模糊數(shù)學(xué)法分析梭梭對(duì)寄生肉蓯蓉的抗旱響應(yīng)

于霞霞，郭曄紅?，李 欠?，杜 弢，張延紅，賈存勤，劉一良

（1.甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院中藥材研究所，甘肅省中藥材規(guī)范化生產(chǎn)技術(shù)創(chuàng)新重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅省藥用植物栽培育種工程研究中心，甘肅省干旱生境作物學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，甘肅 蘭州 730070；2.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)藥學(xué)院，甘肅 蘭州 730000；3.甘肅匯勤生物科技有限公司，甘肅 白銀 730600）

梭梭Haloxylon ammodendron（C.A.Mey.）Bunge，屬藜科梭梭屬多年生灌木或小喬木，呈高大灌木狀，株高一般為2～3 m，個(gè)別植株可達(dá)10 m，為國(guó)家瀕危三級(jí)保護(hù)植物［1］，廣泛分布于亞洲、非洲的荒漠境內(nèi)。各個(gè)最適合植物生長(zhǎng)的氣候因子才能組成最適宜的環(huán)境條件［2］，梭梭具有超旱生的生物學(xué)特征，同化枝生長(zhǎng)節(jié)律一致，在大氣持續(xù)高溫干旱的夏季出現(xiàn)生殖休眠和同化枝部分脫落現(xiàn)象［3］。近年來(lái)對(duì)梭梭抗旱生理的研究主要集中在滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)在植物體內(nèi)的分布特征［4］及寄生脅迫下梭梭幼苗的生理響應(yīng)方面［5-8］，而對(duì)其自然環(huán)境下的干旱脅迫和寄生荒漠肉蓯蓉后梭梭的抗旱響應(yīng)尚罕見報(bào)道。

干旱脅迫是影響植物生長(zhǎng)發(fā)育最主要的逆境因子，在干旱脅迫與寄生脅迫的環(huán)境下，植物的莖、葉、根系等形態(tài)特征發(fā)生變化，水分代謝、活性氧代謝、植物激素、滲透調(diào)節(jié)、光合生理、細(xì)胞膜透性等生理特性受到影響［9-11］，甚至導(dǎo)致植物死亡［12］。植物通過(guò)調(diào)節(jié)水分吸收與蒸騰作用、啟動(dòng)抗氧化保護(hù)系統(tǒng)、進(jìn)行滲透調(diào)節(jié)等主動(dòng)防御機(jī)制，以抵御干旱脅迫造成的傷害，并為干旱脅迫結(jié)束后的植物自我修復(fù)進(jìn)行儲(chǔ)能與生理準(zhǔn)備［13-15］。選擇以上生理特性的代表性理化指標(biāo)進(jìn)行研究，這些指標(biāo)可綜合評(píng)價(jià)梭梭的抗旱性。現(xiàn)代研究表明，4 月底至5 月初剛出土的肉蓯蓉有效成分含有量最高，并確定為最佳采收期［16］，6 月則是肉蓯蓉種子成熟期，梭梭作為其寄主，為肉蓯蓉提供全部的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，肉蓯蓉藥材及種子質(zhì)量的好壞不僅與打頂、殺青及干燥方式有關(guān)［17-18］，更與其生長(zhǎng)過(guò)程中梭梭的營(yíng)養(yǎng)供給緊密相關(guān)，因而研究此階段梭梭抗旱性更具重要意義。本研究對(duì)人工種植梭梭在肉蓯蓉出土期至種子成熟期，進(jìn)行與梭梭生理代謝密切相關(guān)的抗逆性指標(biāo)的測(cè)定，并在此基礎(chǔ)上，利用主成分和模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)分析，對(duì)抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，旨在從梭梭生理代謝的角度，探明其抗旱理化指標(biāo)對(duì)寄生植物荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)機(jī)制，以期為梭梭在干旱和寄生脅迫下的抗旱機(jī)理提供依據(jù)，為其在荒漠化綜合治理中發(fā)揮先鋒作用提供數(shù)據(jù)支撐。

