全 文 ：第 29 卷 第 4 期
2016 年 4 月
环 境 科 学 研 究
Ｒesearch of Environmental Sciences
Vol． 29，No． 4
Apr．，2016
陈书琴，储昭升．应用层次聚类分析法确定海菜花氨氮耐受阈值［J］．环境科学研究，2016，29(4) :529-537．
CHEN Shuqin，CHU Zhaosheng． Application of cluster analysis to determine ammonia threshold of Ottelia acuminata (Gagnep．)Dandy［J］． Ｒesearch of
Environmental Sciences，2016，29(4) :529-537．
收稿日期:2015-11-09 修订日期:2016-01-03
基金项目:国家水体污染控制与治理科技重大专项(2012ZX07105-
002)
作者简介:陈书琴(1977-) ，男，江苏泰州人，副教授，博士，主要从事湖
泊生态学研究，chenshq@ aqtc． edu． cn．
* 责任作者，储昭升(1973-) ，男，安徽安庆人，研究员，博士，主要从事
湖泊富营养化研究，chuzhs@ craes． org． cn
应用层次聚类分析法确定海菜花氨氮耐受阈值
陈书琴1，2，储昭升2*
1．安庆师范学院资源与环境科学学院，安徽 安庆 246011
2．中国环境科学研究院湖泊研究中心，北京 100012
摘要:为确定海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor(耐受阈值) ，通过不同水平 ρ(NH4
+ -N)下的模拟试验，获得了 30 d内各试验组海菜花生
化指标〔SOD(超氧化物歧化酶)活性、POD(过氧化物酶)活性、CAT(过氧化氢酶)活性及 MDA(丙二醛)含量〕及生长指标〔鲜质
量、最长根长、w(Chla)〕，运用层次聚类分析法确定了海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor，并运用传统方法对生长指标予以分析，以验证层
次聚类分析法的有效性和可靠性． 结果表明:①对海菜花 SOD 活性、CAT 活性及 MDA 含量的层次聚类分析得到的海菜花对
NH4
+ -N的 Nmtor皆为 0 ～ 3. 0 mgL，而由 POD活性分析得到的 Nmtor为 0 ～ 8. 0 mgL，交集为 0 ～ 3. 0 mgL;②根据鲜质量相对增长
率、根长相对增长率、w(Chla)得到的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor分别为 0 ～ 4. 0、0 ～ 8. 0 及 0 ～ 3. 0 mgL，交集为 0 ～ 3. 0 mgL;③大
多数生化指标层次聚类分析结果相同，而通过生长指标结合试验现象分析所得结果则各有差异，层次聚类分析结果是生长指标
分析结果的真子集．
关键词:海菜花;氨氮;耐受阈值;层次聚类分析法
中图分类号:X171 文章编号:1001-6929(2016)04-0529-09
文献标志码:A DOI:10. 13198j． issn． 1001-6929． 2016． 04． 09
Application of Cluster Analysis to Determine Ammonia Threshold of Ottelia
acuminata (Gagnep．)Dandy
CHEN Shuqin1，2，CHU Zhaosheng2*
1． School of Ｒesource and Environmental Science，Anqing Normal College，Anqing 246011，China
2． Ｒesearch Center of Lake Environment，Chinese Ｒesearch Academy of Environmental Sciences，Beijing 100012，China
Abstract:In order to determine the ammonia threshold of Ottelia，a 30-days simulated experiment was performed． The activity of SOD，
