新疆莎車縣扁桃品種抗寒性主成分分析

王 琳，王夢(mèng)雪，廖曉軍，李志軍

(1.塔里木大學(xué) 植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300；2.新疆維吾爾自治區(qū)莎車縣林業(yè)局，新疆 喀什 844700)

扁桃Amygdalus communisL.屬薔薇科李亞科桃屬扁桃亞屬植物，原產(chǎn)于中亞細(xì)亞和非洲北部山區(qū)，新疆也是扁桃的原產(chǎn)地之一[1]。扁桃適應(yīng)性強(qiáng)，耐旱、耐貧瘠、耐熱、耐鹽堿，特別適合在新疆發(fā)展，是南疆干旱荒漠及綠洲地區(qū)生態(tài)建設(shè)的優(yōu)良樹種。扁桃在新疆主要集中分布在南疆的喀什、疏勒、疏附、英吉沙、葉城、澤普、和田等地，栽培面積約為10 000 hm2[2]。雖其品種資源豐富，但是冬季果樹不能順利越冬等問題影響了其經(jīng)濟(jì)效益，故選育抗寒扁桃品種是促進(jìn)扁桃產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的必由之路，而研究扁桃品種的抗寒能力對(duì)抗寒品種的選育及其在我國各地的推廣具有重要的意義。目前，關(guān)于不同品種扁桃抗寒生理的研究已有報(bào)道[3-8]，但前人研究主要以細(xì)胞膜透性、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、抗氧化酶系統(tǒng)等生理生化指標(biāo)作為扁桃品種抗寒性的鑒定依據(jù)，而用單一的生理指標(biāo)很難分析比較其抗寒性的強(qiáng)弱。因此，筆者在前人對(duì)扁桃抗寒性生理指標(biāo)研究的基礎(chǔ)上，采用主成分分析法，對(duì)其多個(gè)抗寒性生理指標(biāo)進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，以便能更全面地比較品種與品種之間的抗性差異，以期獲得扁桃品種抗寒性鑒定的有效方法，從而為該地區(qū)主栽扁桃品種抗寒性生理研究、種質(zhì)資源評(píng)價(jià)和扁桃區(qū)域化發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試材料為紙皮1號(hào)、阿曼尼莎11號(hào)、葉爾羌14號(hào)、晚豐18號(hào)、選育品種5號(hào)這5個(gè)扁桃品種的1年生枝條，試材于2013年1月取自新疆莎車縣扁桃基地。參試的扁桃品種及其代碼如表1。

表1 參試的扁桃品種及其代碼Table 1 The tested almond cultivars and their codes

1.2 生理指標(biāo)的測定方法

電解質(zhì)相對(duì)外滲率的測定[9]：將低溫冷凍處理后的枝條切片后稱取1g試樣投入三角瓶中，加入50mL的蒸餾水，浸泡24h，即可以測定出浸出液的電導(dǎo)率值，測試重復(fù)3次；然后將低溫處理后測定的各樣品放在水浴鍋中煮沸1h，殺死組織，再加入蒸餾水補(bǔ)充到原來溶液的定量，靜止冷卻1h后測定其電導(dǎo)率，用百分比法計(jì)算供試樣品的電解質(zhì)的相對(duì)外滲率。

電解質(zhì)的相對(duì)外滲率(傷害度)＝處理電導(dǎo)率值/處理煮沸后電導(dǎo)率值×100％。

測定處理樣品的電解質(zhì)滲出率時(shí)，可輔以如下的Logistic方程求得半致死溫度(LT50)，并以此LT50值作為扁桃抗寒性的評(píng)價(jià)依據(jù)：

式中：k、a、b均為參數(shù)。

采用考馬斯亮藍(lán)G-250染色法[10]測定其可溶性蛋白質(zhì)含量，以硫代巴比妥酸(TBA)法[9]測定丙二醛(MDA)含量，用茚三酮法[11]測定脯氨酸含量，以超氧化物歧化酶S0D用愈創(chuàng)木酚法[11]觀測保護(hù)酶活性的變化情況，采用蒽酮比色法[10]測定可溶性糖含量。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