1 材料與方法

1.1 自然概況 試驗(yàn)點(diǎn)設(shè)在甘肅靖遠(yuǎn)糜灘鄉(xiāng)，東經(jīng)104°68′，北緯36°59′，海拔1 450 m，屬溫帶干旱半干旱氣候，年均氣溫9.2 ℃左右，年極端最高氣溫35.1 ℃，年均降水量240 mm，年蒸發(fā)量1 634 mm，平均日照時(shí)數(shù)2 696 h，無(wú)霜期120 d。

1.2 材料、試劑及儀器

1.2.1 材料 選取甘肅靖遠(yuǎn)縣4 年生人工種植梭梭，相同小區(qū)和管理水平。采用對(duì)角線取樣法隨機(jī)選取寄生肉蓯蓉的梭梭植株和正常生長(zhǎng)梭梭植株各5 株，分別用字母A 和cK 表示，每株梭梭分別在上、中、下（依次距地面75、50、25 cm 處）部選生長(zhǎng)一致的當(dāng)年生枝條進(jìn)行取樣，每株3 次重復(fù)，共15 個(gè)重復(fù)。在肉蓯蓉從出土期至種子成熟期的4～6 月份進(jìn)行梭梭枝條采樣，采樣時(shí)間分別為4 月25日、5 月14 日、5 月28 日、6 月6 日，5 月份為肉蓯蓉營(yíng)養(yǎng)需求期，故取樣2 次。將所取梭梭樣品立即置于液氮罐中貯藏，帶回實(shí)驗(yàn)室于-80 ℃超低溫冰箱中冷藏備用。

1.2.2 試劑 丙酮、乙醇、蒽酮、濃硫酸、無(wú)水葡萄糖、牛血清蛋白、考馬斯亮藍(lán)（G-250）、磷酸、茚三酮、冰醋酸、磺基水楊酸、甲苯、脯氨酸、TCA、TBA、PVP、甲硫氨酸、PBS 緩沖液、氮藍(lán)四唑、EDTA-Na2、核黃素、30%H2O2、愈創(chuàng)木酚。

1.2.3 儀器 UV-2450 紫外-可見分光光度計(jì)（島津企業(yè)管理中國(guó)有限公司）；AL104 型天平（萬(wàn)分之一，上海力辰邦西儀器科技有限公司）；超純水器-優(yōu)普系列（四川優(yōu)普超純科技有限公司）；HH-S4 數(shù)顯恒溫水浴鍋（江蘇正基儀器有限公司）；H-2050R 臺(tái)式冷凍離心機(jī)（長(zhǎng)沙湘儀離心機(jī)儀器有限公司）；LI-6400 光合儀（北京力高泰科技有限公司）。

1.3 方法 超氧化物歧化酶活性測(cè)定采用氮藍(lán)四唑法，過(guò)氧化氫酶活性測(cè)定采用紫外吸收法，過(guò)氧化物酶活性測(cè)定采用愈創(chuàng)木酚法，丙二醛含有量測(cè)定采用硫代巴比妥酸比色法，葉綠素含有量的測(cè)定采用分光光度法，脯氨酸含有量測(cè)定采用酸性茚三酮法，可溶性蛋白含有量的測(cè)定采用G-250 法，可溶性糖含有量的測(cè)定采用蒽酮法［19-22］。光合作用采用LI-6400 光合測(cè)定儀進(jìn)行測(cè)定，分別于4 月、5月、6 月下旬選擇無(wú)風(fēng)晴朗的天氣，連測(cè)3 d，求得各自平均值。

1.4 數(shù)據(jù)處理與統(tǒng)計(jì)分析 數(shù)據(jù)處理、主成分分析和隸屬函數(shù)計(jì)算運(yùn)用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件完成?？购敌跃C合評(píng)價(jià)-運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)值法［23］對(duì)各抗旱指標(biāo)進(jìn)行綜合定量評(píng)價(jià)。隸屬函數(shù)值法的計(jì)算公式如下：

