陳明賢　陳清西　莊衛(wèi)東　王威　姚文　謝倩

摘?要：以海白1號(hào)、白巨龍、赤龍、巨龍和紅仙蜜5個(gè)火龍果品種（系）扦插盆栽幼苗為試驗(yàn)材料，對(duì)其在NaCl脅迫下莖稈的相對(duì)電導(dǎo)率和丙二醛（MDA）、可溶性糖和脯氨酸（Pro）含量，以及超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化物酶（POD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性等生理生化指標(biāo)進(jìn)行測(cè)定，以各項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽系數(shù)為衡量指標(biāo)，利用主成分分析對(duì)其耐鹽性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。通過(guò)主成分分析法，提取了3個(gè)主成分，能解釋原始變量信息的97.34%，建立了不同火龍果品種耐鹽性的評(píng)價(jià)體系，對(duì)5個(gè)火龍果品種（系）的耐鹽性強(qiáng)弱進(jìn)行排序：赤龍> 海白1號(hào)> 巨龍>白巨龍>紅仙蜜。

關(guān)鍵詞：火龍果;耐鹽性;生理生化;主成分分析;綜合評(píng)價(jià)

DOI： 10.13651/j.cnki.fjnykj.2019.07.001

Principal Component Analysis and Comprehensive Evaluation of Physiological and?Biochemical Indexes of Salt Tolerance of Pitaya

CHEN Mingxian1， CHEN Qingxi2， ZHUANG Weidong1， WANG Wei2， YAO Wen1， XIE Qian2

（1. Quanzhou Institute of Agricultural Sciences， Jinjiang， Fujian 362212， China;?2. College of Horticulture， Fujian Agriculture and Forestry University， Fuzhou， Fujian 350002， China）

Abstract： The cutting potted seedlings of 5 varieties （strains） of pitaya， namely Haibai No.1， Baijulong， Chilong， Julong and Hongxianmi were used as the experimental material， and the physiological and biochemical indexes including the relative conductivity of stalk under the NaCl stress， the content of malondialdehyde （MDA）， soluble sugar and proline （Pro）， and the activities of superoxide dismutase （SOD）， peroxidase （POD） and catalase （CAT） were determined. With the salt tolerance coefficient of the indexes as the measure index， the salt tolerance was evaluated by using the method of principal component analysis. Three principal components were extracted by means of principal component analysis， which could explain 97.34% of the original variable information. Then， the salt tolerance evaluation system of different varieties （strains） of pitaya was established， and the salt tolerance of 5 varieties （strains） of pitaya was ranked： Chilong>Haibai No.1>Julong>Baijulong>Hongxianmi.

Key words： Pitaya; Salt tolerance; Physiological and biochemical; Principal component analysis; Comprehensive evaluation

火龍果是典型的熱帶水果，具有抗氧化、清除自由基、抗衰老的作用，有很高的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值[1-2]。福建沿海地區(qū)氣候溫和，適宜火龍果生產(chǎn)，目前已引種多個(gè)品種[3-4]。但沿海土壤鹽堿含量偏高，不利于火龍果的生長(zhǎng)，在一定程度上制約了產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。因此，研究火龍果的耐鹽生理，篩選并培育耐鹽性較高的品種，是解決這一問(wèn)題的有效途徑。

