全 文 :中国农学通报 2015,31(25):151-156
Chinese Agricultural Science Bulletin
块根紫金牛种苗质量分级标准研究
谢伟玲 1,2,柴胜丰 2,王满莲 2,韦 霄 2
(1广西师范大学生命科学院,广西桂林 541004;
2广西壮族自治区中国科学院广西植物研究所,广西桂林 541006)
摘 要:为制定科学合理的块根紫金牛种苗质量分级标准,采用相关分析、逐步聚类分析方法对1年生块
根紫金牛种子苗制定分级标准。得出了以地径和株高作为块根紫金牛种苗的分级质量指标,并得出其
分级标准,即:I级种苗:地径≥0.59 cm,株高≥23.82 cm;II级种苗:0.55 cm≤地径<0.59 cm,14.94 cm≤株
高<23.82 cm;III级种苗:地径<0.55 cm,株高<14.94 cm。运用逐步聚类分析法制定块根紫金牛种苗
质量分级标准,方法可行,结果可靠。
关键词:块根紫金牛;种苗;分级标准;相关分析;聚类分析
中图分类号:S723.4 文献标志码:A 论文编号:casb15030176
Study on Grading Standard for Ardisia corymbifera var. tuberifera Seedlings
Xie Weiling1,2, Chai Shengfeng2, Wang Manlian2, Wei Xiao2
(1College of Life Sciences, Guangxi Normal University, Guilin Guangxi 541004;
2Guangxi Institute of Botany, Guangxi Zhuang Autonomous Region and the Chinese Academy of Sciences, Guilin Guangxi 541006)
Abstract: In order to make a scientific and rational grading standard for Ardisia corymbifera var. tuberifera
seedlings, the correlation analysis and stepwise cluster analysis method were applied to establish the grading
standard for 1-year-old seedlings of Ardisia corymbifera var. tuberifera. The ground diameter and plant height
were chosen as the quality indicators for grading. The grading standard for the seedlings of Ardisia corymbifera
var. tuberifera worked out as follows: ground diameter≥0.59 cm and plant height≥23.82 cm for grade I
seedlings; 0.55 cm≤ ground diameter< 0.59 cm and 14.94 cm≤ plant height<23.82 cm for grade II
seedlings; ground diameter<0.55 cm and plant height<14.94 cm for grade III seedlings. It is feasible and
reliable to use stepwise cluster analysis method to establish the grading standard for Ardisia corymbifera var.
tuberifera seedlings.
Key words: Ardisia corymbifera var. tuberifera; seedlings; grading standard; correlation analysis; cluster
analysis
0 引言
块 根 紫 金 牛 (Ardisia corymbifera Mez var.
tuberifera C. Chen)为紫金牛科(Myrisinaceae)紫金牛属
(Ardisia)下的一个变种,又名小郎伞、大凉伞,是广西
岩溶特有的珍稀药用植物,主产于广西的靖西、德保、
龙州、扶绥、宁明和大新等县的石山[1]。广西民间瑶族
常用其干燥块根治疗咽喉肿痛、胃脘痛、风湿痹痛、骨