或

式中，X（μ）為指標(biāo)測(cè)定值，Xmin為所有參試材料某一指標(biāo)的最小值，Xmax為所有參試材料某一指標(biāo)的最大值，若所測(cè)指標(biāo)與抗旱性呈正相關(guān)，用（1）式；若所測(cè)指標(biāo)與抗旱性呈負(fù)相關(guān)，用（2）式。最后將每一時(shí)期梭梭的抗旱隸屬函數(shù)值進(jìn)行累加，求平均數(shù)，平均數(shù)越大，表示抗旱性越強(qiáng)。

2 結(jié)果與分析

2.1 梭梭抗旱生化指標(biāo)對(duì)寄生荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)

2.1.1 酶活性 植物在逆境脅迫中，細(xì)胞內(nèi)固有的自由基代謝平衡被破壞而促進(jìn)自由基的產(chǎn)生。超氧化物歧化酶催化2 個(gè)超氧自由基發(fā)生歧化反應(yīng)形成O2和H2O2，產(chǎn)生的H2O2再由過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶分解除去［24］。有研究表明，花生超氧化物歧化酶活性與抗旱性密切相關(guān)，抗旱型品種具有更高的超氧化物歧化酶活性［25］。

本研究中，在4～6 月，梭梭超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶活性對(duì)寄生植物荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)，見圖1A～1C。表明4～6 月份寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶活性均呈上升趨勢(shì)，4 月份過(guò)氧化物酶活性為未寄生肉蓯蓉的梭梭大于寄生肉蓯蓉的梭梭，6月份梭梭過(guò)氧化氫酶活性也表現(xiàn)為未寄生大于寄生，其原因可能是4 月份寄生脅迫的作用太強(qiáng)，導(dǎo)致寄生肉蓯蓉的梭梭過(guò)氧化物酶酶蛋白合成受阻，6 月份在高溫與寄生的雙重脅迫下，寄生肉蓯蓉的梭梭超出了自身抵抗逆境脅迫的限度，過(guò)氧化氫酶酶蛋白合成受阻。其他時(shí)期，過(guò)氧化物酶活性和過(guò)氧化氫酶活性均表現(xiàn)為寄生肉蓯蓉的梭梭強(qiáng)于未寄生肉蓯蓉的梭梭，可見，在正常脅迫范圍內(nèi)肉蓯蓉寄生對(duì)梭梭在一定程度上形成了寄生脅迫。超氧化物歧化酶活性呈現(xiàn)出先升高后降低的趨勢(shì)，6 月份超氧化物歧化酶活性降低，與高溫脅迫下酶蛋白合成受阻有關(guān)?？傮w來(lái)看，超氧化物歧化酶一直維持著較高的水平，除4 月份寄生肉蓯蓉的梭梭略小于未寄生肉蓯蓉的梭梭外，其他月份均為寄生肉蓯蓉的梭梭強(qiáng)于未寄生肉蓯蓉的梭梭，其中5月28 日寄生肉蓯蓉的梭梭和6 月6 日未寄生肉蓯蓉的梭梭的超氧化物歧化酶活性有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。這表明4～6月份隨著氣溫的升高，肉蓯蓉寄主植物梭梭均以維持超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶較高活性來(lái)響應(yīng)外界環(huán)境，寄生植物肉蓯蓉也表現(xiàn)出對(duì)寄主植物梭梭的明顯脅迫，梭梭通過(guò)保護(hù)酶體系的變化對(duì)這一脅迫做出響應(yīng)。