對(duì)植物耐鹽性的研究由來(lái)已久，鹽脅迫會(huì)導(dǎo)致細(xì)胞膜透性及丙二醛（MDA）含量增加[5-6];超氧化物歧化酶（SOD）、過(guò)氧化氫酶（CAT）、過(guò)氧化物酶（POD）活性會(huì)因逆境脅迫而呈現(xiàn)先升高到一定程度后下降的規(guī)律性變化趨勢(shì)[7];脯氨酸（Pro）是對(duì)鹽分敏感的滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)，高鹽脅迫下含量急劇上升;可溶性糖作為一種提供能量的物質(zhì)，在逆境脅迫下，含量變化明顯[8]。這些指標(biāo)常被用來(lái)檢測(cè)某種作物耐鹽水平?；瘕埞苣洼^強(qiáng)的堿性（pH 8.0～9.0）[9]和較高的鹽分，火龍果幼苗采用電導(dǎo)率（ECw）4.0 dS·m-1的鹽水脅迫處理，成活率還能達(dá)到50%[10]，用NaCl脅迫不同品種火龍果，其耐鹽指標(biāo)均有顯著變化[11]，但只通過(guò)對(duì)各品種耐鹽指標(biāo)的初始分析，各指標(biāo)都會(huì)存在或大或小的相關(guān)性，在對(duì)耐鹽的作用中也不盡相同，因而無(wú)法確切地評(píng)價(jià)各品種的耐鹽性強(qiáng)弱。

主成分分析是一種降維分析方法，在減少變量的同時(shí)又可盡可能保留原始變量的信息[12]。目前有不少學(xué)者把主成分分析法應(yīng)用到作物的性狀分析、土壤的肥力分析、作物的抗逆性分析等方面。白志英等

[13]利用主成分分析法對(duì)21個(gè)小麥代換系及其親本的抗旱性進(jìn)行了分類和評(píng)價(jià)。李燕凌等[14]用主成分分析對(duì)辣椒大規(guī)模制種的影響因素進(jìn)行綜合分析，找到辣椒規(guī)模制種的最佳調(diào)控階段。張水清等

[15]用主成分分析法對(duì)潢川縣的耕作土壤進(jìn)行了肥力分析，對(duì)不同肥力的土壤進(jìn)行等級(jí)劃分，為糧食生產(chǎn)及作物施肥技術(shù)和土壤改良提供依據(jù)。Sorkheh等[16]研究了不同濃度NaCl脅迫下8個(gè)伊朗野生杏品種的抗氧化酶活性和代謝產(chǎn)物的變化，用主成分分析區(qū)分了不同品種的耐鹽性。另外也有在耐濕性方面的應(yīng)用評(píng)價(jià)[17]，說(shuō)明主成分分析法已經(jīng)被學(xué)者廣泛接受，并能在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上提供數(shù)據(jù)分析上的便利。本研究測(cè)定火龍果在NaCl脅迫下莖稈的生理生化指標(biāo)，通過(guò)主成分分析法，建立了不同火龍果品種（系）的耐鹽性評(píng)價(jià)體系，旨在為耐鹽性品種選育提供參考。

1?材料與方法

1.1?試驗(yàn)材料

供試火龍果為白巨龍、海白1號(hào)2個(gè)白肉品種（系）和巨龍、紅仙蜜、赤龍3個(gè)紅肉品種（系）。各個(gè)品種（系）選取長(zhǎng)勢(shì)較一致的盆栽苗，盆直徑25 cm、高度25 cm，每盆種植1株，每株2～3個(gè)芽。試驗(yàn)分為兩組，每個(gè)品種20盆，其中對(duì)照組10盆，NaCl脅迫組10盆。用濃度為1.2%的NaCl溶液澆灌脅迫處理，為了防止鹽激反應(yīng)，前3 d分別用0.3%、0.6%、1.2%濃度的NaCl溶液澆灌，之后每隔3 d澆灌1.2%的NaCl溶液1次，每次每盆0.5 L，對(duì)照澆灌等量清水。

