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        基于主成分分析和聚類分析的油桐優(yōu)良家系抗性綜合評價

        2012-12-29 07:02:38徐永杰鄧先珍代新平汪陽東馬林江
        中南林業(yè)科技大學學報 2012年7期
        關鍵詞:油桐優(yōu)樹家系

        徐永杰 ,鄧先珍 ,代新平,汪陽東 ,馬林江 ,李 玲 ,曾 博

        基于主成分分析和聚類分析的油桐優(yōu)良家系抗性綜合評價

        徐永杰1,鄧先珍1,代新平1,汪陽東2,馬林江1,李 玲4,曾 博1

        (1.湖北省林業(yè)科學研究院,湖北 武漢430079;2.中國林業(yè)科學研究院熱帶林業(yè)研究所,浙江 富陽311400)

        為篩選評價復選的油桐優(yōu)良家系,采用主成分和聚類分析綜合分析方法對31個優(yōu)良家系葉片SOD、POD活性及MDA含量進行綜合分析,將31個優(yōu)良家系分為高系(桂皺27號)、中抗家系(LF3,LF11,LF99,LF27, LF78, LF1, HF11, LT37,LF42,LF62,LF108,LF52, D27,LF28,S4 LF97,LT8 S2,LF46, LT37, LF16,D538)和弱抗家系(LF103,S9,LF20,LF92, S12,LT29,HF14,D440)。結果表明,主成分和聚類綜合分析操作性強,結果可靠,是很有應用前景的綜合分析方法。

        油桐;優(yōu)良家系;抗性;主成分分析;聚類分析;綜合評價

        植物經(jīng)歷了某種逆境后,能提高對另一種逆境的抵抗能力,這種對不良環(huán)境之間的相互適應作用稱為交叉適應,交叉適應的原因之一是植物在多種逆境條件下膜保護物質(zhì)發(fā)生了類似的反應[1]。超氧化物歧化酶(SOD)和過氧化物酶(POD)是植物體內(nèi)防御活性氧傷害的重要保護酶,它們協(xié)同作用,有效地阻止高濃度自由基的積累,清除重金屬等誘導產(chǎn)生的氧自由基和過氧化物,減輕活性氧的傷害,防止膜脂的過氧化作用,使植物維持正常的生長和發(fā)育,保護植株免遭傷害等方面起著重要作用,而丙二醛(MDA)作為膜脂過氧化產(chǎn)物,其含量可以反映細胞膜脂過氧化程度和植物對逆境條件反應的強弱[2-6]。

        油桐Aleurites fordii是我國亞熱帶地區(qū)具有代表性的經(jīng)濟林樹種和特有的工業(yè)油料樹種,也是湖北省鄉(xiāng)土樹種,其種子生產(chǎn)的桐油在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國防等方面具有廣泛的用途,近年來作為生物質(zhì)能源原料樹種也越來越受到重視[7-8]。然而,生產(chǎn)中由于油桐黑斑病、枯萎病等病害的嚴重危害,引起樹體過早衰亡,減小了經(jīng)濟壽命,造成了極大的經(jīng)濟損失,嚴重影響了油桐產(chǎn)業(yè)的發(fā)展[9-10]。本研究以湖北省林科院30個復選優(yōu)樹家系和廣西林科院選育的桂皺27號家系子代葉片為試材,在氣候干旱期測定葉片SOD、POD活性和MDA含量,采用主成分分析和聚類分析方法對其抗性進行綜合評價,以期篩選出高抗優(yōu)樹家系并為油桐抗性篩選提供理論依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗地點與材料

        本試驗在湖北省林業(yè)科學研究院武漢九峰試驗林場苗圃進行。試驗林場位于北緯30°31′,東經(jīng)114°20′,海拔120 m,屬亞熱帶季風氣候。地勢平坦,南坡,黃壤土,土層較厚。試驗材料為2009年湖北省復選的30個優(yōu)樹家系葉片,優(yōu)樹家系編號分別為 LF3,D27,LF78,LF103,LF111,LF16,D538,LF20,LF42,LF46,LF52, LF62,HF11,HF14,LF27,LF28,LF92,LF97,LF99,LT8 ,LT29,LF108,LT37, LT39,LF1,D440,S4,S9,S12,S2。對照品種為廣西林科院選育的桂皺27號。

        1.2 試驗方法

        2010年春季3月份中旬在整好的苗圃地播種油桐優(yōu)樹和桂皺27號家系種子,株行距為15 cm×20 cm,正常的苗圃管理。于8月中旬武漢氣候干旱期分家系采集苗木中上部葉片,放入冰盒,帶回實驗室對SOD、POD活性和MDA含量抗性生理指標進行測定,測定方法參照李合生方法[11]進行。

        1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

        運用SAS 8.1軟件進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計。

        2 結果與分析

        2.1 抗性生理指標間的相關性分析

        對油桐家系葉片SOD、POD活性和MDA含量相關性進行分析,相關矩陣見表1。從表1中可以看出,SOD活性與POD活性相關系數(shù)為0.448 65,呈極顯著性正相關,與MDA含量相關系數(shù)為-0.285 51,呈極顯著負相關,POD活性與MDA含量相關系數(shù)為-0.285 51,也呈現(xiàn)顯著性負相關。說明油桐抗性表達過程中,膜質(zhì)過氧化是SOD、POD活性綜合作用的結果,當這兩種酶活性強時,MDA含量就較低,膜質(zhì)氧化過程緩解,油桐抗性增強;反之,膜質(zhì)氧化過程加劇,油桐抗性下降。