用 Microsoft Excel進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)及圖表制作，用DPS統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行結(jié)果分析。采用主成分分析法，計(jì)算各指標(biāo)的特征值和方差貢獻(xiàn)率，以各指標(biāo)特征值和累積方差貢獻(xiàn)率達(dá)到85％以上的標(biāo)準(zhǔn)確定主成分的個(gè)數(shù)，再根據(jù)各指標(biāo)的特征向量計(jì)算其主成分值，最后對(duì)參試各品種的抗寒性強(qiáng)弱進(jìn)行排序。

2 結(jié)果與分析

2.1 Logistic方程擬合扁桃枝條的低溫半致死溫度

低溫處理后扁桃休眠枝條的相對(duì)電導(dǎo)率與處理溫度間呈“S”型曲線關(guān)系，擬合相關(guān)系數(shù)均達(dá)到極顯著水平，說明擬合結(jié)果可靠。根據(jù)不同扁桃品種相對(duì)電導(dǎo)率的變化趨勢輔以Logistic方程計(jì)算得出的5個(gè)扁桃品種枝條的半致死溫度(LT50)見表2。從表2中可以看出，不同品種扁桃枝條抗寒性強(qiáng)弱有一定的差異，表現(xiàn)為LT50值越高，抗寒力越弱，反之抗寒力越強(qiáng)[6,12]。SC-11的半致死溫度(LT50)最高，為-36.886，說明其抗寒性相對(duì)較強(qiáng)，其次是SC-14，其LT50溫度為-32.592。不同扁桃品種抗寒性強(qiáng)弱的排序?yàn)椋篠C-11＞SC-14＞SX-5＞SC-1＞SC-18，即阿曼尼莎11號(hào)＞葉爾羌14號(hào)＞選育品種5號(hào)＞紙皮1號(hào)＞晚豐18號(hào)。

表2 不同品種扁桃枝條的半致死溫度Table 2 Half lethal temperatures of branches in different almond cultivars

2.2 不同品種扁桃抗寒指標(biāo)的相關(guān)分析

低溫脅迫下不同品種扁桃1年生休眠枝條各項(xiàng)抗寒生理指標(biāo)的測定結(jié)果見表3。

表3 低溫脅迫下不同品種扁桃枝條各項(xiàng)抗寒生理指標(biāo)的測定結(jié)果Table 3 Some physiological indexes of branch cold resistance in different almond cultivars under low temperature stress

對(duì)表3的數(shù)據(jù)進(jìn)行了相關(guān)性分析，得出的低溫脅迫下不同品種扁桃枝條各項(xiàng)抗寒生理指標(biāo)的相關(guān)矩陣如表4。從表4中可以看出，SOD酶活性與MDA含量、相對(duì)電導(dǎo)率值呈一定的負(fù)相關(guān)，而與脯氨酸、蛋白質(zhì)、可溶性糖含量呈一定的正相關(guān)。因?yàn)楦髯兞恐g存在一定的相關(guān)性，所以在抗寒性鑒定中不能單獨(dú)依賴某一個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)品種的抗寒性作出評(píng)價(jià)。

表4 低溫脅迫下不同品種扁桃枝條各項(xiàng)抗寒指標(biāo)的相關(guān)矩陣Table 4 Correlation matrix of the cold resistance indexes of branches in different almond cultivars under low temperature stress

2.3 不同品種扁桃抗寒性的主成分分析

采用主成分分析法，對(duì)5個(gè)扁桃品種的抗寒性進(jìn)行了綜合評(píng)價(jià)，結(jié)果見表5。由表5可知，前兩個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率分別為57.582％與29.612％，其累計(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)87.194％，這2個(gè)主成分已經(jīng)把扁桃所有抗寒性指標(biāo)的87.194％的信息反映出來了，說明這2個(gè)主成分所起的作用非常重要。

表5 各個(gè)主成分的特征值、貢獻(xiàn)率及累計(jì)貢獻(xiàn)率Table 5 Eigenvalues,contribution rates and accumulative contribution rates of the principal components

