全 文 ：甘肃林业科技 试 验 研 究 1 9 91 . N o. 3
木寥属 6 种植物水分生理特征的主成分分析
高志海 胡 影 张吨明
( 甘肃省治沙研 究所 )
摘要 本文用主成分分析法研究 了木寥属 6 种植物 7个主要水分关 系指标的生
理意义 , 并对这些 种进行 了付旱性排序 。 结果表明 : 蒸腾 强度 、 水势 、 水分饱和亏
和持水力 4 个指标可综合反映该属植物的水分代谢过程 , 束缚 水和 自由水比 , 相对
含水率和 细胞液浓度三指标可粗略反映该属植物水分与物质的 比率关系 。 6 种植物
耐旱 力从大到 小的顺序为布尔津木寥、 拳木琴 、 刺木寥 、 额河 木琴 、 东北 木寥、 沙
木琴。
关键词 木琴属 水分关系指标 主成分分析
植物抗早性一般表现为两方面的内容 ,
一是逃避干早 , 主要表现在植物各功能器官
的形态上 ; 二是忍耐干旱 , 表现为多种生理
指标 , 其中水分生理指标是耐早性排序的最
主要依据 。 对一类植物来说 , 各个生理指标
都能从不同的侧面反映植物的耐早程度 , 但
往往出现不同指标耐早性排队结果不 同 , 这
就给评判植物耐旱性带来很大困难 。 邱国玉
曾偿试用主成分分析法综合评判 n 种沙拐枣
的抗早性 “ , , 刘奉觉等也用此法研究 了 不
同水分条件下杨树的水分生理关系 ` 2 ’ , 效
果均较好 。 我们用主成分分析法研究了木寥
属 6 种植物 7 个水分关系指标的生理意义 ,
并对其进行了耐旱性排序 , 特述如下 。
一 、 试验地点 、 材料与方法
1
. 试验地点 : 选在甘肃省民勤沙生植物
园 。 本 区为典型大陆性荒漠气候 , 平均气温
7
.
4℃ , 最低 一 2 8 . 8℃ , 最高 3 8 . 1℃ ; 年 均
降水 x 2 6 . g m m , 年均蒸发量 2 4 3 5 . 9 m m , 干
燥度大于 4 , 平均 日照 2 83 3 . 1小时 , 土壤为
改 良的风沙土 , 有机质含量0 . 4 51 % , 全 N
0
.
0 5 4 %
, 有效 P 0 . 0 3 5% , 速效K o . 4 5 6% ,
P H S
。
3
。
2
.试验材料 : 选用的植物有沙木萝 ( A -
t r a夕 h a x i s b r a e矛e a t a ) 、 东北木寥 ( A . 。 。 。 -
: h 。 r f c a )
、 刺木寥 ( A .却 `n o : a ) 、 拳木寥
( A
. e o仰 a e t a ) 、 额河木寥 ( A . j r r , : e h e n -
: 。`
) 和布尔津木寥 ( A . s p . )等 6种 。 试材
为 3年生 已正常开花结果的植 株 , 集 中定
植 , 管理条件一致 , 一年浇 2 一 3 次水 , 测
定前一个月浇一次水 。 测定时按不 同指标的
需要取其中部向阳面的叶片或小枝条 。
3
. 测 定方法 : 测定时间 1 9 9 0 年 6 一 7
月 。 不同种的相同指标均选择有代表性的晴
天同时取样测定 , 以下如不另加说明均 取一
日内 9 一 10 时和 15 一 16 时两次平均值 , 每次
重复 3一 5 次 。
( 1 ) 相对含水率 : 烘干称重法 。
( 2 ) 白由水含量 : 马林契克法 。 束缚
水含量 二 相对含水率 一 自由水含量 。
一工5一
( 3 )水势 : 压力室法 , 测样 是 小 枝
条 。
( 4 ) 自然水分饱和亏 : 清水浸泡叶片
烘干称重法 。
( 5 ) 蒸腾强度 : 精密扭力天平快速称
重法 。 取 s 、 1 1 、 1 4 、 1 7和 2 0时 5 次的平均
值 , 测样为小枝条 。
( 6 ) 持水力 : 自然干燥法 。
( 7 ) 细胞汁液浓度 : 阿贝折射仪法 。
4
. 分析方法 : 主成分分析法 ( P C A ) 。
所有过程均在计算机上完成 。
二 、 结果与分析
表 1 是 6 种植物 7 个水分生理指标的测
定平均值数据 , 为下一步分析的原始矩阵 。
可以看出各指标树种间比较的大小顺序都不
一样。
由表 1数据计算得各指标间的相关系数
矩阵 ( 表 2 ) , 可以看出只有蒸腾强度与水