2.1.2 丙二醛 丙二醛是膜脂質(zhì)過(guò)氧化的主要產(chǎn)物，對(duì)細(xì)胞有毒害作用，其含有量高低反映了植物受逆境脅迫的程度。一般認(rèn)為植物體內(nèi)丙二醛含有量越高，植物細(xì)胞受損傷的程度越高，植物的抗旱性也越弱。圖1D 表明，4～6月份隨著氣溫升高，梭梭丙二醛含有量的變化與超氧化物歧化酶活性的變化趨勢(shì)相反，可知，超氧化物歧化酶是拮抗丙二醛含有量變化的最主要的酶。前3 個(gè)時(shí)期，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭丙二醛含有量有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），其中，5 月14 日丙二醛含有量差異最大，寄生肉蓯蓉的梭梭高出未寄生肉蓯蓉的梭梭40.64%。在6 月份，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭無(wú)顯著性差異，但每個(gè)時(shí)期丙二醛含有量均表現(xiàn)為寄生肉蓯蓉的梭梭大于未寄生肉蓯蓉的梭梭。綜合保護(hù)酶系統(tǒng)和丙二醛含有量變化趨勢(shì)來(lái)看，不同的時(shí)期，梭梭體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)通過(guò)自身的調(diào)節(jié)代謝，抑制了膜脂質(zhì)過(guò)氧化程度。從同一時(shí)期寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭丙二醛含有量差異來(lái)看，肉蓯蓉的寄生對(duì)梭梭形成了寄生脅迫，但寄生了肉蓯蓉的梭梭通過(guò)保護(hù)酶的高活性來(lái)響應(yīng)這一脅迫。因此，本研究以丙二醛含有量單一因素來(lái)評(píng)價(jià)梭梭在肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期的抗旱性，則表現(xiàn)為梭梭的抗旱性先增強(qiáng)后減弱，這與超氧化物歧化酶的表現(xiàn)一致；但在比較寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭的抗旱性方面，則應(yīng)把保護(hù)酶系統(tǒng)與丙二醛綜合起來(lái)。

2.1.3 脯氨酸 圖1E 表明，梭梭的脯氨酸對(duì)荒漠肉蓯蓉的寄生也做出了響應(yīng)，在4～6 月份，隨著干旱程度的增加，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭脯氨酸含有量的變化趨勢(shì)一致，呈現(xiàn)出先降低后升高的變化趨勢(shì)，但由于寄生脅迫的作用，在每個(gè)時(shí)期寄生肉蓯蓉的梭梭脯氨酸含有量顯著高于未寄生肉蓯蓉的梭梭（P＜0.05）。脯氨酸遇到逆境脅迫時(shí)大量積累，積累指數(shù)與植物抗性相關(guān)，表現(xiàn)為脯氨酸積累越多，抗性越強(qiáng)，脯氨酸含有量的增加有利于提高梭梭對(duì)干旱脅迫及寄生脅迫的抗性。可見，用脯氨酸含有量來(lái)評(píng)價(jià)梭梭的抗旱性，則表現(xiàn)出在4～6 月梭梭的抗旱性先減弱后增強(qiáng)，且寄生肉蓯蓉梭梭植株的抗旱性大于正常梭梭植株。

圖1 梭梭抗旱生化指標(biāo)對(duì)寄生植物荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)

2.2 梭梭抗旱生理指標(biāo)對(duì)寄生荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)

