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Evaluation of Salt Tolerance of Pepper Cultivars by Multiple Statistics Analysis

多元统计分析方法在辣椒品种耐盐性评价中的应用


根据NaCl溶液处理下辣椒萌芽期和幼苗期农艺性状指标,采用多元统计分析方法评价辣椒品种的耐盐性。结果表明:辣椒不同品种间,相对发芽势、相对胚根长、相对发芽指数、盐害指数、相对株高等12个性状指标表现出显著性差异;采用因子分析将此12个性状指标用4个主因子表示,保留了原始变量95.35%的信息量;基于品种因子得分值进行聚类分析,10个辣椒品种分为3类:中椒4号、8号、7号、12号为盐敏感品种,中椒5号、11号为中度盐敏感品种,中椒6号、13号、16号、10号为盐不敏感品种。因此,辣椒品种的耐盐性可通过测定萌芽期和幼苗期农艺性状指标,采用多元统计分析方法予以快速鉴定。

This paper was conducted to evaluate the salt tolerance of pepper cultivars by multiple statistics analysis according to agronomic character indexes at seed germination and seedling stage. The twelve character indexes from different pepper cultivars, such as relative trend of germination, relative radicle length, relative germination index, salt injury index and relative plant height etc. showed significant difference by using multiple variance analysis. Factor analysis indicated the twelve character indexes could be synthesized into four main factors, keeping 95.35% of information of primitive variables. Based on the score vectors of the factors, ten cultivars were classified into three categories by using cluster analysis. Zhongjiao No.4, No.8, No.7 and No.12 were salt sensitive cultivars, whereas Zhongjiao No.5 and No.11 were moderately salt sensitive cultivars, but Zhongjiao No.6, No.13, No.16 and No.10 were salt tolerant cultivars. These results indicated the multiple statistics analysis could be used to early evaluate the salt tolerance of pepper cultivars by investigation of agronomic character indexes at seed germination and seedling stage.


全 文 :园  艺  学  报  2008, 35 (3) : 351 - 356
Acta Horticulturae Sinica
收稿日期 : 2007 - 08 - 28; 修回日期 : 2007 - 11 - 21
基金项目 : 国家 ‘十一五’科技支撑计划项目 (2006BAD07B01)3 通讯作者 Author for correspondence ( E2mail: shangqm@mail1caas1net1cn)
多元统计分析方法在辣椒品种耐盐性评价中的应用
李晓芬 , 尚庆茂 3 , 张志刚 , 王立浩 , 张宝玺
(中国农业科学院蔬菜花卉研究所 , 农业部蔬菜遗传与生理重点开放实验室 , 北京 100081)
摘  要 : 根据 NaCl溶液处理下辣椒萌芽期和幼苗期农艺性状指标 , 采用多元统计分析方法评价辣椒品
种的耐盐性。结果表明 : 辣椒不同品种间相对发芽势、相对胚根长、相对发芽指数、盐害指数、相对株高
等 12个性状指标表现出显著性差异 ; 采用因子分析将此 12个性状指标用 4个主因子表示 , 保留了原始变
量 95135%的信息量 ; 基于品种因子得分值进行聚类分析 , 10个辣椒品种分为 3类 : 中椒 4号、中椒 8号、
中椒 7号、中椒 12号为盐敏感品种 , 中椒 5号、中椒 11号为中度盐敏感品种 , 中椒 6号、中椒 13号、中
椒 16号、中椒 10号为盐不敏感品种。因此 , 辣椒品种的耐盐性可通过测定萌芽期和幼苗期农艺性状指标 ,
采用多元统计分析方法予以快速鉴定。
关键词 : 辣椒 ; 耐盐性 ; 多元统计分析