势的相关极显著 ( a 二 0 . 0 1 ) , 其它指标 间
都不显著 , 这和表 1 所示各指标大小顺序排
列不是一致的 。 另外对运用主成分分析法来
说也是指标越不相关 , 分析结果越理想 。
由表 1数据经标准化处理再计算得特征
根 、 特征向量 、 载荷量及公共因子方差 ( 表
3 )
。 J 因前 3 个主分量的累计贡 献 率 即 达
9 2%以上 , 故略去后 4 个主分量 。 7 个指标
中 , 蒸腾强度 、 水势 、 持水力和水分饱和亏
等 4 个与第一主分量的关 系密切 ( 载荷量绝
表 1 0 种木移水分生理指标数据
种 名 相对含水率( % ) 束缚水 /自由水
水势
{` 巴 ’
}
水分饱和亏
( % )
持水力
( 小时 ) 蒸腾
强度
( g / g
· 五 )
细胞液浓度
( % )
沙木事 7 1 。 3 2 0 。 1 7 9 一 1 5 。 6 2 0 。 1 3 1 2 6 1 2 4 2 。 6 14 。 9
东北木寥 6 7 。 9 9 0 。 4 2 1 一 1 3 。 3 1 9 。 21 1 1 5 1 1 8 5 。 1 14 。 0
刺木寥 7 3 。 1 6 0 。 4 7 3 一 1 4 。 8 1 9 。 18 7 4 1 3 7 2 。 2 10 。 0
布尔津木萝 7 2 。 4 2 0 。 5 5 9 一 1 8 。 1 1 5 。 7 6 8 7 1 5 1 4 。 2 7 。 6
额河木萝 7 3 。 6 5 O。 2 5 1 一 1 5 。 2 2 0 。 4 5 9 8 1 4 2 1 。 8 6 。 8
拳木寥 6 4 。 1 8 0 。 2 7 5 一 2 2 。 4 1 7 。 9 9 7 5 2 02 4 . 。
}
1 2
。
2
}
相对含水率
{
表 2
束 / 自
7个生理指标的相关系数矩阵
水势 水分饱和亏 蒸腾强度 }细胞液浓度
相对含水率
束 / 自
水势
水分饱和亏
持水力
蒸腾强度
细胞液浓度
1
。
000 0 0
。
2 12 8 0
。
5 9 9 3 0
。
17 6 1
持水力
0
。
1 0 2 3 一 0 。 6 1 4 1
0
。
2 1 2 8 1
。
0 0 0 0 0
。
1 1 2 2 一 0 。 7 0 5 5 一 0 。 4 4 5 9 一 0 。 3 3 8 6
0
。
5 9 9 3 0
。
1 12 2 1
。
0 0 0 0 0
。
5 3 4 1 0
。
5 4 9 7 0
。
0 6 0 5
0
。
1 7 6 1 一 0 。 7 0 5 5 0 。 5 3 4 1 1 。 0 0 0 0 0 。 4 7 6 1 0 。 2 6 6 2
0
。
1 0 2 3 一 0 。 4 4 5 9 0 。 4 7 6 1 1 。 0 0 0 0
一 0 。 0 9 2 1
一 0 。 9 5 7 6荟 餐
一 0 。 4 3 3 8
0
。
4 8 9 5
一 0 。 5 9 7 1 一 0 。 0 9 2 1 一 0 。 4 3 3 8 一 0 。 6 9 2 7 1 。 0 0 0 0 一 0
。
1 5 1 8
0
。
6 1 4 1 一 0 。 3 3 8 6 0 。 2 6 6 2 0 。 4 8 9 5 一 0 。 1 5 1 8 1 。 0 0 0 0
注 : 二表示 a 二 。 . 01 显著水平
一 1肠一
表 3前 3个主分且的特征根 、 各指标的特征向全 、 栽荷最及公共因子方差
、
\ 主分量 I( y z ) I( y :) 1 ( y 3)
指标 公共因子方差
_
l特征向量 载荷量 1特征向量 !载荷量 {持征向量 J载荷量
相对含水率 ( x , )
束 /自 ( x : )
水势 ( x 。 )
一 0 。 2 6 7 1 一 O。 4 7 9 31 0
。
5 2 1 8
7 7 3公 0 。 3 1 8 7 0 。 3 2 8 1 0 。 9 5 2 6
0
。
1 7 1 3 0
。
3 0 7 d 0
。
5 0 3 2 0
。
7 4 4 8 一 0 . 5 5 0 9 一 0 。 5 6 7 1 0 。 9 9 6 6
