基于主成分分析篩選核桃種子最佳浸種時(shí)間

劉凱　王雙　高儀　王紅霞　張志華

摘要：為進(jìn)一步優(yōu)化核桃（Juglans regia L.）種子浸種時(shí)間，對在不同浸種時(shí)間條件下播種的核桃幼苗發(fā)芽率、樹體特征（株高、干莖、主根長、須根長、葉面積、葉綠素含量）與葉片營養(yǎng)物質(zhì)（氮、磷、鉀、鈣、鎂等礦質(zhì)元素）進(jìn)行主成分分析，按照主成分貢獻(xiàn)率計(jì)算不同浸種時(shí)間的綜合得分，篩選出最適合的浸種時(shí)間。結(jié)果表明，主成分分析適用于優(yōu)化核桃種子浸種時(shí)間，得到浸種時(shí)間為5 d綜合得分最高，浸種1 d綜合得分最低。

關(guān)鍵詞：主成分分析;核桃（Juglans regia L.）;播種;浸種時(shí)間

中圖分類號：S664.1? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

文章編號：0439-8114（2019）15-0072-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2019.15.016? ? ? ? ? ?開放科學(xué)（資源服務(wù)）標(biāo)識碼（OSID）：

Selecting the optimum soaking time of walnut seeds based on principal component analysis

LIU Kai1，WANG Shuang1，GAO Yi2，WANG Hong-xia1，ZHANG Zhi-hua1

（a.Mountainous Areas Research Institute/Hebei Mountain Area Agricultural Engineering Technology Research Center/Agricultural Engineering Technology Research Center in Northern Mountain Area of China;b.College of Horticulture，Hebei Agricultural University，Baoding 071001，Hebei，China）

Abstract： In order to further optimize the seed soaking time of walnut （Juglans regia L.） in the mountain area， principal component analysis was carried out on seedlings germination rate， tree body characteristics（plant height， stem， root length， root length， leaf area， chlorophyll content） and leaf nutrients （N， P， K， Ca， Mg and other mineral elements） of walnut seedlings in the condition of sowing in different soaking time. According to the comprehensive score of principal component contribution rate to calculate the different soaking time， the most suitable soaking time were analyzed and screened. The results showed that the principal component analysis were suitable for walnut seed soaking time screening， and when the soaking time was 5 days， the total score was the highest， and the lowest score was in 1 day seed soaking.

Key words： principal component analysis; walnut（Juglans regia L.）; sowing; seed soaking time

在綜合評價(jià)中，常使用的統(tǒng)計(jì)分析方法是主成分分析法[1]。由于主成分為綜合變量，且相互獨(dú)立，所以用主成分值作為優(yōu)系選擇指標(biāo)，可以較準(zhǔn)確地了解各處理的綜合表現(xiàn)[2]。核桃（Juglans regia L.），又名胡桃，為胡桃科胡桃屬的落葉喬木，是重要的用材樹種、生態(tài)樹種、經(jīng)濟(jì)樹種和生物質(zhì)能源樹種，具有較高的營養(yǎng)價(jià)值和保健功能[3]。中國核桃栽培歷史悠久，品種繁多，栽培面積居世界第一位。目前，中國核桃新品種繁育多用砧木芽接的方法，而砧木則由核桃種子播種而成。前人研究指出，核桃播種前需浸種7～10 d[4-9]，以去除種子中抑制萌發(fā)的物質(zhì)，但未探討浸種時(shí)間長短對核桃種子發(fā)芽率、幼苗樹體的影響。本研究通過研究不同浸種時(shí)間對核桃種子的發(fā)芽率、幼苗樹體特征及葉片礦物質(zhì)營養(yǎng)的影響，采用主成分分析法綜合評價(jià)不同浸種時(shí)間的效果，以期為提高苗木繁育效率提供理論依據(jù)。

1? 材料與方法

1.1? 試驗(yàn)地點(diǎn)

試驗(yàn)田位于保定市河北農(nóng)業(yè)大學(xué)標(biāo)本園，春季干燥多風(fēng)，夏季炎熱多雨，雨、熱同季，年平均降水量498.9 mm，降水集中在每年6—8月，7月最多;室內(nèi)檢測在河北農(nóng)業(yè)大學(xué)山區(qū)研究所林果實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行。試驗(yàn)田土壤基本情況：土壤pH 7.9，含水量為15.86%，有機(jī)質(zhì)7.248 5 g/kg，全氮0.630 5 g/kg，全磷0.396 8 g/kg，全鉀7.201 7 g/kg。

1.2? 試驗(yàn)材料

供試材料為2016年采收的贊美種子。選擇成熟飽滿、果型一致、重量大致相同的核桃進(jìn)行預(yù)處理，浸種時(shí)間分別為1、2、3、4、5、6、7 d。每組36粒，冷水浸泡每天換1次水，使其吸水膨脹，達(dá)到浸泡天數(shù)取出，中午暴曬2 h，開口后即可播種。播種時(shí)間為3月29日，播種密度為0.5 m×0.3 m，溝播，播種時(shí)將種子縫合線垂直地面，深度為5 cm。調(diào)查發(fā)芽率，測量株高、干徑、主根長、須根長、復(fù)葉面積等;測定葉片葉綠素含量、礦物質(zhì)含量等。

1.3? 試驗(yàn)儀器

AA3連續(xù)流動分析儀;UV2000紫外分光光度計(jì);電子天平（精度1/1 000 g）;SH220N石墨消解儀;原子吸收光度計(jì);101-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱;超純水儀;KQ-500E超聲波清洗儀;CI-302便攜式激光葉面積儀;盒尺;游標(biāo)卡尺等。