中图分类号 : S 64113  文献标识码 : A  文章编号 : 05132353X (2008) 0320351206
Eva lua tion of Sa lt Tolerance of Pepper Cultivars byM ultiple Sta tistics Ana lysis
L I Xiao2fen, SHANG Q ing2mao3 , ZHANG Zhi2gang, WANG L i2hao, and ZHANG Bao2xi
( Key Laboratory of V egetable Genetic and Physiology of M inistry of A gricu lture, Institu te of V egetables and Flow ers, Chinese A cad2
em y of A gricultural Sciences, B eijing 100081, China)
Abstract: This paper was conducted to evaluate the salt tolerance of pepper cultivars by multip le statis2
tics analysis according to agronom ic character indexes at seed germ ination and seedling stage. The twelve char2
acter indexes from different pepper cultivars, such as relative trend of germ ination, relative radicle length, rel2
ative germ ination index, salt injury index and relative p lant height etc. showed significant difference by using
multip le variance analysis. Factor analysis indicated the twelve character indexes could be synthesized into
four main factors, keep ing 95135% of information of p rim itive variables. Based on the score vectors of the fac2
tors, ten cultivars were classified into three categories by using cluster analysis. Zhongjiao 4, Zhongjiao 8,
Zhongjiao 7 and Zhongjiao 12 were salt sensitive cultivars, whereas Zhongjiao 5 and Zhongjiao 11 were moder2
ately salt sensitive cultivars, but Zhongjiao 6, Zhongjiao 13, Zhongjiao 16 and Zhongjiao 10 were salt tolerant
cultivars. These results indicated the multip le statistics analysis could be used to early evaluate the salt toler2
ance of pepper cultivars by investigation of agronom ic character indexes at seed germ ination stage and seedling
stage.
Key words: pepper; salt tolerance; multip le statistics analysis
设施栽培条件下 , 由于雨水冲淋少、复种指数高、肥料投入多、温度高、土壤水分蒸发快等 , 以
NO3
- 、Ca2 +为主的盐离子大量积累 , 使耕作层土壤盐含量达到露地的 2~5倍 , 个别地方达到 10倍
(房云波和孟春玲 , 2006)。土壤盐渍化已成为设施蔬菜优质丰产高效栽培的主要障害。
辣椒是设施栽培的主要蔬菜 , 选育耐盐性较强的辣椒品种是克服设施土壤盐渍化障害的经济有效
园   艺   学   报 35卷
途径。因此 , 建立科学而高效的耐盐性评价方法是极为必要的。近年来 , 已有学者将隶属函数法
(苏国兴和洪法水 , 2002)、层次分析法 (刘振虎 等 , 2002)、模糊综合评价法 (张丽娟 等 , 2000)
等分别用于对桑树、草坪草、羊草等耐盐性的评价。本研究以 10个辣椒栽培品种为试材 , 测定其萌
芽期和幼苗期的农艺性状指标 , 采用多元统计分析对不同品种的耐盐性进行评价 , 以期为辣椒品种的
耐盐性评价提供科学依据。
1 材料与方法
111 试验材料
试材为中椒系列 10个品种 (表 1) , 由中国农业科学院蔬菜花卉研究所提供。
112 萌芽期 NaC l处理及性状指标测定
将辣椒种子用 5% NaClO消毒 5 m in, 蒸馏水冲淋 5次 , 分别置于铺有两层滤纸的培养皿内 , 每
