主成分分析鉴定烟草品种抗旱性的生理指标筛选

王仁刚，林世锋，张吉顺，杨志晓，李金玲

（1.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081；2.贵州大学，贵州 贵阳 550025；3.贵州省药用植物繁育与种植重点（工程）实验室，贵州 贵阳 550025）

主成分分析鉴定烟草品种抗旱性的生理指标筛选

王仁刚1，林世锋1，张吉顺1，杨志晓1，李金玲2,3

（1.贵州省烟草科学研究院，贵州 贵阳 550081；2.贵州大学，贵州 贵阳 550025；3.贵州省药用植物繁育与种植重点（工程）实验室，贵州 贵阳 550025）

以14个烟草品种为试验材料，采用大棚盆栽自然干旱的方式，在干旱的不同阶段（5、10、15 d）测定9个生理指标，通过主成分分析的方法研究了烟草抗旱鉴定敏感的生理指标，并进行了综合评价。结果表明：烟草干旱各阶段主成分分析提取主成分均4个，各干旱阶段生理指标主成分略有差异，综合分析得出，CAT、脯氨酸、可溶性蛋白、叶片水分、POD和可溶性糖6个生理指标与烟草的生理抗旱相关性最密切。

主成分分析；烟草；抗旱性；生理指标

烟草是以收获叶片为对象的经济作物，烟草叶片大，需水多。研究表明未成熟叶片含水量在90%以上，成熟叶片的含水量也高于80%，若叶片含水量减少6%～8%即出现萎蔫现象[1]，可见，水分对烟草植株生长至关重要。在丘陵山区种植烟草往往烟叶质量较好[2]，而丘陵山区土壤保水能力较差，土壤干旱随时发生，干旱胁迫成为烟草生长一个重要限制因子[3-6]。与旱害相关的生理指标非常多，但是烟草对哪些抗旱生理指标敏感尚不清楚。因此，开展烟草品种抗旱生理指标的筛选至关重要。该研究筛选简便、快捷、可靠的生理抗旱性鉴定指标，以期为烟草生理抗旱鉴定提供快速鉴定方法，同时为烟草抗旱栽培提供理论指导。

1 材料与方法

1.1 供试材料

供试材料为牛津26号、贵烟2号、红花大金元、云烟87、南江3号、K326、福泉永团叶摺烟、K149、麻江大红花、大柳叶节骨密、中烟14、大黄金5210、从江塘洞烟、NC89，共14个品种。供试土壤为黄壤，土壤碱解氮为42 .8 mg/kg， 速效磷为49.3 mg/kg ，速效钾为98.7 mg/kg ，pH值为6.5。

1.2 材料培养与处理方法

试验于2014年在贵州省烟草科学研究院福泉基地防雨棚内进行，采用盆栽限量供水种植，选取整齐健壮的7叶期烟苗于5月1日移栽到塑料盆钵中进行培养， 每盆栽1株，每个品种40盆。预培养20 d待烟株稳健成活后，进行干旱胁迫处理，每个品种设对照和干旱处理，干旱处理分3个阶段，即干旱胁迫天数5、10和15 d。待干旱处理后，每个处理取3株烟草植株，取烟株功能叶片混合为供试材料进行生理指标测定。

1.3 测定指标与方法

植株干重采用烘干称量法测定；叶片相对含水量采用张志良[7]编写《植物生理学实验指导》方法测定；细胞膜透性采用电导率法测定；SOD、CAT、POD、MDA采用南京建成生物工程研究所试剂盒测定；可溶性蛋白采用考马斯亮蓝法测定；可溶性糖采用蒽酮比色法测定；脯氨酸采用茚三酮比色法测定。

为消除不同烟草品种间遗传背景的差异，采用性状相对值作为评价品种耐旱性的指标，可分别以胁迫指数和指标增长率来评价不同烤烟品种各性状的抗旱性，计算公式[8]：叶片水含量胁迫指数=干旱胁迫下烟草叶片水含量/对照烟草叶片水含量×100%；指标胁迫指数=（干旱胁迫下烟草指标值-对照烟草指标值）/对照烟草指标值×100%。