1.4? 方法

全氮：經(jīng)消煮[10]后，采用AA3連續(xù)流動分析儀測定[11]。全磷：采用鉬銻抗比色法測定[10]。全鉀：采用原子吸收光度計(jì)法測定[10]。有機(jī)質(zhì)：采用重鉻酸鉀容量法測定[10]。礦質(zhì)元素：樣品消煮[12]后，采用原子吸收光度計(jì)法測定。

1.5? 數(shù)據(jù)處理與分析

采用Excel和SPSS 17.0軟件對試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理[13]。

2? 結(jié)果與分析

2.1? 不同浸種時(shí)間對核桃幼苗發(fā)育的影響

由表1可以看出，浸種5 d時(shí)核桃幼苗株高最高，達(dá)到27.00 cm，最低是浸種1 d處理，為17.66 cm，相差9.34 cm，浸種5、6、7 d的核桃幼苗株高差異不明顯。核桃幼苗干徑隨浸種天數(shù)的延長呈先上升后下降的趨勢，浸種5 d時(shí)達(dá)到頂峰，為9.22 mm，后趨于穩(wěn)定。浸種5 d的種子主根長度達(dá)到最長，達(dá)到33.67 cm，是浸種1 d主根長度的1.35倍。須根長在不同浸種時(shí)間處理下差異不明顯。不同浸種處理下核桃幼苗葉綠素含量、復(fù)葉面積、干物質(zhì)比差異不明顯。造成各處理間差異的原因可能是隨著浸種時(shí)間的延長，核桃種子中抑制萌發(fā)生長的物質(zhì)析出，因此浸種時(shí)間長的種子，出苗后的生長速度較快。

由表2可知，核桃葉片中各礦質(zhì)元素的含量差異較大，浸種1 d幼苗葉片中全氮、全磷含量最高;浸種5 d幼苗葉片中全鉀含量最高，浸種1 d全鉀含量最低，僅占浸種5 d幼苗葉片含量的68.24%。浸種4 d幼苗葉片鈣含量最低，僅為0.147 5 g/kg，之后隨著浸種時(shí)間的增加，含量逐漸增加。鐵含量隨著浸種時(shí)間的延長而增加，直到浸種5 d幼苗葉片中含量最高，之后含量下降。銅含量在不同浸種時(shí)間下差異不明顯。鋅含量與鐵含量變化趨勢接近，隨著浸種時(shí)間增加，到浸種5 d幼苗葉片中含量達(dá)到最高，之后下降。鈉含量在浸種5 d時(shí)達(dá)到了0.431 3 μg/g，是浸種1 d幼苗葉片鈉含量的18倍。不同浸種時(shí)間幼苗葉片中鎂含量和錳含量趨于穩(wěn)定，變化不大。各處理間葉片營養(yǎng)元素含量差異的主要原因可能與土壤中的礦質(zhì)元素含量有關(guān)，也可能與根系吸收的能力有關(guān)。

2.2? 數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

在對各評價(jià)指標(biāo)進(jìn)行主成分分析前，首先要用SPSS 17.0軟件對各個(gè)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理，標(biāo)準(zhǔn)化后的結(jié)果見表3、表4。

2.3? 主成分提取和貢獻(xiàn)率

依據(jù)主成分特征值大于1的原則進(jìn)行主成分提取，共提取4個(gè)主成分（表5）。第1主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為55.856%，第2主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為16.814%，第3主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為13.335%，第4主成分對總方差的貢獻(xiàn)率為7.743%，說明這4個(gè)主成分可以反映該試驗(yàn)中原始數(shù)據(jù)的93.768%的信息。

2.4? 特征向量計(jì)算

由表6可以看出，在不同成分里不同影響因子載荷越大，相關(guān)性越強(qiáng)。主成分1中發(fā)芽率、株高、干徑、主根長、須根長、全鉀、鐵含量占比較高;主成分2中葉綠素含量與葉片中鈣含量占比較高;主成分3中復(fù)葉面積與葉片中銅含量占比較高;主成分4中干物質(zhì)比與葉片中錳含量占比較高。

通過SPSS 17.0軟件可以得到成分得分系數(shù)矩陣（表6），列出了4個(gè)特征根對應(yīng)的特征向量，即各主要成分解析表達(dá)式中的標(biāo)準(zhǔn)化變量的系數(shù)向量。根據(jù)主成分分析法相關(guān)矩陣特征向量，由表3、表4、表 6得到特征向量，詳見表7。

列出主成分的函數(shù)式：

F1=0.094Z1+0.096Z2+0.093Z3+0.086Z4+0.091Z5+0.035Z6+0.033Z7+0.044Z8-0.073Z9-0.076Z10+0.094Z11+0.030Z12-0.084Z13+0.095Z14-0.039Z15+0.076Z16+0.089Z17-0.024Z18

F2=-0.020Z1-0.016Z2-0.045Z3+0.125Z4+0.043Z5+0.267Z6-0.214Z7+0.156Z8+0.158Z9+0.157Z10-0.063Z11+0.224Z12+0.028Z13+0.070Z14+0.122Z15+0.120Z16-0.106Z17-0.136Z18

F3=0.087Z1+0.070Z2-0.097Z3-0.130Z4+0.104Z5-0.105Z6+0.283Z7+0.009Z8-0.047Z9-0.071Z10+0.025Z11+0.255Z12-0.043Z13-0.063Z14+0.313Z15-0.164Z16-0.094 1Z17-0.25Z18

F4=-0.037Z1+0.091Z2+0.124Z3+0.037Z4+0.037Z5+0.019Z6+0.005Z7+0.421Z8-0.264Z9+0.024Z10-0.062Z11+0.048Z12+0.353Z13+0.075Z14+0.257Z15-0.225Z16+0.049Z17+0.432Z18