个培养皿 50粒 , 然后加入蒸馏水 (对照 ) 和 150 mmol·L - 1 NaCl溶液各 5 mL, 室温 26 ℃下进行发
芽试验 , 重复 3次。
以胚根长 012 cm作为萌芽标志 , 每天记录发芽数 , 补充等量蒸馏水和 NaCl溶液 , 计算第 7天的
发芽势和相对发芽势、第 14天的发芽率和相对发芽率及发芽指数和相对发芽指数。同时 , 采用玻璃
垂直板发芽法测定胚轴、胚根长和胚根鲜质量 , 计算活力指数 (Abdul2Baki & Anderson, 1973) 和相
对活力指数。
113 幼苗期 NaC l处理及性状指标测定
于玻璃温室内进行幼苗期耐盐性相关性状指标测定。种子经消毒、浸种、催芽后 , 播种至装有蛭
石、珍珠岩混合基质 (体积比 1∶6) 的 50孔塑料穴盘中 , 子叶平展后开始灌施 1 /2 Hoagland营养液 ,
四叶一心时开始盐处理。
具体方法是将一定量 NaCl加入 1 /2 Hoagland营养液 , 用于灌施辣椒幼苗。起始 NaCl浓度为 50
mmol·L - 1 , 2 d后增至 150 mmol·L - 1。为保持 NaCl作用浓度的相对恒定 , 每 2 d灌施 1次 , 每次灌
施量是基质持水量的 2倍。同时 , 设置灌施 1 /2 Hoagland营养液的对照。每 2盘为 1小区 , 重复 3
次 , 随机区组排列。盐处理 20 d后测定幼苗株高、茎粗、茎叶鲜质量和干质量、根体积、根鲜质量
和干质量、比叶重 , 计算盐害指数 (张云起 等 , 2003) , 测定叶绿素含量 (张宪政 , 1986) , 测定质
膜相对透性 (李锦树 等 , 1983)。
114 数据分析
利用 Excel进行数据处理 , 计算平均值、标准偏差 , 采用 SAS 810软件进行多元方差分析、因子
分析和聚类分析。
2 结果与分析
211 辣椒不同品种耐盐性相关性状指标
表 1和表 2列出了 10个辣椒品种盐处理下萌芽期和幼苗期农艺性状指标 (18个 ) 与对照的百分
比 (除盐害指数 ) 的平均值。其中 , 盐害指数 ( x7 )、相对比叶重 ( x16 ) 和相对膜透性 ( x17 ) 的值
越小表明耐盐性越强 , 其他指标则相反 , 为了便于统计分析 , x7、 x16和 x17的值取负数。从表 1中可
看出 , 中椒 6号、中椒 7号、中椒 12号的相对发芽势超过了 90% , 中椒 8号、中椒 10号相对较低 ,
中椒 11号最低为 15118% ; 所有品种的相对发芽率都超过了 90% ; 中椒 6号、中椒 13号、中椒 16
号的相对活力指数较高 , 中椒 11号最低为 7125% ; 中椒 6号、中椒 10号、中椒 13号的盐害指数小
于 013, 中椒 4号、中椒 8号的盐害指数超过了 015, 中椒 8号最高为 015750。可见 , 很难用单一性
状指标评价辣椒不同品种的耐盐性 , 需要将这些性状指标进行综合分析。
253
 3期 李晓芬等 : 多元统计分析方法在辣椒品种耐盐性评价中的应用  
表 1 辣椒不同品种萌芽期耐盐性相关性状指标
Table 1 The character indexes rela ted to sa lt tolerance in d ifferen t pepper cultivars a t germ ina tion stage /%
品种 Cultivar x1 x2 x3 x4 x5 x6
中椒 4号 Zhongjiao 4 55137 9519 23103 44133 84178 11173
中椒 5号 Zhongjiao 5 87111 98100 23102 57122 86100 9170
中椒 6号 Zhongjiao 6 98188 98100 38175 77153 99119 19192
中椒 7号 Zhongjiao 7 91118 98163 24125 50185 87116 8168
中椒 8号 Zhongjiao 8 32117 101139 17105 33172 84158 7190
中椒 10号 Zhongjiao 10 32173 92102 28140 56165 80114 10120
中椒 11号 Zhongjiao 11 15118 98147 23126 51149 70188 7125
中椒 12号 Zhongjiao 12 100171 99133 25109 72168 87108 11102
中椒 13号 Zhongjiao 13 77162 98101 38122 73110 88135 16185
中椒 16号 Zhongjiao 16 54115 92104 42107 83195 90148 16125
  注 : x1、x2、x3、x4、x5、 x6 分别表示相对发芽势、相对发芽率、相对胚根长、相对胚根鲜质量、相对发芽指数、相对活力指
数。
Note: x1 , x2 , x3 , x4 , x5 and x6 indicate relative trend of germ ination, relative percentage of germ ination, relative radicle length, relative
fresh mass of radicle, relative germ ination index, relative vigor index, respectively.