1.2?測(cè)定項(xiàng)目及方法

火龍果莖稈相對(duì)電導(dǎo)率（ECw）、丙二醛（MDA）含量的測(cè)定參照王學(xué)奎的方法，可溶性糖（SS）含量采用蒽酮比色法測(cè)定，脯氨酸（Pro）含量的測(cè)定采用酸性茚三酮法，過(guò)氧化物酶（POD）活性測(cè)定用愈創(chuàng)木酚法、過(guò)氧化氫酶（CAT）活性測(cè)定用紫外吸收法，超氧化物歧化酶（SOD）活性測(cè)定用氮藍(lán)四唑（NBT）法[18]。于第0、7、14、21、28、35 d時(shí)取樣，進(jìn)行各項(xiàng)生理生化指標(biāo)測(cè)定。取樣時(shí)，用修剪刀從枝條基部剪斷，后用超純水清洗干凈，晾干，剔除莖邊緣上的刺及中間髓部后，統(tǒng)一取枝條中上部分，其中相對(duì)電導(dǎo)率（ECw）馬上測(cè)定，其余的樣品分裝于自封袋內(nèi)，液氮速凍后置于-40℃冰箱內(nèi)備用，進(jìn)行其他各項(xiàng)生理指標(biāo)測(cè)定。

1.3?數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析

（1）用公式①求得各品種的耐鹽系數(shù)

α=鹽脅迫下的測(cè)定值對(duì)照下的測(cè)定值×100%①

其中ECw與MDA含量表征的是質(zhì)膜透性及膜脂過(guò)氧化程度，值越高代表越不耐鹽，因而，其耐鹽系數(shù)取倒數(shù)。各指標(biāo)的耐鹽系數(shù)為整個(gè)脅迫過(guò)程的平均值。

（2）用公式②求得每個(gè)品種的隸屬函數(shù)值[13]

u（Zj）=Zj-ZminZmax-Zmin，（j=1，2，…，n）②

公式中Zj表示第j個(gè)主成分;Zmin表示第j個(gè)主成分的最小值，Zmax表示第j個(gè)主成分的最大值。

（3）用公式③求得各綜合指標(biāo)的權(quán)重[13]

wj=pj∑nj=1pj（j=1，2，…，n）③

公式中pj表示各品種第j個(gè)主成分的貢獻(xiàn)率。

（4）用公式④計(jì)算各品種的綜合耐鹽能力的大小[13]

S=∑nj=1[u（Zj）×wj]，（j=1，2，…，n）④

公式中S表示各品種在鹽脅迫下用主成分評(píng)價(jià)所得的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值，是一個(gè)無(wú)量綱的純數(shù)，因而各品種的耐鹽能力具有可比性。采用SPSS 18.0進(jìn)行主成分分析。

2?結(jié)果與分析

2.1?各單項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽系數(shù)及簡(jiǎn)單相關(guān)分析

表1數(shù)據(jù)是整個(gè)鹽脅迫過(guò)程中處理組與對(duì)照組比值的求均值，相對(duì)電導(dǎo)率與MDA取倒數(shù)，值越大，表示耐鹽性越強(qiáng)。從表1可以看出，在鹽脅迫下，不同火龍果品種（系）各項(xiàng)指標(biāo)的耐鹽系數(shù)差別較大，紅仙蜜的POD活性小于100，說(shuō)明鹽脅迫下POD活性整體上比對(duì)照低，其對(duì)耐鹽性貢獻(xiàn)不大。

由表2各指標(biāo)的相關(guān)性可以看出，各指標(biāo)之間存在或大或小的相關(guān)性，其中SOD活性和MDA含量、POD活性和Pro含量之間存在顯著正相關(guān)，說(shuō)明各指標(biāo)所提供的信息存在疊加。通過(guò)對(duì)NaCl脅迫下單項(xiàng)指標(biāo)變化趨勢(shì)的分析發(fā)現(xiàn)，指標(biāo)間互相交錯(cuò)，很難判定哪個(gè)品種更耐鹽。因而采用單項(xiàng)指標(biāo)評(píng)價(jià)火龍果耐鹽性得到的結(jié)果均不相同，也無(wú)法評(píng)價(jià)指標(biāo)互作下的耐鹽性，無(wú)法在整體上準(zhǔn)確評(píng)價(jià)火龍果不同品種的耐鹽性，需要進(jìn)行主成分分析。

