主成分分析鑒定煙草品種抗旱性的生理指標篩選

王仁剛，林世鋒，張吉順，楊志曉，李金玲

（1.貴州省煙草科學研究院，貴州 貴陽 550081；2.貴州大學，貴州 貴陽 550025；3.貴州省藥用植物繁育與種植重點（工程）實驗室，貴州 貴陽 550025）

主成分分析鑒定煙草品種抗旱性的生理指標篩選

王仁剛1，林世鋒1，張吉順1，楊志曉1，李金玲2,3

（1.貴州省煙草科學研究院，貴州 貴陽 550081；2.貴州大學，貴州 貴陽 550025；3.貴州省藥用植物繁育與種植重點（工程）實驗室，貴州 貴陽 550025）

以14個煙草品種為試驗材料，采用大棚盆栽自然干旱的方式，在干旱的不同階段（5、10、15 d）測定9個生理指標，通過主成分分析的方法研究了煙草抗旱鑒定敏感的生理指標，并進行了綜合評價。結(jié)果表明：煙草干旱各階段主成分分析提取主成分均4個，各干旱階段生理指標主成分略有差異，綜合分析得出，CAT、脯氨酸、可溶性蛋白、葉片水分、POD和可溶性糖6個生理指標與煙草的生理抗旱相關性最密切。

主成分分析；煙草；抗旱性；生理指標

煙草是以收獲葉片為對象的經(jīng)濟作物，煙草葉片大，需水多。研究表明未成熟葉片含水量在90%以上，成熟葉片的含水量也高于80%，若葉片含水量減少6%～8%即出現(xiàn)萎蔫現(xiàn)象[1]，可見，水分對煙草植株生長至關重要。在丘陵山區(qū)種植煙草往往煙葉質(zhì)量較好[2]，而丘陵山區(qū)土壤保水能力較差，土壤干旱隨時發(fā)生，干旱脅迫成為煙草生長一個重要限制因子[3-6]。與旱害相關的生理指標非常多，但是煙草對哪些抗旱生理指標敏感尚不清楚。因此，開展煙草品種抗旱生理指標的篩選至關重要。該研究篩選簡便、快捷、可靠的生理抗旱性鑒定指標，以期為煙草生理抗旱鑒定提供快速鑒定方法，同時為煙草抗旱栽培提供理論指導。

1 材料與方法

1.1 供試材料

供試材料為牛津26號、貴煙2號、紅花大金元、云煙87、南江3號、K326、福泉永團葉摺煙、K149、麻江大紅花、大柳葉節(jié)骨密、中煙14、大黃金5210、從江塘洞煙、NC89，共14個品種。供試土壤為黃壤，土壤堿解氮為42 .8 mg/kg， 速效磷為49.3 mg/kg ，速效鉀為98.7 mg/kg ，pH值為6.5。

1.2 材料培養(yǎng)與處理方法

試驗于2014年在貴州省煙草科學研究院福泉基地防雨棚內(nèi)進行，采用盆栽限量供水種植，選取整齊健壯的7葉期煙苗于5月1日移栽到塑料盆缽中進行培養(yǎng)， 每盆栽1株，每個品種40盆。預培養(yǎng)20 d待煙株穩(wěn)健成活后，進行干旱脅迫處理，每個品種設對照和干旱處理，干旱處理分3個階段，即干旱脅迫天數(shù)5、10和15 d。待干旱處理后，每個處理取3株煙草植株，取煙株功能葉片混合為供試材料進行生理指標測定。

1.3 測定指標與方法

植株干重采用烘干稱量法測定；葉片相對含水量采用張志良[7]編寫《植物生理學實驗指導》方法測定；細胞膜透性采用電導率法測定；SOD、CAT、POD、MDA采用南京建成生物工程研究所試劑盒測定；可溶性蛋白采用考馬斯亮藍法測定；可溶性糖采用蒽酮比色法測定；脯氨酸采用茚三酮比色法測定。

為消除不同煙草品種間遺傳背景的差異，采用性狀相對值作為評價品種耐旱性的指標，可分別以脅迫指數(shù)和指標增長率來評價不同烤煙品種各性狀的抗旱性，計算公式[8]：葉片水含量脅迫指數(shù)=干旱脅迫下煙草葉片水含量/對照煙草葉片水含量×100%；指標脅迫指數(shù)=（干旱脅迫下煙草指標值-對照煙草指標值）/對照煙草指標值×100%。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

采用Excel2007和SPSS13.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 煙草各品種干旱5 d生理指標主成分分析

對煙草各品種干旱5 d處理，測定葉片水分、細胞膜透性、SOD、CAT、POD、MDA、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸9個生理指標，計算脅迫指數(shù)和指標增長率，采用成分分析的方法，確定煙草干旱反應敏感的生理指標。