2.2.1 葉綠素a+b 含有量 圖2A 表明，受到干旱脅迫后，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭葉綠素a+b 含有量先升高后降低，降低的幅度大于增幅，在寄生脅迫下，肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期梭梭葉綠素a+b 含有量均表現(xiàn)為未寄生肉蓯蓉的梭梭大于寄生肉蓯蓉的梭梭，但每個(gè)時(shí)期含有量差異均不顯著。在4 月份寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭葉綠素a+b 含有量差異最小，未寄生肉蓯蓉的梭梭僅高出寄生肉蓯蓉的梭梭0.14%，在6 月份兩者差異最大，未寄生肉蓯蓉的梭梭高出寄生肉蓯蓉的梭梭33.44%。葉綠素是植物合成有機(jī)物的光合色素，其合成與降解受外界環(huán)境的影響，當(dāng)植物受到水分脅迫時(shí)，葉綠素的含有量表現(xiàn)為先升高，當(dāng)水分脅迫到一定程度時(shí)則表現(xiàn)為下降［26］，在干旱脅迫下，植物葉片葉綠素含有量均隨著干旱的加重而逐漸減小［27］。本研究表明，在肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)的早期，梭梭能夠通過(guò)增加葉綠素的含有量來(lái)抵御干旱，在后期，干旱脅迫超出了梭梭的耐受范圍，導(dǎo)致葉綠素a+b 含有量下降。受肉蓯蓉寄生的影響，每個(gè)時(shí)期寄生肉蓯蓉的梭梭葉綠素a+b 含有量均低于未寄生肉蓯蓉的梭梭。植物葉綠素含有量與植株抗旱性呈正相關(guān)［28］，所以，梭梭在肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期的抗旱性表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減弱，這與超氧化物歧化酶及丙二醛表現(xiàn)的結(jié)果一致；用葉綠素a+b 含有量分析每個(gè)時(shí)期梭梭的抗旱性，則表現(xiàn)為未寄生肉蓯蓉的梭梭強(qiáng)于寄生肉蓯蓉的梭梭，這與其他抗旱指標(biāo)研究的結(jié)果不一致，因此，植物的抗旱性是多指標(biāo)綜合作用的結(jié)果。

2.2.2 滲透調(diào)節(jié)物質(zhì) 圖2B～2C 表明，無(wú)論是否寄生肉蓯蓉，梭梭的可溶性蛋白含有量在4～6 月間均呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，每個(gè)時(shí)期可溶性蛋白含有量均為寄生肉蓯蓉的梭梭大于未寄生肉蓯蓉的梭梭，在5 月份寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭可溶性蛋白含有量差異變化最大，在5 月14 日寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭可溶性蛋白含有量有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05），寄生肉蓯蓉的梭梭高出未寄生肉蓯蓉的梭梭12.82%，在5 月28 日兩者的可溶性蛋白含有量差異不顯著，寄生肉蓯蓉的梭梭僅高出未寄生肉蓯蓉的梭梭0.35%。而可溶性糖含有量的變化則不同，在生長(zhǎng)季中，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭可溶性糖含有量的變化均為先升后降，且在5 月28 日達(dá)到最高；在4 月25 日和5 月14日，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭可溶性糖含有量有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異（P＜0.05）。4～6 月的每個(gè)時(shí)期，可溶性糖含有量均表現(xiàn)為寄生肉蓯蓉的梭梭大于未寄生肉蓯蓉的梭梭，可能因?yàn)榭扇苄蕴亲鳛? 種原料，寄生了肉蓯蓉的梭梭需要更多的營(yíng)養(yǎng)去供給肉蓯蓉生長(zhǎng)。

滲透調(diào)節(jié)是植物適應(yīng)干旱、高鹽等逆境的主要生理機(jī)制之一，小分子有機(jī)溶質(zhì)可溶性糖、可溶性蛋白、脯氨酸和無(wú)機(jī)溶質(zhì)的主動(dòng)積累，引起細(xì)胞滲透勢(shì)的下降，導(dǎo)致細(xì)胞的吸水能力減弱或組織水分外滲，因此，可溶性蛋白與可溶性糖的含有量與植物的抗旱性成正比。本研究結(jié)果表明，在4～6 月份，以可溶性蛋白含有量的變化來(lái)評(píng)價(jià)梭梭的抗旱性，則表現(xiàn)為先減弱后增強(qiáng)；以可溶性糖含有量的變化來(lái)衡量梭梭的抗旱性，則表現(xiàn)為先增強(qiáng)后減弱。但寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭可溶性糖和可溶性蛋白的抗旱性則表現(xiàn)一致，均為寄生了肉蓯蓉的梭梭的抗旱性強(qiáng)于未寄生肉蓯蓉的梭梭。此研究結(jié)果進(jìn)一步表明，肉蓯蓉寄生的生殖生長(zhǎng)期對(duì)寄主梭梭形成了寄生脅迫，梭梭通過(guò)提高自身的抗性尤其是抗旱性去響應(yīng)這一脅迫，但評(píng)價(jià)梭梭的抗旱性仍需將多個(gè)抗旱性指標(biāo)綜合起來(lái)。