折、跌打损伤、月经不调、贫血等[2],此外,块根紫金牛
基金项目:广西自然科学基金项目“广西岩溶特有药用植物块根紫金牛适应水分胁迫的生理生态机制”(2012GXNSFBA053069);广西植物研究所基
本业务费项目“广西岩溶珍贵药用植物种苗繁殖技术标准操作规程制定及种苗开发”(桂植业14013);桂林市科技攻关项目“桂北地区珍贵乡土树种
良种选育及其在漓江流域退化生态系统中的应用”(20130414)。
第一作者简介:谢伟玲,女,1990年出生,广西陆川人,在读硕士研究生,研究方向为生物化学与分子生物学。通信地址:541006广西桂林市雁山区雁
山街85号广西植物研究所,E-mail:xwling_2025@163.com。
通讯作者:柴胜丰,男,1980年出生,湖南益阳人,副研究员,博士,主要从事濒危植物保护和药用植物栽培等方面的研究工作。通信地址:541006广
西桂林市雁山区雁山街85号广西植物研究所,E-mail:sfchai@163.com。
收稿日期:2015-03-22,修回日期:2015-05-21。
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是产自广西用于治疗风湿性关节炎的中成药桂龙膏的
一个主要原料药材[3],可见其药用价值很高。现关于
块根紫金牛的报道很少,仅有化学成分[3-6]、生理特性[7-8]
以及简单的遗传多样性分析[9]3个方面,其种苗质量分
级标准方面未见报道。
块根紫金牛的野生资源十分稀少,而且人们因其
具有很高的药用价值过度采挖利用,导致块根紫金牛
处于濒危状态,因此需要通过规模化人工种植繁育,满
足社会对珍贵药材的需求,以及更好地保护和可持续
开发利用该濒危药用植物。而优质的种子种苗是提高
药材产量、质量及质量稳定性的根本保障[10]。为了配
合块根紫金牛人工种植繁育研究以及生产优质的块根
紫金牛种苗,有必要制定科学合理的种苗质量分级标
准。笔者通过对1年生块根紫金牛种子种苗进行测量
和统计分析,提出块根紫金牛种苗的分级标准,力求填
补块根紫金牛无种苗质量分级标准的空缺。
1 试验地概况
试验地位于广西桂林市雁山区广西植物研究所种
植园内,北纬25°01′,东经110°17′,海拔180 m,年均气
温 19.2℃,最热月均温 28.4℃,最冷月均温 7.7℃,绝对
高温 40℃,绝对低温-6℃,冬季有霜冻,月平均气温高
于20℃的有6~7个月,≥10℃的年积温为5955.3℃。年
降雨量 1854.8 mm,多集中于 4—8月,占全年 73%,年
均蒸发量 1461 mm,年相对湿度 78.0%,干湿季明显,
年日照时数约 1550 h,有霜日 9~24天,属中亚热带季
风气候。
2 材料与方法
2.1 试验材料及测量方法
试验材料为 1年生块根紫金牛种子苗,种子采自
广西龙州县野生种群。于 2014年 5月 28日在广西植
物研究所种植园内同一育苗点随机抽取50株1年生的
块根紫金牛种子苗,收获过程中防止弄伤植株。分别
测量种苗的地径、株高、冠幅、根粗、根长、根数、全株干
重、地上部分干重、地下部分干重等 9个生长量指标,
其中冠幅为东西和南北方向宽度的平均值,根粗为最
大根粗,根长为最大根长,根数为一级侧根数。运用
Excel 2003和 SPSS 19.0对种苗数据进行统计分析。
先经相关分析确定质量指标,再采用聚类分析的方法
进行分级[11-16]。
2.2 分级标准计算公式
2.2.1 数据的标准化 由于地径和株高所处的值量级不
同,为使统计分析在同一水平上进行,先用极差法标准
化处理原始测量数据,采用标准化值(Zij)进行分析。
Zij=(Xij-Ximin)/(Ximax-Ximin)………………………… (1)
式(1)中,Z—标准化值;i—地径或株高;j—所测量
的种苗序号(1,2,…,50);Xij—地径或株高的测量值;
Ximax、Ximin—所测量的总样苗中地径或株高的最大值、
最小值。
2.2.2 初始分级 根据相关分析的结果最终选择地径
(D)和株高(H)作为分级指标,对地径与株高的标准化
值之和由大到小进行排序,进行人为的初始分级。
2.2.3 修正分级 由于初始分级是人为的,避免不了误
差的存在,必须要对初始分级结果进行修正。本研究
使用欧氏距离公式[式(2)]对初始分级结果进行修正。
dij = ∑
k = 1
n
(xik - xjk)2 …………………………… (2)
因本研究最终选择地径(D)和株高(H)作为分级指
标,因此n=2,式(2)变为式(3)。
dij =(Di -Dj)2 +(Hi -Hj)2 …………………… (3)
式(3)中,i—种苗序号(1,2,…,50),j—所在分级级