POD，CAT and content of MDA (biochemical indexes)of Ottelia in different ammonia concentrations were determined，as well as the
relative increasing growth rate of fresh weight，root length and w(Chla) (growth indexes)． According to quantitative features of the
biochemical indexes，the ammonia threshold was determined directly by cluster analysis． The result was compared with the ammonia
threshold obtained by the traditional method to verify the validity and reliability of the cluster analysis． The result showed that:1)
according to the activity of SOD，CAT and the content of MDA，the ammonia threshold of Ottelia acuminata (Gagnep．)Dandy was
considered as 0-3. 0 mgL by the cluster analysis，and while that came from POD was 0-8. 0 mgL;The consolidated threshold was 0-3. 0
mgL． 2)the ammonia threshold of O． acuminata according to relative increasing growth rate of fresh weight，root length and w(Chla)
was 0-4. 0，0-8. 0 and 0-3. 0 mgL，respectively，by the traditional analysis method;the consolidated threshold was 0-3. 0 mgL． 3)The
ammonia thresholds obtained from SOD，CAT reactivity and MDA concentration by the cluster analysis were consistent，and those obtained
from growth indexes by the traditional method were different． The final ammonia threshold obtained by cluster analysis is a proper subset of
that obtained by the traditional method．
Keywords:Ottelia acuminata (Gagnep．) Dandy; ammonia;
threshold;cluster analysis
根据 Everitt 理论［1］，层次聚类分析法是对若干
个由多个变量度量的对象进行分类的重要工具，是数
据挖掘的主要方法之一［2］． 与先根据试验现象相似
性分类再探究数据之间规律的传统方法相反，该方法
环 境 科 学 研 究 第 29 卷
仅根据数据特征即可将具有某种统计相似性的研究
对象归类，具有很强的客观性，被广泛应用于生物分
类［3］、DNA序列片段分类［4］、台风对流云团识别［5］等
领域，但鲜见用于水生植物污染物耐受阈值研究的
报道．
对水生植物而言，NH4
+ -N 既是营养物质，又是
污染物［6］． 全球由人类活动排入水体的 NH4
+ -N 总
量约为 54 Mta［7-8］． NH4
+ -N富集导致了众多水生植
物群落的衰退乃至灭绝［9-10］． 氨胁迫会加快加剧植
物体内 ＲOS(reactive oxygen species，活性氧)的产
生［11-12］，从而产生过氧化伤害，而抗氧化酶体系则是
植物抵御这种伤害的重要防线［13-14］． 当 ＲOS 增加
时，SOD(superoxide dismutase，超氧化物歧化酶)活
性被激发，植物体内过氧化物被歧化为 H2O2
［15-22］;
POD(peroxidase，过氧化物酶)和 CAT(catalase，过氧
