植物生长抑制剂对烤烟烟苗生理主成分的影响分析

唐 兵，李庆平，龙 伟，张鹏远，孙文向，陈 林，李秀军，王建光* ，陈穗云*

(1. 云南大学生命科学学院植物科学研究所，云南昆明650091;2. 云南省烟草公司楚雄州公司，云南楚雄675000;3. 昆明保腾生化技术有限公司，云南昆明650106)

常规漂浮育苗是当今集约化育苗最主要的育苗方式［1］，该方法的优点是烟苗出土整齐，集约化程度高，便于管理［2］. 但是由于烟苗在大棚中生长，温湿度较大，易导致烟苗地上部生长过快，当前主要采用剪叶的方法控制烟苗的快速生长，但增加了病毒病传播的几率［3－4］. 为了控制烟苗徒长，培育壮苗，至移栽前通常要剪叶3～4 次，本研究通过采用喷施砂培烤烟育苗专用复合剂(专利申请号:201210169461.2)控制烟苗地上部分快速生长，促进地下部根系生长，减少剪叶次数或不剪叶.研究表明喷施外源药剂会使烟草发生一系列的生理生化反应，并会引起植物的新陈代谢及抗性的变化［5］.

在本研究中喷施砂培烤烟育苗专用复合剂对烟苗产生生理生化变化，选用指标过少不能完全反应出药剂的作用，但是用过多的生理指标则增加了分析问题的复杂性，因各指标之间存在一定的相关性.主成分分析通过降维，有效避免了信息重叠，并使信息浓缩［6］，可解决评价指标之间具有相关性的问题［7－8］.研究表明，主成分分析方法科学、可靠，已被广泛应用［9－15］，吴峰等［16］使用主成分分析的方法筛选衡量烤烟成熟度的指标，但用该方法筛选与烟草生长抑制有关的生理生化指标缺乏，因此有必要筛选可以衡量此复合剂对烟苗生理生化的影响指标.

1 材料与方法

1.1 试验材料

实验于2011年4月26日至5月2日在云南大学生命科学学院进行，供试品种为K326，采用砂培漂浮育苗，烟苗由云南省烟草公司楚雄州公司提供.烟草育苗专用复合剂(主要成分为脱落酸和多效唑)由云南大学生命科学学院植物科学研究所提供.

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计及取样方法 试验共设3个处理:A 处理(20 mg/L)、B 处理(60 mg/L)、C 处理(100 mg/L)分别在“小十字期”和“大十字期”喷施，按100 mL/盘喷施)，1个对照(CK 组，分别在小十字期和大十字期各喷施清水，按100 mL/盘喷施). 选用B 处理生长抑制复合制剂在“大十字期”喷施7 d 后分别采样测定相关生理指标.

1.2.2 生理生化指标检测 测定指标为叶绿素A、B 总和(Chl(a + b))、类胡萝卜素、过氧化物酶(POD)、超氧化物歧化酶(SOD)、丙二醛(MDA)、脯氨酸(Pro)、可溶性糖含量、谷氨酰胺合成酶(GS)等8个指标. 参照张以顺［17］、刘萍［18］等方法检测.

1.2.3 数据分析 数据经过方差分析后，再进行主成分分析.

应用Microsoft office Excel 2003 和应用统计分析软件DPS 7.05 进行.

2 结果与分析

2.1 烟苗生长抑制复合剂对烟苗生长的影响

利用3 种不同质量浓度的植物生长抑制剂(20、60、100 mg/L)分别在“小十字期”和“大十字期”进行喷施，以清水为照，在“大十字期”喷施7 d后测定相关生物学性状，结果表明，烟苗生长抑制剂在烤烟漂浮育苗“小十字期”和“大十字期”喷施能有效控制烟苗的徒长(图1);生长抑制剂对烟苗的株高影响较大，3 种质量浓度的生长抑制剂对株高生长抑制都很明显，随着喷施质量浓度的增加，对烟株株高的控制就越有效(表1);高质量浓度处理与对照的茎围相比没有显著性差异，但是，60 mg/L 的处理烟苗茎围明显高于对照(表1)，说明喷施适当质量浓度的生长抑制剂能有效促进烟苗的茎围增加;喷施60 mg/L 的生长抑制剂与对照相比对烟苗的鲜重和干重没有明显影响(表1)，而生长抑制剂处理烟苗鲜重平均减少0.22～2.22 g/株，干重平均减少0.08～0.18 g/株.综合分析，当烟苗在“小十字期”和“大十字期”喷施60 mg/L 的生长抑制剂可获得较理想的生物学性状.

