摘要：利用SPSS 19.0軟件對枸杞（Lycium L.）果實的VC、棕桐酸、油酸含量等主要品質(zhì)性狀進(jìn)行主成分分析和聚類分析。主成分分析結(jié)果表明，將10個品質(zhì)性狀綜合成4個主成分因子，可代表枸杞品質(zhì)81.85%的原始數(shù)據(jù)信息量；聚類分析結(jié)果表明，15份枸杞種質(zhì)資源可劃分為4大類，各類別品質(zhì)間的遺傳距離較大。利用主成分分析和聚類分析進(jìn)行枸杞品質(zhì)性狀的綜合評價，可為枸杞親本利用和品質(zhì)育種提供重要的科學(xué)依據(jù)。

關(guān)鍵詞：枸杞（Lycium L.）；品質(zhì)性狀；主成分分析；聚類分析；綜合評價

中圖分類號：S567.1+9.4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）16-4220-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.16.038

Principal Component Analysis and Comprehensive Evaluation

on Quality Traits of Wolfberry Varieties

寧夏枸杞（Lycium bararum L.）隸屬茄科（Solanaceae）枸杞屬（Lycium L.），是中國傳統(tǒng)名貴藥材。據(jù)《本草綱目》記載：“枸杞能補(bǔ)腎、潤肺、生精、益氣，此乃平補(bǔ)之藥”?，F(xiàn)代藥理學(xué)研究表明，枸杞具有促進(jìn)和調(diào)節(jié)免疫功能、保肝和抗衰老三大藥理作用[1]。枸杞不僅具有很高的藥用價值，而且還有很高的營養(yǎng)價值，這都?xì)w結(jié)于枸杞果實含有豐富的營養(yǎng)成分，如黃酮、甜菜堿、類胡蘿卜素、維生素等。隨著現(xiàn)代健康理念的變化，人們對枸杞品質(zhì)提出了更高的要求，因此枸杞品質(zhì)性狀研究與改良越來越受到關(guān)注[2-5]。目前枸杞品質(zhì)研究主要集中在不同采摘期單一品質(zhì)變化、加工過程中營養(yǎng)變化、不同產(chǎn)區(qū)的寧夏枸杞品質(zhì)差異等[6-9]方面，而針對不同枸杞品種的品質(zhì)性狀綜合評價未見報道。為此，試驗以15份枸杞種質(zhì)資源為材料，采用多元統(tǒng)計分析方法系統(tǒng)研究枸杞果實黃酮、維生素、甜菜堿、多糖等10個品質(zhì)性狀表現(xiàn)及其相關(guān)關(guān)系，進(jìn)一步了解各種質(zhì)的綜合品質(zhì)特性，以期為枸杞種質(zhì)資源挖掘利用奠定基礎(chǔ)，進(jìn)而為枸杞品質(zhì)性狀遺傳改良和新品種選育提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 材料

參試的枸杞種質(zhì)資源材料有15份，包括枸杞屬的7個種和3個變種，均來源于寧夏農(nóng)林科學(xué)院國家枸杞工程技術(shù)研究中心枸杞種質(zhì)資源圃（該地位于北緯38°38′49″，東經(jīng)106°09′10″）。15份枸杞種質(zhì)資源簡況見表1。

1.2 測定項目

在實驗室分別測定枸杞果實的維生素C、氨基酸、棕櫚酸、油酸、亞油酸含量等10個品質(zhì)性狀指標(biāo)；其中，枸杞多糖含量的測定參照文獻(xiàn)[10]的方法，類胡蘿卜素含量的測定參考陳敏等[11]的方法并略有改進(jìn)，甜菜堿含量的測定參考王曉菁等[12]的方法并略有改進(jìn)，黃酮含量的測定參考劉蘭英等[13]的方法，氨基酸、維生素C含量的測定采用ELISA試劑盒完成，棕櫚酸、油酸、亞油酸、γ-亞油酸含量的測定方法參考文獻(xiàn)[14]的方法。

1.3 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)用Microsoft Office Excel 2003軟件處理，并制表、作圖；應(yīng)用SPSS 19.0軟件對原始數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析，運(yùn)用UPGMA法（Unweighted Pair Group Method Arithmetic Averages）進(jìn)行聚類分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 品質(zhì)性狀比較