根據(jù)特征值可以確定主成分個數(shù)。由表1可知，煙草各品種干旱5 d生理指標主成分分析提取了4個主成分。前4個主成分的貢獻率分別為27.833%、19.987%、15.923%和13.523%，當主成分個數(shù)達到4時，累計貢獻率已達77.266%，即4個主成分代表了14個煙草品種9個生理指標77.266%的信息含量。

表1 煙草各主成分的特征值、方差及累計貢獻率（干旱5 d）

第1主成分的特征值是2.505，累計貢獻率為27.833%，POD、葉片水分、可溶性糖在第1主成分上有較高的載荷（表2），說明第1主成分主要反映了POD、葉片水分、可溶性糖的信息；第2主成分的特征值是1.799，累計貢獻率為47.820%，脯氨酸和CAT在第2主成分上有較高的載荷，說明第2主成分主要反映了脯氨酸和CAT的信息；第3主成分的特征值是1.433，累計貢獻率為63.743%，CAT在第3主成分上有較高的載荷，說明第3主成分主要反映了CAT的信息；第4主成分的特征值是1.217，累計貢獻率為77.266%，葉片水分在第4主成分上有較高的載荷，說明第4主成分主要反映了葉片水分的信息。根據(jù)各指標在不同因子上的載荷，可確定葉片水分、CAT、POD、可溶性糖和脯氨酸5個生理指標為煙草干旱反應敏感的生理指標。

表2 煙草各指標主成分的特征向量（干旱5 d）

2.2 煙草各品種干旱10 d生理指標主成分分析

煙草各品種干旱10 d，對生理指標的脅迫指數(shù)和指標增長率進行主成分分析，結(jié)果見表3、4。煙草各品種干旱10 d生理指標主成分分析提取了4個主成分（表3）。前4個主成分的貢獻率分別為27.091%、24.425%、16.087%和12.987%，當主成分個數(shù)達到4時，累計貢獻率已達80.590%，即4個主成分代表了14個煙草品種9個生理指標80.590%的信息含量。

表3 煙草各主成分的特征值、方差及累計貢獻率（干旱10 d）

第1主成分的特征值是2.438，累計貢獻率為27.091%，CAT和可溶性蛋白在第1主成分上有較高的載荷（表4），說明第1主成分主要反映了CAT和可溶性蛋白的信息；第2主成分的特征值是2.198，累計貢獻率為51.516%，POD、SOD和脯氨酸在第2主成分上有較高的載荷，說明第2主成分主要反映了POD、SOD和脯氨酸的信息；第3主成分的特征值是1.448，累計貢獻率為67.603%，細胞膜透性和可溶性蛋白在第3主成分上有較高的載荷，說明第3主成分主要反映了細胞膜透性和可溶性蛋白的信息；第4主成分的特征值是1.169，累計貢獻率為80.590%，可溶性糖在第4主成分上有較高的載荷，說明第4主成分主要反映了可溶性糖的信息。根據(jù)各指標在不同因子上的載荷，可確定可溶性蛋白、CAT、POD、SOD、脯氨酸、細胞膜透性和可溶性糖7個生理指標為煙草干旱反應敏感的生理指標。

表4 煙草各指標主成分的特征向量（干旱10 d）

2.3 煙草各品種干旱15 d生理指標主成分分析

煙草各品種干旱15 d，對生理指標的脅迫指數(shù)和指標增長率進行主成分分析，結(jié)果見表5、6。由表5可知，煙草各品種干旱15 d生理指標主成分分析提取了4個主成分。前4個主成分的貢獻率分別為27.958%、19.793%、14.848%和12.030%，當主成分個數(shù)達到4時，累計貢獻率已達74.629%，即4個主成分代表了14個煙草品種9個生理指標74.629%的信息含量。

表5 煙草各主成分的特征值、方差及累計貢獻率（干旱15 d）

第1主成分的特征值是2.516，累計貢獻率為27.958%，可溶性糖、POD和脯氨酸在第1主成分上有較高的載荷（表6），說明第1主成分主要反映了可溶性糖、POD和脯氨酸的信息；第2主成分的特征值是1.781，累計貢獻率為47.751%，葉片水分、MDA和可溶性蛋白在第2主成分上有較高的載荷，說明第2主成分主要反映了葉片水分、MDA和可溶性蛋白的信息；第3主成分的特征值是1.336，累計貢獻率為62.599%，可溶性蛋白和脯氨酸在第3主成分上有較高的載荷，說明第3主成分主要反映了可溶性蛋白和脯氨酸的信息；第4主成分的特征值是1.083，累計貢獻率為74.629%，CAT在第4主成分上有較高的載荷，說明第4主成分主要反映了CAT的信息。根據(jù)各指標在不同因子上的載荷，可確定可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、POD、葉片水分、MDA和CAT這7個生理指標為煙草干旱反應敏感的生理指標。