圖2 梭梭抗旱生理指標(biāo)對(duì)寄生植物荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)

2.2.3 梭梭抗旱光合生理指標(biāo)對(duì)寄生荒漠肉蓯蓉的響應(yīng) 表1 表明，在4～6 月份，寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭凈光合速率、蒸騰速率均呈升-降的趨勢(shì)，4～5 月份未寄生肉蓯蓉的梭梭凈光合速率大于寄生肉蓯蓉的梭梭（P＜0.05），6 月份寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭凈光合速率無(wú)顯著性差異；每個(gè)月份各自寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭的蒸騰速率之間均無(wú)顯著性差異；每個(gè)時(shí)期的凈光合速率、蒸騰速率都表現(xiàn)為未寄生肉蓯蓉的梭梭大于寄生肉蓯蓉的梭梭，其原因是肉蓯蓉寄生影響了梭梭的生長(zhǎng)狀況，繼而影響了光合作用。梭梭利用太陽(yáng)光能，在酶的催化作用下同化二氧化碳和水制造有機(jī)物供自身生長(zhǎng)，在4 月份光照強(qiáng)度和溫度都低，5～6 月份光照強(qiáng)度逐漸增強(qiáng)，但6月份溫度太高，一方面影響了光合作用相關(guān)酶活性，另一方面氣孔部分關(guān)閉，蒸騰速率減弱，從而對(duì)梭梭光合具有一定的抑制作用，5 月份溫度和光照最適合梭梭進(jìn)行光合作用，因此出現(xiàn)了梭梭凈光合速率、蒸騰速率在4～6 月升-降的趨勢(shì)。寄生肉蓯蓉的梭梭水分利用效率在4～6 月呈先降后升的趨勢(shì)，未寄生肉蓯蓉的梭梭水分利用效率呈逐漸上升的趨勢(shì)，其原因可能是5 月份為肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)的關(guān)鍵時(shí)期，需要吸收大量的水分，從而寄生肉蓯蓉的梭梭自身可利用的水分減少，6 月下旬為肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)的末期，需要梭梭供給的營(yíng)養(yǎng)減少，對(duì)梭梭的脅迫作用減弱，因此，寄生肉蓯蓉的梭梭水分利用效率恢復(fù)了正常狀態(tài)，所以表現(xiàn)出升高的趨勢(shì)。各月份各自寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭水分利用效率之間均無(wú)顯著性差異，水分利用效率除4 月份寄生肉蓯蓉的梭梭略高于未寄生肉蓯蓉的梭梭外，其他月份均為未寄生肉蓯蓉的梭梭大于寄生肉蓯蓉的梭梭。

表1 梭梭抗旱光合生理指標(biāo)對(duì)寄生植物荒漠肉蓯蓉的響應(yīng)

2.3 主成分分析 由于指標(biāo)較多，指標(biāo)間常存在一定的相關(guān)性，因而所得統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映的信息在一定程度上有重疊［29］，采用主成分分析，見表2。在原始組合中利用新轉(zhuǎn)換組合的較少綜合指標(biāo)，能夠較好的反映梭梭的抗旱性。