化氢酶)随后将 H2O2 降解为水和氧气
［23］;MDA
(malondialdehyde，丙二醛)是过氧化代谢产物，当植
物受到损伤，MDA 含量就会增加［24］． 这些生化指标
既能表征植物抗外界胁迫能力的大小，又能表征外界
环境对植物的不利程度［25-26］． 然而生化指标相互作
用复杂，数量规律往往隐含． 如王珺等［27］对 NH4
+ -N
胁迫下轮叶黑藻(Hydrilla varticillata)SOD 活性的研
究发现，随着胁迫时间的延长，其活性整体呈下降趋
势;而刘燕等［28-29］的研究结果则与之相反． 许秋瑾
等［30］的研究则表明，在 NH4
+ -N与镉联合胁迫下，随
着培养时间的延长，SOD 活性先升后降． 可见，即便
是相同植物在面对相似胁迫时，抗氧化酶体系中的同
一指标的表现也不相同． 根据生态位理论，植物对其
所需要的营养盐，一定有其适应的浓度范围［31］，该研
究中称为 Nmtor(耐受阈值)． 要判断 Nmtor，必须借助甚
至依赖生长指标，这就使生化指标研究变得多余． 事
实上，生化指标对外界胁迫反馈的灵敏度要高于生长
指标． 若能寻找到一种方法，直接通过生化指标的客
观归类判断出植物的耐受阈值，既能提高胁迫试验效
率，又使逆境预报预防成为可能．
该研究以我国特有沉水植物海菜花(Ottelia
acuminate Gagnep． Dandy)［32］为研究对象，通过模拟
试验，应用层次聚类分析法根据海菜花 SOD 活性、
POD活性、CAT活性及MDA含量将不同 ρ(NH4
+ -N)
试验组进行归类，进而运用生态位原理直接判断出海
菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor ． 在此基础上，结合海菜花生
长指标分析，验证该方法的有效性和可靠性，以期为
海菜花恢复提供基础数据，为同类研究提供新的快速
分析工具．
1 材料与方法
1. 1 试验植物
海菜花于 2013 年 6 月采自云南大理白族自治州
上关镇大营村海菜花种植基地，茎叶被人为修剪为 5
枝，茎叶长约(40. 0 ± 2. 0)cm，平均最长根长约(10. 0 ±
1. 2)cm．
1. 2 试验设计
试验在中国环境科学研究院洱海才村工作站温
室进行，自 2013 年 7 月 5 日开始，8 月 4 日结束，总计
进行 30 d，平均水温(21. 4 ± 2. 8)℃． 以硫酸铵调节
ρ(NH4
+ -N)分别为 0、0. 5、1. 0、2. 0、3. 0、4. 0、8. 0、
16. 0 mgL，分别记为 CK(空白组)和 A1 ～ A7(试验
组) ，每组 3 个重复． 试验容器为底径 400 mm、口径
500 mm，高 0. 5 m的聚乙烯缸(90#)． 每缸水量63 L，
水深 0. 4 m，其中放置 5 个花盆，每个花盆中种植海
菜花 1 棵，事先编号，记录其鲜质量、最大根长及茎叶
长． 试验开始前在大缸内用洱海水预培养 1 周． 试验
开始后，每隔 5 d每缸采集植物一棵，测定茎叶长、鲜
质量、最长根长、SOD 活性、POD 活性、CAT 活性、
MDA含量以及 w(Chla) (以鲜质量计)． 为保证水体
ρ(NH4
+ -N)稳定，每 2 d 全量换水一次，并根据原水
状况配置 ρ(NH4
+ -N)及其他营养盐浓度(原水为自
来水，虹吸法放水，宁波巨生水表阀门有限公司宁生
牌 水表控制流量)． 为排除底质 NH4
+ -N 释放影
响，以洗净的砂子做底质．
水体其他营养盐根据 Hoaglands 配方［32］稀释
110进行添加，其他营养盐含量如表 1 所示．
表 1 试验体系用水非 NH4
+ -N营养盐含量
Table 1 Nutrient in the experimental system aside from ammonia
组分 ρ(mgL)
采用的
药剂
组分 ρ(mgL)
采用的
药剂
P 0. 2 ± 0. 05 KH2PO4 Mg2 + 9. 86 MgSO4
Cl － 57. 32
CaCl2
Fe2 + 7. 84
FeSO4·7H2OCa2 + 32. 29 SO4 2 － 68. 84
1. 3 采样及试验分析方法
将植物样品及时洗净并以滤纸吸干水分后称取
适量样品，分别测定各项指标:SOD 活性采用氮蓝四
唑光化还原法［33］测定;POD 活性采用愈创木酚氧化
法［34-35］测定;CAT 活性采用 H2O2 反应法
［36-37］测定．