1.4 数据统计分析

采用Excel2007和SPSS13.0统计软件进行数据统计与分析。

2 结果与分析

2.1 烟草各品种干旱5 d生理指标主成分分析

对烟草各品种干旱5 d处理，测定叶片水分、细胞膜透性、SOD、CAT、POD、MDA、可溶性蛋白、可溶性糖和脯氨酸9个生理指标，计算胁迫指数和指标增长率，采用成分分析的方法，确定烟草干旱反应敏感的生理指标。

根据特征值可以确定主成分个数。由表1可知，烟草各品种干旱5 d生理指标主成分分析提取了4个主成分。前4个主成分的贡献率分别为27.833%、19.987%、15.923%和13.523%，当主成分个数达到4时，累计贡献率已达77.266%，即4个主成分代表了14个烟草品种9个生理指标77.266%的信息含量。

表1 烟草各主成分的特征值、方差及累计贡献率（干旱5 d）

第1主成分的特征值是2.505，累计贡献率为27.833%，POD、叶片水分、可溶性糖在第1主成分上有较高的载荷（表2），说明第1主成分主要反映了POD、叶片水分、可溶性糖的信息；第2主成分的特征值是1.799，累计贡献率为47.820%，脯氨酸和CAT在第2主成分上有较高的载荷，说明第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，累计贡献率为63.743%，CAT在第3主成分上有较高的载荷，说明第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，累计贡献率为77.266%，叶片水分在第4主成分上有较高的载荷，说明第4主成分主要反映了叶片水分的信息。根据各指标在不同因子上的载荷，可确定叶片水分、CAT、POD、可溶性糖和脯氨酸5个生理指标为烟草干旱反应敏感的生理指标。

表2 烟草各指标主成分的特征向量（干旱5 d）

2.2 烟草各品种干旱10 d生理指标主成分分析

烟草各品种干旱10 d，对生理指标的胁迫指数和指标增长率进行主成分分析，结果见表3、4。烟草各品种干旱10 d生理指标主成分分析提取了4个主成分（表3）。前4个主成分的贡献率分别为27.091%、24.425%、16.087%和12.987%，当主成分个数达到4时，累计贡献率已达80.590%，即4个主成分代表了14个烟草品种9个生理指标80.590%的信息含量。

表3 烟草各主成分的特征值、方差及累计贡献率（干旱10 d）

第1主成分的特征值是2.438，累计贡献率为27.091%，CAT和可溶性蛋白在第1主成分上有较高的载荷（表4），说明第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，累计贡献率为51.516%，POD、SOD和脯氨酸在第2主成分上有较高的载荷，说明第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，累计贡献率为67.603%，细胞膜透性和可溶性蛋白在第3主成分上有较高的载荷，说明第3主成分主要反映了细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，累计贡献率为80.590%，可溶性糖在第4主成分上有较高的载荷，说明第4主成分主要反映了可溶性糖的信息。根据各指标在不同因子上的载荷，可确定可溶性蛋白、CAT、POD、SOD、脯氨酸、细胞膜透性和可溶性糖7个生理指标为烟草干旱反应敏感的生理指标。

表4 烟草各指标主成分的特征向量（干旱10 d）

2.3 烟草各品种干旱15 d生理指标主成分分析

烟草各品种干旱15 d，对生理指标的胁迫指数和指标增长率进行主成分分析，结果见表5、6。由表5可知，烟草各品种干旱15 d生理指标主成分分析提取了4个主成分。前4个主成分的贡献率分别为27.958%、19.793%、14.848%和12.030%，当主成分个数达到4时，累计贡献率已达74.629%，即4个主成分代表了14个烟草品种9个生理指标74.629%的信息含量。