别,Di—地径标准化值,Hi—株高标准化值,Dj—地径
标准化值的平均值,Hj—株高标准化值的平均值。
2.2.4 计算临界值 根据最终凝聚中心,求出半径d值,
即可计算出各级别种苗的临界值,最终确定各级别种
苗的分级界限。半径d的计算如式(4)。
d = Ks2D标 + s2H标 ……………………………… (4)
式(4)中,K=1;s2D标、s2H标—各级种苗中地径、株高
标准化值的标准差[如式(5)]。
s2i标 =∑(Xi - Xˉ)2n - 1 ……………………………… (5)
式(5)中,i—地径或株高,Xi—地径或株高标准化
值,Xˉ—地径或株高标准化值的平均值,n—地径或株
高的总数。
3 结果与分析
3.1 确定分级指标
种苗的性状决定了种苗的质量。一般壮苗是指具
有粗壮的地径、适宜的高度、繁茂的枝叶、饱满的顶芽、
发达的根系以及健康、重量大、木质化程度高等[14],这
些性状体现了种苗质量指标的多样性。在评定种苗质
量时,一般测量多个指标,获得尽可能多的种苗信息,
但由于各个指标之间密切相关,会存在信息重叠的现
象,因此必须研究种苗各质量指标的共同性质,提取出
既能反映种苗整体质量,又容易测量,而且方便实际应
用的少数较直观指标来进行种苗分级[16]。本研究对块
根紫金牛1年生种苗的全株干重、地上部分干重、地下
部分干重、地径、株高、冠幅、根粗、根长、根数等9个影
响种苗质量的指标进行相关分析,结果见表1。
·· 152
谢伟玲等:块根紫金牛种苗质量分级标准研究
由表 1的相关矩阵可以看出:相关中心是种苗的
全株干重,最能体现种苗的质量,是评价种苗质量最好
的指标。其余指标与全株干重的相关性都较强,相关
系数为地径 (0.783)、株高 (0.600)、冠幅 (0.795)、根粗
(0.496)、根长 (0.503)、根数 (0.786)、地上部分干重
(0.971)、地下部分干重(0.964)。各指标的相关性不仅
反映了种苗的整体性,还说明可以选择较少的指标评
价种苗的质量[11,15]。确定种苗质量指标时,不仅要有足
够的信息,还要在生产实际中容易操作,因此选择与全
株干重相关性较强的地径和株高作为块根紫金牛种苗
质量分级的代表性指标[17-20],而地径与全株干重相关性
比株高与全株干重相关性强,因此,地径是影响全株干
重的主要因子,株高是次要因子。
3.2 数据的标准化
由于地径和株高所处的值量级不同,为了使统计
分析在同一水平上进行,先用极差法对原始测量数据
进行标准化。利用式(1)对原始数据进行标准化,计算
得到地径及株高的标准化值,见表2。
3.3 种苗初始分级
以地径、株高值分级,种苗大致可按“粗大→细小”
指标
地径
株高
冠幅
根粗
根长
根数
全株干重
地上部分干重
地下部分干重
地径
1.000
0.479**
0.668**
0.349*
0.367**
0.540**
0.783**
0.748**
0.768**
株高
1.000
0.588**
0.107
0.323*
0.609**
0.600**
0.682**
0.466**
冠幅
1.000
0.309*
0.295*
0.676**
0.795**
0.806**
0.728**
根粗
1.000
0.210
0.250
0.496**
0.411**
0.556**
根长
1.000
0.418**
0.503**
0.439**
0.540**
根数
1.000
0.786**
0.797**
0.719**
全株干重
1.000
0.971**
0.964**
地上部分干重
1.000
0.872**
地下部分干重
1.000
种苗序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
地径
0.84
0.87
1.00
0.84
0.87
0.76
0.74
0.74
0.84
0.55
0.21
0.55
0
0.87
0.29
0.66
0.16
株高
0.54
0.44
0.69
0.81
0.77
1.00
0.69
0.33
0.48
0.48
0.21
0.38
0.29
0.10
0.08
0.40
0.23
种苗序号
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
地径
0.39
0.16
0.47
0.47
0.87
0.21
0.29
0.42
0.18
0.79
0.74
0.61
0.32
0.92
0.82
0.26
0.37
株高
0.31
0.40
0.19
0.04
0.48
0.15
0.21
0.31
0.13
0.52
0.46
0.13
0.42
0.19
0.21
0.19
0.42
种苗序号