MDA含量采用硫代巴比妥酸法［38］测定;w(Chla)采
用丙酮和乙醇混合液(2∶ 1)提取法测定［39-40］．
1. 4 数据统计及分析方法
035
第 4 期 陈书琴等:应用层次聚类分析法确定海菜花氨氮耐受阈值
层次聚类、方差分析、LSD(最小显著差数法)分析
均使用 SPSS 19. 0 软件进行． 层次聚类分析原则为
10≤迭代步长≤25，层次聚类所得不同试验组类之间
ρ(NH4
+ -N)最大最小值形成的区间不相交，除非无法
区分试验组类，否则 CK不单独成为试验组类． 遵照该
原理及层次聚类分析结果，排除极大和极小(CK)
ρ(NH4
+ -N)所在的试验组类，取中间试验组类，向左右
各延伸一个浓度作为海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor，若试验
组类浓度范围在 A2 ～A4 之间，则 ρ(NH4
+ -N)A1 ＜Nmtor ＜
ρ(NH4
+ -N)A5． 随后将求得的单指标阈值求交集，从而
确定整个试验综合决定的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor ．
2 结果与分析
2. 1 层次聚类分析结果
2. 1. 1 SOD活性所指示的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor
由图 1(a)可见，迭代步长为 10 步时可分为 3 个
试验组类:分别为 CK 与 A6 试验组类，A1、A2、A3 试
验组类，A4、A5、A7 试验组类． 此时，3. 0 ～ 16. 0 mgL
区间包含了 A7 试验组，根据区间不相交原则，进一步
扩大迭代步长，即可将 CK、A4、A5、A6、A7 归为 1 个试
验组类． 而图 1(b)表明，在 10 步迭代范围内，A1、
A2、A3，A4、A5、A6、A7 和 CK 各为 1 个试验组类． 为
使 CK不单独成试验组类，继续扩大步长至 20 步，可
将 A4、A5、A6、A7 归入 CK 试验组类． 根据聚类分析
原则，茎叶和根系 SOD 活性均指示海菜花能适应的
ρ(NH4
+ -N)范围为 0. 5 ～ 2. 0 mgL，因此，SOD 活性
指示的 Nmtor为 0 ～ 3. 0 mgL．
图 1 海菜花中 SOD活性层次聚类分析结果
Fig. 1 Hierarchical clustering analysis of SOD activity in different
concentrations of ammonia
2. 1. 2 POD活性所指示的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor
由图 2(a)可见，在 10 步迭代范围内，A1、A2、A3
可归为 1 个试验组类，A4 和 A5 为 1 个试验组类，CK，
A6 和 A7 归为 1 个试验组类． 由图 2(b)可见，在 10
步迭代范围内，CK、A6 和 A7 归为 1 个试验组类，A1、
A2、A3 归为 1 个试验组类，A4 和 A5 为 1 个试验组
类． 根据层次聚类分析法原则，中间浓度组为 0. 5 ～
4. 0 mgL，仅由 POD活性指示的 Nmtor为 0 ～8. 0 mgL．
图 2 海菜花茎叶中 POD活性层次聚类分析结果
Fig. 2 Hierarchical clustering analysis of POD activity in different
concentrations of ammonia
2. 1. 3 CAT活性所指示的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor
由图 3(a)可见，在 10 步迭代范围内，茎叶中
CAT活性可分为 3 个试验组类，分别为 CK、A5、A6、
A7 试验组类，A1、A3 试验组类，A2、A4 试验组类． 后
135
环 境 科 学 研 究 第 29 卷
两个组类 ρ(NH4
+ -N)最大值与最小值组成的区间相
交，故将之归为 1 个试验组类，即 A1、A2、A3、A4 试验
组类． 鉴于 CK原则上不单独归类，如图 3(b)所示，
根系可分为两个试验组类:A1、A2、A3 试验组类，A4、
A5、A6、A7 试验组类和 CK 试验组类． 由茎叶中 CAT
活性确定的 Nmtor为 0 ～ 4. 0 mgL，而由根系中 CAT活
