基于主成分分析的杏李砧木耐鹽性綜合評價

盧明艷， 潘　越， 安　鷺， 張東亞， 張富瑋， 王　濤， 張　浩

(新疆林業科學院園林綠化研究所，新疆烏魯木齊 830000)

土壤鹽堿化日趨成為一個全球化問題，目前我國鹽堿土地面積達0.27億hm2，約占全國耕地面積的10%[1-2]。新疆維吾爾自治區為封閉內陸地區，受氣候條件影響，夏季高溫少雨、晝夜溫差較大，是我國鹽漬化較為集中的省份之一[3]。杏李(Prunusdomestica×armeniaca)是杏和李通過多代雜交培育而成的新型優質水果，具有果個大、果實口味獨特、富含多種營養、耐貯藏強等優點，逐漸成為市場不可或缺的水果[4]。新疆林業科學院自2004年陸續引種杏李試栽，并經阿克蘇地區佳木、昌吉州吉木薩爾多地進行試驗種植，各項技術指標均達到或接近美國原產地水平。

嫁接是常見的無性繁殖方法，而篩選抗逆性強的砧木能夠提高杏李對極端鹽堿環境的耐受力，進而為杏李早產、豐產提供保障[5]。目前，有學者在蘋果、海棠優良砧木篩選上獲得成功[6-7]，國內未見杏李耐鹽砧木的相關報道，篩選出適合杏李的耐鹽砧木，對推進其產業發展具有重要的意義。本試驗以2年生山杏、山桃、毛桃實生苗為試材，測定不同鹽堿濃度脅迫下3種砧木的相關生理指標，并輔以生長量、生物量動態觀測，基于主成分分析進行綜合評價，以期為杏李砧木的選擇及杏李砧木耐鹽性評價提供科學依據和理論參考。

1　材料與方法

1.1　試驗材料

試驗在新疆林業科學院院內進行，選擇2年生山杏、山桃、毛桃實生苗為試材，采用規格為28 cm×30 cm的盆進行栽種，4月上盆，每盆栽1株苗，基質為田園土 ∶草炭土=1 ∶3，質量 6 kg；緩苗3個月，選取長勢基本一致的苗木進行鹽脅迫處理。

1.2　試驗設計

采用完全隨機區組設計，對每個樹種分別采取0%(對照)、0.1%、0.2%、0.4%、0.6%共5個NaCl鹽濃度進行處理，每處理9株，重復3次。為避免鹽沖擊效應，采取多次施鹽方法，即先采用0.1% NaCl進行低濃度處理，后每天遞增0.1%進行較高濃度處理，連續處理5 d，7月15日5個處理同時達到預定NaCl濃度。此后進行常規管理，每個盆定量澆水1 000 mL，確保沒有液體滲出花盆。脅迫處理35 d，觀測記錄各樹種的鹽害癥狀。

1.3　測定指標及方法

1.3.1株高生長量和相對生物量的測定每個樹種隨機選取3株，測定鹽脅迫前后的株高，分別為H1、H2，則株高生長量=H2-H1。鹽脅迫結束，每個樹種隨機選取3株，105 ℃殺青1 h，80 ℃烘至恒質量，稱干質量，精確到0.01 g。

1.3.2生理指標的測定采集相同節位的葉片，液氮中速凍帶回實驗室，超低溫冰箱中保存，備用。分別采用DDS-11型電導儀、丙酮法、考馬斯亮藍G-250法測定相對電導率、葉綠素含量、可溶性蛋白含量。

1.3.3保護酶及滲透調節物質的測定丙二醛、脯氨酸、可溶性糖含量及超氧化物歧化酶(SOD)、過氧化物酶(POD)活性的測定參照南京建成生化公司的試劑盒說明方法進行。采用9株幼苗混合取樣，取0.1 g鮮葉，置于0.9 mL生理鹽水冰浴中充分研磨，制備成10%的組織勻漿；4 ℃ 3 500 r/min 離心10 min；取上清液，備用。分別采用酶標儀、酸性茚三酮法、蒽酮比色法法測定丙二醛、脯氨酸、可溶性糖含量[8]。SOD活性測定以1 mg組織蛋白在1 mL反應液中SOD抑制率達50%時所對應的SOD量為1個活力單位(U)，POD活性測定以1 mg組織蛋白1 min催化0.01 μmol H2O2的量為1個活力單位(U)，均用U/mg表示酶活性。重復3次。