2.2?火龍果耐鹽生理生化指標(biāo)的主成分分析

表3表明因子分析的指標(biāo)共同度都很高，7個(gè)指標(biāo)的共同度都在90%以上，說(shuō)明這些變量的信息損失較小，變量都能被因子解釋。因此，因子分析結(jié)果有效。

由表4可以看出，前3個(gè)成分的特征值大于1，各指標(biāo)的貢獻(xiàn)率分別為0.371、0.318和0.284，且前3個(gè)成分的特征值之和占總特征值97.37%，說(shuō)明前3個(gè)主成分就解釋了所有7個(gè)生理生化指標(biāo)97.34%的信息，因而把前3個(gè)成分確定為主成分，分別編號(hào)為Z1、Z2和Z3，其余的可以忽略不計(jì)。主成分的系數(shù)矩陣及貢獻(xiàn)率見表5。

由表5可得：

Z1=0.024 V1+0.401 V2+0.051 V3+0.254 V4+0.382 V5-0.182 V6+0.028 V7;

Z2=0.420 V1-0.171 V2+0.05 V3+0.223 V4-0.019 V5+0.449 V6-0.101 V7;

Z3=-0.121 V1+0.04 V2+0.49 V3+0.074 V4+0 V5+0.055 V6+0.498 V7;

計(jì)算結(jié)果列入表6。

由Z1、Z2、Z3表達(dá)式可知，第1主成分的第2和第5系數(shù)比較大，分別代表MDA含量和SOD活性，因而可概括為與質(zhì)膜過(guò)氧化有關(guān)的因子;第2主成分的第1和第6系數(shù)比較大，分別代表相對(duì)電導(dǎo)率和CAT活性，可大致概括為與細(xì)胞膜穩(wěn)定性有關(guān)的因子;第3主成分的第3和第7系數(shù)比較大，分別代表Pro含量及POD活性，可大致概括為與滲透調(diào)節(jié)有關(guān)的因子。

2.3?火龍果耐鹽生理的綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)公式②求得火龍果各品種（系）的隸屬函數(shù)u（Zj）值（表6）。對(duì)同一主成分而言，u（Zj）值越大，表明在這一主成分指標(biāo)上的耐鹽能力越強(qiáng)。從表6可看出，赤龍u（Z1）值最大，為1.000，表明其在抗質(zhì)膜過(guò)氧化程度上表現(xiàn)良好，耐鹽能力強(qiáng);而海白1號(hào)則在細(xì)胞膜穩(wěn)定性具有較強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)，巨龍則在滲透調(diào)節(jié)上表現(xiàn)良好。

根據(jù)各指標(biāo)的貢獻(xiàn)率，用公式③求得各主成分的權(quán)重，分別為0.381、0.327和0.292。用公式④計(jì)算各品種的綜合耐鹽能力的大小，并根據(jù)S值

對(duì)各火龍果品種（系）進(jìn)行排名。從表6可得到不同火龍果品種（系）的耐鹽能力大小依次為赤龍、海白1號(hào)、巨龍、白巨龍和紅仙蜜。主成分分析彌補(bǔ)了采用單項(xiàng)生理指標(biāo)分析而無(wú)法明確各火龍果品種（系）之間耐鹽能力大小的不足。

