菲油果抗寒指標主成分分析

唐麗+張瑜+袁德義

摘要：為探討菲油果（Feijoa sellowiana）的抗寒特性，以引種的“Coolidge”和“Mammoth”2個菲油果新品種成熟葉為試驗材料，在自然越冬過程及人工低溫脅迫條件下，對測定的葉片電導率、可溶性糖、游離脯氨酸（Pro）、超氧化物歧化酶（SOD）、過氧化物酶（POD）、丙二醛（MDA）等生理指標進行主成分分析。結果表明，自然越冬過程中，電導率的表現最為突出，可作為鑒定菲油果抗寒性的單一指標;在人工低溫脅迫條件下，可以通過提高Pro、POD和可溶性糖的含量來抵御低溫傷害。

關鍵詞：菲油果（Feijoa sellowiana）;生理指標;抗寒性;主成分分析

中圖分類號：S793.9;Q945.78 ? ? ? ?文獻標識碼：A ? ? ? ?文章編號：0439-8114（2014）21-5172-02

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2014.21.030

Principal Component Analyses of Cold-resistance Indexes of Feijoa sellowiana Berg

TANG Li，ZHANG Yu，YUAN De-yi

（College of Forestry， Central South University of Forestry & Technology， Changsha 410004， China）

Abstract： The mature leaves of two Feijoa species including Coolidge and Mammoth treated in artificial low temperature） were used to study the cold resistance characteristics of F. sellowiana Berg. The physiological indexes including electrical conductivity， soluble sugar and free proline （Pro）， superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） and malondialdehyde （MDA） were analyzed by principal component analysis. Results showed that during the natural wintering， the performance of conductivity was outstanding and could be used as a single index for identifying cold hardiness of thin oil fruit. Under the artificial low-temperature stress， the damage from the low temperature could be reduced by improving the contents of free amino acid （Pro）， peroxidase （POD） and soluble sugar.

Key words： Feijoa sellowiana Berg; physiological indexes; cold resistance; principal component analysis

菲油果（Feijoa sellowiana）是桃金娘科（Myrtaceae）菲油果屬（Feijoa）常綠灌木或小喬木[1]。菲油果具有較好的觀賞價值，是一種集食用、觀賞、綠化于一體的新型樹種，具有廣泛的發(fā)展前景。目前，國內對于菲油果的研究不多，大部分對菲油果的研究建立在扦插、組織培養(yǎng)、藥用價值及光合特性等方面，目前尚未對菲油果的抗寒性進行深入研究[2-9]。因此，本研究是建立在對不同品種的菲油果于自然越冬條件和人工低溫脅迫條件下的生理指標的變化進行分析的基礎上，考慮植物生理過程的復雜性，而且是受多種環(huán)境因素及自身條件影響，很難用某一個單一的生理指標反映出其抗寒性的強弱[10，11]。為此，對菲油果的抗寒性進行主要成分分析，可以更好、更加準確地對菲油果的抗寒性進行綜合評價，研究菲油果抗寒性指標，探索其抗寒機理，從而更好地掌握其抗寒的特點，以期為菲油果的引種、選種、擴大栽培提供理論支持。

1 ?材料與方法

1.1 ?試驗地概況

試驗于2010年5月至2011年10月在中南林業(yè)科技大學植物園進行。試驗地年平均氣溫約17.7 ℃，1月的平均溫度最低，約為4.8 ℃，9月的平均氣溫為25.1～38.5 ℃，年積溫為5 457 ℃，全年無霜期約275 d，年均降水量1 361.6 mm。

1.2 ?試驗方法

主成分分析（Principal component analysis）的實質就是數據降維，經分析后的新指標彼此間不相關，是原始指標的線性組合。主成分按特征值大小排序，特征值最大的稱為第一主成分，具有最大方差，貢獻率最大，其后的主成分特征值方差和貢獻率依次遞減。以實際測定的最大值作為標準，設值為1，其他種源的實際測定值與最大值之比，得到其他各種源標準化后的值。用INTERVAL DATA 程序計算各變量間的相關系數，然后用EIGEN求特征值（Eigenvalue）和貢獻率（Contribution）。

1.3 ?統計分析

原始數據的合成、統計以及圖表制作使用Microsoft Excel、Word 2007軟件處理;數據統計分析采用SPSS統計分析軟件完成。

2 ?結果與分析

2.1 ?自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面3個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.175%，因此可以說明前面的3個主要成分已經把不同品種菲油果92.175%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的3個主要成分作為不同品種菲油果抗寒性評價的綜合指標。