性确定的 Nmtor为 0 ～ 3. 0 mgL;二者交集为 0 ～ 3. 0
mgL．
图 3 海菜花茎叶中 CAT活性层次聚类分析结果
Fig. 3 Hierarchical clustering analysis of CAT activity in different
concentrations of ammonia
2. 1. 4 MDA含量所指示的海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor
A7 在第 5 次采样时衰败强烈，以至于满足酶学
指标测定后，已无样品供 MDA 含量测定． 根据
MDA越大，植物受到胁迫越大的规律，在层次聚类
分析时，A7 试验组最后一次数据用同期最大数值替
代． 如图 4 所示，茎叶中 MDA含量层次聚类分析表
明，CK 与其他试验组均不相容;而根系中层次聚类
分析则表明，在 10 步迭代范围内，A1、A2、A3 归为 1
个试验组类，CK 和 A5 分别为 1 个试验组类，A4、
A6、A7 归为 1 个试验组类． 仅凭茎叶中 MDA 含量
层次聚类分析无法明确界定海菜花的 Nmtor ． 而根系
中 MDA含量指示中间 ρ(NH4
+ -N)范围为 0. 5 ～
2. 0 mgL，故其 Nmtor为0 ～ 3. 0 mgL，与 CAT活性指
示的结果相同．
图 4 海菜花中MDA含量层次聚类分析结果
Fig. 4 Hierarchical clustering analysis of MDA in different concentrations of ammonia
通过层次聚类分析法，在完全不考虑生化指标所
代表的物理意义的前提下，SOD 活性、CAT 活性和
MDA含量所指示的海菜花对 NH4
+ -N 的 Nmtor均为
0 ～ 3. 0 mgL，其结果较为一致．
2. 2 生长指标判定结果
在每个采样周期，将所采得植株通过编号与原始
值一一对应，将所测得的鲜质量及根长分别与其初始
值相比得到 2 个指标的相对增长率数据，并进行单因
素方差分析和 LSD 分析，以判断各试验组之间差异
是否具有显著的统计学意义．
2. 2. 1 鲜质量相对增长率
如图 5 所示，各试验组鲜质量相对增长率在培养
后期均随着培养时间的延长而递减，这可能是因为空
白基质缺乏常规基质的营养，从而对根系发达的海菜
235
第 4 期 陈书琴等:应用层次聚类分析法确定海菜花氨氮耐受阈值
花产生了胁迫． 但这种胁迫是同等的，并不影响各组
间的相互比较． 在前 2 次(7 月 11 日、7 月 17 日)采
样时，试验组海菜花鲜质量降幅相对于 CK 要小，而
从第 3 次 (7 月 23 日)采样起，A5 组降幅基本与 CK
相当． A7 则在最后一个周期出现了强烈的植株腐烂
现象，海菜花鲜质量仅剩 1 g．
方差分析及 LSD 分析表明，在第 1 次和第 2 次
采样时试验组海菜花鲜质量相对增长率明显高于
CK． 表明在短期处理环境下，缺氮对海菜花的伤害
要远强于高 ρ(NH4
+ -N)带来的伤害． 从第 3 次采
样时起，A1、A2、A3 相对增长率数据显著大于其他
各组(P ＜ 0. 01) ，海菜花在该 ρ(NH4
+ -N)范围内表
现出较强的适应性． 特别的是，A5 在最后一次采样
时相对增长率有回升迹象，这表明海菜花在该
ρ(NH4
+ -N)下仍有一定的耐受余力． 为严谨起见，不
宜将该组排除出耐受范围之外． 继续观察 A4，发现
该组在最后一次采样时 19. 64%的相对增长率仍略
高于 CK、A6 和 A7． 因此，根据鲜质量相对增长率指
标，可以初步判断海菜花耐受 NH4
+ -N 的 Nmtor为 0 ～
4. 0 mgL．
图 5 不同 ρ(NH4
+ -N)下海菜花鲜质量相对增长率随时间的变化
Fig. 5 The time evolution of rate of freshweight increase in different
concentrations of ammonia
2. 2. 2 根长相对增长率
与鲜质量相对增长率随时间递减的规律不同，各
试验组根系在培养过程中均有长长现象． 由图 6 可
知，A1 ～ A5 最长根长在每个采样日较之原始数据均
有增加，其中 A4 相对增长率虽然递减，但始终超过
100% ． CK降幅较大、A6 和 A7 在维持 18 d较为平稳
的根系长度后，到第 4 次采样时开始出现高强度腐
烂，根长急剧缩短．