1.4　數據統計分析

2　結果與分析

2.1　NaCl脅迫對山杏、毛桃、山桃株高生長量、生物量的影響

由圖1、圖2可見，鹽脅迫下，山杏、毛桃、山桃3種砧木的生長量和生物量均不同程度地受到抑制；0～0.2%鹽脅迫時，毛桃株高生長量先升后降，山桃株高生長量先降后升，變化幅度均不大；0.2%～0.6%鹽脅迫時，山杏株高生長量大幅降低，樹體生長受鹽脅迫作用明顯；含鹽量為0.6%時，毛桃、山桃株高生長量與清水處理(對照)相比差異不明顯，但均明顯高于山杏。毛桃的生物量相對最高，山杏最低，二者平均相差達33.73 g。

2.2　NaCl脅迫對山杏、毛桃、山桃葉綠素含量的影響

鹽脅迫會導致植物光同化作用減弱，葉綠素合成受阻[10]。由圖3可見，0～0.2%鹽脅迫時，毛桃、山杏的葉綠素含量均有所下降，山桃葉綠素含量不減反增，說明山桃受鹽脅迫危害程度相對較小；0.2%～0.6%鹽脅迫時，3個樹種的葉綠素含量均有不同程度下降；含鹽量為0.6%時，樹種間葉綠素含量有明顯差異，山桃葉綠素含量相對最高，毛桃次之，山杏相對最低。

2.3　NaCl脅迫對山杏、毛桃、山桃葉片滲透調節物質的影響

2.3.1可溶性糖含量由圖4可見，隨鹽含量的增加，3個樹種的可溶性糖含量變化趨勢不一，毛桃、山杏的可溶性糖含量大致呈“先升后降”趨勢，山桃的可溶性糖含量呈“升—降—升”趨勢；鹽含量為0.2%時，毛桃的可溶性糖含量相對最高，明顯高于山桃、山杏，后出現大幅下降；0～0.2%鹽脅迫時，山桃的可溶性糖含量變化不大，鹽含量為0.4%時，山桃的可溶性糖含量相對最高，比CK高1.45 nmol/g，說明其在較高濃度鹽環境中能通過儲存可溶性糖來維持細胞的滲透調節功能。

2.3.2可溶性蛋白含量可溶性蛋白質能通過降低細胞水勢、調節葉片滲透勢來保護葉片細胞膜的滲透調節功能。由圖5可見，隨鹽脅迫程度的加劇，毛桃的可溶性蛋白含量呈逐漸降低趨勢，含鹽量為0.6%時可溶性蛋白含量較CK減少3.39 mg/g；0.2%鹽脅迫時，山桃的可溶性蛋白含量較對照下降16.29%，0.2%～0.6%鹽脅迫時，山桃的可溶性蛋白含量持續上升，并在鹽含量為0.6%時相對最高，明顯高于毛桃、山杏。

2.3.3脯氨酸含量由圖6可見，隨鹽脅迫濃度的增加，山桃、山杏的脯氨酸含量總體呈“先升后降”變化趨勢，毛桃呈遞增趨勢；0～0.2%鹽脅迫時，山桃對脯氨酸積累相對最快，較CK增加57.54 μg/g，毛桃較CK增加43.72 μg/g，山杏脯氨酸含量雖有所增加，但與CK相比差異不明顯；鹽脅迫濃度為0.6%時，毛桃的脯氨酸含量分別是山桃、山杏的1.94、3.22 倍，說明毛桃對鹽脅迫的應激保護生理能力相對較強。

2.4　NaCl脅迫對山杏、毛桃、山桃葉片保護酶活性的影響

由圖7、圖8可見，0～0.2%鹽脅迫時，山桃、毛桃的POD活性逐漸增加，而山杏POD活性則較CK下降8.64 U/mg；0.2%～0.6%鹽脅迫時，山桃葉片的POD活性呈“先升后降”趨勢，且含量始終高于毛桃和山杏，毛桃的POD活性雖有所降低，但下降幅度不大；山杏的POD活性在鹽含量為0.2%時達到最小值，后隨鹽濃度的增加逐漸上升。山桃的SOD活性變化呈“先降后升”趨勢，鹽含量為0.1%時達到最小值；隨鹽脅迫濃度的增加，毛桃的SOD活性變化不大。