2.2 烟草生理生化指标主成分分析

2.2.1 理化指标的数据信息及方差分析 测定结果表明，SOD、Pro、POD 和MDA 处理组与对照组间差异显著;而谷氨酰胺合成酶(GS)、叶绿素总量、类胡萝卜素和可溶性糖含量差异不显著(表2).

图1 烟幼苗生长Figure 1 Growth of tobacco seedlings

表1 烟苗农艺性状调查表Table 1 Agronomic traits in tobacco seedlings

表2 8 种理化指标的数据及方差分析Table 2 Eight kinds of physical and chemical indicators and analysis of their variance

2.2.2 主成分个数确定 将8个生理指标进行主成分分析可获得5个主成分，累计贡献率为100%.一般来说，累计贡献率大于85%，即涵盖85%以上信息时的主成分个数即为选定的主成分个数. 在这8个生理指标中，第1 主成分(PC1)可以解释总变异59.64%的信息，第2 主成分(PC2)可以解释22.90%的信息，第3 主成分(PC3)可以解释11.10%的信息(表3).因此，利用这3个主成分可以解释93.65%的数据信息，累计贡献率大于85%，可以用PC1、PC2和PC3作为评价的综合指标.

表3 烟草生理生化指标的主成分贡献率分析表Table 3 Contribution rates of the principal physiological and biochemical indexes in tobacco seedlings

2.2.3 生理指标载荷矩阵分析 在第1 主成分的特征向量中(表4)，载荷较高且符号为正的生理指标有Pro (X3)和SOD(X1);载荷较高且符号为负的生理指标有POD(X6)，这3个指标都与植物抗性有关.在第2 主成分的特征向量中，载荷较高且符号为正的生理指标有Chl(a +b)(X7)和类胡萝卜素(X8).在第3 主成分特征向量中，载荷较高且符号为正的生理指标有可溶性糖(X2)和MDA(X5).

表4 烟草生理生化载荷矩阵分析表Table 4 Loading matrix analysis on physiological and biochemical parameters of tobacco seedlings

2.2.4 生理指标得分矩阵及聚类分析 得分矩阵表明了几个样本在该主成分中的大小和方向，通过得分矩阵进行聚类分析可获得处理组和对照组相似程度.5个主成分的得分矩阵分析结果表明，第1 主成分能够较好地区别处理组及对照组，处理组都为正值，对照组都为负值，而第2、3、4、5 主成分不能很好区别处理组及对照组(表5)，但综合考虑数据信息保有量及处理组与对照组的区别，选取了主成分1、主成分2 和主成分3 进行分析.

表5 烟草生理生化因子得分矩阵分析表Table 5 Factors score matrix analysis on physiological and biochemical parameters of tobacco seedlings

常用系统聚类图上的横坐标数值表示欧氏距离的大小，欧氏距离越大两处理间的相似程度越小，反之，欧氏距离越小，两处理间的相似程度越大. 将得分矩阵利用WPGMA 聚类法构建的系统聚类树表明，3个主成分能有效将处理组与对照组分开(图2)，说明所选生理指标能代表处理后烟株的生理变化.

2.3 烟草生理主成分分析

PC1、PC2和PC3的累计贡献率为93.65%，可作为评价的综合指标，通过载荷矩阵、得分矩阵和系统聚类综合分析可得出植物抗性相关因子(Pro，POD，SOD)、光合作用相关因子(Chl(a + b)，类胡萝卜素)和质膜透性因子(可溶性糖和MDA)为喷施生长抑制剂烟苗响应的3个主成分. 每个主成分中的指标具有呈正相关的也有呈负相关的或者是同一类型的，因此，若考虑有的指标具有相似的性质，则可利用更少的生理指标来进行检测.

3 讨论

主成分分析是一种设法将原来变量重新组合成一组新的互相无关的几个综合变量，同时根据实际需要从中可以取出几个较少的综合变量尽可能多地反映原来变量的信息的统计方法，也是数学上用来降维的一种方法.在实际分析问题中，为了全面分析问题，可能会提出很多与此相关的变量(或因素)，然而，在一系列的变量中，各变量都在不同程度上有相互关系.利用主成分分析可将相关信息进行归纳、综合和简化［6］. 因此，主成分分析法已被广泛应用于各行业，通过主成分分析有效避免了信息重叠，使信息得到有效浓缩［9－15］. 在烟草行业中，主成分分析法也被有效利用，吴峰等［16］使用主成分分析的方法筛选衡量烤烟成熟度的指标，为确定烤烟采烤时期提供了指导.鲁绍坤等［19］基于主成分分析构建了烟叶质量评价模型，结果显示该模型有效率达到81.18%，可以作为卷烟配方的辅助工具使用.