单因素方差检验表明，不同试验组根长相对增长
率在各培养周期差异显著(P ＜ 0. 05)． 在前两次采
样时，CK、A1、A2 根长相对增长率显著小于其他各
组，第 3 次采样时，A2 根长急剧增加，组间差异主要
由该组贡献，而其他各组根长差异并不显著． 此后，
除 A4 外，A1 ～ A5 海菜花根长相对增长率均保持稳步
上升态势． 由根长相对增长率可知，在空白基质条件
下，海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor为 0 ～8. 0 mgL．
图 6 不同 ρ(NH4
+ -N)下海菜花根长相对增长率随时间的变化
Fig. 6 The time evolution of root length increase rate in different
concentrations of ammonia
2. 2. 3 w(Chla)
在该研究条件下，海菜花叶片脱落较为严重，到
第 5 次采样时，为保证抗氧化酶系统的测定，未能测
定全部试验组的 w(Chla) ，故只分析前 4 次获得的
w(Chla)数据． 由图 7 可见，CK 及 A5 ～ A7 海菜花
w(Chla)均随时间的延长而降低，而 A1 ～ A4 w(Chla)
降幅较小且在最后一次采样时有波动． 在第 1 次采
样时，A1 ～ A5w(Chla)显著大于其他各组(P ＜ 0. 05) ，
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环 境 科 学 研 究 第 29 卷
第 2 次采样时，A1 ～ A3w(Chla)显著大于其他各组
(P ＜ 0. 05) ，第 3 次采样组间差异主要由 A1 贡献，而
第 4 次采样时时，A1 ～ A3 显著大于其他各组． A4
w(Chla)在采样末期有所上升，故不能将之排除出海
菜花 NH4
+ -N 耐受范围之外． 从w(Chla)看，海菜花
对的 NH4
+ -N的 Nmtor为 0 ～ 3. 0 mgL． 根据所有生长
指标判断海菜花对的 NH4
+ -N的 Nmtor为 0 ～3. 0 mgL，
基本与生化指标直接判断出的结果相符．
图 7 不同 ρ(NH4
+ -N)组海菜花 w(Chla)随时间的变化
Fig. 7 The time evolution of Chlorophyll a in different concentrations of ammonia
3 讨论
每个生态因子对应着一个生态位［40］，研究某种
植物对 NH4
+ -N的 Nmtor，就是判断该物种对 NH4
+ -N
的生态位，换句话说，也就是判断该物种对 ρ(NH4
+ -N)
的适应范围． 目前，一些研究者主要依赖对不同水平
下植物生长指标的分析确定特定生态因子耐受性及
Nmtor，另一些研究者虽然也研究生化指标，但仍必须
附加分析生长指标． 高洁等［41］通过 7 个月模拟试
验，比较了不同水平重金属试验组植物叶绿素、地上
干质量、地下干质量等指标，筛选出了对 Cu 和 Zn 具
有较好耐受性的富集植物． 朱伟等［42］则主要通过分
析苦草(Vallisneria natans L．)和伊乐草 (Elodea
nuttallii)在不同 NH4
+ -N水平下的分根数、成活率及
生物量，确定了其对 NH4
+ -N 的 Nmtor ． 颜昌宙等
［33］
虽然对 NH4
+ -N胁迫下轮叶黑藻的生化和生长指标
均进行了研究，但仍主要根据相对生长率及叶绿素指
标判断其对 NH4
+ -N 的 Nmtor约为 4. 0 mgL． 潘琦
等［43］虽然主要研究不同温度对沉水植物抗氧化酶活
性的影响，但其对两种沉水植物最适温度的判断，仍
主要依赖生物量积累最大值．
但生长指标对周围环境的敏感度远不如生化指
标，同样是潘琦等［43］的研究，SOD、POD、CAT 活性在
14 h内即对外界环境变化产生了剧烈反馈，而生物
量变化直到 7 d 以后才能显现并被统计出来． 曹特
等［36］研究发现，金鱼藻(Ceratophyllum demersum)
CAT活性对水体无机氮升高响应时间在 5 ～ 15 h，超
过 24 h响应甚至会停止． 由此可见，直接通过生化指
标判断植物受胁迫影响的程度十分快捷，可以及时对
病虫害、环境胁迫做出诊断，从而提早拿出预防防治
方案，提高植物种植特别是濒危物种抢救的成活率．
在该研究中，第 1 次采样时(培养 6 d)海菜花茎