表 2 辣椒不同品种幼苗期耐盐性相关性状指标
Table 2 The character indexes rela ted to sa lt tolerance in d ifferen t pepper cultivars a t seedling stage
品种
Cultivar
x7
x8
/ %
x9
/ %
x10
/ %
x11
/ %
x12
/ %
x13
/ %
x14
/ %
x15
/ %
x16
/ %
x17
/ %
x18
/ %
中椒 4号 Zhongjiao 4 - 015417 14111 94180 81180 56157 61158 59174 51117 55189 - 136114 - 325118 152153
中椒 5号 Zhongjiao 5 - 014333 17146 91181 88130 63183 70143 62112 68131 68101 - 129142 - 413181 147140
中椒 6号 Zhongjiao 6 - 013000 29170 87153 81148 65190 63184 64147 61128 68101 - 99163 - 364147 203123
中椒 7号 Zhongjiao 7 - 014583 16167 89142 77107 68169 67176 46191 48150 47128 - 116172 - 397178 150103
中椒 8号 Zhongjiao 8 - 015750 11166 86151 86101 55166 57117 51120 47187 53190 - 139150 - 270137 143132
中椒 10号 Zhongjiao 10 - 012917 20139 88165 79113 57109 66185 55148 53145 51109 - 112184 - 203184 164111
中椒 11号 Zhongjiao 11 - 013333 14193 92156 88150 65154 71158 77127 69183 64133 - 112111 - 420176 156155
中椒 12号 Zhongjiao 12 - 014750 16187 86159 79166 57110 57152 48157 43164 50104 - 121172 - 426154 145148
中椒 13号 Zhongjiao 13 - 012500 26174 91131 82135 64146 59146 55196 52193 54105 - 104138 - 312197 140101
中椒 16号 Zhongjiao 16 - 013083 25130 100100 79142 68163 67109 62105 51177 60114 - 102164 - 330165 145136
  注 : x7、x8、⋯⋯、x18分别表示盐害指数、相对株高、相对茎粗、相对展开叶数、相对茎叶鲜质量、相对茎叶干质量、相对根
鲜质量、相对根干质量、相对根体积、相对比叶重、相对膜透性和相对叶绿素含量。
Note: x7 , x8 , ⋯⋯, x18 indicate salt injury index, relative p lant height, relative stem diameter, relative number of expanding leaves, relative
fresh mass of stem and leaves, relative drymass of stem and leaves, relative fresh mass of root, relative dry mass of root, relative root volume, rela2
tive specific leaf mass, relative membrane permeability and relative content of chlorophyll, respectively.
212 多元方差分析
多元方差分析是基于一元、二元方差分析 , 存在多个自变量的方差分析。分析结果表明 , 盐胁迫
下辣椒不同品种的性状指标在相对发芽势 ( x1 )、相对胚根长 ( x3 )、相对胚根鲜质量 ( x4 )、相对发
芽指数 ( x5 )、相对活力指数 ( x6 )、盐害指数 ( x7 )、相对株高 ( x8 )、相对根鲜质量 ( x13 )、相对根
干质量 ( x14 )、相对根体积 ( x15 )、相对比叶重 ( x16 ) 和相对膜透性 ( x17 ) 上差异达到显著 ( P <
0105) 或极显著 ( P < 0101) ; 而相对发芽率 ( x2 )、相对茎粗 ( x9 )、相对展开叶数 ( x10 )、相对茎
叶鲜质量 ( x11 )、相对茎叶干质量 ( x12 ) 和相对叶绿素含量 ( x18 ) 不存在显著性差异 , 因而不作为
耐盐性评价的主要指标。
213 因子分析
对品种间存在显著性差异的 12个耐盐性相关性状指标进行因子分析 , 其指标的前 4个主因子的
特征值、方差贡献率、累计方差贡献率和初始因子载荷矩阵如表 3。可以看出 , 前 4个主因子的累计
方差贡献率达 95135% , 说明 4个主因子所包含的要素信息量可以反映出 12个性状指标原始特征参
数的大部分信息 , 因此 , 取 4个主因子 , 既可以保留原变量的绝大部分信息 , 又达到了降维的目的。
353
园   艺   学   报 35卷
但是 , 只用因子法分析得到的因子与各变量之间相关性并不显著 , 也不易将因子命名。于是 , 采