表5 烟草各主成分的特征值、方差及累计贡献率（干旱15 d）

第1主成分的特征值是2.516，累计贡献率为27.958%，可溶性糖、POD和脯氨酸在第1主成分上有较高的载荷（表6），说明第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，累计贡献率为47.751%，叶片水分、MDA和可溶性蛋白在第2主成分上有较高的载荷，说明第2主成分主要反映了叶片水分、MDA和可溶性蛋白的信息；第3主成分的特征值是1.336，累计贡献率为62.599%，可溶性蛋白和脯氨酸在第3主成分上有较高的载荷，说明第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，累计贡献率为74.629%，CAT在第4主成分上有较高的载荷，说明第4主成分主要反映了CAT的信息。根据各指标在不同因子上的载荷，可确定可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、POD、叶片水分、MDA和CAT这7个生理指标为烟草干旱反应敏感的生理指标。

表6 烟草各指标主成分的特征向量（干旱15 d）

2.4 综合评价鉴定烟草抗旱性生理指标

通过不同干旱时间处理的烟草品种各生理指标主成分分析，分别得出干旱5 d处理，叶片水分、CAT、POD、可溶性糖和脯氨酸5个生理指标为烟草干旱反应敏感的生理指标；干旱10 d处理，可溶性蛋白、CAT、POD、SOD、脯氨酸、细胞膜透性和可溶性糖7个生理指标为烟草干旱反应敏感的生理指标；干旱15 d，可溶性蛋白、脯氨酸、可溶性糖、POD、叶片水分、MDA和CAT为烟草干旱反应敏感的生理指标。根据各指标在主成分中出现的频率，可确定CAT、脯氨酸和可溶性蛋白3个指标对烟草干旱反应敏感，叶片水分、POD、可溶性糖3个指标较敏感。可通过上述6个生理指标判断烟草的生理抗旱性。

3 结论与讨论

（1）该研究基于主成分分析的方法，对14个烟草品种不同干旱时期的9个生理指标进行分析，结果筛选出CAT、脯氨酸、可溶性蛋白、叶片水分、POD和可溶性糖6个生理指标判断烟草的生理抗旱性。

（2）试验得出的6个生理指标判断烟草抗旱性，是以K326、云烟87、红花大金元、中烟14、南江3号、NC89、牛津26号、麻江大红花、大柳叶节骨密、福泉永团叶摺烟、从江塘洞烟、K149和大黄金5210共14个烟草品种为材料，是否对除这14个品种外的烟草品种适用，需进一步验证。

[1] 刁操铨. 作物栽培学各论（南方本） [M]. 北京：中国农业出版社，1994.

[2] 周翼衡，朱小平，王彦亭，等. 烟草生理与生物化学[M]. 合肥：中国科学技术大学出版社，1996.

[3] 中国农业科学院烟草研究所. 烟草栽培技术[M]. 北京：中国农业出版社.1980.

[4] 刘树杰. 土壤水分与烟草生长发育和产量品质的关系[J]. 中国烟草，1985，（3）：9 -12.

[5] 韩锦峰. 烟草栽培生理[M]. 北京：中国农业出版社，1996.

[6] 王鹏翔，艾复清，钟 蕾，等. 成熟期干旱胁迫对烤烟叶绿素含量及相关酶活性的影响[J].安徽农业科学，2007，35 （31）：9945 -9946.

[7] 张志良. 植物生理学实验指导（第4版）[M]. 北京：高等教育出版社，2010.

[8] 王艳慧，高洪文，王 赞，等. 胶质苜蓿种质资源苗期抗旱性综合评价[J].植物遗传资源学报，2009，（3）：443-447.

（责任编辑：朱琼琼）

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

中国烟草总公司科技重点项目（110201302004）；中国烟草总公司贵州省公司科技专项（201101）；中国烟草总公司贵州省公司地标项目（2013）；贵州省作物学省级重点学科建设项目（黔学位合字ZDXK[2014]8号）；贵州省药用植物繁育与种植人才基地项目(黔人领发[2013]15号)

王仁刚（1976-），男，辽宁营口市人，副研究员，主要从事烟草遗传育种研究。

李金玲