叶中 SOD活性各组间均没有显著差异(P = 0. 133)．
但这与生化指标敏感度的阐述并不矛盾，因为生化指
标的急性反应多以 h计，6 d已超出急性反应时间，植
物通过自身生理机能调整，消弭了外界胁迫的差异．
而到第 2 次采样时，A1 ～ A3 组海菜花茎叶中 SOD 活
性水平显著高于其他各组(P ＜ 0. 01) ，A4 ～ A7 组海
菜花茎叶中 SOD 活性亦显著高于 CK． 第 3 次采样
后，A1 ～ A4 组表现为显著高于其他各组，而其他各组
差异并不显著． 这表明，植物在受到外界胁迫后，数 h
内自身抗氧化酶活性反馈强烈，但经过数 d 的调整，
若胁迫强度不超出一定程度，其抗氧化酶活性又会调
整到基本适应水平;随着胁迫时间的进一步增加，其
调控能力又会受到削弱甚至破坏． 因此，可以判断，
抗氧化酶活性指标不仅具有及时性，而且具有稳定
性，其指示的规律，短期与长期相符，均有重要意义．
而根系中 SOD 活性的单因素方差分析则表明，第 1
次采样时，CK、A1 及 A2 组 SOD活性显著高于其他各
组，这可能是根系 SOD 指标对 NH4
+ -N 胁迫更敏感，
其调整稳定期小于 6 d． 但具体的调整稳定期，尚需
进一步研究．
POD、CAT与 SOD 活性的方差分析结果皆有不
同，其中在第 1 次采样时茎叶中 POD 活性组间差异
具有显著的统计学特征(P ＜ 0. 05) ，根系中 POD 活
性组间差异却并不显著(P ＞ 0. 05) ，这与 SOD 活性
的表现相反． 而海菜花茎叶和根系中的 CAT 活性组
间差异则从第 1 次采样起即表现出显著的统计学差
异，只有 LSD结果表明其组间差异的具体组别不同．
435
第 4 期 陈书琴等:应用层次聚类分析法确定海菜花氨氮耐受阈值
这也再次证明，抗氧化酶系统各指标的数量关系十分
复杂，如果不依赖层次聚类分析法，难以简洁有效分
析其随胁迫变化的规律． 而即便是使用层次聚类分
析法，不同指标获得的 Nmtor仍不尽相同． 该研究中由
POD活性确定的 Nmtor相对偏大，这与 Jorge等
［44］的研
究结论相符:只有 ρ(NH4
+ -N)超过一定范围(30. 0
mgL) ，POD活性才会成为粉绿狐尾藻(Myriophyllum
mattogrossense)氨氮胁迫的指示性指标．
MDA是膜质过氧化产物，研究发现，MDA 与种
子发芽率、活力指数和简化活力相关性并不一定具有
显著的统计学意义［45］，也就是说，MDA 含量变化时，
生长指标不一定出现变化，这说明 MDA 含量较生长
指标更为灵敏． 一般来讲，MDA 含量与膜受损程度
呈正比［46］． 然而，有研究者发现，MDA含量随着胁迫
时间的延长，死亡细胞进一步分解，其含量亦会出现
下降现象［47］． 也就是说，虽然一定时期内 MDA 含量
与外界胁迫的关系较为稳定，但若试验培养时间超出
了这个并不确定的时间限，仍然很难判断植物对某种
胁迫的耐受阈值． 而借助层次聚类分析法，仅通过
MDA含量特征的内在相似性(并不需要弄清相似性
的具体内容) ，迅速快捷地将试验组分类，再结合常
识予以简单判断，即可完成耐受阈值的确定．
4 结论
a)SOD、CAT活性及 MDA含量层次聚类分析的
结果表明，海菜花对 NH4
+ -N的 Nmtor为 0 ～ 3. 0 mgL，
而 POD 活性层次聚类分析结果表明，海菜花对
NH4
+ -N的 Nmtor为 0 ～ 8. 0 mgL，综合求交集可知，由
生化指标指示的海菜花对 NH4
+ -N 的 Nmtor为 0 ～ 3. 0
mgL;而对海菜花各生长指标结合试验现象进行细
致分析，并将最后结果求交集可得海菜花对 NH4
+ -N
的 Nmtor为 0 ～ 3. 0 mgL．
b)虽然生化指标相互间关系复杂，数量特征各
异，但由 SOD活性、CAT 活性及 MDA 含量进行层次
聚类分析所得的海菜花对 NH4
+ -N 的 Nmtor均相同．
而各个生长指标结合试验现象分析所得的结果则各
有差异． 层次聚类分析所得的海菜花对 NH4
+ -N 的
Nmtor是生长指标分析阈值的真子集．
c)层次聚类分析法在迭代步长选择及归类原则
上尚有一定的不确定性，值得进一步探讨和完善．
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(责任编辑:郑朔方)
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