徐永杰 ，鄧先珍 ，代新平，汪陽(yáng)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(píng)價(jià)

徐永杰1，鄧先珍1，代新平1，汪陽(yáng)東2，馬林江1，李 玲4，曾 博1

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

為篩選評(píng)價(jià)復(fù)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(duì)31個(gè)優(yōu)良家系葉片SOD、POD活性及MDA含量進(jìn)行綜合分析，將31個(gè)優(yōu)良家系分為高系(桂皺27號(hào))、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(jié)果表明，主成分和聚類綜合分析操作性強(qiáng)，結(jié)果可靠，是很有應(yīng)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(píng)價(jià)

植物經(jīng)歷了某種逆境后，能提高對(duì)另一種逆境的抵抗能力，這種對(duì)不良環(huán)境之間的相互適應(yīng)作用稱為交叉適應(yīng)，交叉適應(yīng)的原因之一是植物在多種逆境條件下膜保護(hù)物質(zhì)發(fā)生了類似的反應(yīng)[1]。超氧化物歧化酶（SOD）和過(guò)氧化物酶（POD）是植物體內(nèi)防御活性氧傷害的重要保護(hù)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(dǎo)產(chǎn)生的氧自由基和過(guò)氧化物，減輕活性氧的傷害，防止膜脂的過(guò)氧化作用，使植物維持正常的生長(zhǎng)和發(fā)育，保護(hù)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(guò)氧化產(chǎn)物，其含量可以反映細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度和植物對(duì)逆境條件反應(yīng)的強(qiáng)弱[2-6]。

油桐Aleurites fordii是我國(guó)亞熱帶地區(qū)具有代表性的經(jīng)濟(jì)林樹(shù)種和特有的工業(yè)油料樹(shù)種，也是湖北省鄉(xiāng)土樹(shù)種，其種子生產(chǎn)的桐油在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、國(guó)防等方面具有廣泛的用途，近年來(lái)作為生物質(zhì)能源原料樹(shù)種也越來(lái)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(yán)重危害，引起樹(shù)體過(guò)早衰亡，減小了經(jīng)濟(jì)壽命，造成了極大的經(jīng)濟(jì)損失，嚴(yán)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(gè)復(fù)選優(yōu)樹(shù)家系和廣西林科院選育的桂皺27號(hào)家系子代葉片為試材,在氣候干旱期測(cè)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(duì)其抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，以期篩選出高抗優(yōu)樹(shù)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(yàn)地點(diǎn)與材料

本試驗(yàn)在湖北省林業(yè)科學(xué)研究院武漢九峰試驗(yàn)林場(chǎng)苗圃進(jìn)行。試驗(yàn)林場(chǎng)位于北緯30°31′，東經(jīng)114°20′，海拔120 m，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。地勢(shì)平坦，南坡，黃壤土，土層較厚。試驗(yàn)材料為2009年湖北省復(fù)選的30個(gè)優(yōu)樹(shù)家系葉片，優(yōu)樹(shù)家系編號(hào)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(duì)照品種為廣西林科院選育的桂皺27號(hào)。

1.2 試驗(yàn)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(shù)和桂皺27號(hào)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(shí)驗(yàn)室對(duì)SOD、POD活性和MDA含量抗性生理指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，測(cè)定方法參照李合生方法[11]進(jìn)行。

1.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)

運(yùn)用SAS 8.1軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)。

2 結(jié)果與分析

2.1 抗性生理指標(biāo)間的相關(guān)性分析

對(duì)油桐家系葉片SOD、POD活性和MDA含量相關(guān)性進(jìn)行分析，相關(guān)矩陣見(jiàn)表1。從表1中可以看出，SOD活性與POD活性相關(guān)系數(shù)為0.448 65，呈極顯著性正相關(guān)，與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.285 51，呈極顯著負(fù)相關(guān)，POD活性與MDA含量相關(guān)系數(shù)為-0.285 51，也呈現(xiàn)顯著性負(fù)相關(guān)。說(shuō)明油桐抗性表達(dá)過(guò)程中，膜質(zhì)過(guò)氧化是SOD、POD活性綜合作用的結(jié)果，當(dāng)這兩種酶活性強(qiáng)時(shí)，MDA含量就較低，膜質(zhì)氧化過(guò)程緩解，油桐抗性增強(qiáng)；反之，膜質(zhì)氧化過(guò)程加劇，油桐抗性下降。