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
地径
0.47
0.34
0.18
0.32
0.53
0.39
0.47
0.47
0.74
0.37
0.32
0.13
0.55
0.76
0.42
0.58
株高
0.19
0.27
0.21
0.02
0
0.21
0
0.19
0.46
0.35
0.35
0.44
0.44
0.38
0.08
0.13
表1 块根紫金牛1年生种苗各指标间的相关矩阵
注:**在0.01水平(双侧)上显著相关;*在0.05水平(双侧)上显著相关。
表2 地径及株高标准化值
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的顺序排列[11,16]。较粗大的种苗,一般具有较粗的地径
和较大的株高,但由于种苗存在分化现象,会存在地径
细而株高大或地径粗而株高小的种苗,但为数不多。
结合表2和地径与株高的标准化值之和大小在同一维
坐标上进行排序,在分群较明显的地方划分为3群(即
3级),至此完成了块根紫金牛种苗的初始分级(图 1、
表3)。
3.4 修正分级
由于初始分级是人为的,避免不了错误的存在,必
须进行修改加以修正。本研究使用欧氏距离公式对初
始分级结果进行修正,即计算各级种苗地径、株高标准
化值的平均值作为该级的凝聚中心,然后算出各种苗
与各个凝聚中心的距离 d,比较种苗与各个凝聚中心
种苗
序号
7
标准化值
地径
0.74
株高
0.69
初始分级结果
与各凝聚中心距离d
I0(0.87,0.82)
0.19
II0(0.76,0.41)
0.28
III0(0.34,0.21)
0.62
判别
原级
II
变动
I
第1次修正
与各凝聚中心距离d
I1(0.84,0.79)
0.15
II1(0.76,0.39)
0.30
III1(0.34,0.21)
0.62
判别
原级
I
变动
—
Ⅰ级种苗
Ⅱ级种苗
Ⅲ级种苗
序号
3、4、5、6、7
1、2、8、9、10、12、14、16、22、27、28、31、32、43、47、48
11、13、15、17、18、19、20、21、23、24、25、26、29、30、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、44、45、46、49、50
Ⅰ级种苗
Ⅱ级种苗
Ⅲ级种苗
序号
3、4、5、6
1、2、7、8、9、10、12、14、16、22、27、28、31、32、43、47、48
11、13、15、17、18、19、20、21、23、24、25、26、29、30、33、34、35、36、37、38、39、40、41、42、44、45、46、49、50
71
22
9
27
2
28
4348
3132
47
14
3430
445045
35423640
46
19
39
21
49
24
41
33
11
37
1715
23
38
26
13 1612810 6345
29252018
0
10
20
30
40
50
60
0.0 0.5 1.0 1.5 2.0
地径和株高标准化值之和
种
苗
序
号
图1 块根紫金牛种苗一维坐标排序图
表3 初始分级结果
表4 欧式距离修正
表5 最终分级结果
的距离,哪个距离最小,则该种苗判为那一级(最短距
离法)[11,16]。每次修改后,若还有变化,需按照新的分级
重新计算凝聚中心和距离。如此反复进行,直到完全
没有变化,分级即结束。
开始分级修正时,根据表 3的初始分级结果以及
式(3)计算,将需要修改的块根紫金牛种苗的地径、株
高标准化值列入表 4进行修改,并重新计算各级种苗
地径、株高标准化值的平均值,作为该级新的凝聚中
心。初始分级时 I、II、III级种苗的凝聚中心分别为 I 0
(0.87,0.82)、II0(0.76,0.41)、III 0(0.34,0.21);根据初始分
级的结果进行第 1次修正,计算第 1次修正后 I、II、III
级种苗的凝聚中心,分别为 I 1(0.84,0.79)、II 1(0.76,
0.39)、III1(0.34,0.21),通过式(3)的计算结果可知,种苗
分级完全没有变化,分级结束。最终分级结果见表5。
3.5 确定临界值
逐步聚类分级的结果是各级种苗集中在以该级最
终凝聚中心为圆心,d为半径的圆内[11]。过大的种苗在
I级种苗所在圆的上方,过小的种苗在 II级种苗所在圆
的下方,因此只需求出 I、II级种苗的临界点,即可得出
各级种苗的临界值。I级种苗和 II级种苗的最终凝聚
中心分别为别为 I1(0.84,0.79)、II1(0.76,0.39),根据式