一 0 。 4 9 2 4 0 。 8 9 2 5 0 。 2 3 7 1 0 。 3 5 1 4 一 0 。 1 4 7 5 一 0 。 1 5 0 0 0 。 9 8 9 3
水分饱和亏 ( x ` )
持水力 ( x 6 )
蒸腾强度 ( x 。 )
细胞液浓度 ( x : )
特征根
贡献率 ( % )
累积贡献率 ( % )
一 0 。 4 0 9 3 一 0 。 7 3 4 4 一 0 。 2 4 2 7 一 0 。 3 5 9 7 0 。 4 5 6 1 0 。 4 6 9 5 0 。 9 9 8 4
一 0 。 4 4 9 7 一 0 。 8 0 6 9 一 0 。 2 2 2 5 一 0 。 3 2 9 8 一 0 。 1 9 5 2 一 0 。 2 0 1 0 0 。 9 9 1 2
0
。
5 0 9 9 0
。
9 1 6 9 0
。
2 0 6 5 一 0 。 3 0 6 1 0 。 2 5 4 0 0 。 2 6 1 5 0 。 9 9 9 3
1 4 9 8 一 0 。 2 6 7 2 一 0 。 5 1 7 0 1一 0 。 7 6 6 3 一 0 。 5 1 2 9 一 0 。 5 2 8 0 0 。 9G0 3
3
。
2 1 9 4 2
。
1 9 6 7 1
。
0 5 9 8
4 5
。
9 9 1 8 3 1
。
3 8 1 5 15
。
1 4 0 3
4 5
。
9 9 1 8 7 7
。
3 7 3 3 9 2
.
5 1 3 6
对值均在 0 . 7 以上 ) , 相对含水率 、 束 /自和
细胞液浓度 3 个与第二主分量的 关 系 密 切
( 载荷量绝对值也均超过 0 . 7 ) ; 一 、 二 主
分量在对原变量的代表性上呈明显 的互补关
系 , 这两个主分量 已包含了所有指标 , 后面
的主分量没有一个指标 的载荷量超过 0 . 7 ,
所 以最重要的是第一 、 二主分量 。 另从公共
因子方差的数据值可以看出 , 7 个指标都较
大 , 并且 比较接近 , 说明选取的每个指标在
分析中的作用都明显 。
根据以上分析 , 对一 、 二主分量可列出
如下方程 :
y i = 一 0 . 2 6 7 1 X I + 0 . 1 7 1 3 x z 一 0 . 4 9 7 4 x 3 一
0
.
4 0 9 3 x 5 + 0
.
5 0 9 9 x a 一 0 . 1 4 8 9 x 7
y Z = 0
.
5 2 1 8 x : + 0
.
5 0 3 2 x : + 0
。
2 3 7 1 x s 一
0
.
2 4 2 7 x ` 一 0 . 2 2 2 5 x 5 一 0 . 2 0 6 5 x 。 一 0 . 5 1 7 0 x 7
对以上方程可做如下解释 : 根据对与各
个主分量关系密切指标具体性质及意义的分
析不难看出 , 第一主分量方程是主要表示植
物水分代谢的综合指标 , 水势是吸水的动力
r
` ( 能` ” 落腾强度是失· ·…
式 , 持水力是保水的能力一一失水的阻力 ,
饱 和亏则是失水的结果 。 由表 1 和表 2 可看
出 , 对’ 木寥属来说这 4 个指标的变化有其内
在规律性 , 当水势绝对值变大 , 相应的蒸腾
强度也变大时 , 持水力和饱和亏都有变小的
趋势 ( 不显著负相关 ) , 我们认为这是木寥
属植物适应干早条件的特点 , 也就是说木寥
属植物是以较大的水势绝对值 , 较小的持水
力和较大的蒸腾强度来维持较小的泡和亏方
式适应干旱 , y ,值愈大的种耐旱性就愈强 ,
但本属植物不属于节水型的真耐早植物 。 第
二主分量方程是表示植物水分与物质 比率关
系的综合指标 , 细胞液浓度表示水分与可溶
性代谢物的比例关系 , 相对含水率表示总水
守与总物质 ( 代谢物和结构物 ) 的 比 率 关
系 , 束 /自表示结构水与代谢水的比率关系 ;
植物水分含量越高 , 特别是束缚 水 含 量 越
高 , 耐旱性就越强 , 所以 y Z值越大越耐旱 。
一般认为细胞液浓度高的种生长缓慢 , 抗性
强 , 而我们的结果却是生长速变最快的沙木
萝和东北木寥细胞液浓度最高 , 并与束 / 自
一 1 7一
名一亨一一卞 .