3?結(jié)論與討論

土壤鹽漬化是全球性的土地資源和環(huán)境問(wèn)題，已成為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的障礙之一，通過(guò)篩選抗鹽耐鹽性強(qiáng)的植物種類和品種是解決鹽漬化問(wèn)題的有效途徑之一。植物耐鹽性是多基因控制的復(fù)合遺傳性狀，植物的耐鹽機(jī)理涉及植物生理生化等多個(gè)方面的反應(yīng)[19]。目前對(duì)植物耐鹽的機(jī)制研究已經(jīng)相當(dāng)深入，并提出了可用于抗鹽耐鹽評(píng)價(jià)的指標(biāo)。郭艷茹等[20]、徐鮮鈞等[19]通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究結(jié)果的收集與整理，提出了Na+、K+含量及Na+/K+、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、激素水平、細(xì)胞膜透性、抗氧化酶活性、植物形態(tài)與生長(zhǎng)指標(biāo)等多個(gè)指標(biāo)。研究者通過(guò)測(cè)定鹽脅迫下的指標(biāo)變化，可以對(duì)植物是否抗（耐）鹽進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)篩選耐鹽性強(qiáng)的品種。王秀玲等[21]研究了NaCl脅迫下甜高粱的生理生化特性，對(duì)8個(gè)甜高粱品種做出了耐鹽性評(píng)價(jià)。但并非耐鹽性最強(qiáng)的品種其各項(xiàng)指標(biāo)均表現(xiàn)良好，通過(guò)單項(xiàng)指標(biāo)來(lái)篩選耐鹽性品種存在局限性。對(duì)火龍果在NaCl脅迫下各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定后也發(fā)現(xiàn)存在類似的局限性[12]，因而需另求更加穩(wěn)妥的評(píng)價(jià)方法。

主成分分析結(jié)合隸屬函數(shù)法為這種局限性提供了解決的可能途徑。主成分分析可達(dá)到降維的目的，將原來(lái)較多彼此相關(guān)的耐鹽指標(biāo)減少到只有幾個(gè)彼此獨(dú)立的綜合指標(biāo)。在此基礎(chǔ)上，求出所有品種的每一個(gè)主成分值及其相應(yīng)的隸屬函數(shù)值，然后進(jìn)行加權(quán)，便可得到各品種抗逆性的綜合評(píng)價(jià)值，據(jù)此可較科學(xué)地對(duì)各作物品種的抗逆性進(jìn)行評(píng)價(jià)[13， 22]。本試驗(yàn)通過(guò)主成分分析對(duì)原始多個(gè)變量進(jìn)行降維，得到3個(gè)新的主成分，能解釋原始變量97.34%的信息，分析結(jié)果更加清晰。通過(guò)隸屬函數(shù)來(lái)看，赤龍品種在滲透調(diào)節(jié)及質(zhì)膜過(guò)氧化程度上表現(xiàn)較好，耐鹽能力強(qiáng);而海白1號(hào)則在抗氧化酶系統(tǒng)上表現(xiàn)良好。這與采用單項(xiàng)生理指標(biāo)評(píng)價(jià)火龍果耐鹽能力分析結(jié)果相符。通過(guò)耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值（S值）的排名來(lái)看，赤龍和海白1號(hào)排在第1和第2位，這也與單純的生理指標(biāo)分析趨勢(shì)相符，但是單純的生理指標(biāo)分析無(wú)法具體確切地說(shuō)明哪個(gè)品種更耐鹽。主成分分析法統(tǒng)計(jì)出的耐鹽性綜合評(píng)價(jià)值（S值）是一個(gè)無(wú)量綱的值，將原本無(wú)法在同一角度上進(jìn)行比較的各項(xiàng)生理指標(biāo)量化，進(jìn)而可以進(jìn)行大小的比較，從已有的研究及本試驗(yàn)結(jié)果來(lái)看，是一種有效評(píng)價(jià)不同品種火龍果耐鹽性的方法。

參考文獻(xiàn)：

[1]張福平.火龍果的營(yíng)養(yǎng)保健功效及開發(fā)利用[J].食品研究與開發(fā)，2002，23（3）：49-50.

[2]羅小艷， 郭璇華.火龍果花的營(yíng)養(yǎng)成分分析[J].食品研究與開發(fā)，2008，29（1）：147-149.

[3]WU L，HSU H W，CHEN Y C，et al.Antioxidant and antiproliferative activities of red pitaya[J].Food Chemistry，2006，95（2）：319-327.