2.4 各項(xiàng)抗寒性指標(biāo)所起作用的比較分析

各主成分分析因子的載荷矩陣見表6。由表6可知，可溶性糖、丙二醛含量這兩個(gè)指標(biāo)在第1主成分中占有絕對(duì)值相對(duì)較大的特征向量，且其貢獻(xiàn)率達(dá)57.582％，說明第1主成分基本反映了這2個(gè)指標(biāo)的信息；可溶性蛋白、脯氨酸含量及相對(duì)電導(dǎo)率值在第2主成分中有相對(duì)較高的載荷量，其貢獻(xiàn)率達(dá)29.612％，說明第2主成分基本反映了這3個(gè)指標(biāo)的信息。

表6 各主成分分析因子的載荷矩陣Table 6 Loading matrix of the principal component factors

5個(gè)參試扁桃品種在主成分1和主成分2中所占的分值詳見表7。

表7 各扁桃品種在主成分1和主成分2中所占的分值Table 7 Scores of the almond cultivars in principal component 1 and 2

根據(jù)如下公式可計(jì)算出5個(gè)扁桃品種抗寒力的大小，計(jì)算結(jié)果見表8。表8表明，參試的5個(gè)扁桃品種的抗寒力從強(qiáng)到弱依次為：SC-11＞SC-14＞SC-18＞SX-5＞SC-1，即阿曼尼莎11號(hào)＞葉爾羌14號(hào)＞晚豐18號(hào)＞選育品種5號(hào)＞紙皮1號(hào)。

式中：μ為主成分貢獻(xiàn)率，λ為各扁桃品種的主成分值，j為1或2主成分。

表8 5個(gè)扁桃品種抗寒力的綜合評(píng)價(jià)結(jié)果Table 8 Comprehensive evaluation of cold resistance of five almond cultivars

3 結(jié) 論

不同品種扁桃枝條經(jīng)低溫處理后，其組織電解質(zhì)相對(duì)外滲率的增加因品種而異，這與謝軍等人[6]、王瑾等人[13]、李俊才等人[14]、李斌等人[15]、夏清柱等人[16]的研究結(jié)果一致。當(dāng)溫度在-30～-36℃時(shí)，5個(gè)扁桃品種的低溫半致死溫度(LT50)相繼出現(xiàn)了，而不同品種間有一定的差異，阿曼尼莎11號(hào)的抗寒性相對(duì)較強(qiáng)，其LT50值為-36.886，其次是葉爾羌14號(hào)，其LT50溫度為-32.592。不同扁桃品種枝條的抗寒性從強(qiáng)到弱依次為：阿曼尼莎11號(hào)＞葉爾羌14號(hào)＞選育品種5號(hào)＞紙皮1號(hào)＞晚豐18號(hào)。

采用主成分分析法，對(duì)5個(gè)主栽扁桃品種1年生休眠枝條經(jīng)低溫處理后的各項(xiàng)抗寒指標(biāo)值進(jìn)行了綜合分析，計(jì)算了各項(xiàng)抗寒指標(biāo)對(duì)其抗寒性的貢獻(xiàn)率，結(jié)果表明，相對(duì)電導(dǎo)率、可溶性蛋白、可溶性糖和游離脯氨酸含量可以作為評(píng)價(jià)扁桃品種抗寒性的重要指標(biāo)。通過計(jì)算參試的5個(gè)扁桃品種的主成分值，綜合分析得出的5個(gè)扁桃品種抗寒性的強(qiáng)弱順序?yàn)椋喊⒙嵘?1號(hào)＞葉爾羌14號(hào)＞晚豐18號(hào)＞選育品種5號(hào)＞紙皮1號(hào)。

利用主成分分析法綜合分析品種的抗寒性，克服了采用單因素進(jìn)行評(píng)價(jià)的缺陷，這樣的評(píng)價(jià)更加綜合而又直觀，且分析結(jié)果具有可靠性和客觀性。但是，由于植物的抗寒性受多個(gè)因素的影響，因此，要科學(xué)評(píng)價(jià)扁桃的抗寒性還應(yīng)從多角度進(jìn)行全面評(píng)價(jià)，以確定不同類型的抗寒種質(zhì)資源，從而為選育綜合性狀優(yōu)良的抗寒品種奠定基礎(chǔ)。

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