15份枸杞種質(zhì)資源的10個品質(zhì)性狀測定結(jié)果見表2。由表2可知，不同種質(zhì)的枸杞10個品質(zhì)性狀均存在不同程度的變異。其中，類胡蘿卜素含量在種質(zhì)間的變異程度最大，變異系數(shù)為48%；亞油酸含量的變異程度最小，變異系數(shù)為11%。

2.2 主成分分析

2.2.1 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化 利用SPSS 19.0軟件對枸杞10個品質(zhì)性狀的原始測定數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，將各指標(biāo)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為均值0、標(biāo)準(zhǔn)差1的無量綱數(shù)據(jù)。標(biāo)準(zhǔn)化結(jié)果見表3。

2.2.2 主成分分析 通過主成分分析，得出各主成分的特征值、方差貢獻(xiàn)率、累計方差貢獻(xiàn)率，具體見表4；主成分載荷矩陣見表5。其中特征值表示對應(yīng)主成分能夠描述原有信息量的多少，由表4可知，前4個主成分的特征值均大于1，其中第一主成分的方差貢獻(xiàn)率為33.336%，第二主成分的方差貢獻(xiàn)率為25.584%，第三主成分的方差貢獻(xiàn)率為12.716%，第四主成分的方差貢獻(xiàn)率為10.223%，累計方差貢獻(xiàn)率為81.859%，說明這4個主成分反映了枸杞品質(zhì)性狀原始數(shù)據(jù)的絕大部分信息。因此提取的前4個主成分可以代替原來的10個品質(zhì)評價指標(biāo)。從表5可見，第一主成分中載荷最高的品質(zhì)指標(biāo)是類胡蘿卜素含量，載荷權(quán)數(shù)為0.894；而載荷最低的品質(zhì)指標(biāo)是γ-亞油酸含量，載荷權(quán)數(shù)為-0.688；說明第一主成分中以類胡蘿卜素含量最高，γ-亞油酸含量最低。第二主成分中載荷最高的品質(zhì)指標(biāo)是甜菜堿含量，載荷權(quán)數(shù)為0.865；而載荷最低的品質(zhì)指標(biāo)是黃酮含量，載荷權(quán)數(shù)為-0.733；說明第二主成分中以甜菜堿含量最高，黃酮含量最低。第三主成分中載荷最高的品質(zhì)指標(biāo)是多糖含量，載荷權(quán)數(shù)為0.622；而載荷最低的品質(zhì)指標(biāo)是棕櫚酸含量，載荷權(quán)數(shù)為-0.293；說明第三主成分中以多糖含量最高，棕櫚酸含量最低。第四主成分中載荷最高的品質(zhì)指標(biāo)是多糖含量，載荷權(quán)數(shù)為0.542；而載荷最低的品質(zhì)指標(biāo)是甜菜堿含量，載荷權(quán)數(shù)為-0.319；說明第四主成分中以多糖含量最高，甜菜堿含量最低。

2.3 枸杞品質(zhì)性狀綜合評價

主成分載荷矩陣通過回歸算法可得到因子的得分系數(shù)矩陣，進(jìn)而可以確定第一、第二、第三、第四主成分得分的回歸模型，分別是：

Z1=-0.007x1+0.214x2+0.263x3+0.189x4+0.162x5-0.206x6-0.041x7+0.268x8-0.040x9-0.074x10；

Z2=0.272x1+0.014x2+0.017x3+0.141x4+0.238x5+0.149x6+0.121x7-0.082x8-0.286x9+0.338x10；

Z3=0.458x1+0.392x2-0.231x3-0.163x4-0.128x5-0.147x6+0.489x7+0.075x8+0.207x9-0.131x10；

Z4=-0.301x1-0.125x2-0.010x3+0.414x4+0.348x5+0.348x6+0.531x7-0.097x8+0.264x9-0.312x10。