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為4.141，貢獻率為56.325%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為SOD>可溶性糖>Pro，其中SOD、可溶性糖和Pro都起保護作用;因此，第一主成分可以看作是植物在低溫條件下自身的保護因子。第二特征值為1.782，貢獻率為23.718%，第二主成分中絕對值較大的為MDA和Pro，MDA是膜脂過氧化的最終產物，大量的積累會對生物膜造成傷害，Pro為植物體內的保護因子，其保護因子與受傷因子的水平相當，因此，菲油果在自然越冬的過程中基本不受低溫的傷害。第三特征值為0.875，貢獻率為12.132%，第三主成分分析中生理指標絕對值較大為相對電導率，說明第三主成分標示膜透性與抗寒性的關系，并且相對電導率可以作為菲油果抗寒性鑒定的單一指標。

2.2 ?人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面的4個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.049%，因此可以說明前面的4個主要成分已經把不同品種菲油果92.049%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的4個主要成分作為不同品種菲油果的抗寒性評價的綜合指標。

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為3.489，貢獻率為42.984%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為Pro>POD，均在低溫下對植物起保護的作用。第二特征值為2.352，貢獻率為29.431%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率和SOD，可以看作是膜透性、膜脂過氧化與抗寒性的關系。第三特征值為1.189，貢獻率為13.967%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率。第四特征值為0.459，貢獻率為5.667%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為POD>可溶性糖，表示保護性酶、可溶性糖與抗寒性的關系。

3 ?小結與討論

主成分分析是將分散在一組變量上的信息集中到某幾個綜合指標（主成分）上的探索性統計分析方法。其目的是利用主成分描述數據集內部結構，起到數據降維的作用。主成分分析從本質上講是聚類方法的一種，除此之外，主成分分析還可以提供有關性狀間相關性的信息，以及某一綜合性狀在分類中的意義，對分類的影響等多種信息[12，13]。因此主成分分析有著其獨特的優(yōu)越性[14，15]。

本研究通過對不同品種菲油果在自然越冬條件下與人工低溫脅迫條件下的生理指標主要成分分析結果表明，自然越冬過程中，電導率的標新最為突出，可以作為鑒定菲油果抗寒性的單一指標;在人工低溫脅迫的條件下，可以通過提高Pro、POD和可溶性糖來抵御低溫所帶來的傷害。

參考文獻：

[1] 張連全.庭園綠化新秀——菲油果[J].園林，2005（2）：25.

[2] 和紅云，田麗萍，薛 ?琳.植物抗寒性生理生化研究進展[J].天津農業(yè)科學，2007，13（2）：10-13.

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[10] 李合生.植物生理生化實驗原理和技術[M].北京：高等教育出版社，2000.

[11] 王富榮. 植物抗寒性指標的種類及其應用[J].植物生理學通報， 1987（3）：49-55.

[12] 文 ?彬，晁瑞堂，陳玉山.草莓品種的數量分類研究[J].華南師范大學學報（自然科學版），2000（1）：99-103.

[13] 魯生霞.主成分分析及其在動物遺傳育種中的應用[J].青海畜牧獸醫(yī)雜志，2003，33（5）：37-38.

[14] 徐克學.生物數學[M].北京：科學出版社，2004.

[15] 方 ?彥.園林植物[M].北京：高等教育出版社，2005.

原始數據的合成、統計以及圖表制作使用Microsoft Excel、Word 2007軟件處理;數據統計分析采用SPSS統計分析軟件完成。

2 ?結果與分析

2.1 ?自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面3個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.175%，因此可以說明前面的3個主要成分已經把不同品種菲油果92.175%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的3個主要成分作為不同品種菲油果抗寒性評價的綜合指標。

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為4.141，貢獻率為56.325%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為SOD>可溶性糖>Pro，其中SOD、可溶性糖和Pro都起保護作用;因此，第一主成分可以看作是植物在低溫條件下自身的保護因子。第二特征值為1.782，貢獻率為23.718%，第二主成分中絕對值較大的為MDA和Pro，MDA是膜脂過氧化的最終產物，大量的積累會對生物膜造成傷害，Pro為植物體內的保護因子，其保護因子與受傷因子的水平相當，因此，菲油果在自然越冬的過程中基本不受低溫的傷害。第三特征值為0.875，貢獻率為12.132%，第三主成分分析中生理指標絕對值較大為相對電導率，說明第三主成分標示膜透性與抗寒性的關系，并且相對電導率可以作為菲油果抗寒性鑒定的單一指標。