        表1 抗性生理指標的相關矩陣?Table 1 Correlation matric of physiological indexes of resistance

        2.2 抗性生理指標的主成分分析

        對30個復選油桐優(yōu)樹及對照品種家系葉片的SOD、POD活性和MDA含量進行主成分分析,其相關矩陣的特征根和相應的正規(guī)化特征向量列于表2。從表2可以看出,第1、2主成分方差累計貢獻率達到了96.19﹪,即第1、2主成分包含了各優(yōu)樹抗性生理指標96.19﹪信息,因此可用第1、2主成分綜合評價各優(yōu)樹家系抗性。

        表2 抗性生理指標的特征向量、特征根Table2 Eigenvectors and characteristic roots of physiological indexes of resistance

        第1、2主成分表達式分別為:

        其中x1表示SOD活性,x2表示POD活性,x3表示MDA含量。利用第1、2主成分函數(shù)計算各優(yōu)樹主成分值,將主成分值與相應特征值的方差貢獻率的積累加,得出各優(yōu)樹抗性的綜合評價指數(shù)(見表3),以此來評價油桐各優(yōu)樹家系抗性優(yōu)劣。

        從表3各油桐優(yōu)樹家系葉片抗性生理指標及其綜合評價指數(shù)可以看出,抗性生理指標綜合評價指數(shù)最高的是桂皺27號,達116.97,30個優(yōu)樹家系抗性生理指標綜合評價指數(shù)從高到低排在前五位的是HF11,LT39, LF42,LF16,D538,綜合評價指數(shù)最低的D440,僅為99.61。

        從表3中看出,桂皺27號抗性最強,LF3,LF11,LF99,LF27,LF78 ,LF1,HF11,LT37,LF42,LF62,LF108,LF52,D27,LF28,S4,LF97,LT8,S2,LF46,LT37,LF16,D538 22個家系抗性較強(見圖1),與上述生物學觀測結果基本一致(見表4),說明采用主成分分析和聚類分析均能很好地對油桐家系抗性進行綜合評價。

        表3 油桐優(yōu)樹家系葉片抗性生理指標及其綜合評價指數(shù)Table 3 Physiological indexes and synthetic analysis index of leaves of Aleurites fordii pedigree

        表4 供試油桐家系抗性分類Table 4 Resistance classification of Aleurites fordii pedigree in the test

        3 結論與討論

        圖1 油桐家系抗性生理指標聚類分析Fig.1 Cluster analysis of Aleurites fordii pedigree physiological indexes

        (1)司劍華等[12]通過測定低溫處理1年生檉柳離體枝條葉片MDA、可溶性蛋白質(zhì)等生理指標表明,MDA含量與抗寒性密切相關,可以作為檉柳抗寒性鑒定指標。本研究中MDA含量也一定程度上反應了不同油桐優(yōu)良家系抗性,如弱抗家系LT29 MDA含量高達8.52 μmol/g。但MDA決不是判斷植物抗性的唯一指標,本研究中涉及到的兩種抗性保護酶SOD、POD是清除O2-和H2O2的酶[13],很大程度上也反應植物的抗逆性,因此要進行抗性評價需要綜合考慮與抗性有關的多種因素來綜合分析。

        (2)本研究采用主成分分析和聚類分析的方法,對復選的油桐優(yōu)良家系進行綜合評價,將31個家系分為三類,即高抗家系(桂皺27號)、中抗家系(LF3,LF11,LF99,LF27,LF78,LF1,HF11, LT37, LF42,LF62,LF108,LF52, D27,LF28,S4 LF97,LT8 S2,LF46,LT37,LF16,D538)和弱抗家系(LF103,S9,LF20,LF92, S12,LT29,HF14,D440),分類結果與實際觀測的生物學性狀基本一致,顯示出了極好的應用前景。

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        Comprehensive evaluation of resistance of Aleurites fordii superior family based on principal component analysis and clustering analysis

        XU Yong-jie1, DENG Xian-zhen1, DAI Xin-ping1, WANG Yang-dong2, MA Lin-jiang1, LI Ling1, ZENG Bo1
        (1. Hubei Academy of Forestry, Wuhan 430079, Hubei, China; 2. Research Institute of Subtropical Forestry, Chinese Academy of Forestry, Fuyang 311400, Zhejiang, China)

        For the screening evaluation of excellent re-elected Aleurites fordii superior pedigree, the SOD and POD activity and MDA content of the 31 excellent pedigree were comprehensively analyzed by using principal component analysis and cluster analysis, and the pedigrees were divided into three types: high anti-pedigree (crumpled tung tree 27 breeded in Guangxi), medium anti- pedigree (LF3, LF11, LF99, LF27, LF78,LF1, HF11, LT37, LF42, LF62, LF108, LF52, D27, LF28, S4 LF97, LT8, S2, LF46 LT37, LF16, D538), weak anti-pedigree (LF103, S9, LF20,LF92, S12, LT29, HF14, D440). The results show that the comprehensive analysis method including principal component analysis and cluster analysis has strong operability, can obtain reliable results, thus it is a very promising evaluation method.

        Aleurites fordii;superior family; resistance; principal component analysis;cluster analysis;comprehensive evaluation

        S794.3

        A

        1673-923X (2012)07-0024-04

        2012-03-22

        國家林業(yè)公益性行業(yè)專項(201204403);湖北省林業(yè)局重大科研究項目(HLK2008-002);武漢市凱迪控股投資有限公司委托項目資助(2008[1][1].7.11)

        徐永杰(1981—),男,河南許昌人,助理研究員,主要從事經(jīng)濟林育種及栽培技術研究

        鄧先珍(1962—),女,研究員,主要從事經(jīng)濟林育種及栽培技術研究

        [本文編校:吳 毅 ]

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