表1 抗性生理指標(biāo)的相關(guān)矩陣?Table 1 Correlation matric of physiological indexes of resistance

2.2 抗性生理指標(biāo)的主成分分析

對(duì)30個(gè)復(fù)選油桐優(yōu)樹(shù)及對(duì)照品種家系葉片的SOD、POD活性和MDA含量進(jìn)行主成分分析，其相關(guān)矩陣的特征根和相應(yīng)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(jì)貢獻(xiàn)率達(dá)到了96.19﹪，即第1、2主成分包含了各優(yōu)樹(shù)抗性生理指標(biāo)96.19﹪信息，因此可用第1、2主成分綜合評(píng)價(jià)各優(yōu)樹(shù)家系抗性。

表2 抗性生理指標(biāo)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(dá)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(jì)算各優(yōu)樹(shù)主成分值，將主成分值與相應(yīng)特征值的方差貢獻(xiàn)率的積累加，得出各優(yōu)樹(shù)抗性的綜合評(píng)價(jià)指數(shù)（見(jiàn)表3），以此來(lái)評(píng)價(jià)油桐各優(yōu)樹(shù)家系抗性優(yōu)劣。

從表3各油桐優(yōu)樹(shù)家系葉片抗性生理指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)指數(shù)可以看出，抗性生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最高的是桂皺27號(hào)，達(dá)116.97，30個(gè)優(yōu)樹(shù)家系抗性生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)指數(shù)從高到低排在前五位的是HF11，LT39, LF42，LF16，D538，綜合評(píng)價(jià)指數(shù)最低的D440,僅為99.61。

從表3中看出，桂皺27號(hào)抗性最強(qiáng)，LF3，LF11，LF99，LF27，LF78 ，LF1，HF11，LT37，LF42，LF62，LF108，LF52，D27，LF28，S4，LF97，LT8，S2，LF46，LT37，LF16，D538 22個(gè)家系抗性較強(qiáng)（見(jiàn)圖1），與上述生物學(xué)觀測(cè)結(jié)果基本一致（見(jiàn)表4），說(shuō)明采用主成分分析和聚類分析均能很好地對(duì)油桐家系抗性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

表3 油桐優(yōu)樹(shù)家系葉片抗性生理指標(biāo)及其綜合評(píng)價(jià)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(jié)論與討論

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

（1）司劍華等[12]通過(guò)測(cè)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(biāo)表明，MDA含量與抗寒性密切相關(guān)，可以作為檉柳抗寒性鑒定指標(biāo)。本研究中MDA含量也一定程度上反應(yīng)了不同油桐優(yōu)良家系抗性，如弱抗家系LT29 MDA含量高達(dá)8.52 μmol/g。但MDA決不是判斷植物抗性的唯一指標(biāo)，本研究中涉及到的兩種抗性保護(hù)酶SOD、POD是清除O2-和H2O2的酶[13]，很大程度上也反應(yīng)植物的抗逆性，因此要進(jìn)行抗性評(píng)價(jià)需要綜合考慮與抗性有關(guān)的多種因素來(lái)綜合分析。

(2)本研究采用主成分分析和聚類分析的方法，對(duì)復(fù)選的油桐優(yōu)良家系進(jìn)行綜合評(píng)價(jià),將31個(gè)家系分為三類,即高抗家系（桂皺27號(hào)）、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(jié)果與實(shí)際觀測(cè)的生物學(xué)性狀基本一致，顯示出了極好的應(yīng)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(guó)家林業(yè)公益性行業(yè)專項(xiàng)（201204403）；湖北省林業(yè)局重大科研究項(xiàng)目（HLK2008-002）；武漢市凱迪控股投資有限公司委托項(xiàng)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(jì)林育種及栽培技術(shù)研究

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

[本文編校：吳 毅 ]