表2 主成分分析

表3 各因子載荷矩陣

主成分分析采用降維處理技術(shù)，本研究11 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的主成分分析結(jié)果表明，前3 種主成分（綜合指標(biāo)）的貢獻(xiàn)率依次為49.178%、25.859%、22.271%，累積貢獻(xiàn)率達(dá)97.307%；表明綜合指標(biāo)反映了原指標(biāo)的絕大部分信息，可以代替原來(lái)11 個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)對(duì)梭梭抗旱性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，且各綜合指標(biāo)所代表的信息不再重疊，因此可以選取前3種主成分作為梭梭11 項(xiàng)理化指標(biāo)抗旱性評(píng)價(jià)的綜合指標(biāo)，結(jié)果見表3。根據(jù)各綜合指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化特征向量值及各單項(xiàng)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化值，可得到3 種主成分與原11 項(xiàng)指標(biāo)的線性組合方程。由線性方程和各因子在1、2、3 主成分上的載荷矩陣可知，第1 主成分特征向量較大的有X1（超氧化物歧化酶）、X2（過(guò)氧化物酶）、X3（過(guò)氧化氫酶）和X7（可溶性糖），其貢獻(xiàn)率達(dá)49.178%；超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶是梭梭體內(nèi)的保護(hù)酶系統(tǒng)，其中，超氧化物歧化酶清除超氧自由基，過(guò)氧化氫酶清除梭梭體內(nèi)多余的H2O2，能有效地阻止活性氧的積累，保護(hù)膜結(jié)構(gòu)，過(guò)氧化物酶則清除梭梭體內(nèi)的過(guò)氧化物，逆境脅迫能誘導(dǎo)梭梭組織中過(guò)氧化物酶活性升高。梭梭通過(guò)抗氧化酶加強(qiáng)抗氧化作用，從而防止自由基毒害?？扇苄蕴亲鳛樗笏蟮臐B透調(diào)節(jié)物質(zhì)，調(diào)節(jié)其滲透勢(shì)，控制細(xì)胞的吸水能力和組織水分。第2 主成分特征向量最大的為X4（丙二醛），其貢獻(xiàn)率為25.859%，丙二醛是膜脂過(guò)氧化作用的最終產(chǎn)物，也是衡量膜系統(tǒng)受害程度的重要指標(biāo)。第3 主成分特征向量最大的為X11（水分利用效率），其貢獻(xiàn)率為22.271%；水分利用效率反映了植物對(duì)水分的利用情況。因此，第1、2 主成分主要反映了高溫脅迫下梭梭體內(nèi)自由基的清除能力和控制細(xì)胞的吸水能力及控制組織水分的能力，可定義為活性氧的清除因子及抗旱響應(yīng)因子；第3 主成分可定義為水分利用因子。

2.4 寄主梭梭在荒漠肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期抗旱性的綜合評(píng)價(jià) 4～6 月份為肉蓯蓉從出土至種子成熟的時(shí)期（生殖生長(zhǎng)期），由“2.2”項(xiàng)下內(nèi)容可知，在這一時(shí)期，有些抗旱相關(guān)理化指標(biāo)表現(xiàn)出的抗旱性不一致，因此抗旱性須通過(guò)一系列理化指標(biāo)的綜合效應(yīng)來(lái)評(píng)價(jià)。有研究表明，蒸騰強(qiáng)度越低，葉綠素含有量越高，則林木的抗旱性能較強(qiáng)［26-27］；也有研究表明抗旱能力強(qiáng)的樹種具有較高的可溶性糖和游離脯氨酸含有量［28-29］；抗旱力弱的樹種丙二醛的含有量也低［28］等等。由于指標(biāo)之間存在相關(guān)性，避免統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)反映的信息重疊，因此需要用多個(gè)理化指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)抗旱性。

植物的抗旱性是一個(gè)復(fù)合性狀，主成分分析中特征向量的大小是植物抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)選擇的重要依據(jù)，根據(jù)主成分分析結(jié)果，第1 主成分中選取特征向量較大的超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、可溶性糖，第2、3主成分貢獻(xiàn)率較小，分別選取其特征向量最大的丙二醛和水分利用效率作為抗旱性評(píng)價(jià)指標(biāo)［30-33］，然后對(duì)篩選出的6 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行隸屬函數(shù)分析，求平均值并評(píng)價(jià)梭梭在肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期各階段的抗旱性，見表4。