表6 煙草各指標主成分的特征向量（干旱15 d）

2.4 綜合評價鑒定煙草抗旱性生理指標

通過不同干旱時間處理的煙草品種各生理指標主成分分析，分別得出干旱5 d處理，葉片水分、CAT、POD、可溶性糖和脯氨酸5個生理指標為煙草干旱反應敏感的生理指標；干旱10 d處理，可溶性蛋白、CAT、POD、SOD、脯氨酸、細胞膜透性和可溶性糖7個生理指標為煙草干旱反應敏感的生理指標；干旱15 d，可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、POD、葉片水分、MDA和CAT為煙草干旱反應敏感的生理指標。根據(jù)各指標在主成分中出現(xiàn)的頻率，可確定CAT、脯氨酸和可溶性蛋白3個指標對煙草干旱反應敏感，葉片水分、POD、可溶性糖3個指標較敏感。可通過上述6個生理指標判斷煙草的生理抗旱性。

3 結(jié)論與討論

（1）該研究基于主成分分析的方法，對14個煙草品種不同干旱時期的9個生理指標進行分析，結(jié)果篩選出CAT、脯氨酸、可溶性蛋白、葉片水分、POD和可溶性糖6個生理指標判斷煙草的生理抗旱性。

（2）試驗得出的6個生理指標判斷煙草抗旱性，是以K326、云煙87、紅花大金元、中煙14、南江3號、NC89、牛津26號、麻江大紅花、大柳葉節(jié)骨密、福泉永團葉摺煙、從江塘洞煙、K149和大黃金5210共14個煙草品種為材料，是否對除這14個品種外的煙草品種適用，需進一步驗證。

[1] 刁操銓. 作物栽培學各論（南方本） [M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1994.

[2] 周翼衡，朱小平，王彥亭，等. 煙草生理與生物化學[M]. 合肥：中國科學技術(shù)大學出版社，1996.

[3] 中國農(nóng)業(yè)科學院煙草研究所. 煙草栽培技術(shù)[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社.1980.

[4] 劉樹杰. 土壤水分與煙草生長發(fā)育和產(chǎn)量品質(zhì)的關系[J]. 中國煙草，1985，（3）：9 -12.

[5] 韓錦峰. 煙草栽培生理[M]. 北京：中國農(nóng)業(yè)出版社，1996.

[6] 王鵬翔，艾復清，鐘 蕾，等. 成熟期干旱脅迫對烤煙葉綠素含量及相關酶活性的影響[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2007，35 （31）：9945 -9946.

[7] 張志良. 植物生理學實驗指導（第4版）[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[8] 王艷慧，高洪文，王 贊，等. 膠質(zhì)苜蓿種質(zhì)資源苗期抗旱性綜合評價[J].植物遺傳資源學報，2009，（3）：443-447.

（責任編輯：朱瓊瓊）

The Physiological Indexes of Tobacco Drought Resistance Identification by Principal Components Analysis

WANG Ren-gang1，LIN Shi-feng1，ZHANG Ji-shun1，YANG Zhi-xiao1，LI Jin-ling2,3
（1. Guizhou Academy of Tobacco Science Research, Guiyang 550081, PRC; 2. Guizhou University, Guiyang 550025, PRC;
3. Laboratory about Breeding and Planting of Traditional Chinese Medicine in Guizhou, Guiyang 550025, PRC）

14 tobacco varieties were taken as experimental materials. Tobacco plant was implemented to drought stress with controlled water supply by pot-culture method. The tobacco leaves were followed by measurement of nine physiological indexes during stress treatment (5, 10 and 15 d). Then final comprehensive evaluation on sensitive physiological indexes of tobacco drought resistance identification was analyzed with principal components analysis method. The results showed that the four principal components were selected by principal components analysis to evaluate the sensitive physiological indexes of the various stages of drought stress. The principal components of physiological indexes at different stages in the drought were slightly different. The comprehensive analysis indicated that catalase activity, contents of proline, contents of soluble protein, leaf water content, peroxidase activity and soluble sugar content were the most closely connected with tobacco physiological drought resistance.

principal components analysis; tobacco; drought resistance; physiological indexes

S572

：A

：1006-060X（2015）11-0007-03

DOI:10.16498/j.cnki.hnnykx.2015.11.002

2015-09-22

中國煙草總公司科技重點項目（110201302004）；中國煙草總公司貴州省公司科技專項（201101）；中國煙草總公司貴州省公司地標項目（2013）；貴州省作物學省級重點學科建設項目（黔學位合字ZDXK[2014]8號）；貴州省藥用植物繁育與種植人才基地項目(黔人領發(fā)[2013]15號)

王仁剛（1976-），男，遼寧營口市人，副研究員，主要從事煙草遺傳育種研究。

李金玲