2.5　NaCl脅迫對山杏、毛桃、山桃葉片相對電導率和丙二醛含量的影響

2.5.1相對電導率由圖9可見，3種砧木葉片的相對電導率呈不同程度上升趨勢，但不同砧木的相對電導率上升幅度差異相對較大；0～0.2%鹽脅迫時，山杏變化幅度相對最大，對鹽環境的應激反應相對較強；0.2%～0.6%鹽脅迫時，毛桃相對電導率上升幅度相對最大，0.6%鹽脅迫時的相對電導率較0.2%鹽脅迫時的提高27.28%， 山桃上升幅度相對較小，較0.2%鹽脅迫時的提高19.68%，對鹽脅迫不敏感。

2.5.2丙二醛含量丙二醛是評價細胞受鹽堿破壞程度高低的重要指標之一[11]。由圖10可見，3種砧木受鹽脅迫時丙二醛含量的變化趨勢不一，隨鹽脅迫濃度增加，山杏丙二醛含量先升后降，在鹽堿濃度為0.2%時丙二醛含量達到最高，明顯高于毛桃、山桃；0.2%鹽脅迫時，毛桃的丙二醛含量較CK下降92.04%，高于山桃的53.98%。說明毛桃具有一定的耐鹽能力，在輕度和重度鹽環境下其細胞膜并未受到明顯的損壞。

2.6　3種杏李砧木的綜合評價

2.6.1基于隸屬函數法的綜合評價由于試驗調查的耐鹽性指標數量綱不一致，故先采用隸屬函數法對試驗數據進行標準化，將各指標隸屬函數值求和即可得出不同砧木的耐鹽綜合得分。由表1可見，3種砧木耐鹽能力由高到低排序為毛桃>山桃>山杏。

表1　不同砧木耐鹽性指標標準化結果

2.6.2基于主成分分析法的綜合評價對標準化后的數據進行基于主成分分析的綜合評價。由表2可見，10項耐鹽指標提取出2個主成分，旋轉后因子特征與方差貢獻結果可簡化變量的因子數，其中第1主成分特征根為5.790，代表10項耐鹽指標信息總量的57.90%，第2主成成分特征根為 4.210，代表10項耐鹽指標信息總量的42.10%，累計貢獻率達100%，通過2個主成分能夠反映原始變量的所有信息。因此，采用2個公因子代替原有的10項指標對杏李砧木耐鹽性進行綜合評價，因子經旋轉后與變量間的對應關系更加清晰[12]。由表3可見，第1主成分系數為正且載荷值相對較高的指標有葉綠素、可溶性糖、可溶性蛋白含量和POD活性，載荷值分別為0.768、0.890、0.993、0.991，載荷值較高且系數為負的指標有生長量，載荷值為-0.989，說明第1主成分主要反映葉綠素含量、可溶性糖含量、可溶性蛋白含量、植株生長量、POD活性這5項耐鹽指標對砧木的影響；第2主成分載荷值相對較高且系數為正的指標有生物量、相對電導率、丙二醛含量，載荷值分別是0.951、0.780、0.987，載荷值較高且系數為負的指標有SOD活性，載荷值為-0.743，說明第2主成分主要反映生物量、相對電導率、丙二醛含量、SOD活性這4項耐鹽指標對砧木的影響程度。用表3各項調查指標的載荷值除以相應主成分對應的特征根，然后開平方根，即可得到各個指標的系數即為特征向量，將特征向量與標準化后的數據相乘，可以得到2個主成分的函數表達式分別為

f1=-0.413ZX1+0.232ZX2+0.364ZX3+0.392ZX4+0.414ZX5+0.349ZX6+0.414ZX7-0.340ZX8+0.329ZX9-0.166ZX10；

f2=-0.186ZX1+0.475ZX2+0.390ZX3+0.329ZX4+0.168ZX5+0.410ZX6+0.178ZX7-0.420ZX8+0.430ZX9+0.484ZX10。

由表4可見，以公因子f1排序時，山桃排名第1，其作為砧木主要優勢體現在受鹽脅迫時枝條營養儲存充足，對葉片光合作用、枝條生長影響相對較低，山杏排名相對最低，說明其受鹽脅迫危害程度相對最大；以公因子f2排序時，毛桃排名第1，作為砧木其優勢在于細胞膜脂氧化受鹽脅迫影響相對較低，同時質膜透性受鹽離子破壞程度較低，干物質積累量相對較大，山杏細胞受鹽脅迫影響程度相對最大，細胞平衡破壞嚴重，得分相對最低；綜合得分值由低到高依次為毛桃>山桃>山杏，這與隸屬函數法分析結果一致。