[4]黃愛萍，姜帆，高惠穎.我國(guó)大陸火龍果引種栽培與利用現(xiàn)狀[J].臺(tái)灣農(nóng)業(yè)探索，2005（4）：44-45.

[5]夏陽(yáng)，梁慧敏，束懷瑞，等.NaCl脅迫下蘋果幼樹葉片膜透性、脯氨酸及礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)水平的變化[J].果樹學(xué)報(bào)，2005，22（1）：1-5.

[6]閻艷霞，王玉魁，張東.不同棗品種對(duì)NaCl脅迫的適應(yīng)性研究[J].河南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2008，42（4）：398-401.

[7]劉香娥，郭世榮，田婧，等.嫁接對(duì)NaCl脅迫下西瓜葉片抗氧化物酶活性及其同工酶的影響[J].長(zhǎng)江蔬菜，2009（4）：22-26.

[8]?趙勇，馬雅琴，翁躍進(jìn).鹽脅迫下小麥甜菜堿和脯氨酸含量變化[J].植物生理與分子生物學(xué)學(xué)報(bào)，2005，31（1）：103-106.

[9]PIMIENTABARRIOS E，NOBEL P S.Pitaya（Stenocereus spp.，Cactaceae）：an ancient and modern fruit crop of Mexico[J].Economic botany，1994，48（1）：76-83.

[10]CAVALCANTE H L，BECKMANN M Z，MARTINS A B G，et al.Water Salinity and Initial Development of Pitaya（Hylocereus undatus）[J].International Journal of Fruit Science，2008，7（3）：81-92.

[11]?袁雅芳，陳明賢，陳清西，等.不同品種火龍果耐鹽差異性研究[J].熱帶作物學(xué)報(bào)，2013，34（1）：92-97.

[12]王芳.主成分分析與因子分析的異同比較及應(yīng)用[J].統(tǒng)計(jì)教育，2003（5）：14-17.

[13]白志英，李存東，孫紅春，等.小麥代換系抗旱生理指標(biāo)的主成分分析及綜合評(píng)價(jià)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2008，41（12）：4264-4272.

[14]李燕凌，李仲?gòu)?qiáng)，李大志.主成分分析在園藝植物研究中的應(yīng)用[J].湖南農(nóng)業(yè)科學(xué)，2002（3）：8-10.

[15]張水清，黃紹敏，郭斗斗，等.基于主成分分析法的土壤肥力評(píng)價(jià)[J].安徽農(nóng)業(yè)科學(xué)，2011（2）：1096-1097.

[16]SORKHEH K，SHIRAN B，ROUHI V，et al.Salt stress induction of some key antioxidant enzymes and metabolites in eight Iranian wild almond species[J].Acta Physiologiae Plantarum，2012，34（1）：203-213.

[17]張雪花，李浩杰，張錦芳，等.甘藍(lán)型油菜耐濕性初步評(píng)價(jià)和主成分分析[J].中國(guó)油料作物學(xué)報(bào)，2011，33（2）：98-103.

[18]王學(xué)奎.植物生理生化實(shí)驗(yàn)原理和技術(shù)[M].北京：教育出版社，2006：167-173，302-203，278-283.

[19]徐鮮鈞，沈?qū)毚ǎ罱?植物耐鹽性及其生理生化指標(biāo)的研究進(jìn)展[J].亞熱帶農(nóng)業(yè)研究，2007，3（4）：275-280.

[20]郭艷茹，詹亞光.植物耐鹽性生理生化指標(biāo)的綜合評(píng)價(jià)[J].黑龍江農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006（1）：66-70.

[21]王秀玲，程序，謝光輝，等.NaCl 脅迫對(duì)甜高粱發(fā)芽期生理生化特性的影響[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2010，19（10）：2285-2290.

[22]周廣生，梅方竹，周竹青，等.小麥不同品種耐濕性生理指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)及其預(yù)測(cè)[J].中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2003，36（11）：1378-1382.

（責(zé)任編輯：柯文輝）