2.2 ?人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面的4個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.049%，因此可以說明前面的4個主要成分已經把不同品種菲油果92.049%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的4個主要成分作為不同品種菲油果的抗寒性評價的綜合指標。

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為3.489，貢獻率為42.984%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為Pro>POD，均在低溫下對植物起保護的作用。第二特征值為2.352，貢獻率為29.431%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率和SOD，可以看作是膜透性、膜脂過氧化與抗寒性的關系。第三特征值為1.189，貢獻率為13.967%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率。第四特征值為0.459，貢獻率為5.667%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為POD>可溶性糖，表示保護性酶、可溶性糖與抗寒性的關系。

3 ?小結與討論

主成分分析是將分散在一組變量上的信息集中到某幾個綜合指標（主成分）上的探索性統計分析方法。其目的是利用主成分描述數據集內部結構，起到數據降維的作用。主成分分析從本質上講是聚類方法的一種，除此之外，主成分分析還可以提供有關性狀間相關性的信息，以及某一綜合性狀在分類中的意義，對分類的影響等多種信息[12，13]。因此主成分分析有著其獨特的優(yōu)越性[14，15]。

本研究通過對不同品種菲油果在自然越冬條件下與人工低溫脅迫條件下的生理指標主要成分分析結果表明，自然越冬過程中，電導率的標新最為突出，可以作為鑒定菲油果抗寒性的單一指標;在人工低溫脅迫的條件下，可以通過提高Pro、POD和可溶性糖來抵御低溫所帶來的傷害。

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原始數據的合成、統計以及圖表制作使用Microsoft Excel、Word 2007軟件處理;數據統計分析采用SPSS統計分析軟件完成。

2 ?結果與分析

2.1 ?自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面3個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.175%，因此可以說明前面的3個主要成分已經把不同品種菲油果92.175%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的3個主要成分作為不同品種菲油果抗寒性評價的綜合指標。

由表1自然越冬過程中菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為4.141，貢獻率為56.325%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為SOD>可溶性糖>Pro，其中SOD、可溶性糖和Pro都起保護作用;因此，第一主成分可以看作是植物在低溫條件下自身的保護因子。第二特征值為1.782，貢獻率為23.718%，第二主成分中絕對值較大的為MDA和Pro，MDA是膜脂過氧化的最終產物，大量的積累會對生物膜造成傷害，Pro為植物體內的保護因子，其保護因子與受傷因子的水平相當，因此，菲油果在自然越冬的過程中基本不受低溫的傷害。第三特征值為0.875，貢獻率為12.132%，第三主成分分析中生理指標絕對值較大為相對電導率，說明第三主成分標示膜透性與抗寒性的關系，并且相對電導率可以作為菲油果抗寒性鑒定的單一指標。

2.2 ?人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，前面的4個主要成分的累計貢獻率已經達到了92.049%，因此可以說明前面的4個主要成分已經把不同品種菲油果92.049%的抗寒性信息表現出來，即可以選取前面的4個主要成分作為不同品種菲油果的抗寒性評價的綜合指標。

由表2人工低溫脅迫條件下菲油果葉片生理生化指標主要成分分析可知，第一特征值為3.489，貢獻率為42.984%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為Pro>POD，均在低溫下對植物起保護的作用。第二特征值為2.352，貢獻率為29.431%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率和SOD，可以看作是膜透性、膜脂過氧化與抗寒性的關系。第三特征值為1.189，貢獻率為13.967%，其中絕對值較大的生理指標為相對電導率。第四特征值為0.459，貢獻率為5.667%，其中絕對值較大的生理指標排列順序為POD>可溶性糖，表示保護性酶、可溶性糖與抗寒性的關系。

3 ?小結與討論

主成分分析是將分散在一組變量上的信息集中到某幾個綜合指標（主成分）上的探索性統計分析方法。其目的是利用主成分描述數據集內部結構，起到數據降維的作用。主成分分析從本質上講是聚類方法的一種，除此之外，主成分分析還可以提供有關性狀間相關性的信息，以及某一綜合性狀在分類中的意義，對分類的影響等多種信息[12，13]。因此主成分分析有著其獨特的優(yōu)越性[14，15]。

本研究通過對不同品種菲油果在自然越冬條件下與人工低溫脅迫條件下的生理指標主要成分分析結果表明，自然越冬過程中，電導率的標新最為突出，可以作為鑒定菲油果抗寒性的單一指標;在人工低溫脅迫的條件下，可以通過提高Pro、POD和可溶性糖來抵御低溫所帶來的傷害。

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