表2　主成分的特征根、方差貢獻率和累計貢獻率

表3　旋轉后的主成分載荷矩陣

表4　不同砧木耐鹽堿指標得分及綜合得分

3　結論與討論

采用隸屬函數法對生化指標單位進行統一，能夠避免因數量綱不一致導致的試驗誤差，增加數據結果的精確性和可靠性。綜合來看，3種砧木耐鹽性由高到低為毛桃>山桃>山杏，其中山桃長勢強，可溶性糖、可溶性蛋白含量高，葉綠素含量也較高，毛桃干物質含量積累多，細胞膜脂保護作用及抗氧化能力相對較強。當細胞組織受到傷害時，葉片MDA含量增加，膜脂過氧化加劇[13-14]，引起葉片膜透性的增加[15]。夏陽等研究NaCl脅迫下蘋果幼樹葉片膜透性的變化發現，0.4% 鹽脅迫處理的相對電導率在中前期高于對照，植物細胞膜透性受到傷害[16]。杜中軍等報道，小金海棠和平邑甜茶葉片細胞膜透性隨鹽脅迫加重而增大，耐鹽能力強的小金海棠膜透性在不同鹽脅迫時間和脅迫強度下都低于平邑甜茶[17]。本試驗研究發現，隨NaCl濃度的增加，山桃、毛桃、山杏的相對電導率呈增加趨勢，0.6% NaCl處理的山桃、毛桃、山杏葉片相對電導率分別為對照的2.26、1.79、1.58倍，說明山桃、毛桃、山杏對0.6% NaCl處理都有一定程度的耐受性。

活性氧代謝失調引起自由基積累及自由基對大分子的破壞作用是需氧生物遭受逆境傷害的重要特征。活性氧在植物體內的清除則需SOD、POD等膜保護酶系統[18-19]。克熱木·伊力等發現，NaCl脅迫下長果阿月渾子葉片中的SOD、POD活性隨鹽濃度的增大而增強[20]。李會云等研究葡萄砧木品種(系)的耐鹽性結果表明，隨土壤含鹽量增加，SOD、POD活性呈先升后降趨勢[21]。本試驗結果表明，在鹽脅迫初期(0～0.2%)，山桃和毛桃POD活性均逐漸增加，而山杏POD活性呈下降趨勢。而鹽脅迫后期(0.2%～0.6%)，山桃葉片POD活性呈先升后降趨勢，但含量始終高于毛桃和山杏；毛桃次之，POD活性雖降低，但幅度不大；山杏較低，在鹽含量0.2%達最低后POD活性開始上升。山桃SOD活性變化均呈"先降后升"趨勢，鹽含量0.1%時達最低值，隨著對鹽堿土壤的適應，SOD活性明顯上升，毛桃隨鹽脅迫SOD變化不大。由此可見，SOD、POD活性在不同果樹鹽脅迫反應中的變化規律不盡相同，可能是不同果樹應答鹽脅迫的機制不同，也可能是不同酶在不同樹種中的作用途徑不完全一樣所致。

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其中，L為雙基基線長度，RS為雙基距離和，RT,RR分別為發射機、接收機與目標之間的距離，HT,HR分別為發射機、接收機的飛行高度，VT,VR分別為發射機、接收機的平臺運動速度，φT,φR分別為地面目標散射點相對于發射、接收平臺天線軸向的俯仰角，ψT,ψR分別為發射、接收平臺波束指向的空間角，δT,δR分別為發射、接收平臺載機飛行方向相對于基線方向的方位角，θFT,θFR分別為發射、接收雷達天線波束指向相對于基線方向的方位角，θAT,θAR分別為發射、接收雷達天線相對于載機飛行方向的夾角。

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