±2.28a	27.37±2.72a	29.53±2.46b	6.57±0.75b	266.10±13.45b	1164.55±63.49b	124.45±8.84a	144.87±11.16b	238.89±13.57c	26.99±1.35c	0.58±0.01b	0.15±0.01c
P值 P value	0.000	0.070	0.000	0.000	0.000	0.000	0.023	0.000	0.000	0.000	0.000	0.490

类型 Types	隶属函数值 Subordinative function value												综合评价值 Comprehensive evaluation value	排序 Priority
类型 Types	气孔长度 SL（μm）	气孔空隙长轴长度 LSL（μm）	气孔宽度 SW（μm）	气孔空隙短轴长度 LSS（μm）	气孔周长 SP（μm）	气孔面积 SA（μm²）	气孔开口周长 SAC（μm）	气孔开口面积 SAA（μm²）	气孔密度 SD（个·mm^-2）	气孔面积占叶面积比例 PS（%）	气孔面积指数 SAI（%）	气孔开口面积指数 SOI（%）	综合评价值 Comprehensive evaluation value	排序 Priority
A组 A Group	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	1.00	0.64	1.00	0.18	0.90	1
B组 B Group	0.00	0.13	0.00	0.82	0.00	0.00	0.33	0.73	0.61	1.00	0.89	1.00	0.46	2
C组 C Group	0.35	0.00	0.85	0.00	0.66	0.79	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.00	0.22	3