表4 肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期寄主梭梭理化指標(biāo)抗旱隸屬值及抗旱性排序

3 個(gè)時(shí)期梭梭的綜合抗旱適應(yīng)性強(qiáng)弱順序?yàn)? 月強(qiáng)于6 月強(qiáng)于4 月，即在4～6 月份梭梭抗旱性表現(xiàn)為先升后降的趨勢(shì)，試驗(yàn)地4 月份低溫少雨，5 月份高溫少雨，6 月份則進(jìn)入高溫雨季，這一抗旱研究結(jié)果也表現(xiàn)出梭梭對(duì)環(huán)境的響應(yīng)。3 個(gè)時(shí)期的平均隸屬函數(shù)中，4 月份寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭與5 月份寄生了肉蓯蓉的梭梭之間存在差異（P＜0.05），而其他時(shí)期的寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭之間均無(wú)顯著性差異，其原因是5 月份降雨量減少及溫度的升高與4 月份有很大差異，再加上寄生脅迫的影響，導(dǎo)致5月份寄生肉蓯蓉的梭梭抗旱性顯著高于4 月份的寄生和未寄生肉蓯蓉的梭梭，且隸屬函數(shù)值最大，為0.568，4 月份未寄生肉蓯蓉的梭梭隸屬函數(shù)值最小，僅為0.339，表明梭梭是適應(yīng)于干旱生境的荒漠植物。每個(gè)月份各自的抗旱性均表現(xiàn)出寄生肉蓯蓉的梭梭大于未寄生肉蓯蓉的梭梭，表明梭梭被肉蓯蓉寄生后通過(guò)一系列生化指標(biāo)的變化來(lái)響應(yīng)寄生脅迫，且自身有適應(yīng)干旱環(huán)境的能力，因而可減小人工種植梭梭的水分需求。

3 結(jié)論

本研究表明，從單個(gè)的生化指標(biāo)來(lái)衡量肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期梭梭的抗旱響應(yīng)機(jī)制，過(guò)氧化物酶和過(guò)氧化氫酶表現(xiàn)為抗旱性增強(qiáng)；超氧化物歧化酶、丙二醛表現(xiàn)為抗旱性先增強(qiáng)后減弱；脯氨酸則表現(xiàn)為先減弱后增強(qiáng)。從單個(gè)的生理指標(biāo)來(lái)衡量肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期梭梭的抗旱響應(yīng)機(jī)制，凈光合速率、蒸騰速率、葉綠素a+b 和可溶性糖表現(xiàn)為抗旱性先增強(qiáng)后減弱；可溶性蛋白、水分利用效率表現(xiàn)為先減弱后增強(qiáng)。因此，如果單純用某一種指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)不同時(shí)期梭梭的抗旱響應(yīng)機(jī)制則會(huì)得出多種結(jié)果，而通過(guò)模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)法綜合評(píng)價(jià)更具有科學(xué)性。

本研究運(yùn)用主成分分析，選取第1、2、3 主成分中特征向量較大的超氧化物歧化酶、過(guò)氧化物酶、過(guò)氧化氫酶、丙二醛、可溶性糖、水分利用效率等6 項(xiàng)指標(biāo)，并通過(guò)隸屬函數(shù)分析來(lái)綜合評(píng)價(jià)肉蓯蓉生殖生長(zhǎng)期梭梭的抗旱性，結(jié)果表明4～6 月份寄生肉蓯蓉的梭梭植株和正常生長(zhǎng)梭梭植株的抗旱性均呈現(xiàn)先增強(qiáng)后減弱的趨勢(shì)，且生長(zhǎng)肉蓯蓉的梭梭植株抗旱性明顯強(qiáng)于正常生長(zhǎng)的梭梭植株，此研究表明了梭梭抗旱理化指標(biāo)因肉蓯蓉寄生而增強(qiáng)的響應(yīng)機(jī)制，而梭梭植株自身的細(xì)胞壁是否發(fā)生特化和如何特化需進(jìn)一步研究。