多
②一·个,布?
布一芍一
弓
..` r
呈负相关变化 , 机理有待进一步研究 。综上所
述 , 要了解木寥属植物水分代谢水平只需测
定相关的 4 个指标 即可 , 同时如要大概了解
它的水分与物质的比率关系只需测相关的 3
个指标 即可 。 与刘奉觉等人 ` 2 ’分析单 一 杨
树的结果类似 。
根据表 3 数据可求得各种的 排序 坐 标
( 图 1 ) , 由以上分析可知 , 排序图上 y , 和
y : 数值大的种耐早性强 , 但因两轴占有的信
息量不同 , 所以在耐早性评判中的作用大小
也不 同 , 我们用如下数学期望值 ( P ) 来 综
合表示各种的耐早 能力 : P 二 乏 y :入、 ( 兀 、 iy
分 别为第 i主分量的特征根和相应的坐标值 )
6 个种尸值的大小如表 4 , 耐旱性由 强
到弱顺序是 : 布尔津木萝 、 拳木萝 、 刺木寥
额河木寥 、 东北木寥 、 沙木萝 。 结 合图 1 分
目 丁 6 种木答水分生理特王{五二维
排序 ( 种类儿元刹司表 1 )
析 , 工 、 五在 y , 的右侧 , 班 全在 y , 的左 侧
说明它们的分划主要是第一主分量起作用 ;
工 一与亚之间及 班 内部 .为分划明显是第二主分
量起作用的结果 。
表 4 6 种木寥 P值统计表
J子号
树种
P值 」
沙木寥
一 1 。 3 8 6 9
东北木寥 布尔泪盆不梦 } 额河木爹
1
。
1 0 1 5
刺木寥
0
。续0左7 1 。 2 6 8 6 0 。 0 3 6 1
拳木寥
0
.
7 8 1 7
、一卜ǔ止
三 、 小结
1
.对木寥属植物来说 , 了个主要水分生
理指标可分为两类 , 第一类包括蒸腾强度 、
水势 、 泡和亏和持水力四指标 , 可综合反映
该类植物的水分代谢过程 ; 第二类包括相对
含水率 、 束缚水和 自由水比及细胞液浓度三
指标 , 可大概反映这类植物水分与物质 ( 包
括代谢物与结构物 ) 的比率关系 。
2
. 木萝属植物主妥 以大的水势绝对值 ,
小的持水力和大 l为蒸腾强度维持小的饱和亏
方式适应干早 , 6 种植物耐早力从大到小的
顺序 : 布尔津木萝 、 拳木寥 、 刺木寥 、 额河
木寥 、 东北木寥 、 沙木寥 。
分析结果的理想与否受环境条件 、 植初
生 长状况 、 选取的指标等多因素的控制 , 所
以本文仍是偿试 , 愿和同仁探讨这方面的问
题 。
参 考 文
〔 1 〕 邱国玉 : 沙拐枣属抗早性的数量分析 , 中国
沙漠 ( 3 ) , 3 2一 3 9’ 1 9 8 8
〔 2 〕 刘奉觉 : 杨树几个水分生理指标的主成分分
析 , 植物生理学 j玉讯 , ( 3 ) : 13 一 16 1 9 8 3
〔 3 〕 阳 含熙 、 卢泽愚 : 植物生态学的数量分类方
法 , 2 3艺一 2 5 2页 , 手十学出版社 , 2 0 8 2
献
〔 4 〕 杜曼诺夫等 ( 主增辉 、 方亦玄熟价) : 仁物抗
性水分生理学 问 题 , 51 一 6 1 、 87 一 l 的页 ,
科一学出版社 , 1 0 6 2
山东农学院等 : 植物生理实验指 导 , 1 1 5一
2 6 1页 , 山 东科学技术出版社 , 1 9 8 0
( 蜜任编辑 潘鸿燕 )
一 1 8一