(4)、(5)可算出dI=0.165,dII=0.174,由此求得 I级种苗和
II级种苗的临界点分别为 I’(0.72,0.68)、II’(0.60,0.31),
如图2所示。
·· 154
谢伟玲等:块根紫金牛种苗质量分级标准研究
把 I’(0.72,0.68)、II’(0.60,0.31)代回式(1)中,得出
各级种苗的下限值。I级种苗:地径≥0.59 cm,株高≥
23.82 cm;II级种苗:地径≥0.55 cm,株高≥14.94 cm。
凡地径和株高均达以上标准的,即为合格苗,其中一项
不达标者,则降一级[21]。III级种苗即不合格苗,需留在
苗圃中继续培养[22]。利用以上分级标准对本研究的50
株样苗进行分级,由于地径是影响全株干重的主要因
子,株高是次要因子,因此,在实际生产中进行分级时,
应优先考虑地径,株高次之,即:若地径为 I级,株高为
I级或者 II级,则该种苗判为 I级;地径为 II级,株高为 I
级或者 II级,则该种苗判为 II级;地径或株高为 III级,
则该种苗判为 III级。具体分级结果见表6。
由表6可知,笔者抽取的50株块根紫金牛样苗中,
I、II级种苗(合格苗)仅占 30%,III级种苗(不合格苗)
0.84, 0.79
0, 0
0.72, 0.68
0.76, 0.39
0, 0
0.6, 0.31
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0
地径标准化值
株
高
标
准
化
值
I级
II级
d=0.174
d=0.165
I级种苗
II级种苗
III级种苗
种苗序号
1
2
3
4
5
6
7
8
9
22
27
28
43
48
16
10
11
12
13
14
15
17
18
19
20
地径
0.64
0.65
0.7
0.64
0.65
0.61
0.6
0.6
0.64
0.65
0.62
0.6
0.6
0.61
0.57
0.53
0.4
0.53
0.32
0.65
0.43
0.38
0.47
0.38
0.5
株高
20.5
18
24
27
26
31.5
24
15.5
19
19
20
18.5
18.5
16.5
17
19
12.5
16.5
14.5
10
9.5
13
15
17
12
III级种苗
种苗序号
21
23
24
25
26
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
44
45
46
47
49
50
地径
0.5
0.4
0.43
0.48
0.39
0.55
0.44
0.67
0.63
0.42
0.46
0.5
0.45
0.39
0.44
0.52
0.47
0.5
0.5
0.46
0.44
0.37
0.53
0.48
0.54
株高
8.5
11
12.5
15
10.5
10.5
17.5
12
12.5
12
17.5
12
14
12.5
8
7.5
12.5
7.5
12
16
16
18
18
9.5
10.5
图2 块根紫金牛的临界值确定
表6 样苗分级结果
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占60%。
4 结论与讨论
经前人验证,逐步聚类分析法是一种比较简单、方
便、可靠的苗木分级方法[22-24],其结果能客观地反映出
不同质量苗木的实际情况及其育苗技术水平。故笔者
运用逐步聚类分析法对块根紫金牛种苗进行质量分级
标准的研究。
笔者测量了块根紫金牛种苗的地径、株高、株高等
9个生长量指标,对这 9个生长量指标进行相关分析,
选择地径和株高作为块根紫金牛种苗质量分级的代表
性指标,这与实际生产中习惯使用的指标相符[11-12,24-25]。
地径和株高不仅含有反映种苗质量的足够信息,而且
在生产实际中容易测量,很直观地反映了块根紫金牛
种苗的质量。利用地径和株高对块根紫金牛1年生种
苗进行逐步聚类分析,得到其质量分级标准,即 I级种
苗 :地径 ≥0.59 cm,株高 ≥23.82 cm;II 级种苗 :
0.55 cm≤地径<0.59 cm,14.94 cm≤株高<23.82 cm,
未达到以上标准的种苗为不合格苗,在实际生产中应
淘汰或继续培育直至达标为止[22]。在生产实践中,除了
这2个指标外,还应考虑种苗的生长状况、色泽、枝叶、
木质化程度、有无病虫害及机械损伤等综合指标 [26]。
由于各地育苗条件及技术存在差异,导致种苗质量水
平也有所不同。因此,实际应用时应根据具体情况进
行分析研究,以上分级标准仅供块根紫金牛出苗时
参考。
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