喷施烟苗生长抑制复合剂后会引起烟株体内一系列生理发生变化，然而，在众多生理指标中可能只有少数生理指标最能响应喷施药剂后的变化.因此，为了高效检测和有效反应烟草育苗专用复合剂在烟草苗期对烟苗生长的影响，本实验对喷施烟草生长抑制剂后烟叶相关生理指标进行主成分分析是一种行之有效的方法.通过主成分分析得出了解植物抗性因子、光合作用因子和质膜透性因子为烟草的3个主成分. 这3个主成分对变异的累计贡献率达93.65%，其中以植物抗性因子的贡献率最高，为59.64%，说明喷施药剂后对烟草的植物抗性影响可能较大;光合作用因子的贡献率达22.90%，说明调整光照对烟苗的生长具有重要的作用. 综合分析，砂培烤烟漂浮育苗喷施生长抑制剂后对烟草的抗性、光合作用和质膜透性因子3个主成分具有较大的影响，这3个主成分可作为评价的综合指标.

［1］甄焕菊，袁志永. 美国烟草大棚温室漂浮育苗技术介绍［J］.烟草科技，1999(4):39－41.

［2］李彰，马京民，王行，等.烤烟大棚漂浮育苗［J］. 烟草科技，2003(12):39－41.

［3］曾嵘，滕永忠，张庆刚，等.烤烟漂浮育苗中TMV 的发生及预防研究［J］. 云南农业大学学报，2005，20(1):136－139.

［4］杨怀千，周冀衡，黄勇，等. 中国现阶段烤烟生产中主要育苗技术研究进展［J］. 中国农学通报，2009，25(17):84－88.

［5］秦世荣.宁南霉素用于防治烟草花叶病毒TMV 侵染机理的探讨［D］.成都:四川大学，2004.

［6］JOLLIFFE I T. Principal component analysis［M］. 2nd ed.New York，USA:Springer－Verlag，2002.

［7］马京民，刘国顺，时向东，等. 主成分分析和聚类分析在烟叶质量评价中的应用［J］. 烟草科技，2009(7):57－60.

［8］王文艺，罗贞宝，饶应勇，等.贵州省毕节地区韭菜坪2号烤烟新品种(系)烟叶质量分析与评价［J］. 安徽农业科学，2008，36(25):10960－10962.

［9］周波，陈旭飞，张聪俐，等. 深圳市光明新区土壤肥力时空演变的主成分分析［J］. 华南农业大学学报，2012，33(4):448－452.

［10］肖炳，张燕春. 烤烟品种主成分分析和聚类分析［J］.种子，2000(2):27－29.

［11］李国栋，胡建军，周冀衡，等. 基于主成分和聚类分析的烤烟化学品质综合评价［J］. 烟草科技，2008(12):5－9.

［12］KU W，STORER R H，GEORGAKIS C. Disturbance detection and isolation by dynamic principal component analysis［J］. Chemometr Interll Lab，1995，30:179－196.

［13］YEUNG K Y，RUZZO W L. Principal component analysis for clustering gene expression data［J］. Bioinformatics，2001，17:763－774.

［14］严学兵，周禾，王堃，等. 披碱草属植物形态多样性及其主成分分析［J］.草地学报，2005，13(2):111－116.

［15］戴素贤，谢赤军，陈栋，等. 七种高香型乌龙茶香气成分的主成分分析［J］. 华南农业大学学报，1999，20(1):113－117.

［16］吴峰，陈进红，金亚波. 烤烟成熟度诊断指标筛选研究［J］. 科技通报，2009，25(1):56－60.

［17］张以顺，黄霞，陈云凤. 植物生理学实验教程［M］. 北京:高等教育出版社，2009.

［18］刘萍，李明军. 植物生理学实验技术［M］. 北京:科学出版社，2007.

［19］鲁绍坤，王毅，李正风.基于主成分分析的烤烟质量评价模型［J］. 贵州农业科学，2010，38(2):67－69.