用方差极大正交旋转法旋转因子轴 , 获得因子载荷矩阵 (表 4) , 方差极大正交旋转因子载荷矩阵与
初始因子载荷矩阵 (表 3) 相比 , 主因子中重要变量的载荷值明显增大 , 说明方差极大正交旋转后的
主因子生物学意义更加明显。
表 3 性状指标初始因子载荷矩阵
Table 3 Pr imary factor load ing ma tr ix of the character indexes
性状
Character
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2
因子 3
Factor 3
因子 4
Factor 4
x8  019806 - 010869  011108  010705
x3  019567 - 010905  012006  010013
x4  019097 - 011337 - 010722  012306
x6  019075 - 012134 - 010102  012903
x16  018813  011109  012356 - 013306
x7  018050  012985  013930 - 012484
x5  016220 - 015623 - 013418  013976
x13  012629  019321 - 010160  010754
x14  011967  019080 - 012252  010772
x15  014008  017230 - 013884  013855
x17 - 010574 - 012193  018367  014654
x1  014214 - 015388 - 016759 - 011014
特征值 Eigen value  517888  310512  117431  018587
方差贡献率 /% Proportion rate 48124 25143 14153  7116
累计方差贡献率 /% Cumulative p roportion rate 48124 73167 88119 95135
  由表 4可见 , 主因子 1中起主要作用的指标
是相对比叶重 ( x16 )、盐害指数 ( x7 )、相对胚根
长 ( x3 )、相对株高 ( x8 )、相对胚根鲜质量
( x4 )、相对活力指数 ( x6 ) , 这些指标与种子胚
根、植株的生长状况有关 , 称其为生长因子 ; 主
因子 2载荷值较大的是相对根体积 ( x15 )、相对
根干质量 ( x14 )、相对根鲜质量 ( x13 ) , 这些同
植株的根系生长状况有关 , 可称其为根部因子 ;
主因子 3载荷值较大的是相对发芽势 ( x1 )、相对
发芽指数 ( x5 ) , 发芽势反映种子发芽的快慢和整
齐度 , 发芽指数反映种子在整个萌芽期间的综合
活力 , 可称为种子活力因子 ; 主因子 4中只有相
对膜透性载荷值比较大 , 而膜透性反映膜受盐胁
迫损伤的程度 , 可称为膜稳定性因子。
主因子间相关系数的大小能反映一个因子直
接作用的性状与另一个因子直接作用的性状间的
间接作用的大小。由表 5可以看出 , 因子 2与因
子 3的相关系数达显著水平 ( P < 0105) , 表明因
子 2与因子 3的间接作用较大 , 这两个因子主要
为根部因子、种子活力因子 , 而其余因子间的间
接作用不明显。
表 4 方差极大正交旋转因子载荷矩阵
Table 4 The factor load ing ma tr ix of var imax rota tion
性状
Character
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2
因子 3
Factor 3
因子 4
Factor 4
x16 019719  011043  010558 - 010828
x7 019337  012537 - 011065  011244
x3 018971  010646  013511  010839
x8 018631  011366  014706  010966
x4 018341  010117  013325 - 012380
x6 016714  011019  016537  011080
x15 011034  019540  012182 - 010940
x14 010993  019345 - 011801 - 011228
x13 012260  018800 - 013108 - 010498
x1 012656 - 011228  019509 - 010210
x5 011436 - 012231  017338 - 015331
x17 010707 - 012381 - 010448  019673
表 5 方差极大正交旋转后因子相关矩阵
Table 5 The factor correla tion ma tr ix after var imax rota tion
因子
Factor
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2
因子 3
Factor 3
因子 4
Factor 4
因子 1 Factor 1 110000 - 012976  010595 - 010678
因子 2 Factor 2  110000
- 0158623 - 012159
因子 3 Factor 3  110000 - 012974
因子 4 Factor 4  110000
  注 : 3 表示差异达显著水平 ( P < 0105)。
Note: 3 indicates significant difference at P < 0105 level.