式中，Z1、Z2、Z3、Z4分別是第一、第二、第三、第四主成分得分；x1為VC、x2為氨基酸、x3為棕櫚酸、x4為油酸、x5為亞油酸、x6為γ-亞油酸、x7為多糖、x8為類胡蘿卜素、x9為黃酮、x10為甜菜堿。以各個主成分對應(yīng)的方差貢獻(xiàn)率作為權(quán)重，由主成分得分和對應(yīng)的權(quán)重線性加權(quán)求和，得到綜合評價函數(shù)，函數(shù)表達(dá)式為：

F=0.333Z1+0.256Z2+0.127Z3+0.102Z4。

根據(jù)主成分綜合得分模型，可計算出15份枸杞種質(zhì)資源的綜合得分及排序，結(jié)果見表6。從表6可見，綜合得分排在前3位的枸杞種質(zhì)依次是柱筒枸杞、中國枸杞和云南枸杞。

依據(jù)表4主成分載荷分析，類胡蘿卜素含量指標(biāo)對第一主成分的正影響最為顯著。又由表2可知，類胡蘿卜含量排在前4位的枸杞種質(zhì)依次是寧杞2號、中國枸杞、云南枸杞和柱筒枸杞。因此，除了寧杞2號以外，其他3個枸杞種質(zhì)在第一主成分上的得分較高。綜合評價結(jié)果證實，柱筒枸杞、中國枸杞和云南枸杞分別排在第一主成分的前3位。由于第一主成分的貢獻(xiàn)率最大，因此這3個枸杞種質(zhì)的品質(zhì)性狀綜合評價排名靠前。

2.4 聚類分析

依據(jù)試驗測定的枸杞10項品質(zhì)性狀，以歐氏距離為衡量枸杞各種質(zhì)間差異的大小指標(biāo)，采用組間連接法對15個枸杞供試種質(zhì)進(jìn)行系統(tǒng)聚類，結(jié)果見圖1。由圖1可以看出，15個枸杞種質(zhì)在歐氏距離為0.1水平上能劃分為4類；其中黑果枸杞可單獨聚為一類，其品質(zhì)特點是甜菜堿含量優(yōu)于其他類群，但類胡蘿卜素和棕櫚酸含量偏低；黃果枸杞也是單獨聚為一類，其品質(zhì)特點是黃酮含量優(yōu)于其他類群，但棕櫚酸含量偏低；新疆枸杞和截萼枸杞聚為一類，其品質(zhì)特點是維生素C和甜菜堿含量優(yōu)于其他類群，但黃酮含量偏低；其他11個種質(zhì)聚為一類，包括綜合得分在前3名的柱筒枸杞、中國枸杞和云南枸杞，此類枸杞種質(zhì)的特點是類胡蘿卜素含量偏高或居中。

3 小結(jié)與討論

主成分分析方法在枸杞品質(zhì)性狀與種質(zhì)資源的農(nóng)藝性狀綜合評價中已得到了廣泛的運(yùn)用，張波等[15]利用主成分分析法對不同產(chǎn)地的寧夏枸杞的5個品質(zhì)性狀進(jìn)行了綜合評價，構(gòu)建了不同產(chǎn)地寧夏枸杞綜合評價模型。張曉煜等[16]采用層析分析方法構(gòu)建了寧夏枸杞藥用品質(zhì)和商用品質(zhì)綜合評價體系，篩選出8個評價指標(biāo)，量化了各因子對品質(zhì)的影響。李梅蘭[17]對11個不同產(chǎn)地枸杞的5種成分含量進(jìn)行了模糊綜合評價，依據(jù)評價指數(shù)確定了不同產(chǎn)地枸杞質(zhì)量的科學(xué)排名。本試驗采用主成分綜合評價方法，對15個不同枸杞種質(zhì)的10個品質(zhì)性狀進(jìn)行綜合分析。結(jié)果表明，10個品質(zhì)性狀分別隸屬于4個主成分因子，可代表枸杞品質(zhì)全部信息81.85%的原始數(shù)據(jù)信息量；15個種質(zhì)可以聚合為4大類，各類群之間在品質(zhì)和遺傳距離方面都存在較大的差異。通過其方差貢獻(xiàn)率及各主成分綜合得分比較，對15個不同枸杞種質(zhì)進(jìn)行綜合評價，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，柱筒枸杞、云南枸杞和中國枸杞的綜合評價排名靠前。

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