453
 3期 李晓芬等 : 多元统计分析方法在辣椒品种耐盐性评价中的应用  
214 品种聚类分析
方差极大正交旋转因子载荷矩阵仍保持各主因子间的独立性 , 每个主因子均属综合变量 , 可以通
过各供试品种主因子得分的差异 , 对供试品种进行聚类。根据方差极大正交旋转后品种因子得分值
(表 6) 计算品种间的欧氏距离 , 用离差平方和法 (W ard氏法 ) 进行系统聚类 , 聚类结果见图 1。
从图 1可知 , 当阈值为 01175时 , 10个辣椒品种可分为 3类 : 中椒 4号、中椒 8号、中椒 7号、
中椒 12号耐盐性较弱 , 为盐敏感品种 ; 中椒 5号、中椒 11号耐盐性中等 , 为盐中度敏感品种 ; 中椒
6号、中椒 13号、中椒 16号、中椒 10号耐盐性强 , 为盐不敏感品种。
表 6 方差极大正交旋转后因子得分值
Table 6 The factor scores after var imax rota tion
品种
Cultivar
因子 1
Factor 1
因子 2
Factor 2
因子 3
Factor 3
因子 4
Factor 4
中椒 4号 - 112535 - 012387 - 010496  012729
Zhongjiao 4
中椒 5号 - 015481  113899 - 010062 - 018582
Zhongjiao 5
中椒 6号  112303  110616  117340 - 012863
Zhongjiao 6
中椒 7号 - 013291 - 112262  012741 - 017657
Zhongjiao 7
中椒 8号 - 115329 - 016092 - 010478  019695
Zhongjiao 8
中椒 10号  015738 - 014198 - 019985  210328
Zhongjiao 10
中椒 11号  011791  114763 - 210844 - 018566
Zhongjiao 11
中椒 12号 - 015458 - 112446  014084 - 111928
Zhongjiao 12
中椒 13号  112126 - 013029  011523  015124
Zhongjiao 13
中椒 16号  110136  011136  016178  011720
Zhongjiao 16
图 1 方差极大正交旋转后品种聚类图
F ig. 1 C luster ing of the cultivars after var imax rota tion
3 讨论
近年来 , 多元统计分析方法在农学上的应用范围逐渐扩大 , 但主要还是用于作物品种分类和育种
材料筛选 (李培富 等 , 2006; 刘玉爱 等 , 2006 ) , 品质分析 (康立宁 等 , 2004 ) , 抗逆性评价
( Zeng et al. , 2002; El2Hendawy et al. , 2005; 朱进 等 , 2006) 等。
本研究根据辣椒萌芽期和幼苗期 18个耐盐性相关农艺性状指标 , 利用多元方差分析选出具有显
著性差异的 12个性状指标 , 也就是说 10个辣椒品种只在这 12个指标上表现显著的差异 ; 进一步因
子分析的结果表明 , 可用 4个主因子来概括 12个性状指标 , 此 4个主因子保留了原始变量 95135%的
信息。经方差极大正交旋转法旋转因子轴 , 使主因子的意义更加明确。按因子方差贡献大小排列主因
子 , 依次为生长因子、根部因子、种子活力因子、膜稳定性因子 , 根部因子和种子活力因子间存在较
大的间接作用 , 初步说明在筛选辣椒耐盐性品种时可选择与生长因子、根部因子或种子活力因子、膜
稳定性因子相关的指标作为耐盐性鉴定指标 ; 在因子分析的基础上 , 再用因子得分代替原性状指标测
定结果 , 对各个品种的因子得分向量进行聚类分析 , 把 10个供试辣椒品种划分为 3类 : 盐敏感品种
如中椒 4号、中椒 8号、中椒 7号、中椒 12号 ; 盐中度敏感品种如中椒 5号、中椒 11号 ; 盐不敏感
品种如中椒 6号、中椒 13号、中椒 16号、中椒 10号。这一结果与育种者对上述品种多年的田间观
测以及亲缘关系分析结果相一致。
本研究系统地提出了一套可应用于辣椒耐盐品种筛选的多元统计分析流程 , 由于其主要基于萌芽
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园   艺   学   报 35卷
期和幼苗期性状指标 , 因此可为辣椒耐盐品种或育种亲本材料耐盐性早期快速评价提供参考。
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